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Quel format de thermopompe est-il nécessaire pour un bâtiment donné ?

Une évaluation des déperditions de chaleur et de la charge thermique permettra de déterminer la quantité de chaleur dont a besoin le bâtiment. La thermopompe qui sera installée et l’unité d’appoint doivent être conformes à cette charge, sous réserve des conditions de la norme CSA. La longueur de la boucle doit par ailleurs correspondre à la capacité de la thermopompe. En moyenne, un appareil de 4 tonnes conviendra à une habitation de 1 700 pieds carrés.

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Le système géothermique est-il conçu pour assurer la totalité du chauffage et de la production d’eau chaude du bâtiment ?
Un calcul des déperditions thermiques permettra de déterminer la quantité de chaleur nécessaire pour les deux applications; cependant, la plupart des systèmes sont dimensionnés de telle sorte qu’ils ne peuvent combler la totalité de la charge prévue et doivent comprendre un appareil de chauffage électrique d’appoint pour fournir le supplément de chaleur nécessaire pour les matins d’hiver très froids. Pour ce qui est de la climatisation, le système est en mesure de combler la totalité de la charge.

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Y a-t-il une norme nationale ou locale de conception des systèmes géothermiques ?

La conception de ces systèmes était auparavant assujettie aux normes nationales C445 (secteur résidentiel) et C447 (secteur commercial) de la CSA. Depuis mars 2002, elle est assujettie à la norme C448 pour les deux secteurs. Nous ne sommes pas au courant de l’existence de règlements provinciaux touchant les systèmes géothermiques, bien que certaines municipalités ou certains organismes de réglementation ont peut-être des lignes directrices ou des règles touchant leur installation professionnelle.

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Qu’est-ce qu’une boucle ouverte ?
Une canalisation puise l’eau directement dans un lac ou un cours d’eau, ou encore dans un puits souterrain ou un aquifère. On fait circuler l’eau dans la thermopompe pour en extraire la chaleur; l’eau est ensuite réacheminée à sa source par une seconde canalisation. Les normes exigent que la quantité d’eau extraite n’ait pas d’impact négatif sur l’écosystème; il faut donc éviter les impacts négatifs sur le milieu dans lequel l’eau est évacuée (par ex., si l’eau, légèrement plus chaude, est évacuée dans un lac pendant l’été, le point d’évacuation ne doit pas être situé près d’un milieu aquatique fragile).

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Qu’est-ce qu’une boucle de lac ou de cours d’eau ?
La canalisation est ancrée dans le fond d’un plan d’eau ayant une profondeur suffisante et extrait la chaleur directement de l’eau. La canalisation doit être lestée pour éviter qu’elle se déplace; elle doit aussi être protégée au point d’admission pour éviter qu’elle soit endommagée par les mouvements des glaces au printemps. On doit déterminer sa position de manière à ce qu’elle ne soit pas endommagée par les ancres de bateau. La quantité de chaleur extraite de l’eau est si faible et si diffuse qu’aucun tort n’est causé à la vie marine ou aux systèmes aquatiques, même dans le voisinage immédiat de la boucle.

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Qu’est-ce qu’une boucle fermée verticale ?
On creuse le sol avec une foreuse et on insère une section de canalisation en boucle, qu’on scelle en conformité avec la réglementation provinciale. Il s’agit de la configuration la plus efficace, puisqu’elle permet d’utiliser à la fois la chaleur solaire près de la surface du sol ainsi que la chaleur magmatique des profondeurs. On opte pour cette solution lorsqu’on ne dispose pas d’une grande surface pour enfouir la boucle.

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Qu’est-ce qu’une boucle fermée horizontale ?
On creuse une tranchée d’une profondeur minimum de 4 pieds. Dans le fond de la tranchée, on installe une canalisation de polyéthylène haute densité, puis on remblaie la tranchée avec précaution de manière à éviter les poches d’air et les dommages pouvant être causés par des pierres anguleuses. On peut placer de une à six canalisations dans chaque section de tranchée, mais on doit prévoir un espacement adéquat pour permettre la séparation thermique. Il n’est pas nécessaire que la canalisation soit parfaitement de niveau.

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Pourquoi n’y a-t-il pas de consensus sur la question du dimensionnement des systèmes ?
La plupart des consommateurs bénéficieront d’un rendement excellent et feront d’importantes économies si leur système est conçu pour combler de 70 à 75 % du total des déperditions de chaleur du bâtiment. Lorsque la température ambiante dépasse le point d’équilibre nominal, le système est en mesure de fournir toute la chaleur requise; ce n’est que lorsque la température extérieure descend sous ce point que le système met en marche l’élément de chauffage par résistance prévu pour ces circonstances. La plupart du temps, en hiver, la température extérieure est supérieure au point d’équilibre et le système géothermique peut assurer 95 % de la charge s’il est dimensionné à 70 %. Certains fournisseurs préfèrent installer un système pouvant combler la totalité des déperditions de chaleur, ce qui permet d’éliminer l’unité de chauffage d’appoint, mais augmente les frais d’installation (il faut alors prévoir une boucle plus grande).

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Quelle est la différence entre une boucle fermée et une boucle ouverte ?

Une boucle fermée est une canalisation continue qui achemine un fluide (contenant souvent une solution antigel) pour extraire de la chaleur du sol ou de l’eau. Quant à la boucle ouverte, elle est constituée de deux canalisations : une pour aspirer l’eau, qui est acheminée dans la thermopompe pour assurer le transfert de la chaleur, et l’autre, pour acheminer l’eau refroidie au point d’évacuation prévu, en général en aval de la première canalisation.

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Un réseau de gaines de distribution d’air est-il nécessaire ?
Les systèmes géothermiques peuvent réchauffer l’air ou l’eau. Dans le premier cas, des gaines de distribution sont nécessaires pour faire circuler l’air réchauffé dans le bâtiment. À cause de la faible hausse de température qu’assurent ces systèmes, le volume d’air diffusé doit être plus élevé que dans le cas d’un appareil de chauffage par combustion. Le réseau de gaines doit donc avoir un débit plus élevé (pi3/min).

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Y a-t-il une différence entre une boucle enfouie dans sol et une boucle enfouie dans l’eau ?
Les deux boucles extraient la chaleur du milieu environnant (sol ou eau) pour la transférer à la thermopompe. Les écarts de température peuvent être plus importants dans l’eau que dans le sol (par ex., si la boucle d’eau est située près d’un cours d’eau glacial) et si le niveau de l’eau est davantage susceptible de varier (par ex., dans des situations de sécheresse).

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Quelles sont les solutions possibles si la surface n’est pas assez grande pour une boucle horizontale ?
La boucle peut être installée verticalement. On peut aussi opter pour un système à boucle ouverte si on dispose de suffisamment d’eau. L’utilisation d’une canalisation spiralée ou de plusieurs canalisations est également une option possible.

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Quels sont les éléments d’un système géothermique ?
Un système géothermique comporte trois sections principales : l’apport en énergie est fourni par la boucle enfouie dans le sol (ou dans l’eau); la chaleur est convertie dans la thermopompe et le compresseur; l’air réchauffé est diffusé par le système de circulation (réseau de gaines ou chauffage radiant de plancher).

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Un système géothermique peut-il chauffer un bâtiment sans apport supplémentaire de chaleur ?
Un système géothermique peut être conçu pour combler la totalité des besoins en chauffage durant les journées les plus froides de l’hiver dans le nord du Canada, mais les frais d’installation sont dans ce cas excessifs. Un système conçu pour assurer 70 % de la charge thermique calculée constitue la solution optimale si on prévoit un chauffage d’appoint; cependant, des erreurs ont été commises dans le calcul des déperditions de chaleur de certains systèmes géothermiques, qui ont été sous-dimensionnés. La nouvelle norme d’installation de la CSA (C448) a été révisée pour corriger cette déficience.

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Quelle devrait être la longueur de la boucle enfouie dans le sol ?
La longueur de la canalisation dépend de deux facteurs : la quantité de chaleur nécessaire dans le bâtiment (plus on a besoin de chaleur, plus la thermopompe doit être puissante et plus la boucle doit être longue) et les caractéristiques de transfert thermique du sol (un sol léger et sec avec air entraîné peut nécessiter la mise en place d’une boucle trois fois plus grande pour fournir la même quantité de chaleur qu’un sol humide et compact). Le logiciel de conception calculera la longueur de canalisation nécessaire du site. L’industrie a établi comme règle générale qu’une habitation moyenne exige un appareil d’une capacité de quatre tonnes, ce qui exige une longueur de boucle horizontale de 400 à 500 pieds ou une longueur de boucle verticale de 300 à 350 pieds pour chaque tonne de puissance (on peut installer jusqu’à six canalisations dans une tranchée horizontale si elles sont adéquatement espacées).

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Le système à boucle ouverte comporte-t-il des avantages par rapport au système à boucle fermée ?
Les systèmes à boucle ouverte sont en général moins coûteux à installer (ne nécessitant pas de creusage ou de forage) et plus efficaces (la chaleur de l’eau d’alimentation est transférée sans qu’on doive utiliser une solution antigel). Les systèmes à boucle fermée offrent une plus grande sûreté d’alimentation (donc, moins de possibilités de diminution de l’eau d’alimentation) et n’ont aucun impact sur l’environnement. Souvent, les systèmes à boucle fermée sont moins coûteux à utiliser que les systèmes à boucle ouverte parce qu’ils exigent moins de puissance de pompage.

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Quel est le lien entre la puissance de la thermopompe et la longueur de la boucle ?
Plus la charge thermique (demande de chaleur) est grande, plus puissante sera la thermopompe. Plus la thermopompe sera puissante, plus longue devra être la boucle.

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Quelle quantité de courant un système géothermique consomme-t-il ?
Le système a besoin de courant pour faire fonctionner la pompe de la boucle, le compresseur et le ventilateur de circulation (pour le système de ventilation forcée). Il consomme aussi de l’électricité lorsqu’il fonctionne en mode appoint afin de fournir suffisamment de chaleur les jours de très grand froid. Il a aussi besoin de courant durant toute l’année pour assurer la production d’eau chaude. La quantité de courant utilisée dépend de la puissance de la thermopompe, de la durée de fonctionnement et de différents facteurs de dimensionnement, mais une unité résidentielle moyenne consommera 11 000 kWh par an, ce qui représente un coût annuel de 935 $ (selon les prix au détail de 2001).

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Peut-on utiliser un étang comme source de chaleur ?
Le plan d’eau doit être assez grand pour contenir suffisamment de chaleur latente pour répondre à la demande du bâtiment. Plus il est grand et profond, plus il sera adapté à cette technologie; les plans d’eau stagnants ou alimentés par des glaciers ne peuvent être utilisés à cette fin.

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Un système géothermique peut-il être utilisé pour le chauffage par rayonnement par le plancher ou pour le chauffage à eau chaude ?
La chaleur produite par la thermopompe n’est pas assez importante pour ces applications. Dans la plupart des cas, elle n’est pas assez chaude pour être utilisée avec les vieux systèmes à radiateurs.

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Où la boucle souterraine peut-elle être placée ?

La norme CSA ne permet pas que les canalisations soient placées près de fosses septiques ou de lignes électriques; elles doivent aussi être placées à une distance minimum des limites de la propriété.

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Comment la chaleur circule-t-elle si le bâtiment n’a pas de réseau de gaines de ventilation ?
La seule solution de rechange consiste à faire circuler de l’eau réchauffée dans un système de plancher rayonnant ou d’utiliser des petits ventilo-convecteurs.

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De combien d’eau souterraine un système à boucle ouverte a-t-il besoin pour fonctionner ?
Selon la charge thermique du bâtiment, la plupart des unités ont besoin de 8 à 12 gallons d’eau par minute et davantage si l’unité doit aussi produire de l’eau chaude potable ou domestique.

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Si la température de l’eau d’alimentation baisse, quel en sera l’impact sur le système géothermique ?
Une baisse de la température de l’eau (qu’elle soit puisée directement dans un lac ou un puits ou qu’on utilise un fluide refroidisseur dans une boucle fermée) cause une réduction de la chaleur disponible pouvant être transférée au bâtiment, de sorte que celui-ci se refroidit. Si la température de l’eau d’alimentation baisse en dessous d’une température donnée, le système géothermique s’arrête.

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Que doit-on faire de l’eau utilisée par un système à boucle ouverte ?

La norme CSA et les règlements provinciaux ou locaux exigent que l’eau soit réacheminée à sa source après avoir circulé dans la thermopompe. Le système n’extrait qu’une petite quantité de chaleur, de sorte que l’eau utilisée n’est pas classée dans la catégorie des eaux usées. On doit s’assurer que les systèmes à boucle ouverte respectent le plus possible l’environnement et sont conformes aux lois, normes et règlements en vigueur.

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Est-il possible d’utiliser mon réseau actuel de gaines de ventilation avec ce système ?
Votre entrepreneur pourra déterminer les exigences de votre système à ce chapitre et juger si des modifications s’imposent.

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Peut-on utiliser des radiateurs-plinthes pour diffuser la chaleur ?
Ces appareils ne peuvent en général que conduire l’électricité. Un système géothermique exige soit des gaines de ventilation pour diffuser l’air chaud ou des serpentins de plancher rayonnants pour faire circuler l’eau chaude.

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Un système géothermique exige-t-il que le bâtiment soit davantage isolé ?
Moins la demande de chaleur est élevée, moins la thermopompe devra être puissante et moins les coûts seront élevés. L’isolation, ainsi que des mesures de gestion ou de conservation de l’énergie, représente toujours la meilleure première étape peu importe le système de chauffage utilisé.

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Qu’est-ce qui peut entraîner une panne du système géothermique ?
La principale cause de panne des systèmes géothermiques est le sous-dimensionnement de l’installation; le bâtiment a alors besoin de plus de chaleur que ne peut raisonnablement en fournir le système géothermique. Il en résulte une sollicitation excessive du système et la défaillance d’un composant.

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Pourquoi ajoute-t-on un chauffage d’appoint ?
Pour réduire les frais d’installation et assurer un meilleur rendement, on ajoute un élément de chauffage électrique par résistance pour augmenter le chauffage par temps extrêmement froid. On peut aussi intégrer un appareil de chauffage à combustible fossile au système.
 
 
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