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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