Il existe diverses possibilités d’exploiter le potentiel énergétique du milieu à des fins de chauffage ou de refroidissement.
Outre la température de l’air extérieur ou de l’air rejeté, on pourra tirer parti de celles, assez constantes, régnant dans le sol à différentes profondeurs, ainsi que de celles de la nappe phréatique et des cours ou plans d’eau situés à proximité du bâtiment.
Si l’ énergie tirée de ces diverses sources peut servir aussi bien à chauffer les locaux qu’ à les refroidir, un apport d’ énergie supplémentaire est en général nécessaire, dans le premier cas, pour porter les températures au niveau voulu.
On recourt pour ce faire à des pompes à chaleur, fonctionnant selon le même principe qu’un réfrigérateur. Pour pouvoir produire les températures requises et fonctionner de manière efficace, de telles installations requièrent, en plus de la source de chaleur ambiante exploitée, un apport supplémentaire en électricité ou en gaz.
En termes de consommation d’ énergie primaire, le gaz se révèle plus avantageux que l’ électricité.
La géothermie, c’est-à-dire l’ exploitation de la chaleur terrestre, se fait la plupart du temps par le biais de capteurs ou de sondes géothermiques, combinés avec des pompes à chaleur. Mais il est aussi possible d’utiliser la chaleur terrestre pour pré conditionner l’air extérieur en le faisant simplement passer, avant qu’il ne soit insufflé dans les locaux, par un échangeur sol-air qui le préchauffe en hiver et le refroidit en été, et permet ainsi d’ économiser de l’ énergie calorifique ou frigorifique.
Outre les possibilités décrites ci-dessus d’utiliser les eaux souterraines et superficielles, comme source naturelle d’énergie calorifique ou frigorifique, il est aussi envisageable d’utiliser directement l’eau pour refroidir un bâtiment. À l’instar de la sueur sécrétée par la peau humaine, l’eau qui s’ évapore puise de l’énergie thermique dans l’air qui, par conséquent, se refroidit. Dans un local, on peut obtenir le même effet, de façon directe ou indirecte, à travers un processus de refroidissement par évaporation, dit aussi adiabatique. Il existe 2 manières d’ assurer un refroidissement adiabatique direct : soit on fait passer l’air neuf au-dessus de plantes ou d’un plan d’eau, soit – surtout en présence d’une ventilation mécanique – on vaporise de l’eau en gouttelettes si fines qu’elles restent en suspens et refroidissent ainsi l’air neuf. L’inconvénient de ces procédés est qu’ils accroissent l’ humidité de l’air. Aussi, l’option du refroidissement adiabatique direct se révèle-t-elle surtout judicieuse dans les climats chauds et secs.
Si l’on est en présence d’un système de ventilation mécanique, on pourra abaisser la température de l’air ambiant sans en augmenter l’humidité en combinant principe adiabatique et échangeur de chaleur. On parle alors de refroidissement adiabatique indirect : l’air vicié du local est refroidi par évaporation et rejeté vers l’ extérieur via un échangeur thermique rotatif, capable, avec un haut degré d’efficacité, de transférer le froid à un flux d’air neuf circulant en sens opposé.
Astuce :
Moins la différence de température entre la source de chaleur et circuit de chauffage est importante, plus la pompe à chaleur fonctionne efficacement. C’est donc lorsqu’on les combine avec un système de chauffage surfacique à basse température de fonctionnement (ex : chauffage par le sol) que les pompes à chaleur sont le plus judicieuses.
Du fait de la résistance supplémentaire qui s’oppose à l’écoulement de l’air dans la tuyauterie d’un échangeur géothermique, il est en général nécessaire de recourir à une installation de ventilation mécanique.