La combinaison du refroidissement passif et actif dans votre champ de forage géothermique vous permet de profiter du meilleur des deux mondes. D'une part, vous pouvez bénéficier d'un refroidissement passif (ou gratuit) hautement durable et efficace, et d'autre part, vous pouvez réduire les coûts d'investissement grâce à une conception optimisée du refroidissement actif. Cet article montre comment vous pouvez utiliser GHEtool pour mettre en œuvre cette combinaison intelligente !
!Note
Cet article s'inscrit dans le prolongement de notre article précédent, qui traitait de la méthodologie permettant de combiner le refroidissement actif et passif. Si vous ne l'avez pas encore lu, vous pouvez le consulter. ici.
Exemple : Immeuble de bureaux
La figure ci-dessous montre la courbe de durée de charge de l'immeuble de bureaux que nous allons étudier. Comme vous pouvez le constater, la demande de refroidissement est importante en raison des gains internes élevés, qui sont typiques des immeubles de bureaux (par exemple, de nombreux ordinateurs, imprimantes, infrastructure de réseau, etc.) En outre, la demande de refroidissement est supérieure à la demande de chauffage, ce qui se traduit par un champ de forage dominé par l'injection.
!Note
Si vous n'êtes pas familier avec les champs de forage dominés par l'injection et l'extraction et leurs implications, vous pouvez consulter notre article sur les champs de forage dominés par l'injection et l'extraction. quadrants du champ de forage pour une explication détaillée.
Dimensionné pour un refroidissement passif
La première situation, disons “idéale” du point de vue de l'efficacité, consiste à dimensionner notre champ de forage pour le refroidissement passif 100%. Dans ce cas, il semble que nous ayons besoin de 130 trous de forage d'une profondeur de 150 m pour rester en dessous de notre limite de température de 17°C pour le refroidissement passif. Cela nous donne le profil de température ci-dessous.
!Note
La température de 17°C est une température moyenne maximale du fluide utilisée pour le refroidissement passif. Étant donné que vous perdez 1 à 2 °C dans l'échangeur de chaleur passif, vous ne pouvez pas dépasser cette température si vous voulez fournir la puissance de refroidissement requise pour, par exemple, votre système de refroidissement par le sol. Cela dépend bien sûr de facteurs tels que votre système d'émission, le niveau de confort requis, le point de condensation de l'air et les différences de température dans votre système hydraulique.
Le profil de température ci-dessus ne reste pas toujours en dessous du seuil de 17°C que nous avons fixé. Si nous faisons un zoom avant, il dépasse cette limite pendant trois heures par an. Compte tenu des incertitudes inhérentes à ce type de profil, on peut affirmer qu'il s'agit d'une conception bien équilibrée. L'ajout de dix trous de forage supplémentaires juste pour couvrir ce bref pic de refroidissement ne serait généralement pas souhaitable d'un point de vue économique dans la plupart des situations.
Un autre aspect notable est que la température moyenne la plus basse du fluide reste supérieure à 10°C, ce qui est assez élevé pour la région climatique de la Belgique. Cela indique que le champ de forage est principalement dimensionné pour répondre à la demande de refroidissement de manière passive, ce qui entraîne un surdimensionnement important du point de vue de la demande de chauffage. Nous allons donc étudier la possibilité d'un dimensionnement actif afin de réduire la taille du champ de forage nécessaire.
!Note
Si vous ne savez pas comment interpréter ces profils de température, vous pouvez consulter notre article à ce sujet ici.
Dimensionné pour le refroidissement actif
Lorsque nous dimensionnons le champ de forage pour un refroidissement actif, la température moyenne maximale du fluide peut augmenter, car nous pouvons maintenant compter sur la pompe à chaleur pour fournir le refroidissement nécessaire. Ce faisant, nous pouvons réduire le nombre de trous de forage de 130 à 60, ce qui donne le profil de température ci-dessous.
!Attention
Bien qu'il n'y ait pas de limite technique à la température moyenne maximale du fluide, il est conseillé de la maintenir sous contrôle afin d'éviter toute atteinte à l'environnement. Veuillez vérifier la législation locale pour connaître les éventuelles restrictions concernant les températures des fluides.
Comme on peut le constater, le champ de forage présente désormais un potentiel géothermique moindre en matière d'énergie de chauffage. Si vous n'êtes pas familier avec le concept de potentiel géothermique, vous pouvez lire notre article sur le sujet ici. Il en résulte une utilisation plus efficace de notre investissement.
Maintenant que nous avons étudié les deux extrêmes - le refroidissement passif de 100% et le refroidissement actif de 100% - examinons trois conceptions qui combinent les deux approches.
Température seuil avec 60 forages
Une bonne première étape consiste à conserver le même nombre de trous de forage que dans la conception active 100% et à vérifier quel pourcentage de la charge peut être satisfait de manière passive. Pour ce faire, nous utilisons la méthode de la température seuil (lire l'article ici), en la fixant à 17°C. En appliquant cette approche, nous constatons que 58% du refroidissement peuvent être fournis passivement, ce qui donne une moyenne de SEER de 11,22.
!Note
Ce 58% est une moyenne sur l'ensemble de la période de simulation. Les premières années, la part du refroidissement passif sera plus élevée que les années suivantes (voir ci-dessous).
Si nous examinons de plus près la part du refroidissement actif au fil des ans, nous pouvons voir dans la figure ci-dessous qu'elle augmente d'année en année. Cela est dû au déséquilibre. Comme indiqué précédemment, ce champ de forage est dominé par l'injection, ce qui signifie qu'il se réchauffe avec le temps, réduisant ainsi le potentiel de refroidissement passif dans les dernières années de la période de simulation.
Cet effet peut également être observé dans le profil de la demande de refroidissement ci-dessous, où la part du refroidissement passif diminue visiblement d'année en année.
Température seuil avec 80 forages
Les 60 trous de forage dans le cas actif de 100% ont fourni 58% de refroidissement passif. Si nous augmentons le nombre de trous de forage à, par exemple, 80, nous pouvons observer l'effet sur la part du refroidissement passif. Nous obtenons alors 79% de refroidissement passif et une moyenne de SEER de 14,41 sur l'ensemble de la période de simulation. Cependant, en raison du déséquilibre géothermique, la part du refroidissement actif augmentera à nouveau d'année en année.
Si l'on examine de plus près le profil de température ci-dessous, on constate que la température moyenne du fluide reste toujours inférieure à la limite de 25°C fixée pour le refroidissement actif. Cela s'explique par le fait que nous avons réalisé 20 forages supplémentaires qui, d'un point de vue strictement conceptuel, n'étaient pas nécessaires puisque nous utilisons à la fois le refroidissement actif et le refroidissement passif. Le fait que la température moyenne du fluide soit plus basse qu'auparavant explique pourquoi la part du refroidissement passif augmente lorsque davantage de trous de forage sont installés.
Mois fixes
Une alternative à l'utilisation d'une température seuil est d'appliquer un refroidissement actif par défaut pendant les mois d'été. Bien que cela se traduise par une part passive plus faible (comme l'explique l'article ici), il peut y avoir des raisons valables de choisir cette approche, comme une stratégie de contrôle plus simple, un système d'émission de refroidissement différent ou la nécessité d'une déshumidification.
Si nous calculons la part du refroidissement passif en utilisant le refroidissement actif par défaut en juillet et août, nous obtenons une moyenne de SEER légèrement inférieure de 10,53 et une part de refroidissement passif de 52% pour les mêmes 60 forages (par rapport à un SEER de 11,22 et 58% en utilisant la méthode de la température seuil).
La différence de part géothermique devient évidente lorsqu'on examine le profil de refroidissement. Ci-dessous, vous pouvez voir qu'il n'y a pas de refroidissement passif pendant les mois d'été, alors que dans le cas de la température seuil, un certain refroidissement passif était encore présent. Il s'agit d'une inefficacité inhérente à la méthode des mois fixes.
Une dernière remarque concernant cette méthode est qu'il n'est pas possible d'être totalement certain que le refroidissement passif peut effectivement être assuré pendant les mois qui ne sont pas les mois par défaut (par exemple, juin et septembre dans le cas présent). Lorsque nous examinons de près le profil de température pour la première année, nous pouvons déjà voir quelques températures de fluide en mai, juin et septembre qui dépassent le seuil de 17°C. Cela suggère que la puissance de refroidissement requise à ces moments-là peut ne pas être suffisante. Cela suggère que la puissance de refroidissement requise à ces moments peut ne pas être entièrement fournie, ce qui est une considération importante à garder à l'esprit.
Conclusion
Cet article traite de la conception d'un champ de forage pour un immeuble de bureaux utilisant le refroidissement passif, actif et combiné passif et actif. Le passage de 100% passif à 100% actif a permis de réduire le nombre de forages de 130 à 60, mais il a été constaté qu'environ 58% du refroidissement pouvait encore être assuré de manière passive. En augmentant le nombre de trous de forage à 80, on a obtenu une part passive de 791 TTP10T. L'utilisation de la méthode des mois fixes a donné des résultats légèrement inférieurs à ceux de la méthode des températures seuils, avec une part passive de 52%. Bien que plus simple à mettre en œuvre dans la pratique, cette approche a nécessité une plus grande prudence pendant les mois non actifs.
Références
- Regardez notre vidéo d'explication sur notre page YouTube en cliquant sur ici.