Les tracés de température sont au cœur d'une bonne conception de champ de forage. Ce tracé vous indique tout ce que vous devez savoir sur votre conception, mais il a aussi ses limites. Dans cet article, l'interprétation de ces tracés de température sera expliquée (parcelles d'interprétation) et certains des effets qui ne sont pas pris en compte sont également examinés (non inclus).
Interprétation des courbes de température
Dans GHEtool Cloud, vous pouvez avoir deux types de résolution de profil de température : les profils mensuels et les profils horaires.
!Attention
Dans cet article, la terminologie utilisée est celle de la ‘charge du bâtiment’, c'est-à-dire ‘chauffage’ et ‘refroidissement’. Si vous travaillez avec une charge géothermique directement dans l'onglet Demande Thermique, la terminologie devient ‘extraction’ et ‘injection’.
Profil de température mensuel
Dans cette section, nous aborderons quelques-uns des enseignements que vous pouvez tirer de l'examen et de l'étude d'un profil de température mensuel.
En regardant la figure ci-dessus, vous pouvez voir que nous avons 3 lignes différentes sur le tracé de la température. Les deux lignes en pointillé représentent respectivement la température moyenne maximale et minimale autorisée du fluide dans le système géothermique. Ce paramètre peut être défini dans l'onglet ‘Terre’. Les autres courbes sont :
- Température de la paroi du trou de forage Il s'agit de la température de la paroi du trou de forage, c'est-à-dire du sol proche du champ de forage. Notez que cette ligne est souvent invisible car elle se trouve sous les autres lignes du graphique.
Ensuite, il y a deux températures liées aux charges de pointe : c'est-à-dire la quantité maximale de puissance à la fois pour le chauffage et le refroidissement. Ces pics élevés entraînent les températures de fluide les plus extrêmes et sont donc les plus cruciales dans la conception des champs de forage.
- Température du fluide pic de refroidissement Il s'agit de la température moyenne du fluide entre l'entrée et la sortie pendant le pic de refroidissement.
- Température du fluide pic de chauffage Il s'agit de la température moyenne du fluide entre l'entrée et la sortie, que l'on obtient pendant le pic de chauffage.
Profil horaire de la température
Lorsque vous avez un profil de température horaire, vous voyez moins de lignes sur le tracé de la température. Alors que le profil mensuel doit tenir compte du fait que chaque mois est potentiellement caractérisé par du chauffage et du refroidissement, un profil horaire ne comporte qu'un seul de ces deux éléments. Par conséquent, un profil horaire n'affiche qu'une seule ligne pour la température du fluide.
! Note
Strictement parlant, même sur une base horaire, on pourrait passer de l'injection à l'extraction de chaleur en l'espace d'une heure. Cela nécessiterait toutefois des simulations de température avec une résolution de charge inférieure à l'heure, ce qui est excessif pour un processus de conception géothermique.
Les deux lignes en pointillé représentent respectivement la température moyenne maximale et minimale autorisée du fluide dans le système géothermique. Ce paramètre peut être défini dans l'onglet ‘Terre’. Les autres courbes sont :
- Température de la paroi du trou de forage Il s'agit de la température de la paroi du trou de forage, c'est-à-dire du sol proche du champ de forage. Notez que cette ligne est souvent invisible car elle se trouve sous les autres lignes du graphique.
- Température moyenne du fluide Il s'agit de la température moyenne du fluide entre l'entrée et la sortie pour chaque heure de la période de simulation.
Quels sont les effets qui ne sont pas pris en compte dans les graphiques ?
Si GHEtool Cloud fait appel à de nombreux paramètres dans ses différents onglets pour générer un résultat unique, il est essentiel de noter que certains facteurs ne sont pas pris en compte et méritent une attention particulière. La conception d'un système géothermique, en particulier pour les projets de grande envergure, représente un défi intéressant qui nécessite des connaissances approfondies, complétées par des outils précieux tels que GHEtool Cloud.
Comportement dynamique
Tous les modèles de sol de GHEtool sont dits ‘statiques’ ou ‘à l'état d'équilibre’. Cela signifie qu'ils négligent l'inertie thermique à l'intérieur du fluide et du coulis de forage. Chaque kilowatt (kW) de puissance que vous obtenez à l'extérieur du champ de forage est tiré instantanément du sol, ce qui n'est évidemment pas le cas, puisque le fluide se refroidit d'abord, puis le coulis et, après un certain temps, le sol. Cette hypothèse peut être considérée comme un élément de sécurité intrinsèque lors de la conception des systèmes géothermiques, car les températures moyennes du fluide que vous obtenez sont très probablement meilleures qu'elles ne le seront en réalité en raison de l'inertie thermique.
! Note
GHEtool travaille actuellement avec la KU Leuven (The SySi Team) sur la manière de modéliser efficacement ce comportement à court terme du champ de forage. Une fois le modèle entièrement validé, nous le mettrons en œuvre dans GHEtool Cloud pour vous. Vous trouverez des liens vers la recherche ci-dessous dans les références.
Variable SCOP/SEER
GHEtool Cloud part du principe que la charge géothermique reste constante chaque année. Cela implique également que le coefficient de performance saisonnier (SCOP) et le taux d'efficacité énergétique saisonnier (SEER) sont identiques pour la première et la dernière année. Toutefois, dans le cas d'un système présentant un déséquilibre important, cette hypothèse est très prudente.
Prenons par exemple le cas d'un déséquilibre persistant qui refroidit progressivement le sol chaque année. Dans la pratique, lorsque la température du sol diminue, le SCOP diminue également, ce qui a pour effet de réduire la quantité de chaleur extraite du sol. Ce phénomène contrebalance le déséquilibre initial et en compense les effets. C'est ce que montre la figure ci-dessous. Le SCOP diminue au cours de la période de simulation, mais de manière décroissante.
! Note
GHEtool travaille actuellement avec les fabricants de pompes à chaleur pour obtenir une image plus détaillée de l'efficacité des pompes à chaleur mise en œuvre dans GHEtool Cloud. Restez à l'écoute pour de nouvelles mises à jour !
Conclusion
Cet article vous a montré ce que vous pouvez faire avec les tracés de température dans GHEtool Cloud, mais aussi ce que vous ne pouvez pas faire. La conception géothermique est une pratique complexe qui nécessite une formation et de l'expérience. Cependant, grâce à notre développement continu et à notre collaboration avec des partenaires de la recherche et de l'industrie, nous voulons vous offrir l'outil le meilleur et le plus fiable pour la conception de systèmes géothermiques.
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Références
- Regardez notre vidéo d'explication sur notre page YouTube en cliquant sur ici.
- Meertens, L. (2024). Réduction des coûts d'investissement pour les systèmes de pompes à chaleur géothermiques grâce au dimensionnement dynamique de Borefield. IEA HPT Magazine 42(2), https://doi.org/10.23697/9r3w-jm57.
- Meertens, L., Peere, W., Helsen, L. (2024). Influence of short-term dynamic effects on geothermal borefield size (Influence des effets dynamiques à court terme sur la taille des champs de forage géothermiques). In Actes de l'Association internationale des pompes à chaleur géothermiques. Montréal (Canada), 28-30 mai 2024.