La conception hydraulique de votre champ de forage - en particulier la décision de placer vos forages en série, en parallèle ou une combinaison des deux - peut avoir un impact significatif sur le nombre total de compteurs de forage requis. Cet article vous guidera dans la définition des différentes options de conception hydraulique dans GHEtool Cloud.
Concepts essentiels
Les décisions hydrauliques que vous prenez en tant que concepteur ont une incidence directe sur le nombre total de compteurs de forage requis. Des choix tels que l'utilisation d'un tube en U simple ou double (conception hydraulique du forage interne) ou la façon de connecter les forages en série ou en parallèle (conception hydraulique du forage externe) ont un impact sur le régime d'écoulement à travers le champ de forage. Ceci, à son tour, affecte la conception globale, comme nous l'avons vu dans les articles précédents.
!Note
Si vous n'avez pas encore lu notre article sur les nombres de Reynolds et la différence entre un écoulement laminaire et un écoulement turbulent, nous vous recommandons de le lire d'abord. Ces connaissances vous permettront de mieux comprendre les concepts présentés. ici.
Définition du débit dans GHEtool Cloud
Dans GHEtool Cloud, un seul paramètre de conception hydraulique doit être saisi - le débit par trou de forage. Ce paramètre se trouve sous l'onglet ‘Résistance du forage’ > ‘Données de fluide’.
!Attention
Vous devez saisir le débit par trou de forage, et non par tube ou échangeur de chaleur. GHEtool calculera automatiquement des informations clés telles que la perte de charge, le nombre de Reynolds, le régime du fluide et la résistance thermique du trou de forage sur la base de ces données. Pour plus de clarté, les figures de GHEtool affichent le débit résultant par tube, mais vous devez toujours saisir le débit pour l'ensemble du trou de forage.Restez à l'écoute
Le calcul de la perte de charge mérite un article à part entière. Les explications relatives à la perte de charge ci-dessous sont donc assez brèves. Nous travaillons actuellement à l'extension des méthodes de calcul de la perte de charge avec GHEtool Cloud et, une fois cette étape franchie, un article complet sur le sujet sera publié.
Deux approches de l'hydraulique Design
Il existe deux approches générales de la conception hydraulique d'un champ de forage :
- Approche descendante: Commencez par le débit total du système et calculez le débit résultant à travers chaque trou de forage.
- Approche ascendante: Définir le débit requis pour chaque forage et calculer le débit total du système.
Bien que ces approches diffèrent dans leurs points de départ, la logique de conception reste la même.
!Note
1TP5Une sélection basée uniquement sur le débit peut s'avérer trompeuse. La pompe du système doit être capable de gérer la perte de charge de l'ensemble du champ de forage. Pour les systèmes plus importants, il est essentiel de calculer la perte de charge totale et de s'assurer que la pompe est adéquate. Pour les petits projets résidentiels, où la pompe interne de la pompe à chaleur gère la pression, vérifiez auprès du fabricant qu'elle peut répondre à ces exigences.
Différentes hydrauliques Designs
Il existe quatre archétypes principaux de conception hydraulique, plus un cas combiné, qui peut servir de modèle pour des systèmes plus complexes. Ces archétypes sont basés sur les combinaisons suivantes :
- Conception du trou de forage interne: Tube en U simple ou tube en U double
- Conception d'un trou de forage externe: Connexions en parallèle ou en série
Tube en U simple - Parallèle
Dans cette configuration, les forages sont connectés en parallèle, et le débit total du système est réparti à parts égales à travers les trous de forage. Par exemple, si le débit du système est de 1 l/s et qu'il y a 3 forages, chaque forage recevra 0,33 l/s. C'est le débit que vous entrez dans GHEtool Cloud.
!Note
La perte de charge des systèmes parallèles est la même pour tous les forages. Si un forage subit une perte de charge de 20 kPa, la perte de charge combinée pour tous les forages sera également de 20 kPa. Il faut tenir compte de la perte de charge supplémentaire dans les tubes horizontaux.
Tube en U simple - Série
Ici, les forages sont connectés en série, ce qui signifie que le débit total du système passe par chaque forage consécutivement. Si le débit du système est de 1 l/s, ce même débit passe par chaque trou de forage.
!Note
Pour les raccordements en série, il faut ajouter la perte de charge de chaque forage. Par exemple, si un forage entraîne une perte de charge de 20 kPa, trois forages connectés en série entraîneront une perte de charge totale d'au moins 60 kPa, sans tenir compte de la perte de charge dans les conduites horizontales.
Tube en double U - Parallèle
Lorsque des forages avec des tubes en U doubles sont connectés en parallèle, le débit est divisé à la fois extérieurement et intérieurement. Le débit du système est divisé de manière égale entre les forages, et le débit dans chaque forage est encore divisé entre les deux tubes en U. Pour un débit du système de 1 l/s avec 3 forages, chaque forage reçoit 0,33 l/s. Pour un débit du système de 1 l/s avec 3 trous de forage, chaque trou de forage reçoit 0,33 l/s et chaque tube en U à l'intérieur d'un trou de forage reçoit 0,165 l/s.
Tube en double U - série
Dans une configuration à double tube en U, les tubes en U ne sont pas reliés entre eux. Au lieu de cela, chaque tube en U dans un trou de forage fonctionne comme une voie indépendante. L'écoulement passe par chaque tube en U dans le trou de forage, créant ainsi deux voies d'écoulement parallèles par trou de forage. Le débit du système de 1 l/s est réparti entre les deux tubes en U parallèles dans chaque trou de forage, de sorte que chaque tuyau reçoit 0,5 l/s.
Combiné
De nombreux grands champs de forage utilisent une conception combinée pour équilibrer les pertes de charge et les exigences en matière de débit. Par exemple, un système comportant 6 forages peut les regrouper en deux ensembles de trois forages connectés en série. Ces deux groupes sont ensuite connectés en parallèle.
Pour analyser ce système, il faut commencer au niveau du forage. Chaque forage d'un groupe de série reçoit le débit total du groupe. Si chaque forage du système nécessite un débit de 0,5 l/s et que chaque groupe en série contient trois forages, le débit total du groupe est de 0,5 l/s. Comme les deux groupes sont connectés en parallèle, le débit total du système est de 1 l/s (0,5 l/s par groupe × 2 groupes).
!Note
La perte de charge totale du système combiné est calculée en additionnant les pertes de charge des forages de chaque groupe de série. Comme les groupes sont en parallèle, cette perte de charge combinée n'augmente pas en raison du raccordement en parallèle. Toutefois, il convient de tenir compte des conduites horizontales et des pertes dans les coins (appelées ‘pertes locales’).
Conclusion
Le choix de la bonne conception hydraulique pour votre champ de forage peut avoir un impact significatif sur la longueur totale du forage nécessaire et sur l'efficacité globale du système. En comprenant les implications des connexions en parallèle ou en série et les différences entre les conceptions de tubes en U simples et doubles, vous pouvez prendre des décisions plus éclairées. GHEtool Cloud simplifie ce processus en vous permettant de saisir un débit unique par trou de forage, avec des calculs automatisés pour la perte de charge, le nombre de Reynolds et la résistance thermique du trou de forage.
Références
- Regardez notre vidéo d'explication sur notre page YouTube en cliquant sur ici.