Les diagrammes de Sankey sont idéaux pour visualiser la manière dont les choses circulent dans un système, qu'il s'agisse d'argent, de matériaux ou d'énergie. C'est pourquoi nous les avons ajoutés par défaut comme résultat dans chaque simulation GHEtool Cloud. Lisez l'article pour en savoir plus sur les informations que vous pouvez tirer de ces diagrammes.
Qu'est-ce qu'un diagramme de Sankey ?
Les diagrammes de Sankey ont été développés à l'origine pour expliquer l'efficacité des machines à vapeur. Ils illustrent la manière dont les entrées d'un système sont liées à ses sorties et peuvent donc être utilisés pour visualiser des dynamiques intéressantes au sein du système. Bien qu'ils aient été développés dans le contexte de la thermodynamique - où ils sont encore fréquemment utilisés - ils ont depuis trouvé leur place dans l'économie, la collaboration et le commerce internationaux, et maintenant, à partir d'aujourd'hui, dans l'ingénierie géothermique également ! Vous trouverez ci-dessous une esquisse d'un diagramme de Sankey à des fins d'utilisation matérielle.
Chaque diagramme de Sankey doit être lu de gauche à droite, de l'entrée à la sortie. Dans l'exemple ci-dessus, tous les matériaux d'emballage sont des intrants dans le diagramme et peuvent être séparés en plusieurs flux : carton, plastique, compost et décharge.
!Note
L'exemple ci-dessus comprend également un flux de retour de ‘bouteilles de lait’. Cela crée un cycle dans le graphe, ce qui est généralement évité (bien que cela ne soit pas strictement interdit). Dans GHEtool Cloud, tous les diagrammes de Sankey sont des graphes acycliques dirigés (DAG), ce qui signifie qu'ils ne circulent que dans une seule direction.
Un aspect important de tout diagramme de Sankey est que le total des entrées doit toujours être égal au total des sorties. Cela garantit qu'aucune matière, énergie ou autre quantité n'est perdue ou créée dans le diagramme lui-même.
Avant d'examiner de plus près la manière dont ces diagrammes sont représentés dans GHEtool Cloud, nous devons d'abord introduire le concept de stockage saisonnier de l'énergie thermique (STES).
Stockage saisonnier de l'énergie thermique (STES)
Lorsque nous parlons de champs de forage géothermiques peu profonds, nous nous référons à l'utilisation du sol comme une batterie de chaleur plutôt que comme une source. Contrairement aux applications géothermiques profondes, où la chaleur est récoltée pour les processus industriels, la production d'électricité ou le chauffage urbain, les champs de forage sont généralement utilisés dans des scénarios où il y a à la fois une demande de chauffage et de refroidissement.
En été, la chaleur est stockée dans le sol, pour être utilisée plus tard par la pompe à chaleur géothermique (PCG) pendant l'hiver pour chauffer le bâtiment. Cette extraction refroidit le sol, ce qui le rend apte au refroidissement (passif).
Idéalement, l'énergie extraite du sol par la GSHP provient entièrement de l'énergie stockée en été. Cependant, dans de nombreux cas, il y a un déséquilibre, ce qui signifie que l'énergie stockée n'est pas suffisante pour couvrir la totalité de la demande de chauffage (ou de refroidissement). Dans ce cas, le sol est également utilisé en partie comme source d'énergie.
Ces deux sources de chaleur - le stockage saisonnier d'énergie thermique (STES) et le déséquilibre - sont représentées séparément dans les diagrammes de Sankey.
!Note
Si la notion de déséquilibre ne vous est pas familière, vous pouvez en prendre connaissance dans notre article ici.
Diagrammes de Sankey en GHEtool Cloud
Chaque calcul dans GHEtool Cloud sera dorénavant visualisé à l'aide d'un diagramme de Sankey. Bien que l'apparence de ces diagrammes puisse varier en fonction de la conception spécifique, la palette de couleurs principale restera toujours la même. Un premier exemple, montrant un champ de forage avec un déséquilibre négatif, est fourni ci-dessous.
Chaque diagramme de ce type dans GHEtool Cloud est composé de quatre couleurs différentes :
- Rouge/orange - représente tout ce qui est lié au ‘côté chaud’ du système, y compris le chauffage et l'eau chaude sanitaire (ECS).
- Bleu - représente tout ce qui est lié au ‘côté froid’ du système, comme le refroidissement.
- Violet - indique toutes les interactions avec l'environnement, qui peuvent être considérées comme des flux d'entrée. Cela comprend l'électricité nécessaire pour faire fonctionner les pompes à chaleur, ainsi que le déséquilibre du sol, qui est l'un des deux intrants de la pompe à chaleur géothermique.
- Vert - représente le stockage saisonnier de l'énergie thermique (STES), l'autre entrée de la pompe à chaleur.
Dans le cas d'un champ de forage dominé par l'injection, la nature du déséquilibre est inversée. C'est ce qu'illustre l'image suivante.
Dans le cas d'un déséquilibre positif, le déséquilibre n'est plus une source mais un puits dans le système total. Cela signifie qu'une partie du potentiel de la STES est effectivement perdue dans l'environnement. L'idéal est d'avoir un champ de forage proche de l'équilibre, comme le montre la figure ci-dessous. Dans ce cas, la contribution de la STES est nettement plus importante que le déséquilibre, ce qui donne la solution la plus efficace.
Ce diagramme de Sankey peut également être utilisé pour comprendre les simulations plus complexes de GHEtool. Celles-ci sont présentées ci-dessous.
Autres exemples
Au lieu de compter uniquement sur le refroidissement passif, vous pouvez également combiner le refroidissement actif et le refroidissement passif sur votre champ de forage (lire cet article pour plus d'informations). Dans ce cas, la demande de refroidissement est répartie entre les composants passifs et actifs, comme le montre la figure ci-dessous.
Le refroidissement passif et le refroidissement actif nécessitent tous deux de l'électricité et contribuent à la fois à la STES et au déséquilibre (puisque le champ de forage est à nouveau dominé par l'injection). Outre la combinaison du refroidissement actif et passif, il est également possible d'opter pour un système hybride.
Lorsqu'un système hybride est conçu, une partie du chauffage et du refroidissement provient de votre technologie hybride. C'est ce que montre la figure ci-dessus.
!Note
En raison de la nature "boîte noire" des méthodes d'optimisation du profil de charge - où aucune hypothèse n'est faite sur les technologies utilisées - ces systèmes hybrides de chauffage et/ou de refroidissement ne consomment pas d'électricité, car ils pourraient, par exemple, être alimentés par la chaleur résiduelle ou d'autres sources. Dans une prochaine mise à jour, une plus grande spécificité sera ajoutée à ces systèmes hybrides afin que le diagramme de Sankey puisse être plus détaillé et adapté à la solution hybride spécifique que vous avez conçue.
Enfin, dans un dernier exemple, il est possible de combiner toutes les options en un seul diagramme de Sankey principal, comme indiqué ci-dessous.
Conclusion
Cet article présente un nouveau type de résultat dans GHEtool : les diagrammes de Sankey. Ces diagrammes de flux permettent de comprendre comment l'énergie est transférée entre les différentes parties du système, l'importance du stockage saisonnier de l'énergie thermique (STES) et dans quelle mesure nous dépendons de ressources externes telles que l'électricité, les systèmes hybrides ou le déséquilibre.
Nous espérons que ce graphique supplémentaire, désormais inclus par défaut dans toutes vos simulations, vous aidera à concevoir des champs de forage en toute confiance !
Références
- Regardez notre vidéo d'explication sur notre page YouTube en cliquant sur ici.