Comment comparer un calcul avec Earth Energy Designer (EED) à un calcul avec GHEtool Cloud ? Les deux outils ont des modèles différents et utilisent des paramètres d'importation légèrement différents. Dans cet article, nous vous montrerons comment convertir un projet EED en un projet GHEtool Cloud et nous discuterons des principales différences entre les deux outils.
Importer un projet EED
Pour entrer votre projet Earth Energy Designer (EED) dans GHEtool Cloud, vous devez disposer du fichier d'exportation EED. Il s'agit généralement d'un fichier texte contenant tous les paramètres d'entrée et certains résultats d'une simulation. Dans cette section, nous allons passer en revue chaque section du fichier d'exportation dans l'ordre et vous montrer où saisir les données dans GHEtool.
!Indice
Si vous voulez suivre, vous pouvez télécharger le fichier EED ici.
Sol
Après avoir ignoré les ‘Quick Facts’ (qui ne sont pas nécessaires dans GHEtool), nous arrivons à la section des données de conception. Nous y trouvons les informations suivantes :
- Conductivité thermique du sol: 1,76 W/(m-K)
- Capacité thermique du sol: 2,41 MJ/(m³-K)
Les deux valeurs peuvent être saisies directement dans GHEtool Cloud, mais il faut s'assurer que le paramètre ‘Résolution des données au sol’ est réglé sur ‘Homogène’. Etant donné que l'EED ne peut pas traiter les données de sol en couches, toutes les données de sol dans le fichier d'exportation sont supposées être homogènes.
- Température de la surface du sol: 9,5 °C
- Flux de chaleur géothermique: 0,08 W/m²
Ces valeurs peuvent être introduites en réglant la ‘Source des données de température du sol’ sur ‘Custom’ et en sélectionnant ‘Flux’ pour la variation de température.
!Note
Le plus souvent, les informations contenues dans l'exportation EED proviennent d'une base de données de sélection, mais il n'est pas explicitement indiqué quel point de données a été utilisé. Si vous connaissez la localisation du projet, vous pouvez utiliser la base de données pour sélectionner votre localisation. Pour garantir une comparaison précise, nous vous suggérons de saisir les valeurs comme indiqué ci-dessus.
Forage
La section suivante de l'exportation EED concerne le trou de forage. Certaines informations sont saisies sous l'onglet ‘Borefield’ dans GHEtool Cloud, tandis que d'autres données sont saisies sous ‘Borehole resistance’.
- Configuration: 9 (“10 : 1 x 10 ligne”)
Ces informations peuvent être saisies dans l'onglet ‘Champ de forage’. EED utilise un ensemble limité de champs de forage prédéfinis, qu'il exporte en tant que ‘Configuration’. Dans ce cas, définissez un champ de forage rectangulaire avec 1 trou dans la direction de la longueur et 10 dans la direction de la largeur.
- Profondeur du forage: 123 m
Il s'agit là d'une différence essentielle entre l'EED et le GHEtool. L'EED ne tient pas compte de la profondeur d'enfouissement, ce qui signifie que la profondeur et la longueur du trou de forage sont identiques. Dans GHEtool Cloud, la profondeur d'enfouissement doit être saisie comme un paramètre supplémentaire. (Pour plus d'informations, voir cet article.)
!Attention
Cette différence mineure se traduira par des résultats légèrement différents. L'EED suppose que la surface du sol est isolée, ce qui signifie qu'il n'y a pas de transfert de chaleur entre la température environnante et le champ de forage. GHEtool utilise un modèle scientifique plus récent qui tient compte de cet effet. C'est pourquoi la profondeur d'enfouissement est nécessaire. Dans ce cas, l'utilisation d'une profondeur d'enfouissement de 0,7 m et d'une profondeur de forage de 123 m donne une longueur de forage de 122,3 m, légèrement inférieure à la valeur EED.
- Espacement des forages: 7 m
L'EED n'autorisant pas un espacement différent dans les directions de la longueur et de la largeur, les deux doivent être réglés sur 7 m en GHEtool (bien que pour une configuration de ligne, cela n'ait pas d'importance).
Passons maintenant à l'onglet ‘Résistance du trou de forage’ dans GHEtool. Sélectionnez ‘Calculée’ dans la section ‘Général’.
- Installation de trous de forage: Double-U
Un tube en double U est saisi dans GHEtool en sélectionnant ‘tube en U’ comme échangeur de chaleur et en réglant le ‘nombre de tubes en U’ sur 2.
- Diamètre du trou de forage: 140 mm
- Diamètre du tube en U: 32 mm
- Epaisseur du tube en U: 3 mm
- Conductivité thermique du tube en U: 0,42 W/(m-K)
Ces valeurs peuvent être introduites directement dans GHEtool.
- Espacement des tiges des tuyaux en U: 80 mm
L'EED utilise l'espacement des tiges pour décrire la position des tuyaux à l'intérieur du trou de forage. L'espacement des tiges est la distance perpendiculaire entre les deux branches du tube en U. GHEtool utilise la distance entre le tuyau et le centre du trou de forage, qui correspond à la moitié de l'espacement des tiges. Par conséquent, entrez 40 mm dans GHEtool.
- Conductivité thermique du remplissage: 1,5 W/(m-K)
Ce paramètre peut être défini dans la rubrique ‘Conductivité thermique du coulis’.
- Résistance de contact tuyau/remplissage: 0 (m-K)/W
GHEtool ne tient pas compte de ce paramètre.
!Note
GHEtool comprend un paramètre ‘rugosité du tuyau’. L'EED suppose que tous les tuyaux sont lisses, de sorte que cette valeur est généralement très faible.
Si nous introduisons toutes ces informations, nous obtenons le résultat suivant.
Résistances thermiques
Cette section contient des informations supplémentaires sur les calculs internes de l'EED et n'est pas importante pour nous.
Fluide caloporteur
Pour saisir les données relatives au fluide caloporteur à partir d'EED, restez sur l'onglet ‘Résistance du trou de forage’ et allez à ‘Données relatives au fluide’. Sélectionnez ‘Custom’.
!Attention
Les paramètres du fluide dépendent de la température. Dans EED, les paramètres d'entrée sont prédéfinis pour des températures spécifiques. Dans GHEtool Cloud, les propriétés thermiques sont calculées en fonction de votre saisie du seuil minimum de température moyenne du fluide, qui peut différer des valeurs EED. Pour garantir une comparaison équitable, utilisez ‘Custom’ dans GHEtool. Pour un résultat plus réaliste, définissez manuellement le mélange eau-x%.
- Conductivité thermique: 0,47 W/(m-K)
- Capacité thermique spécifique: 3930 J/(Kg-K)
- Densité: 1029 Kg/m³
- Viscosité: 0,0045 Kg/(m-s)
Ces paramètres peuvent être réglés directement.
- Point de congélation: -9 °C
Ce paramètre n'est pas nécessaire dans GHEtool.
- Débit par trou de forage: 0,43 l/s
Ceci peut également être réglé directement dans GHEtool.
Charge de base et charge de pointe
Pour les derniers paramètres d'entrée, allez à l'onglet ‘Demande thermique’ dans GHEtool. Réglez le ‘Type de charge’ sur ‘Bâtiment’.
Charge de base
- Charge annuelle d'ECS: 0 MWh
Dans ce cas particulier, il n'y a pas de demande d'eau chaude sanitaire, nous pouvons donc mettre ‘Non’ dans GHEtool sous ‘Ajouter de l'eau chaude sanitaire ?.
- Charge annuelle de chauffage (hors ECS): 86,3 MWh
- Charge annuelle de refroidissement: 30 MWh
Ces valeurs ne sont pas nécessaires si nous voulons comparer EED avec GHEtool.
!Note
Si vous souhaitez comparer rapidement les résultats, vous pouvez régler le ‘Type de charge’ sur ‘Relatif’ et saisir ces valeurs dans la section Charge mensuelle. Cependant, pour une comparaison équitable, vous devez régler la ‘Résolution de la charge thermique’ sur ‘Mensuelle’ et le ‘Type de charge’ sur ‘Absolue’ afin d'entrer les charges de pointe et les charges mensuelles par mois directement dans GHEtool Cloud.
- Facteur de performance saisonnier (ECS): 3
- Facteur de performance saisonnier (chauffage): 5
- Facteur de performance saisonnier (refroidissement): 1E5
Ces paramètres peuvent être définis dans la section des données de la pompe à chaleur de GHEtool.
!Note
Souvent, vous verrez un facteur de performance saisonnier (refroidissement) de 1E5 dans une exportation EED. Il s'agit d'une hypothèse traditionnelle où le refroidissement passif (ou gratuit) est considéré comme ayant une consommation d'électricité nulle. Vous pouvez entrer cette valeur dans GHEtool sans problème, mais nous vous recommandons d'utiliser une valeur plus réaliste de 20-25.
Charge de pointe
La même chose que pour la charge de base s'applique ici. Pour une comparaison équitable, vous devez saisir manuellement toutes les valeurs de pointe pour le chauffage et le refroidissement dans la section Charge mensuelle. Si vous souhaitez effectuer une comparaison rapide, sélectionnez ‘Relative’ comme ‘Type de charge’, vous pouvez simplement saisir la valeur de pointe la plus élevée pour le chauffage et la climatisation, et elle sera répartie sur tous les mois selon une distribution standard. Par exemple, vous pouvez saisir 55 kW comme pic de chauffage et 30 kW comme pic de refroidissement.
Enfin, la durée de la pointe en GHEtool ne doit être introduite qu'une seule fois. Dans la section ‘Général’, réglez la durée de pointe à 36 heures pour le chauffage et à 8 heures pour le refroidissement.
!Note
Si vous concevez un champ de forage, il est toujours limité par un cas spécifique - le mois avec la puissance de pointe et la durée de pointe les plus élevées. Par conséquent, en entrant simplement la valeur maximale, vous pouvez vous assurer que le résultat est fiable, car les autres mois ont un impact négligeable sur le dimensionnement final.
L'entrée finale devrait ressembler à ceci.
Les dernières valeurs trouvées dans le fichier d'exportation sont le ‘Nombre d'années de simulation’ et le ‘Premier mois de fonctionnement’. Ces deux valeurs peuvent être définies dans l'onglet ‘Général’ de GHEtool Cloud, sous ‘Paramètres de simulation’.
Résultats
Dans cette section, nous comparerons les résultats d'un calcul GHEtool Cloud avec notre calcul EED, en soulignant deux différences essentielles.
Résistance thermique effective du trou de forage
Le fichier d'exportation ne contient que des valeurs numériques, mais l'un des paramètres critiques est la ‘résistance thermique effective du trou de forage’, qui est de 0,07675 (m-K)/W pour ce projet. Ce résultat diffère de celui obtenu dans GHEtool, qui est supérieur de 0,0984 (m-K)/W-28%. Cet écart est dû à la façon dont les deux outils traitent les différents régimes de fluides. L'EED suppose que la transition entre l'écoulement laminaire et l'écoulement turbulent se produit instantanément à Re = 2300, alors que GHEtool Cloud utilise des modèles de fluides plus récents qui tiennent compte d'une zone de transition entre l'écoulement laminaire et l'écoulement turbulent. Cela conduit à un calcul plus précis de la résistance thermique effective du trou de forage, en particulier pour les nombres de Reynolds proches du seuil critique. Dans le cas présent, notre valeur de 2408 se situe dans cette fourchette. (Pour plus de détails sur ce sujet, voir notre article sur les l'article sur le nombre de Reynolds.)
!Note
Si vous souhaitez ignorer cet effet, vous pouvez saisir la résistance thermique du trou de forage comme une valeur constante dans l'onglet ‘Résistance du trou de forage’ en réglant ‘Données pour la résistance du trou de forage’ sur ‘Mesurée’.
Température minimale du fluide
Bien que l'exportation EED ne contienne pas de profil de température, les valeurs maximales peuvent être trouvées sous forme de tableau. Nous constatons ainsi que la température la plus basse pendant le pic de chauffage a lieu en février et est de -1,5°C (ligne 138 du fichier). Dans GHEtool Cloud, cependant, la température moyenne minimale du fluide est de -2,03°C, ce qui est nettement inférieur.
Une partie de cette différence peut être attribuée à la variation de la résistance thermique du forage. Si nous éliminons ce facteur en le fixant comme une constante (cf. supra), nous obtenons un profil de température révisé où la température moyenne minimale du fluide est maintenant de -1,26°C, ce qui est légèrement plus optimiste que l'EED.
Cette différence peut également s'expliquer par les hypothèses relatives à la surface du sol. Comme indiqué précédemment, l'EED suppose que le sol est isolé, ce qui signifie qu'il n'y a pas de transfert de chaleur de l'air environnant vers le sol. Le champ de forage est donc thermiquement isolé de l'environnement. En revanche, GHEtool utilise un modèle plus récent qui tient compte du transfert de chaleur de l'air vers le sol, ce qui compense partiellement le déséquilibre. Bien que cet effet soit relativement faible si l'on fait la moyenne sur une période de 50 ans, il reste perceptible et se traduit par une performance thermique légèrement meilleure dans GHEtool que dans EED.
Conclusion
Cet article fournit un guide détaillé sur la manière de convertir un projet de Earth Energy Designer (EED) en GHEtool. Nous avons observé que GHEtool nécessite des paramètres d'entrée supplémentaires, tels que la profondeur d'enfouissement, en raison de ses calculs plus précis. En outre, GHEtool simplifie le processus de saisie des données de charge par rapport à EED.
Les différences dans les résultats peuvent être attribuées à l'utilisation de modèles différents dans les deux outils. GHEtool calcule la résistance thermique du trou de forage avec plus de précision en incorporant le régime transitoire des fluides. En outre, l'EED suppose que la surface du sol est isolée, alors que GHEtool prend en compte le transfert de chaleur entre l'air et le sol. Cela se traduit par un comportement de refroidissement à long terme légèrement plus optimiste mais réaliste dans GHEtool.
Références
- Regardez notre vidéo d'explication sur notre page YouTube en cliquant sur ici.