{"id":3993,"date":"2025-04-29T09:58:06","date_gmt":"2025-04-29T07:58:06","guid":{"rendered":"https:\/\/ghetool.eu\/?post_type=knowledgebase&#038;p=3993"},"modified":"2025-04-29T15:10:56","modified_gmt":"2025-04-29T13:10:56","slug":"modelisation-separatus","status":"publish","type":"knowledgebase","link":"https:\/\/ghetool.eu\/fr_fr\/knowledgebase\/modelling-separatus\/","title":{"rendered":"Mod\u00e9lisation de l'\u00e9changeur de chaleur separatus"},"content":{"rendered":"<p>Separatus est un nouveau type d'\u00e9changeur de chaleur con\u00e7u pour r\u00e9duire le co\u00fbt d'investissement des champs de forage g\u00e9othermiques - et vous pouvez calculer ses performances directement \u00e0 l'aide de GHEtool ! Cet article explique le d\u00e9veloppement du mod\u00e8le th\u00e9orique actuel du syst\u00e8me separatus dans GHEtool.<\/p>\n<blockquote><p><span style=\"color: #3366ff;\"><strong>!Note<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #3366ff;\">Cet article se concentre sur les fondements th\u00e9oriques du mod\u00e8le separatus. Si vous cherchez des conseils pratiques sur la mani\u00e8re d'utiliser GHEtool pour mod\u00e9liser ces syst\u00e8mes, vous pouvez lire l'article de blog sur le site web de separatus.<\/span><\/p><\/blockquote>\n<p><iframe title=\"Mod\u00e9lisation de l&#039;\u00e9changeur de chaleur separatus\" width=\"800\" height=\"450\" src=\"https:\/\/www.youtube.com\/embed\/cXvf7FFWwWM?feature=oembed\" frameborder=\"0\" allow=\"accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture; web-share\" referrerpolicy=\"strict-origin-when-cross-origin\" allowfullscreen><\/iframe><\/p>\n<h2>Qu'est-ce que le separatus ?<\/h2>\n<p>Les <a style=\"text-decoration: underline;\" href=\"https:\/\/separatus.ch\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">\u00e9changeur de chaleur separatus<\/a> a \u00e9t\u00e9 mis au point en 2023 par Dietmar Alge, Jana Walker et Stefan Geser, en s'appuyant sur le concept de la technologie \"split-pipe\". Il est bas\u00e9 sur un tuyau standard d'un diam\u00e8tre de 51 mm, mais avec une entretoise interne install\u00e9e pour s\u00e9parer les flux de fluides chauds et froids.<\/p>\n<p>Gr\u00e2ce \u00e0 cette conception, les foreurs n'ont qu'\u00e0 installer un seul tube au lieu des deux ou quatre tubes traditionnels (utilis\u00e9s dans les configurations \u00e0 tube en U simple ou double). Cela r\u00e9duit consid\u00e9rablement le temps d'installation et le diam\u00e8tre du trou de forage, ce qui permet de r\u00e9duire le co\u00fbt d'investissement du champ de forage g\u00e9othermique.<\/p>\n<figure id=\"attachment_3994\" aria-describedby=\"caption-attachment-3994\" style=\"width: 400px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img fetchpriority=\"high\" decoding=\"async\" class=\"wp-image-3994\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Separatus.png\" alt=\"Image de l&#039;\u00e9changeur de chaleur Separatus.\" width=\"400\" height=\"303\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Separatus.png 755w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Separatus-300x227.png 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Separatus-16x12.png 16w\" sizes=\"(max-width: 400px) 100vw, 400px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-3994\" class=\"wp-caption-text\">Image de l'\u00e9changeur de chaleur du s\u00e9parateur.<\/figcaption><\/figure>\n<h2>D\u00e9veloppement de mod\u00e8les<\/h2>\n<p>Le d\u00e9veloppement d'un mod\u00e8le pour un nouveau produit est toujours un d\u00e9fi : on peut soit opter pour une simulation tr\u00e8s d\u00e9taill\u00e9e, soit adopter une approche plus pratique, bas\u00e9e sur l'ing\u00e9nierie. Pour separatus, c'est cette derni\u00e8re voie qui a \u00e9t\u00e9 choisie. L'\u00e9quipe a d\u00e9velopp\u00e9 un mod\u00e8le pour son \u00e9changeur de chaleur bas\u00e9 sur la g\u00e9om\u00e9trie d'un simple tuyau en U, qui est le mod\u00e8le existant le plus proche en termes de g\u00e9om\u00e9trie, et a ensuite ajust\u00e9 les param\u00e8tres sur la base de mesures r\u00e9elles.<\/p>\n<p>Nous d\u00e9crivons ci-dessous le dispositif exp\u00e9rimental et les deux mesures cl\u00e9s. Suit une discussion sur l'approximation finale calibr\u00e9e d'un tuyau en U unique, qui a \u00e9t\u00e9 mise en \u0153uvre dans GHEtool.<\/p>\n<blockquote><p><span style=\"color: #3366ff;\"><strong>!Note<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #3366ff;\">Le mod\u00e8le d\u00e9crit ci-dessous a \u00e9t\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9 par separatus pour permettre la simulation de l'innovation \u00e0 l'aide de Earth Energy Designer. La mise en \u0153uvre de GHEtool est bas\u00e9e sur les m\u00eames hypoth\u00e8ses initiales. Dans la suite de cet article, les futures mises \u00e0 jour du mod\u00e8le sont \u00e9galement abord\u00e9es.<\/span><\/p><\/blockquote>\n<h3>Description de l'exp\u00e9rience<\/h3>\n<p>Le site d'essai pour l'exp\u00e9rience \u00e9tait situ\u00e9 \u00e0 Altach, en Autriche. Trois forages de 70 m\u00e8tres de profondeur ont \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9s, l'un \u00e9tant \u00e9quip\u00e9 d'un \u00e9changeur de chaleur \u00e0 double tube en U DN32 et l'autre d'un \u00e9changeur de chaleur s\u00e9paratif. Gr\u00e2ce \u00e0 des vannes suppl\u00e9mentaires dans le collecteur, la pompe \u00e0 chaleur pouvait \u00eatre connect\u00e9e \u00e0 l'un ou l'autre des trous de forage individuellement ou aux deux simultan\u00e9ment, ce qui permettait une comparaison directe de leurs performances thermiques.<\/p>\n<blockquote><p><span style=\"color: #3366ff;\"><strong>!Note<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #3366ff;\">Au cours de l'installation, un probl\u00e8me est survenu lors du remblayage au coulis du trou de forage du double tube en U. On suppose que ce trou n'a pas \u00e9t\u00e9 correctement remblay\u00e9 sur toute sa profondeur. On suppose que ce trou de forage n'a pas \u00e9t\u00e9 correctement remblay\u00e9 sur toute sa profondeur. Comme Altach a un niveau et un d\u00e9bit d'eau souterraine relativement \u00e9lev\u00e9, cela peut avoir \u00e9t\u00e9 avantageux pour la performance thermique du double tube en U.<\/span><\/p><\/blockquote>\n<h3>Mesure d'un d\u00e9bit \u00e9gal<\/h3>\n<p>Lors du premier essai, les sondes \u00e0 double tube en U et \u00e0 s\u00e9parateur ont \u00e9t\u00e9 connect\u00e9es \u00e0 la pompe \u00e0 chaleur pendant une dur\u00e9e de 97 heures, chacune avec un d\u00e9bit nominal de 1100 l\/h. Les r\u00e9sultats, pr\u00e9sent\u00e9s dans le graphique ci-dessous (avec un zoom sur la plus longue dur\u00e9e de fonctionnement continu de la pompe \u00e0 chaleur), mettent en \u00e9vidence les performances thermiques des deux syst\u00e8mes.<\/p>\n<figure id=\"attachment_3995\" aria-describedby=\"caption-attachment-3995\" style=\"width: 1600px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img decoding=\"async\" class=\"wp-image-3995 size-full\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-flow.jpeg\" alt=\"Mesures pour un d\u00e9bit constant.\" width=\"1600\" height=\"785\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-flow.jpeg 1600w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-flow-300x147.jpeg 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-flow-1024x502.jpeg 1024w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-flow-768x377.jpeg 768w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-flow-1536x754.jpeg 1536w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-flow-18x9.jpeg 18w\" sizes=\"(max-width: 1600px) 100vw, 1600px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-3995\" class=\"wp-caption-text\">Mesures pour un d\u00e9bit \u00e9gal.<\/figcaption><\/figure>\n<p>Comme le montre le graphique, la puissance extraite du tube en double U (Doppel-U_Leistung) est plus \u00e9lev\u00e9e que celle de la sonde separatus (separatus_Leistung), avec des valeurs respectives d'environ 2,27 kW et 1,74 kW. Les deux puissances sont rest\u00e9es relativement constantes pendant la fen\u00eatre de mesure de 6 heures.<\/p>\n<p>En supposant que la r\u00e9sistance thermique \u00e9quivalente du trou de forage pour le tube en double U est de 0,12 mK\/W, cela correspond \u00e0 une r\u00e9sistance thermique du trou de forage de 0,156 mK\/W pour la configuration du s\u00e9parateur. Cette relation d\u00e9coule du fait que, sur de courtes p\u00e9riodes, la temp\u00e9rature du sol peut \u00eatre consid\u00e9r\u00e9e comme constante, ce qui signifie que la puissance thermique est inversement proportionnelle \u00e0 la r\u00e9sistance thermique effective du trou de forage.<\/p>\n<blockquote><p><span style=\"color: #3366ff;\"><strong>!Note<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #3366ff;\">Si vous n'\u00eates pas familier avec le concept de r\u00e9sistance thermique effective d'un forage, vous pouvez lire notre article d\u00e9taill\u00e9 sur le sujet. <a style=\"text-decoration: underline;\" href=\"https:\/\/ghetool.eu\/fr_fr\/base-de-connaissances\/resistance-thermique-du-trou-de-forage\/\">ici<\/a>.<\/span><\/p><\/blockquote>\n<h3>Mesure de l'\u00e9galit\u00e9 du transfert de chaleur<\/h3>\n<p>Pour mieux \u00e9valuer les performances et inverser la r\u00e9sistance thermique effective du trou de forage, un deuxi\u00e8me essai a \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9, cette fois avec un taux de transfert de chaleur constant. Le d\u00e9bit du tube en double U a \u00e9t\u00e9 r\u00e9duit \u00e0 550 l\/h, ce qui le place dans le r\u00e9gime d'\u00e9coulement laminaire, tandis que le d\u00e9bit de la sonde s\u00e9paratrice a \u00e9t\u00e9 augment\u00e9 \u00e0 1400 l\/h, ce qui correspond \u00e0 un r\u00e9gime d'\u00e9coulement transitoire.<\/p>\n<p>Cette configuration a permis d'extraire la m\u00eame quantit\u00e9 de chaleur des deux forages, comme le montre le graphique ci-dessous, qui se concentre \u00e0 nouveau sur la p\u00e9riode de fonctionnement continu la plus longue (environ 4 heures).<\/p>\n<blockquote><p><span style=\"color: #3366ff;\"><strong>!Note<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #3366ff;\">Si vous n'\u00eates pas familier avec les diff\u00e9rences entre les \u00e9coulements laminaires, transitoires et turbulents dans les syst\u00e8mes g\u00e9othermiques, consultez notre article sur les r\u00e9gimes d'\u00e9coulement. <a style=\"text-decoration: underline;\" href=\"https:\/\/ghetool.eu\/fr_fr\/base-de-connaissances\/quel-est-le-nombre-de-reynolds\/\">ici<\/a>.<\/span><\/p><\/blockquote>\n<figure id=\"attachment_3996\" aria-describedby=\"caption-attachment-3996\" style=\"width: 1600px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img decoding=\"async\" class=\"wp-image-3996 size-full\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-power.jpeg\" alt=\"Mesures avec un taux d&#039;extraction de chaleur \u00e9gal.\" width=\"1600\" height=\"788\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-power.jpeg 1600w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-power-300x148.jpeg 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-power-1024x504.jpeg 1024w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-power-768x378.jpeg 768w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-power-1536x756.jpeg 1536w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-power-18x9.jpeg 18w\" sizes=\"(max-width: 1600px) 100vw, 1600px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-3996\" class=\"wp-caption-text\">Mesures avec un taux d'extraction de chaleur \u00e9gal.<\/figcaption><\/figure>\n<p>Bien que les deux syst\u00e8mes aient fourni presque la m\u00eame extraction de chaleur, la diff\u00e9rence de temp\u00e9rature (deltaT) entre l'entr\u00e9e et la sortie du fluide \u00e9tait plus faible pour la sonde separatus. Cela s'explique par le d\u00e9bit plus \u00e9lev\u00e9, qui entra\u00eene une chute de temp\u00e9rature plus faible dans l'\u00e9changeur de chaleur.<\/p>\n<h3>R\u00e9sultats<\/h3>\n<p>Les r\u00e9sultats de la simulation pr\u00e9c\u00e9dente ont \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9s pour r\u00e9troconcevoir les param\u00e8tres d'un tube en U unique qui donnerait la m\u00eame r\u00e9sistance thermique effective du trou de forage que celle mesur\u00e9e pour le s\u00e9paratus. Cela a \u00e9t\u00e9 fait en utilisant une approche d'essai et d'erreur, en supposant que le trou de forage \u00e9tait enti\u00e8rement jointoy\u00e9.<\/p>\n<p>La correspondance la plus \u00e9troite a \u00e9t\u00e9 obtenue avec les param\u00e8tres suivants :<\/p>\n<ul>\n<li>Diam\u00e8tre du tube : 35,74 mm<\/li>\n<li>\u00c9paisseur de la paroi : 3 mm<\/li>\n<li>Distance entre les tuyaux et le centre : 18 mm<\/li>\n<\/ul>\n<p>Pour mod\u00e9liser l'interaction thermique suppl\u00e9mentaire entre les jambes chaudes et froides de la sonde separatus - caus\u00e9e par le mur de s\u00e9paration interne - une r\u00e9sistance de contact suppl\u00e9mentaire de 0,03 mK\/W a \u00e9t\u00e9 ajout\u00e9e.<\/p>\n<figure id=\"attachment_4007\" aria-describedby=\"caption-attachment-4007\" style=\"width: 1024px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"wp-image-4007 size-large\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Resistances-1024x313.png\" alt=\"R\u00e9sistances thermiques avec r\u00e9sistance de contact suppl\u00e9mentaire.\" width=\"1024\" height=\"313\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Resistances-1024x313.png 1024w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Resistances-300x92.png 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Resistances-768x235.png 768w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Resistances-1536x470.png 1536w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Resistances-2048x626.png 2048w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Resistances-18x6.png 18w\" sizes=\"(max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-4007\" class=\"wp-caption-text\">R\u00e9sistances thermiques avec r\u00e9sistance de contact suppl\u00e9mentaire.<\/figcaption><\/figure>\n<blockquote><p><span style=\"color: #3366ff;\"><strong>!Note<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #3366ff;\">En raison de sa conception, separatus a plus d'interaction thermique entre les jambes chaudes et froides qu'un simple tube en U typique. Pour en tenir compte dans le mod\u00e8le, une r\u00e9sistance suppl\u00e9mentaire doit \u00eatre introduite. Cette r\u00e9sistance est en s\u00e9rie avec les r\u00e9sistances fluide-tube, tube et tube-sol (comme expliqu\u00e9 dans notre article sur la r\u00e9sistance thermique effective des forages, que vous pouvez trouver \u00e0 l'adresse suivante <span style=\"color: #3366ff;\"><a style=\"text-decoration: underline;\" href=\"https:\/\/ghetool.eu\/fr_fr\/base-de-connaissances\/resistance-thermique-du-trou-de-forage\/\">ici<\/a>). Sur la base d'un \u00e9talonnage par essais et erreurs par rapport aux donn\u00e9es mesur\u00e9es, une r\u00e9sistance de contact de 0,03 mK\/W a \u00e9t\u00e9 jug\u00e9e comme repr\u00e9sentant le mieux les performances observ\u00e9es.<\/span><\/span><\/p><\/blockquote>\n<h2>Quelle est la prochaine \u00e9tape ?<\/h2>\n<p>Le mod\u00e8le d\u00e9crit ci-dessus fournit une approximation technique pour simuler le comportement thermique de la sonde separatus. Bien qu'il soit utilisable dans la pratique, il repose sur quelques simplifications :<\/p>\n<ul>\n<li>La g\u00e9om\u00e9trie de la conduite est mod\u00e9lis\u00e9e comme un simple tube en U, dont le diam\u00e8tre est choisi de mani\u00e8re \u00e0 ce que la surface de la section transversale corresponde \u00e0 celle de la conduite s\u00e9parative.<\/li>\n<li>Un facteur de correction suppl\u00e9mentaire a \u00e9t\u00e9 introduit pour simuler l'interaction thermique additionnelle entre les c\u00f4t\u00e9s chaud et froid \u00e0 l'int\u00e9rieur du tuyau, mais il \u00e9tait bas\u00e9 sur une seule mesure.<\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>Le mod\u00e8le \u00e9tant calibr\u00e9 \u00e0 partir de mesures r\u00e9elles, il peut \u00eatre consid\u00e9r\u00e9 comme fiable lorsqu'il est utilis\u00e9 dans des conditions similaires \u00e0 la configuration exp\u00e9rimentale, en particulier dans le r\u00e9gime d'\u00e9coulement turbulent.<\/p>\n<p>\u00c9largir l'applicabilit\u00e9 et la pr\u00e9cision du mod\u00e8le, <a style=\"text-decoration: underline;\" href=\"https:\/\/enead.be\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">Enead<\/a> et separatus collaborent actuellement au d\u00e9veloppement d'un nouveau mod\u00e8le plus complet. Cette version actualis\u00e9e sera bas\u00e9e sur la g\u00e9om\u00e9trie r\u00e9elle de l'\u00e9changeur de chaleur separatus et permettra des pr\u00e9visions plus pr\u00e9cises de la r\u00e9sistance thermique du trou de forage dans un plus large \u00e9ventail de conditions (par exemple, diff\u00e9rents diam\u00e8tres de trou de forage, r\u00e9gimes de fluides, etc.) Gr\u00e2ce \u00e0 la disponibilit\u00e9 de donn\u00e9es de mesure suppl\u00e9mentaires, ce mod\u00e8le de nouvelle g\u00e9n\u00e9ration peut \u00e9galement \u00eatre calibr\u00e9 avec une plus grande pr\u00e9cision.<\/p>\n<h2>Conclusion<\/h2>\n<p>Cet article explique le d\u00e9veloppement du mod\u00e8le de l'\u00e9changeur de chaleur separatus. Le mod\u00e8le actuel est construit sur la base d'un tube en U unique et a \u00e9t\u00e9 calibr\u00e9 \u00e0 l'aide de mesures r\u00e9elles du syst\u00e8me separatus. Une voie claire a \u00e9t\u00e9 trac\u00e9e, dans le but de passer \u00e0 un mod\u00e8le plus g\u00e9om\u00e9trique qui permette une simulation pr\u00e9cise dans une gamme plus large de cas d'utilisation.<\/p>\n<h2 id=\"reference\">R\u00e9f\u00e9rences<\/h2>\n<ul>\n<li>Regardez notre vid\u00e9o d'explication sur notre page YouTube en cliquant sur <span style=\"text-decoration: underline;\"><a href=\"https:\/\/youtu.be\/cXvf7FFWwWM\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">ici<\/a><\/span>.<\/li>\n<\/ul>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Separatus est un nouveau type d'\u00e9changeur de chaleur qui vise \u00e0 r\u00e9duire le co\u00fbt d'investissement du champ de forage g\u00e9othermique et vous pouvez calculer ses performances \u00e0 l'aide de GHEtool ! 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