FORMATION BÂTIMENT DURABLE - POMPE À CHALEUR : CHOIX ET CONCEPTION - Bruxelles Environnement
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FORMATION
BÂTIMENT DURABLE
POMPE À CHALEUR :
CHOIX ET CONCEPTION
PRINTEMPS 2022
Retour d’expérience d’un foreur
La géothermie
MSc Jacques Vercruysse
2 OBJECTIFS DE LA PRÉSENTATION
N Déterminer les éléments déterminant la qualité d’un forage
géothermique
N Parcourir les aspects pratiques d’un forage
N Discuter des développements futurs
FORMATION BÂTIMENT DURABLE – POMPE À CHALEUR : CHOIX ET CONCEPTION – PRINTEMPS 2022
Geo-Green sprl
• Entrepreneur enregistré :
– Cherchant à professionnaliser le
dimensionnement d’un champ de sondes en
tenant compte :
• De la géologie & hydrogéologie locale ;
• De calculs scientifiques.
– Effectuant de nombreuses mesures de
conductivité in situ (TRT) permettant :
• D’infirmer ou confirmer les calculs empiriques ;
• D’établir une banque de données sur la Wallonie et Bxl
Geo-Green sprl
• Participation aux programmes de recherche
européens suivants :
–
• CHeap and Efficient APplication of reliable Ground Source
Heat Exchangers and PumpS
• 2015 – 2019
• Consortium regroupant 17 participants de 8 pays EU + Suisse
– GEO4CIVHIC
• Most easy, efficient and low cost GEOthermal systems for
retrofitting CIVil and HIstoriCal Buildings
• 2018 – 2023
• Consortium regroupant 19 participants de 8 pays EU + Suisse
Facteurs déterminants
Géologie & Hydrogéologie
Etude géologique Type de sol Puissance
d’extraction
Etude hydrogéologique (W/m)
Etablir un profil Sable sec < 25
Etablir les risques Sable saturé 60
Argile sec 25
Sources : Argile humide 35
• Cartes Calcaires 55
• SGB Grès 60
• Expérience Schistes 50
• Mesure (TRT) Quartzites 70
Bruxelles / Flandres 40
Ardennes 60
Facteurs déterminants
Forage
Types de forage
– Terrains meubles : forages à l’eau (ex : trilame)
– Terrains rocheux : marteau fond de trou (MFT)
– Mixte avec tubage à l’avancement dans les
terrains meubles
Facteurs déterminants
Forage
Facteurs déterminants
Forage
• Forage au tube équipé d’un outil récupérable
par câble, type Odex
• Forage avec taillant excentrique permettant la
descente du tubage à l’avancement dans la
roche
Facteurs déterminants
Diamètre de forage
Tf = T0 + q 【ln (4αt / r2) -γ】/ 4πλ
Où
• Tf = température moyenne du fluide (°K)
• T0 = température initiale du terrain (°K)
• q = puissance injectée (W)
• λ = conductivité thermique du terrain (W/mK)
• α = diffusion thermique (=λ/ρC)
• r = rayon du forage (m)
• Γ = constante d’Euler
Facteurs déterminants
Sondes
Qualité d’un sonde :
• Diamètre de forage le + petit possible
• Rb (résistivité thermique) la + faible possible
• Coefficient de dilatation le + faible possible
Types de sonde :
Types Diam Rb Dilatation Efficacité Sonde
forage °K/(W/m) (mm/m/°) oblique
(mm)
Double U (PE) 120 – 160 0,08 – 0,12 0,020 standard non
Double U (PE-Xa) 120 - 160 0,08 – 0,12 0,015 standard non
Coaxiale PE 100 0,06 – 0,12 0,020 + 5% oui
Coaxiale Inox 0 – 75 - 90 0,03 – 0,06 0,000015 + 5 à 20 % ouiFacteurs déterminants
Sondes
Sonde simple/ double U en HDPEFacteurs déterminants
Sondes
Sondes double UFacteurs déterminants
Sondes
Sonde coaxialeFacteurs déterminants
Remplissage annulaire
Remplissage annulaire :
• Coulis bentonitique pour géothermie prêt à l’emploi
• Gravier dans la zone saturée en Wallonie
Qualité d’un coulis =
• Haute conductivité : entre 1,6 à 4 W/m°K
• Imperméabilité permettant d’isoler les aquifères entre eux
Injection par pompe à coulis de bas en hautFacteurs déterminants Liaisons horizontales
Facteurs déterminants
Fluide caloporteur
Différents types de fluide :
• Eau glycolée (chimique ou biodégradable)
• Jus de betterave
• Eau
But recherché:
• Viscosité la plus faible possible pour diminuer les
pertes de charge
• Conductivité le plus importante possible
• Produit le moins toxique possibleFacteurs déterminants
Fluide caloporteur
Tableau de comparaison
Glycol 30% Eau
Pertes charge + 20% 0
Point de congélation - 15 °C 0°C
Conductivité (W/m°K) 0,483 0,58
Pollution -/+ +++
Coût 2 à 4 €/l 0 €/l
Précautions en cas d’utilisation d’eau :
• Réglage de la PAC : Delta °T = 3°C
• Débit suffisant => dimensionnement du circulateur
• Dimensionnement adéquat des sondesFacteurs déterminants
CollecteurFacteurs déterminants
Collecteur
A placer par le chauffagiste :
• Un contrôle global du débit (vanne
de régulation avec débitmètre type
Caleffi)
• Purgeurs au point haut
• Set de remplissage avec manomètreFacteurs déterminants
Dimensionnement/Garantie
– Possibilité de produire du froid en été …
– … et de stocker l’énergie dans le sous-sol pour l’hiver
très important pour le tertiaire
très importants pour les nouveaux immeubles,
impactés par la surchauffe
– Réalisation d’un TRT pour garantir le potentiel
géothermique … surtout pour les promoteurs
– Pour les grands bâtiments, bâtiments tertiaires
(bâtiments complexes), nécessité de réaliser une
simulation numérique sur base des besoins
énergétiques et d’un TRTLa GEOTHERMIE urbaine
• Difficultés
– Accès au terrain parfois impossible
depuis la chaussée (maison 2 façades)
– Peu d’espace pour placer le champ de
sondes
• Solutions
– Mobilisation par grue télescopique
– Forages en obliqueLa GEOTHERMIE urbaine
La GEOTHERMIE urbaine
La GEOTHERMIE urbaine
La GEOTHERMIE urbaine
La GEOTHERMIE urbaine
Longueurs de sonde
(total = 732 m)
11
A
C
E
D
B
E
D
A
B
C
F
AXE MITOYEN SUPPOSE
Coin de la ruelle
5
11
337
83
°
°
10
147
97
90
°
24
100
334
339 C
ventilation
10
434
204
19 5
2450 5
1791726
Groupe de
10
557
557
2 4 81
I
Coin du niveau rdc
AXE MITOYEN
343
°
95 C
4
ME/CH/-1/0 és
ventil
1
°
9 95 niv
accès vides
889 68
1
CH.-01.02 4
9
13 1276
PO.CH.-1.0
2 7 338
+6.50
COMPTEURS
75
EI30
-21
104
6
NF:+06.35 NSP:+250.00
13
-22 -23 -24
-20 M A
1010
I
-19 80
712
14
19
4
8-18 236
9
PO.CH.-1.0
10
4 3
19
CH.-01.01
92
implantation des sondes
CAVE
°
90
1010
NF:+06.35 NSP:+250.00
24
19
M A
19
122 m 1 2 I
196
8
123 m I
I
1 97
340
1140
AXE MITOYEN
3
6
1061
Groupe de
ventilation
258
Partie maço
305
289
nnée par
258
Voir STAB la suite
MDFH 20
mm
24 Isolant PUR
10 cm
235 BBL 19 cm
1912
2 24 Raccord
100 à l'égout
1912
Citerne EP retour 100
16,5 m3 cm
Voir STAB
90
12
14
°
742
24
223
02
8
19
141
5
PO.CH.-1.
216
199
03
0
13 1 187
EI30
C 18
151
94
3
PO.CH.-1.
1
2 82 3 1
EI 60
201
129
196 3 20 58
20
7 9
1329
24
121 m
HVAC)
HVAC)
692
CH.-01.4
6
+ tire fil (voir
14 DEGAGEMENT
+ tire fil (voir
6
120
160
M A
I isolation contr
1134 e berlin 2
oise
153
diam . 110
19
411 7 5
A
diam. 110
20
3
10
B
790
Fourreaux
451
8
10
Fourreaux
14 1
148
C
7
D
E
6
Mesure prise
juste au
dessus du
soubasssment
A
CO.-01.01
ESCALIER
CO.-01.05 NF:+7.93 NSP:VAR
CAVE
/ /
NF:+7.91 NSP:VAR /
/ /
/
CO.-01.04
CAVE
427
NF:+7.89 NSP:VAR Raccord
à l'égout
/ /
/
CO.-01.02
CO.-01.06
DEGAGEMENT
N° dossier
ESCALIER NF:+7.93 NSP:VAR
NF:+7.91 NSP:VAR
/ /
/ / /
/
1/5
5 Echelle
CO.-01.03
CAVE
CHA
NF:+7.93 NSP:VAR Carnet
/ /
/
01
N° feuille
D CHA 08 _ implantation des sondes 0 1 2 5m 1/100 IndiceLa GEOTHERMIE urbaine
La GEOTHERMIE urbaine
Plan avec la disposition des sondes géothermiques
2 1
3 4 5
Oblique15°
Oblique15°
Oblique15°
Oblique15°Avancées récentes
• Projets de recherche européens
• Combinaison de différentes techniques
– Avec le solaire PV
– Avec le solaire thermique
• Les PAC
– Nouveaux gaz non polluants
– Application aux bâtiments historiques,
notamment monter en température en gardant
une performance importanteAvancées récentes
• Les sondes
– Nouveaux plastiques plus conducteurs
– Matériaux avec un coefficient de dilatation le plus
faible possible
• Le placement
– Étude sur le vibro-fonçage
– Potentiel de placement de sondes obliques31 CE QU’IL FAUT RETENIR DE L’EXPOSÉ
La géothermie est une science passionnante,
Nécessaire à la diversité des énergies renouvelables,
Rentable financièrement / environnementalement.
Mais demande :
N Un dimensionnement de « pro »
N Une mise en œuvre soignée
N Pour un rendement maximal
N Et un fonctionnement pérenne
3132 CONTACT
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