exploitation thermique du sous-sol par un Échangeur...

BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES

SERVICE GEOLOGIQUE NATIONAL

EXPLOITATION THERMIQUE DU SOUS-SOLPAR UN ÉCHANGEUR ENTERRÉ VERTICAL

ASSOCIÉ À UNE POMPE À CHALEUR

Etude théorique du dispositif C O R A I Let de son projet de réalisation à Lannion

12. DEC. 1985

Département EAU

Rapport du B . R . G . M .

85 SGN 235 EAU/IRG


SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL

B.P. 6009 - 45060 Orléans Cedex - Tél.: (38) 64.34.34

EXPLOITATION THERMIQUE DU SOUS-SOL

PAR UN ECHANGEUR ENTERRÉ VERTICAL


Etude théorique du dispositif CORAIL

et de son projet de réalisation à Lannion

par

Monique JAY

Thèse de Docteur Ingénieur

Université d'Orléans, mars 1985

Département EAU


Rapport du B.R.G.M.

85 SGN 235 EAU/IRG juimsss

Réalisation : Département Applications Graphiques


SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL


EXPLOITATION THERMIQUE DU SOUS-SOL

PAR UN ECHANGEUR ENTERRÉ VERTICAL


Etude théorique du dispositif CORAIL

et de son projet de réalisation à Lannion

par

Monique JAY

Thèse de Docteur Ingénieur

Université d'Orléans, mars 1985

Département EAU


Rapport du B.R.G.M.

85 SGN 235 EAU/IRG juimsss

Réalisation : Département Applications Graphiques

"Wooó iomme^ cz que. nottó appfLznoní,.C'zit iouvznt long oX dou¿ouA.&ux.MaJiheu.Keii&ejrnent, AJÍ m {¡cui&alt aucun doutznon pùi& qa'ÁZ ^aJUÍcUJ: bomunoiip do, tempo,b&aacoap dz ¿ou{¡{ifLancz, poun. appfieyídKz blzn pzu.

VonJj> LESSJNG

"Ce qu'il faut de sanglots pour un air de guitare'

Louis ARAGON

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VonJj> LESSJNG

"Ce qu'il faut de sanglots pour un air de guitare'

Louis ARAGON

REMERCIEMENTSZ.-S S e

Je fimzncUz ájú. vlvemznt toutzi czU.zi, zt tou¿> czux

quU. m'ont cUdiz zt zncouAagtz, pan. tzuJi ¿oatizn ¿clzntl^lqazou moAoZ, dz ¿a zonczptLon à ¿a fííaJÜuatÁjon dz czttz ttudz,zt ¿ou dz la nuuz en {¡oAmz {^¿naZz dz ce mzmoln.z.

3'a&¿ocÁ.z zgaJLzmznt à czá h.zmzn.ciZTi\znXÀ> Mz&¿¿eiOU

Zz& Memí>/te¿ du JuAy, tant poa>i ¿zuu jacUclzux con^zÁJU en

couÂj> dz fLÎdactùon, quz pouh. Zziih. paAt¿c¿patix)n & ¿a pfui&z

uZtÁjnz dz ta ¿outznancz.

REMERCIEMENTSZ.-S S e

Je fimzncUz ájú. vlvemznt toutzi czU.zi, zt tou¿> czux

quU. m'ont cUdiz zt zncouAagtz, pan. tzuJi ¿oatizn ¿clzntl^lqazou moAoZ, dz ¿a zonczptLon à ¿a fííaJÜuatÁjon dz czttz ttudz,zt ¿ou dz la nuuz en {¡oAmz {^¿naZz dz ce mzmoln.z.

3'a&¿ocÁ.z zgaJLzmznt à czá h.zmzn.ciZTi\znXÀ> Mz&¿¿eiOU

Zz& Memí>/te¿ du JuAy, tant poa>i ¿zuu jacUclzux con^zÁJU en

couÂj> dz fLÎdactùon, quz pouh. Zziih. paAt¿c¿patix)n & ¿a pfui&z

uZtÁjnz dz ta ¿outznancz.

SOMMAIRE

pages

NOMENCLATURE 1

AVANT-PROPOS 7

CHAPITRE 1 - PRESENTATION DE LA RECHERCHE DANS LE CONTEXTEENERGETIQUE

1.1 - LE CONTEXTE ENERGETIQUE 131.1.1 - Présentation générale 131.1.2 - L'énergie géothermique 15

1.2 - EXPLOITATION THERMIQUE ACTUELLE DU PROCHE SOUS-SOL 191.2.1 - Dispositifs exploitant l'énergie thermique d'aqui

fères peu profonds 191.2.1.1 - Dispositifs sans recharge thermique 211.2.1.2 - Dispositifs avec recharge thermique 21

1.2.2 - Les échangeurs enterrés 231.2.2.1 - Echangeurs enterrés horizontaux 271.2.2.2 - Les échangeurs enterrés verticaux 291.2.2.3 - Recherches dans ce domaine 31

1.3 - OBJECTIFS DE LA RECHERCHE 321.3.1 - Etude générale du dispositif CORAIL 321.3.2 - Le prototype de Lannion (22 - Côtes-du-Nord) 33

CHAPITRE 2 - LE PROJET DE LANNION

2.1 - LE PROCEDE CORAIL 39

2.2 - DESCRIPTION DU SITE EXPERIMENTAL DE LANNION 412.2.1 - Les données souterraines 43

2.2.1.1 - Contexte régional 432.2.1.2 - Reconnaissance géologique et hydrogéolo-

gique locale 452.2.1.3 - Mesures de conductivité thermique 49

2.2.2 - Les données sur la partie de surface du site expérimental 51

2.2.2.1 - Le bâtiment 512.2.2.2 - Le système de chauffage actuel 53

2.2.3 - L'environnement climatique 542.2.3.1 - Contexte régional 542.2.3.2 - Données locales 54

2.3 - CONCLUSION 55

SOMMAIRE

pages

NOMENCLATURE 1

AVANT-PROPOS 7

CHAPITRE 1 - PRESENTATION DE LA RECHERCHE DANS LE CONTEXTEENERGETIQUE

1.1 - LE CONTEXTE ENERGETIQUE 131.1.1 - Présentation générale 131.1.2 - L'énergie géothermique 15

1.2 - EXPLOITATION THERMIQUE ACTUELLE DU PROCHE SOUS-SOL 191.2.1 - Dispositifs exploitant l'énergie thermique d'aqui

fères peu profonds 191.2.1.1 - Dispositifs sans recharge thermique 211.2.1.2 - Dispositifs avec recharge thermique 21

1.2.2 - Les échangeurs enterrés 231.2.2.1 - Echangeurs enterrés horizontaux 271.2.2.2 - Les échangeurs enterrés verticaux 291.2.2.3 - Recherches dans ce domaine 31

1.3 - OBJECTIFS DE LA RECHERCHE 321.3.1 - Etude générale du dispositif CORAIL 321.3.2 - Le prototype de Lannion (22 - Côtes-du-Nord) 33

CHAPITRE 2 - LE PROJET DE LANNION

2.1 - LE PROCEDE CORAIL 39

2.2 - DESCRIPTION DU SITE EXPERIMENTAL DE LANNION 412.2.1 - Les données souterraines 43

2.2.1.1 - Contexte régional 432.2.1.2 - Reconnaissance géologique et hydrogéolo-

gique locale 452.2.1.3 - Mesures de conductivité thermique 49

2.2.2 - Les données sur la partie de surface du site expérimental 51

2.2.2.1 - Le bâtiment 512.2.2.2 - Le système de chauffage actuel 53

2.2.3 - L'environnement climatique 542.2.3.1 - Contexte régional 542.2.3.2 - Données locales 54

2.3 - CONCLUSION 55

CHAPITRE 3 - COMPORTEMENT THERMIQUE DE L'ECHANGEUR

3.1 - GENERALITES SUR LES TRANSFERTS THERMIQUES DANS LE SOUS-SOL . 613.1.1 - Conduction, convection, rayonnement et Leur impor

tance relative dans Le cadre de L'étude 613.1.1.1 - La conduction 613.1.1.2 - La convection 643.1.1.3 - Le rayonnement 64

3.1.2 - Mise en équations 653.1.2.1 - Forme générale de l'équation de la chaleur 653.1.2.2 - Hypothèses simplificatrices 673.1.2.3 - Equations aux dérivées partielles 683.1.2.4 - Conditions initiales et aux limites 71

3.1.3 - Méthodes de résolution : analytique et numérique ... 74

3.2 - METHODOLOGIE DE RESOLUTION 753.2.1 - Solutions analytiques 75

3.2.1.1 - Solution de Ramey 753.2.1.2 - Solutions analytiques pour d'autres types

de f onct ionnement 773.2.1.3 - Introduction des paramètres adimensionnels 81

3.2.2 - Solution numérique 913.2.2.1 - Conception du modèle 913.2.2.2 - Maillage du domaine de résolution 933.2.2.3 - Discrétisation des équations 943.2.2.4 - Expression des conditions aux limites .... 963.2.2.5 - Choix du pas de temps 993.2.2.6 - Mise en route du programme par l'utilisa

teur 993.2.3 - Comparaison et validation des soLutions 101

3.3 - APPLICATION AU PROJET DE LANNION 1033.3.1 - Projet de "référence" 1033.3.2 - Variantes 105

3.3.2.1 - Variation du diamètre de l'échangeur 1053.3.2.2 - Variation de la profondeur du dispositif . 1073.3.2.3 - Variation de la puissance prélevée par la

pompe è chaleur (AG) 1073.3.2.4 - Influence de l'exploitation discontinue du

chauffage 1093.3.3 - Conclusion de l'étude de sensibilité 115

3.3.3.1 - Variation du diamètre 1153.3.3.2 - Variation de la profondeur 1153.3.3.3 - Variation de la puissance exploitée 1163.3.3.4 - Choix retenu 116

3.4 - CONCLUSION 117

CHAPITRE 3 - COMPORTEMENT THERMIQUE DE L'ECHANGEUR

3.1 - GENERALITES SUR LES TRANSFERTS THERMIQUES DANS LE SOUS-SOL . 613.1.1 - Conduction, convection, rayonnement et Leur impor

tance relative dans Le cadre de L'étude 613.1.1.1 - La conduction 613.1.1.2 - La convection 643.1.1.3 - Le rayonnement 64

3.1.2 - Mise en équations 653.1.2.1 - Forme générale de l'équation de la chaleur 653.1.2.2 - Hypothèses simplificatrices 673.1.2.3 - Equations aux dérivées partielles 683.1.2.4 - Conditions initiales et aux limites 71

3.1.3 - Méthodes de résolution : analytique et numérique ... 74

3.2 - METHODOLOGIE DE RESOLUTION 753.2.1 - Solutions analytiques 75

3.2.1.1 - Solution de Ramey 753.2.1.2 - Solutions analytiques pour d'autres types

de f onct ionnement 773.2.1.3 - Introduction des paramètres adimensionnels 81

3.2.2 - Solution numérique 913.2.2.1 - Conception du modèle 913.2.2.2 - Maillage du domaine de résolution 933.2.2.3 - Discrétisation des équations 943.2.2.4 - Expression des conditions aux limites .... 963.2.2.5 - Choix du pas de temps 993.2.2.6 - Mise en route du programme par l'utilisa

teur 993.2.3 - Comparaison et validation des soLutions 101

3.3 - APPLICATION AU PROJET DE LANNION 1033.3.1 - Projet de "référence" 1033.3.2 - Variantes 105

3.3.2.1 - Variation du diamètre de l'échangeur 1053.3.2.2 - Variation de la profondeur du dispositif . 1073.3.2.3 - Variation de la puissance prélevée par la

pompe è chaleur (AG) 1073.3.2.4 - Influence de l'exploitation discontinue du

chauffage 1093.3.3 - Conclusion de l'étude de sensibilité 115

3.3.3.1 - Variation du diamètre 1153.3.3.2 - Variation de la profondeur 1153.3.3.3 - Variation de la puissance exploitée 1163.3.3.4 - Choix retenu 116


CHAPITRE 4 - COMPORTEMENT THERMIQUE DE L'INSTALLATION DE SURFACE

4.1 - LES POMPES A CHALEUR 1214.1.1 - Rappels de thermodynamique 121

4.1.1.1 - Le premier principe de la thermodynamique 1214.1.1.2 - Second principe de la thermodynamique ... 1234.1.1.3 - Le cycle de Carnot 123

4.1.2 - Principe des pompes à chaleur 1254.1.2.1 - Définition 1254.1.2.2 - Thermodynamique de la pompe à chaleur è

compression 1274.1.2.3 - Bilan énergétique du cycle et coefficient

de performance (COP) 1294.1.3 - Utilisation des pompes à chaleur 133

4.1.3.1 - Intérêt et emploi des pompes à chaleur .. 1334.1.3.2 - Nature des sources thermiques 1334.1.3.3 - Mise en oeuvre des pompes à chaleur 1354.1.3.4 - Pompe à chaleur avec appoint 135

4.2 - LES BESOINS ENERGETIQUES D'UN BATIMENT 1374.2.1 - Données climatiques 137

4.2.1.1 - Les températures extérieures 1374.2.1.2 - Les degrés-Jours 1374.2.1.3 - La température extérieure de base Tp .... 139

4.2.2 - Caractéristiques thermiques des bâtiments 1394.2.2.1 - Déperditions thermiques d'un bâtiment ... 1394.2.2.2 - Les apports gratuits : A 1414.2.2.3 - Coefficient de déperditions volumiques : G 143

4.2.3 - Caractéristiques élémentaires d'une installation dechauffage 1454.2.3.1 - Consommation de chauffage 1454.2.3.2 - Emission de la chaleur dans les locaux .. 149

4.3 - APPLICATION AU PROJET CORAIL A LANNION 1534.3.1 - Les besoins en chauffage 153

4.3.1.1 - Les données de température 1534.3.1.2 - Bilan énergétique du bâtiment 155

4.3.2 - La pompe à chaleur 159


CHAPITRE 4 - COMPORTEMENT THERMIQUE DE L'INSTALLATION DE SURFACE

4.1 - LES POMPES A CHALEUR 1214.1.1 - Rappels de thermodynamique 121

4.1.1.1 - Le premier principe de la thermodynamique 1214.1.1.2 - Second principe de la thermodynamique ... 1234.1.1.3 - Le cycle de Carnot 123

4.1.2 - Principe des pompes à chaleur 1254.1.2.1 - Définition 1254.1.2.2 - Thermodynamique de la pompe à chaleur è

compression 1274.1.2.3 - Bilan énergétique du cycle et coefficient

de performance (COP) 1294.1.3 - Utilisation des pompes à chaleur 133

4.1.3.1 - Intérêt et emploi des pompes à chaleur .. 1334.1.3.2 - Nature des sources thermiques 1334.1.3.3 - Mise en oeuvre des pompes à chaleur 1354.1.3.4 - Pompe à chaleur avec appoint 135

4.2 - LES BESOINS ENERGETIQUES D'UN BATIMENT 1374.2.1 - Données climatiques 137

4.2.1.1 - Les températures extérieures 1374.2.1.2 - Les degrés-Jours 1374.2.1.3 - La température extérieure de base Tp .... 139

4.2.2 - Caractéristiques thermiques des bâtiments 1394.2.2.1 - Déperditions thermiques d'un bâtiment ... 1394.2.2.2 - Les apports gratuits : A 1414.2.2.3 - Coefficient de déperditions volumiques : G 143

4.2.3 - Caractéristiques élémentaires d'une installation dechauffage 1454.2.3.1 - Consommation de chauffage 1454.2.3.2 - Emission de la chaleur dans les locaux .. 149

4.3 - APPLICATION AU PROJET CORAIL A LANNION 1534.3.1 - Les besoins en chauffage 153

4.3.1.1 - Les données de température 1534.3.1.2 - Bilan énergétique du bâtiment 155

4.3.2 - La pompe à chaleur 159


CHAPITRE 5 - COUPLAGE DE L'INSTALLATION DE SURFACE ET DE L'ECHAN¬GEUR SOUTERRAIN

5.1 - SCHEMATISATION DE L'INSTALLATION GLOBALE 1675.1.1 - Fonctionnement des unités élémentaires de L'instal

lation 1673.1.1.1 - La source froide 1675.1.1.2 - L'installation de surface 1695.1.1.3 - L'environnement climatique 173

5.1.2 - Relations fonctionnelles entre les unités élémentaires 175

5.2 - MODELISATION 1775.2.1 - Description des logiciels 177

5.2.1.1 - Les logiciels de saisie des données 1775.2.1.2 - Le logiciel de calcul 179

5.2.2 - Validation du logiciel de calcul 1815.2.2.1 - Comparaison des résultats du logiciel pro

posé avec ceux trouvés par une étude rapi¬de avec la courbe monotone des températures 183

5.2.2.2 - Comparaison des logiciels PERCHE, BTPAC,BILAN 183

5.3 - SIMULATION DE REFERENCE 1895.3.1 - Données utilisées 1895.3.2 - Résultats 1915.3.3 - Commentaires 191

5.4 - VARIANTES 1955.4.1 - Choix de La pompe à chaleur 195

5.4.1.1 - Projet de référence 1965.4.1.2 - Les autres projets 1975.4.1.3 - Recommandations pour le choix de la pompe

à chaleur 1975.4.2 - Géométrie de l'échangeur 197

5.4.2.1 - Variation de la profondeur 1975.4.2.2 - Variation du diamètre 1985.4.2.3 - Recommandations sur la géométrie du dispo

sitif 1985.4.3 - Variation des émetteurs de chaleur 199

5.4.3.1 - Résultats 1995.4.3.2 - Augmentation du débit du fluide calopor-

teur 2005.4.4 - Répartition des résultats 200

5.4.4.1 - Résultats 2005.4.4.2 - Interprétation des résultats 201

5.4.5 - Conclusions sur L'étude des variantes 201


CHAPITRE 5 - COUPLAGE DE L'INSTALLATION DE SURFACE ET DE L'ECHAN¬GEUR SOUTERRAIN

5.1 - SCHEMATISATION DE L'INSTALLATION GLOBALE 1675.1.1 - Fonctionnement des unités élémentaires de L'instal

lation 1673.1.1.1 - La source froide 1675.1.1.2 - L'installation de surface 1695.1.1.3 - L'environnement climatique 173

5.1.2 - Relations fonctionnelles entre les unités élémentaires 175

5.2 - MODELISATION 1775.2.1 - Description des logiciels 177

5.2.1.1 - Les logiciels de saisie des données 1775.2.1.2 - Le logiciel de calcul 179

5.2.2 - Validation du logiciel de calcul 1815.2.2.1 - Comparaison des résultats du logiciel pro

posé avec ceux trouvés par une étude rapi¬de avec la courbe monotone des températures 183

5.2.2.2 - Comparaison des logiciels PERCHE, BTPAC,BILAN 183

5.3 - SIMULATION DE REFERENCE 1895.3.1 - Données utilisées 1895.3.2 - Résultats 1915.3.3 - Commentaires 191

5.4 - VARIANTES 1955.4.1 - Choix de La pompe à chaleur 195

5.4.1.1 - Projet de référence 1965.4.1.2 - Les autres projets 1975.4.1.3 - Recommandations pour le choix de la pompe

à chaleur 1975.4.2 - Géométrie de l'échangeur 197

5.4.2.1 - Variation de la profondeur 1975.4.2.2 - Variation du diamètre 1985.4.2.3 - Recommandations sur la géométrie du dispo

sitif 1985.4.3 - Variation des émetteurs de chaleur 199

5.4.3.1 - Résultats 1995.4.3.2 - Augmentation du débit du fluide calopor-

teur 2005.4.4 - Répartition des résultats 200

5.4.4.1 - Résultats 2005.4.4.2 - Interprétation des résultats 201

5.4.5 - Conclusions sur L'étude des variantes 201


CHAPITRE 6 - ASPECTS ECONOMIQUES

6.1 - EVALUATION DU COUT DU DISPOSITIF CORAIL 2096.1.1 - L'échangeur 2096.1.2 - L'installation reliant Le forage et la pompe à cha

leur 2136.1.3 - La pompe à chaleur 2156.1.4 - Installation de chauffage 2156.1.5 - L'énergie 217

6.2 - LE PROJET DE LANNION 2196.2.1 - Coût de La réalisation 2196.2.2 - Etude de faisabilité 222

6.3 - ECONOMIES REALISEES PAR LES DIFFERENTES VARIANTES ENVISAGEES 2256.3.1 - Remarques générales 2256.3.2 - Résultats des variantes envisagées 2316.3.3 - Choix de La pompe à chaleur utilisée 2316.3.4 - Dimensionnement de l'échangeur CORAIL 234

6.3.4.1 - Variation de la profondeur 2346.3.4.2 - Variation du diamètre 235

6.3.5 - Variation du système d'émission de La chaleur dansLes Locaux 235

6.3.6 - Répartition des besoins de chauffage dans le temps 236

6.4 - ELEMENTS DE COMPARAISON AVEC D'AUTRES SYSTEMES DE CHAUFFAGEPLUS TRADITIONNELS 2376.4.1 - Comparaison d'un point de vue énergétique 2376.4.2 - Comparaison d'un point de vue coût d'exploitation . 2396.4.3 - Eléments sur les possibilités d'aides financières . 242


CHAPITRE 7 - CONCLUSIONS

CONCLUSIONS 249

ANNEXES

ANNEXE 1 - UNITES UTILISEES A2

ANNEXE 2 - PRESENTATION DE QUELQUES REALISATIONS D' ECHANGEURS

ENTERRES A7

ANNEXE 3 - MESURES DE CONDUCTIVITE THERMIQUE A23

ANNEXE 4 - DEVELOPPEMENT DES EQUATIONS DU CHAPITRE 3 A29

ANNEXE 5 - MISE EN OEUVRE DES PROGRAMMES A45

ANNEXE 6 - RESULTATS DES SIMULATIONS A67

BIBLIOGRAPHIE Bl

CHAPITRE 6 - ASPECTS ECONOMIQUES

6.1 - EVALUATION DU COUT DU DISPOSITIF CORAIL 2096.1.1 - L'échangeur 2096.1.2 - L'installation reliant Le forage et la pompe à cha

leur 2136.1.3 - La pompe à chaleur 2156.1.4 - Installation de chauffage 2156.1.5 - L'énergie 217

6.2 - LE PROJET DE LANNION 2196.2.1 - Coût de La réalisation 2196.2.2 - Etude de faisabilité 222

6.3 - ECONOMIES REALISEES PAR LES DIFFERENTES VARIANTES ENVISAGEES 2256.3.1 - Remarques générales 2256.3.2 - Résultats des variantes envisagées 2316.3.3 - Choix de La pompe à chaleur utilisée 2316.3.4 - Dimensionnement de l'échangeur CORAIL 234

6.3.4.1 - Variation de la profondeur 2346.3.4.2 - Variation du diamètre 235

6.3.5 - Variation du système d'émission de La chaleur dansLes Locaux 235

6.3.6 - Répartition des besoins de chauffage dans le temps 236

6.4 - ELEMENTS DE COMPARAISON AVEC D'AUTRES SYSTEMES DE CHAUFFAGEPLUS TRADITIONNELS 2376.4.1 - Comparaison d'un point de vue énergétique 2376.4.2 - Comparaison d'un point de vue coût d'exploitation . 2396.4.3 - Eléments sur les possibilités d'aides financières . 242


CHAPITRE 7 - CONCLUSIONS

CONCLUSIONS 249

ANNEXES

ANNEXE 1 - UNITES UTILISEES A2

ANNEXE 2 - PRESENTATION DE QUELQUES REALISATIONS D' ECHANGEURS

ENTERRES A7

ANNEXE 3 - MESURES DE CONDUCTIVITE THERMIQUE A23

ANNEXE 4 - DEVELOPPEMENT DES EQUATIONS DU CHAPITRE 3 A29

ANNEXE 5 - MISE EN OEUVRE DES PROGRAMMES A45

ANNEXE 6 - RESULTATS DES SIMULATIONS A67

BIBLIOGRAPHIE Bl

LISTE DES FIGURES ET TABLEAUX

CHAPITRE 1

FiquAZ T- 1 : EvoZutÁ,on¿ dzi vzntzi dz pompzi 3. chalzwi zntKz 7973 ei 7982{¿tatl&tlquzA UNKimA (Utzzi poA REGEE , 79«4,[7-7J). p. 10.

Tabtzaa 7-2 : EvohjutLon dz ta con&ormatÁon d'tnzfiQlz pnJÍMaih.z en Etuancz zntfiz7965 et 79«2 {d'apn.l¿ A.E .M.E. , 19S3 [l-4]].

EÁjOjuaz 7-3 ; Rzi,i>ouh.c(U> glothzMmÀjquzb ¿/tançcuêA [d' apKÍ¿ BRGM zt GEOCHALEUR, 79«3,[7-S]). p. 76.

EZquAZ 7-4 : ExptoÂXation thzAmlquz dzi aqul^tfizi . 'DÁj>po¿'LtL{¡ du puAJtb unlqaz[d'apfiti AUSSEUR, SAUTV, 7982, [7-77] ) .p. 20.

EÀjQjUAZ 7-5

E¿a¡u/LZ 1-6 ;

EiçtuAZ 7-7

Elqu/LZ 7 -g

: ExptoltatAjon thzJvmJiquz dzi aquU.{¡eAZi, . VoubZzt dz louages [d' aph.ÂUSSEUR, SAifry, 7 9Í2, [7-7 7]). p. ÎQ.

'. ExptoÂXatJion thzArtúquz du aquJii^QJi. Stockagz pan. puitÂ uyU.quz[d'apfiU AUSSEUR, SAUTV, 7982, [7-7 7]). p. 20.

: ExpZxiÁJjOitÁJOn thzJvmÂjquz dz¿ aquÁ,{^lA.zi> . VAJipoaitA-i du doublet oL

baíayagz {d'apKl¿ AUSSEUR, SAUTV, 7982, [7-77]). p. 20.

: Exploitation thzAmlquz deó aqul^ínzí>. Vl6po¿ltl{, da doublet pultichaud,pulX¿ inolÁ {d'apfiU AUSSEUR, SAUTV, 7982, [7-77]). p. 22.

ElguAZ 7-9 : Doublet pulti chaud, pult¿ ¿fiold ml& zn oewjKz S MontKZuÀZ[d'apfiU AUSSEIR, CAMPWCHl, SAUTV, 7983, [7-74]). p. 22.

ElguAZ 7-70 : Exploitation thenmlquz dz¿ aqul{¡^zc>. VnÁ.nclpz du dl¿po6ltl{¡hUÁjoglothemlqaz [d'ap/ili CORPíER, IRIS, 7982. [7-75]) . p. 22.

Tablzaa 7-7 7 ; TnvzntaÁAz dzi, pompea cL chaleuA atlZl&ant Iz &ot cormz 60un.cz{¡ficldz dan¿ quelques pay¿ occidentaux {d'apníí> VEVRETER,FEERAERT, [7-2]). p. 24.

ElojU/iz 7-7 2 ; Exploitation thznmlquz du ¿oui-¿ol. Schema dz pfilnclpz deó^changZÁjJu, znteAAti vzfitljcaux. p. 26.

LISTE DES FIGURES ET TABLEAUX

CHAPITRE 1

FiquAZ T- 1 : EvoZutÁ,on¿ dzi vzntzi dz pompzi 3. chalzwi zntKz 7973 ei 7982{¿tatl&tlquzA UNKimA (Utzzi poA REGEE , 79«4,[7-7J). p. 10.

Tabtzaa 7-2 : EvohjutLon dz ta con&ormatÁon d'tnzfiQlz pnJÍMaih.z en Etuancz zntfiz7965 et 79«2 {d'apn.l¿ A.E .M.E. , 19S3 [l-4]].

EÁjOjuaz 7-3 ; Rzi,i>ouh.c(U> glothzMmÀjquzb ¿/tançcuêA [d' apKÍ¿ BRGM zt GEOCHALEUR, 79«3,[7-S]). p. 76.

EZquAZ 7-4 : ExptoÂXation thzAmlquz dzi aqul^tfizi . 'DÁj>po¿'LtL{¡ du puAJtb unlqaz[d'apfiti AUSSEUR, SAUTV, 7982, [7-77] ) .p. 20.

EÀjQjUAZ 7-5

E¿a¡u/LZ 1-6 ;

EiçtuAZ 7-7

Elqu/LZ 7 -g

: ExptoltatAjon thzJvmJiquz dzi aquU.{¡eAZi, . VoubZzt dz louages [d' aph.ÂUSSEUR, SAifry, 7 9Í2, [7-7 7]). p. ÎQ.

'. ExptoÂXatJion thzArtúquz du aquJii^QJi. Stockagz pan. puitÂ uyU.quz[d'apfiU AUSSEUR, SAUTV, 7982, [7-7 7]). p. 20.

: ExpZxiÁJjOitÁJOn thzJvmÂjquz dz¿ aquÁ,{^lA.zi> . VAJipoaitA-i du doublet oL

baíayagz {d'apKl¿ AUSSEUR, SAUTV, 7982, [7-77]). p. 20.

: Exploitation thzAmlquz deó aqul^ínzí>. Vl6po¿ltl{, da doublet pultichaud,pulX¿ inolÁ {d'apfiU AUSSEUR, SAUTV, 7982, [7-77]). p. 22.

ElguAZ 7-9 : Doublet pulti chaud, pult¿ ¿fiold ml& zn oewjKz S MontKZuÀZ[d'apfiU AUSSEIR, CAMPWCHl, SAUTV, 7983, [7-74]). p. 22.

ElguAZ 7-70 : Exploitation thenmlquz dz¿ aqul{¡^zc>. VnÁ.nclpz du dl¿po6ltl{¡hUÁjoglothemlqaz [d'ap/ili CORPíER, IRIS, 7982. [7-75]) . p. 22.

Tablzaa 7-7 7 ; TnvzntaÁAz dzi, pompea cL chaleuA atlZl&ant Iz &ot cormz 60un.cz{¡ficldz dan¿ quelques pay¿ occidentaux {d'apníí> VEVRETER,FEERAERT, [7-2]). p. 24.

ElojU/iz 7-7 2 ; Exploitation thznmlquz du ¿oui-¿ol. Schema dz pfilnclpz deó^changZÁjJu, znteAAti vzfitljcaux. p. 26.

ElquAz 7-73 : Exploitation tJieAxnlquz du éou¿-6ol. PAlncÁpz dei ÎchangeuAèente/oiti vzAtlcaux : dl^poiltl{¡¿ en "íplnglz" ou zn "U". p. 28,

ElggfLZ 1-14 : Expío'Uatljon thzAmlquz du ¿oa¿-.&ol. PfUnclpz deó zchangzuAj)znteAAt& veAtlcaux : dlj)poAltl{¡ conczntAlquz. p. 28.

CHAPITRE 2

F^guAe 2-7

ElguJiz 2-2

ElguAZ 2-3

: Sdimadz phJjicljpe. du dl&poiltl^ CORAIL.(d'ap/Leó AfiS'SEUR, SAtfTV, coM. GRÍfW, JAV, 7983,13-2]'). p. 38.

: Stnuctwiz gíologlqaz du Moiil^ Anmofilcaln[d'apn.l¿ COGNE, 7974, [2-4]). p. 42.

: RÍ&uZtati dz la pfiOÁpejctlon dz ¿uAâcz zt hydJiogíologlquz6UA Iz &lZz du. RoóQueí â Ixunnlon [ônd topognaphlquz I6W,7/25 000 hnz {^zulZlz dz Lannion n" 1-2). p. 44.

Elgunz 2-4 : Plan dz ¿Ituatlon deó ÔAagzí dz fizconnalîancz TI zt ¥2 di

l'ícolz du Ruiquzt [Lannion]. p. 46.

ElqufLZ 2-5 : Plan dz ma&¿z du bâtiment dz l'ícolz matznneZlz du Ríuqaet ?.

Lannion [d' apKia lz& donnízó deó 4>eA.vlcz6 tzchnlquzi municipauxdz Lannion, '['2-7]). p. 50.

Tablzau 2-6 : Pnopfilítti, the/tmlquzí, , [coefficient dz tAammliólon tkztmlquz)deó dli(¡ViznteJ> pantlzi dz l'ícolz [d'apfití, lz6 donne.zí, deó¿ztvlczi tzchnlquzí, manlxUpaux dz Lannion [2-7]). p. 52.

ElcjUAZ 2-7 : Schema ¿lmpLi{¡lí dz I' In&taLíatlon zxlitantz du chau{¡{¡agz dzl'tcolz matzAneZlz du Ru&quet à LAWWIOW [d'apfiíi lz¿ donnízi deóéZAvlczí, techniques municipaux dz Líinn¿on,[2-7]). p. 52.

CHAPITRE 3

Tablzau 3-1 : ValzufU dz conductivity thzAmlquz dz quzlquzó types dz noches[d'apn.l¿ CLARK, 1966, [3-6] ). p. 62.

¥lgun.z 3-2 : Vlspo&ÁJtli CORAIL : &ch^maXlí>aXÁ.on eí notatJjons adoptées, p. 66.

ElquAZ 3-3 : Dispositif, CORAIL domalnz dz résolution zt conditions aux ¿Imitesa - pfilsz en compte du gnadlznt géothzAmlquzb - tempVtatu/LZ unlôfvmz ¿uA Iz domcUnz. p. 70.

ElquAz 7-73 : Exploitation tJieAxnlquz du éou¿-6ol. PAlncÁpz dei ÎchangeuAèente/oiti vzAtlcaux : dl^poiltl{¡¿ en "íplnglz" ou zn "U". p. 28,

ElggfLZ 1-14 : Expío'Uatljon thzAmlquz du ¿oa¿-.&ol. PfUnclpz deó zchangzuAj)znteAAt& veAtlcaux : dlj)poAltl{¡ conczntAlquz. p. 28.

CHAPITRE 2

F^guAe 2-7

ElguJiz 2-2

ElguAZ 2-3

: Sdimadz phJjicljpe. du dl&poiltl^ CORAIL.(d'ap/Leó AfiS'SEUR, SAtfTV, coM. GRÍfW, JAV, 7983,13-2]'). p. 38.

: Stnuctwiz gíologlqaz du Moiil^ Anmofilcaln[d'apn.l¿ COGNE, 7974, [2-4]). p. 42.

: RÍ&uZtati dz la pfiOÁpejctlon dz ¿uAâcz zt hydJiogíologlquz6UA Iz &lZz du. RoóQueí â Ixunnlon [ônd topognaphlquz I6W,7/25 000 hnz {^zulZlz dz Lannion n" 1-2). p. 44.

Elgunz 2-4 : Plan dz ¿Ituatlon deó ÔAagzí dz fizconnalîancz TI zt ¥2 di

l'ícolz du Ruiquzt [Lannion]. p. 46.

ElqufLZ 2-5 : Plan dz ma&¿z du bâtiment dz l'ícolz matznneZlz du Ríuqaet ?.

Lannion [d' apKia lz& donnízó deó 4>eA.vlcz6 tzchnlquzi municipauxdz Lannion, '['2-7]). p. 50.

Tablzau 2-6 : Pnopfilítti, the/tmlquzí, , [coefficient dz tAammliólon tkztmlquz)deó dli(¡ViznteJ> pantlzi dz l'ícolz [d'apfití, lz6 donne.zí, deó¿ztvlczi tzchnlquzí, manlxUpaux dz Lannion [2-7]). p. 52.

ElcjUAZ 2-7 : Schema ¿lmpLi{¡lí dz I' In&taLíatlon zxlitantz du chau{¡{¡agz dzl'tcolz matzAneZlz du Ru&quet à LAWWIOW [d'apfiíi lz¿ donnízi deóéZAvlczí, techniques municipaux dz Líinn¿on,[2-7]). p. 52.

CHAPITRE 3

Tablzau 3-1 : ValzufU dz conductivity thzAmlquz dz quzlquzó types dz noches[d'apn.l¿ CLARK, 1966, [3-6] ). p. 62.

¥lgun.z 3-2 : Vlspo&ÁJtli CORAIL : &ch^maXlí>aXÁ.on eí notatJjons adoptées, p. 66.

ElquAZ 3-3 : Dispositif, CORAIL domalnz dz résolution zt conditions aux ¿Imitesa - pfilsz en compte du gnadlznt géothzAmlquzb - tempVtatu/LZ unlôfvmz ¿uA Iz domcUnz. p. 70.

ElquAZ 3-4 : Exemple dz ionctlonnemznt du cllspo¿ltl{¡ ConxúJL à puissance voJilablz.(^ constant, A e voAlablz) : schématisation pan paltizns. p. SO.

EIquaz 3-5 : Fonc^tconnemení du dispositif CORAIL à puissance vanJuûdble[Q_constant, A e voAlable] : p'uncu.pe de supeAposlXÀJon. p. SO.

Elgune 3-6 : Dlsposltl{¡ CORAIL à puissance constante. Evolution de latempVuvùvie Kédulte [Qk] en {¡onctljon du temps n.édult [tn.] poundl{, {¡exentes valeuns du gnadlent géothermique nédult [G] poun.les dzux szns de clÂJcaJLatÀ.on du {¡ZulxLe dans l'échangeun[d'apnli AUSSEUR, SAUTV, coU. GRIMA, JAY, 7983, [3-2]). p. S4.

ElguAe 3-7 : Dispositif, CORAIL à puissance constante. Evolution de ¿ateijnpénatuAe Kedulte [Qn.] en fonction du temps nédult [tn] poun.dlffénentzs valeuns des panjomWies P canacténlstlquz deséchanges [d'apnls AUSSEUR, SAUTV, coU GRIMA, JAV, 7983, [3-2] ) .p. 86.

Elgunz 3-8 ; Modë£e numénlquz. Schématisation du domalnz dz résolution :malilagz zt notations utilisées, p. 927¿

FûAe 3-9 : SlmuZatlon numénlque du comportement thenmlquz dz l'échangeun CORAIL.Elchlen des caracténlstlques du dJisposÀXlf. p. 98.

Fû/ie 3-70 : Dispositif CORAIL [température d' Inj ectlon constante].Comparaison de l' évolution au cours du temps de la températuKeen sortie d' echangeur obtznuz par Iz modë£e numénlquz et lasolution analytique dz RAMEY. p. 100.

Elxjurz 3-7 7 : Dispositif CORAIL zxploltatlon fl pu¿ó¿a.nce constante.Comparaison de V évolxtljon au cours du temps de la tzmpératunzzn sortlz d' echangeur [Bs] obtznuz pan solution analytlquz etmodUe numénîue [d' apnts AUSSEUR, SAUTV, coU. GRIMA, JAV[ 3-2] ).p.7a2.

Elqure 3-72 Dlspos-ôtlf CORAIL : exploitation à tempzraturz d'inj'zctlonconstantz. Comparaison de V évolution de la. tempénjotune ensortlz d'échangzun [es] en fonction du temps réduit [tr] obtznuzpan. solution analytique et modile numénlque [echangeur CORAILunique, et dispositif de stockage] [d'apri& AUSSEUR, SAUTV,coU. GRIMA, JAV, 7983 [3-2] ). p. 70 2.

Elqune 3-7 3 : Dispositif CORAIL. Projet de LANMION. Evolution de la températureen sontle d' echangeur [Qs] la première année d' exploÂXatlon pourdifférents diamètres dz l'échangeur [0,1 et 0,2 m), p. ]04.

ElquAZ 3-4 : Exemple dz ionctlonnemznt du cllspo¿ltl{¡ ConxúJL à puissance voJilablz.(^ constant, A e voAlablz) : schématisation pan paltizns. p. SO.

EIquaz 3-5 : Fonc^tconnemení du dispositif CORAIL à puissance vanJuûdble[Q_constant, A e voAlable] : p'uncu.pe de supeAposlXÀJon. p. SO.

Elgune 3-6 : Dlsposltl{¡ CORAIL à puissance constante. Evolution de latempVuvùvie Kédulte [Qk] en {¡onctljon du temps n.édult [tn.] poundl{, {¡exentes valeuns du gnadlent géothermique nédult [G] poun.les dzux szns de clÂJcaJLatÀ.on du {¡ZulxLe dans l'échangeun[d'apnli AUSSEUR, SAUTV, coU. GRIMA, JAY, 7983, [3-2]). p. S4.

ElguAe 3-7 : Dispositif, CORAIL à puissance constante. Evolution de ¿ateijnpénatuAe Kedulte [Qn.] en fonction du temps nédult [tn] poun.dlffénentzs valeuns des panjomWies P canacténlstlquz deséchanges [d'apnls AUSSEUR, SAUTV, coU GRIMA, JAV, 7983, [3-2] ) .p. 86.

Elgunz 3-8 ; Modë£e numénlquz. Schématisation du domalnz dz résolution :malilagz zt notations utilisées, p. 927¿

FûAe 3-9 : SlmuZatlon numénlque du comportement thenmlquz dz l'échangeun CORAIL.Elchlen des caracténlstlques du dJisposÀXlf. p. 98.

Fû/ie 3-70 : Dispositif CORAIL [température d' Inj ectlon constante].Comparaison de l' évolution au cours du temps de la températuKeen sortie d' echangeur obtznuz par Iz modë£e numénlquz et lasolution analytique dz RAMEY. p. 100.

Elxjurz 3-7 7 : Dispositif CORAIL zxploltatlon fl pu¿ó¿a.nce constante.Comparaison de V évolxtljon au cours du temps de la tzmpératunzzn sortlz d' echangeur [Bs] obtznuz pan solution analytlquz etmodUe numénîue [d' apnts AUSSEUR, SAUTV, coU. GRIMA, JAV[ 3-2] ).p.7a2.

Elqure 3-72 Dlspos-ôtlf CORAIL : exploitation à tempzraturz d'inj'zctlonconstantz. Comparaison de V évolution de la. tempénjotune ensortlz d'échangzun [es] en fonction du temps réduit [tr] obtznuzpan. solution analytique et modile numénlque [echangeur CORAILunique, et dispositif de stockage] [d'apri& AUSSEUR, SAUTV,coU. GRIMA, JAV, 7983 [3-2] ). p. 70 2.

Elqune 3-7 3 : Dispositif CORAIL. Projet de LANMION. Evolution de la températureen sontle d' echangeur [Qs] la première année d' exploÂXatlon pourdifférents diamètres dz l'échangeur [0,1 et 0,2 m), p. ]04.

Vlgunz 3-14 : Dispositif CORAIL. Projet dz Lannion. Evolution dz la températureen sortlz d' echangeur [Qs] la premise année d' exploitationpour différentes profondeurs (75, 700, 750 m), p. ]06.

Elgure 3-15 : Dispositif CORAIL. Projet de LAMMIOW. Evolution de la tempénxituneen sortie d' echangeur [Qs] la premiere année d' exploitationpoun différentes puissances prélevées, p. 106.

Figure 3-76 ; Dispositif CORAIL. Projet dz Lannion. Simulation dz trois annéesd'exploitation : évolution de la température zn sortlzd'échangzun [Qs] . p. IOS.

Elgurz 3-77 : Dispositif CORAIL. Projet dz LANNION. Simulation "d'unz semalnztypz" : évolution dz la températurz zn sortlz d' echangeur. p. IOS.

Elgurz 3-1 S : Dispositif CORAIL. Projzt dz LANNION. Evolution dz la températureen sortlz d'échangzun : semalnz typz rzplacéz durant la premièreannée d' exploitation, p. lOê.

Figure 3-79 : Dispositif CORAIL. Projet de Lannion. Evolution de la températureen sortlz d'échangzun [Qs] durant la premlèrz saison dzchauffage pour un fonctÁ-onnement à puissance vanlAble [besoinsdiscontinus de chauffage]

- a - tracé cartésien- b - tracé seml-loganlthmlque.

H'aprls AUSSEUR, SAUTV, coU. GRIMA, JAY, 7983, [3-2] .p. 7 7 0.

Tableau 3-20 Dispositif CORAIL. Projet de Lannion. Tempznaturz zn sortlzd' echangeur [Q ] obtenue en fin de la première saison dechauffage pour les différents dispositifs envisagés, p. 114.

CHAPITRE 4

Figure

Figure

Figure

Figure

4-

4-

4-

4-

-7

-2

-3

4

Cycle de Carnot d'un gaz parfait [d'après ANNEQUIN etBOUTIGNV, 7976, [4-70]). p. 122.

Schéma dz principe des pompes a chaleur, p.] 26.

Schéma du cycZz dz compression mis zn oeuvre dans les pompesà chaleur à compression [d'après BERNIER, 7979, [4-7] ). p. 726.

Evolution du COP thzonlque des sources d'une machine Idéaleet d'une machine réelle en fonction de la températurz dessources froldz ei chaude [d'après DUMINIL, 19Î0, [4-4'[ ). p.j2i

Vlgunz 3-14 : Dispositif CORAIL. Projet dz Lannion. Evolution dz la températureen sortlz d' echangeur [Qs] la premise année d' exploitationpour différentes profondeurs (75, 700, 750 m), p. ]06.

Elgure 3-15 : Dispositif CORAIL. Projet de LAMMIOW. Evolution de la tempénxituneen sortie d' echangeur [Qs] la premiere année d' exploitationpoun différentes puissances prélevées, p. 106.

Figure 3-76 ; Dispositif CORAIL. Projet dz Lannion. Simulation dz trois annéesd'exploitation : évolution de la température zn sortlzd'échangzun [Qs] . p. IOS.

Elgurz 3-77 : Dispositif CORAIL. Projet dz LANNION. Simulation "d'unz semalnztypz" : évolution dz la températurz zn sortlz d' echangeur. p. IOS.

Elgurz 3-1 S : Dispositif CORAIL. Projzt dz LANNION. Evolution dz la températureen sortlz d'échangzun : semalnz typz rzplacéz durant la premièreannée d' exploitation, p. lOê.

Figure 3-79 : Dispositif CORAIL. Projet de Lannion. Evolution de la températureen sortlz d'échangzun [Qs] durant la premlèrz saison dzchauffage pour un fonctÁ-onnement à puissance vanlAble [besoinsdiscontinus de chauffage]

- a - tracé cartésien- b - tracé seml-loganlthmlque.

H'aprls AUSSEUR, SAUTV, coU. GRIMA, JAY, 7983, [3-2] .p. 7 7 0.

Tableau 3-20 Dispositif CORAIL. Projet de Lannion. Tempznaturz zn sortlzd' echangeur [Q ] obtenue en fin de la première saison dechauffage pour les différents dispositifs envisagés, p. 114.

CHAPITRE 4

Figure

Figure

Figure

Figure

4-

4-

4-

4-

-7

-2

-3

4

Cycle de Carnot d'un gaz parfait [d'après ANNEQUIN etBOUTIGNV, 7976, [4-70]). p. 122.

Schéma dz principe des pompes a chaleur, p.] 26.

Schéma du cycZz dz compression mis zn oeuvre dans les pompesà chaleur à compression [d'après BERNIER, 7979, [4-7] ). p. 726.

Evolution du COP thzonlque des sources d'une machine Idéaleet d'une machine réelle en fonction de la températurz dessources froldz ei chaude [d'après DUMINIL, 19Î0, [4-4'[ ). p.j2i

Flgurz 4-5

Flgurz 4-6

Tableau 4-7

Flgurz 4-S

Flgurz 4-9

Tableau 1-10

Flgurz 4-11

Flgurz 4-72

Figure 4-73

Tablzau 4-14

Flgurz 4-75

Tablzau 4-16

Flgunz 4-1 J

Flgurz 4-1 î,

:

«

»

EvoùitÀjon du COP pour différents types dz source chaude[d'après OCDE, 7983, [4-3]). p. 730.

Comparaison du devznlr énzrgétlquz dans un systèmz dz chauffagepar combustion zt dans unz pompz à chaleur [d'après P.A.C.R.A.,[4-8]). p. 732.

Utilisation des différents types de pompes â chaleur zn fonctiondz la nature des sources dz ckalzur. p. J34.

Cartz des tzmpératures zxtzrlzures dz base en France [extraitde BERNIER, 7979, [4-7]). p. 738.

Déperditions thermiques, besoins utiles, zX. apponts gratuitsen fonction de la température extérieure, p. 142.

Valeur du coefficient de déperditions volumiques [pour différentstypes de bâtiments] [d'après le décret n' 82-269 du 24 mars 7982,[4-78]i). p. 744.

Economie réaUisée sur la consormatÀjon de chauffage zn cas d'inter-mlttzncz dz czlul-cl zn fonction dz l'inertlz des bâtlmznts[d'après BERNIER, 7979, [4-7]). p. 748.

Circuit de distribution de la chaleur : évolution de la températuredu flulde caloporteur en fonction de la température extérlzurz["loi des corps dz chauffz"]. p. 150.

Ordrz dz grandeur des températures du circuit de chauffagz pourdifférents émettzuns [sourcz [4-7 ], [4-9] ,[4-7 7] ).p. 7 50.

Fréquence probable des températures et degrés -jours probablesà Brest [d'après un document AMPERE, 7983, [4-79] ). p. 752.

"Courbe monotone" [fre.que.nce cumulée) des tempénatunes extérieuresà Brest [tracée d'après les données AMPERE, 7983, [4-79] ) .p. 754.

Déperdltlonsthenmiques dz l'école du Rusquzt à LANNION calculéespar. les équations [4-27] et[4-22 \t estimées par les servicestzchnlquzs municipaux. [4-27] [4-22]. p. 754.

Puissance des déperditions thermiques et des besoins utiles pourl'école du RusqueX. à LANNION en fonction de la températureextérieure, p. 7 56.Détermination de la puissance de la pompe à chaleur à partir dz lacounbz monotone des températures zxtérlzurzs. p. 7 58.

Flgurz 4-5

Flgurz 4-6

Tableau 4-7

Flgurz 4-S

Flgurz 4-9

Tableau 1-10

Flgurz 4-11

Flgurz 4-72

Figure 4-73

Tablzau 4-14

Flgurz 4-75

Tablzau 4-16

Flgunz 4-1 J

Flgurz 4-1 î,

:

«

»

EvoùitÀjon du COP pour différents types dz source chaude[d'après OCDE, 7983, [4-3]). p. 730.

Comparaison du devznlr énzrgétlquz dans un systèmz dz chauffagepar combustion zt dans unz pompz à chaleur [d'après P.A.C.R.A.,[4-8]). p. 732.

Utilisation des différents types de pompes â chaleur zn fonctiondz la nature des sources dz ckalzur. p. J34.

Cartz des tzmpératures zxtzrlzures dz base en France [extraitde BERNIER, 7979, [4-7]). p. 738.

Déperditions thermiques, besoins utiles, zX. apponts gratuitsen fonction de la température extérieure, p. 142.

Valeur du coefficient de déperditions volumiques [pour différentstypes de bâtiments] [d'après le décret n' 82-269 du 24 mars 7982,[4-78]i). p. 744.

Economie réaUisée sur la consormatÀjon de chauffage zn cas d'inter-mlttzncz dz czlul-cl zn fonction dz l'inertlz des bâtlmznts[d'après BERNIER, 7979, [4-7]). p. 748.

Circuit de distribution de la chaleur : évolution de la températuredu flulde caloporteur en fonction de la température extérlzurz["loi des corps dz chauffz"]. p. 150.

Ordrz dz grandeur des températures du circuit de chauffagz pourdifférents émettzuns [sourcz [4-7 ], [4-9] ,[4-7 7] ).p. 7 50.

Fréquence probable des températures et degrés -jours probablesà Brest [d'après un document AMPERE, 7983, [4-79] ). p. 752.

"Courbe monotone" [fre.que.nce cumulée) des tempénatunes extérieuresà Brest [tracée d'après les données AMPERE, 7983, [4-79] ) .p. 754.

Déperdltlonsthenmiques dz l'école du Rusquzt à LANNION calculéespar. les équations [4-27] et[4-22 \t estimées par les servicestzchnlquzs municipaux. [4-27] [4-22]. p. 754.

Puissance des déperditions thermiques et des besoins utiles pourl'école du RusqueX. à LANNION en fonction de la températureextérieure, p. 7 56.Détermination de la puissance de la pompe à chaleur à partir dz lacounbz monotone des températures zxtérlzurzs. p. 7 58.

CHAPITRE 5

Flgunz 5-7 ; Schéma dz l'Installation globalz znvlsagéz à l'écolz matzmzllzdu Rusquet à. Lannion. p. 166.

Flgurz 5-2 : Variation dz la puissance de. la pompe à chaleur [CIAT série TBBn" 35] en fonction des températures d'zntrzz à l' évaponatzur ztdz sortlz du condenseur [tracez d'après les données du construc¬teur, 4-73 ). p. 770.

: Schématisation du fonctionnement de la pompe à chaleur. 7983. p. 7 7?.

: KUan thermique de l'Installation dans son ensemble : reJlatlonsentre les unités élémentaires, p. 174.

: M¿óe en oeuvre des logiciels pour réaliser le bilan thermique del'Installation globale, p. 7 76.

: Organlgnamme du programme BILAN, p. 17 S.

: Organigramme du sous-prognamme THERM, p. 7 78.

: Validation du logiciel BILAN dans un cas simple :

a - caractéristiques du projet, envisagéb - bilan énzrgétlquz du projzt znvlsagé . p. 7 82.

: Comparaison des logiciels BILAN, BTPAC, PERCHE

a - canactérlstlquzs du projetb - bilan énzrgétlquz du projzt1 ; résultats du logiciel BILAN2 : résultats du logiciel BTPAC3 : résultats du logiciel PERCHE. p. 186.

Figure 5-10 : Comparaison des logiciels BILAN, BTPAC, PERCHE

a - évolution des températures du circuit de chauffage enfonction dz la tzmpératunz extérieure

b - évolution des besoins de la puissance fournie par lapompz à chalzur (PPAC) ei de czllz prélevée sur la sourcefroide (PESF) en fonction de la température extérlzurz.

1 : loglclzl BILAN2 : logiciel BTPAC

3 : logiciel PERCHE. p. 7 86.

F^uAe 5-7 7 : Bilan énergétique de l' Installation globale de "référence" :données météorologiques utilisées, p. 188.

Figure 5-3

Figure 5-4

Figure 5-5

Figure 5-6

Fioure 5-7

Tableau 5-8

Figure 5-9

CHAPITRE 5

Flgunz 5-7 ; Schéma dz l'Installation globalz znvlsagéz à l'écolz matzmzllzdu Rusquet à. Lannion. p. 166.

Flgurz 5-2 : Variation dz la puissance de. la pompe à chaleur [CIAT série TBBn" 35] en fonction des températures d'zntrzz à l' évaponatzur ztdz sortlz du condenseur [tracez d'après les données du construc¬teur, 4-73 ). p. 770.

: Schématisation du fonctionnement de la pompe à chaleur. 7983. p. 7 7?.

: KUan thermique de l'Installation dans son ensemble : reJlatlonsentre les unités élémentaires, p. 174.

: M¿óe en oeuvre des logiciels pour réaliser le bilan thermique del'Installation globale, p. 7 76.

: Organlgnamme du programme BILAN, p. 17 S.

: Organigramme du sous-prognamme THERM, p. 7 78.

: Validation du logiciel BILAN dans un cas simple :

a - caractéristiques du projet, envisagéb - bilan énzrgétlquz du projzt znvlsagé . p. 7 82.

: Comparaison des logiciels BILAN, BTPAC, PERCHE

a - canactérlstlquzs du projetb - bilan énzrgétlquz du projzt1 ; résultats du logiciel BILAN2 : résultats du logiciel BTPAC3 : résultats du logiciel PERCHE. p. 186.

Figure 5-10 : Comparaison des logiciels BILAN, BTPAC, PERCHE

a - évolution des températures du circuit de chauffage enfonction dz la tzmpératunz extérieure

b - évolution des besoins de la puissance fournie par lapompz à chalzur (PPAC) ei de czllz prélevée sur la sourcefroide (PESF) en fonction de la température extérlzurz.

1 : loglclzl BILAN2 : logiciel BTPAC

3 : logiciel PERCHE. p. 7 86.

F^uAe 5-7 7 : Bilan énergétique de l' Installation globale de "référence" :données météorologiques utilisées, p. 188.

Figure 5-3

Figure 5-4

Figure 5-5

Figure 5-6

Fioure 5-7

Tableau 5-8

Figure 5-9

Tableau 5-7 2

Tableau 5-73

Tableau 5-14

Tableau 5-75

Tableau 5-16

Figure 5-7 7

Figure 5-18

Figure 5-79

Tableau 5-20

Tableau 5-2 7

CHAPITRE 6 -

Tableau 6-1

Figure 6-2

Tableau 6-3

Tableau 6-4

Bilan énergétique de V Installation globale "de référence" ;fichier des caractéristiques de la pompe â chaleur (CIATTTB 35). p.788

BlÂan énergétique de V Installation globale "de référence" :

fichier des caractéristiques de l'échangeun CORAIL. (CORAIC). p. 7£-8.

Bilan énergétique de l'Installation globale "de référence" :fichier des caractéristiques du circuit de chauffage (CORAIC). p.l 88.

Bilan énergétique de l' Installation globale "de référence" :

fichier des caractéristiques du projet, p. 190.

Bilan énergétique de l'Installation globale "de référence" :

flchlzr des njésultats. p. 190.

Bilan de l'Installation globale "de référence" : évolution desbesoins ; dz la puissance fournie par la pompe 5. chaleur(PPAC) et de la puissance prélevée par l'échangeur [PESF] au coursde ¿a saison de chauffage, p.l 90.

Evolution de la température en sontle d' echangeur [TGTH] au coursde la saison de chauffage [projet de référence), p. 192.

Evolution de la température de rejet (TREJET en sontle d' évapo¬rateur de la pompe à chaleur] au cours de la saison de chauf¬fage [projet dereference], p. 792.

Bilan énergétique du projet dit de "référence" avec 0 = 0 minIcalculé par l'équation 3-74). p. 792.

Résultats des différentes variantes simulées par Iz programmzBILAN, p. 794.

Dzvls des forages [technique manteau fond dz trou] [coût H.T.]{Société FORAFRANCE - juin 7983). p. 208.

Coôf de fonatlon du mètne [H.T . en fonction du diamètre foré.[données Société FORAFRANCE. juin 7983). p. 208.

Evolution du coût [H.T.] de fonatlon en fonction de la profondeurpour différents diamètres dz forage [données société FORAFRANCE -juin 7 983). p. 208.

Coûts [H.T.] des tubes rigides d'évacuation en PVC [donnéesPlastique Industriel du Centre], p. 270.

Tableau 5-7 2

Tableau 5-73

Tableau 5-14

Tableau 5-75

Tableau 5-16

Figure 5-7 7

Figure 5-18

Figure 5-79

Tableau 5-20

Tableau 5-2 7

CHAPITRE 6 -

Tableau 6-1

Figure 6-2

Tableau 6-3

Tableau 6-4

Bilan énergétique de V Installation globale "de référence" ;fichier des caractéristiques de la pompe â chaleur (CIATTTB 35). p.788

BlÂan énergétique de V Installation globale "de référence" :

fichier des caractéristiques de l'échangeun CORAIL. (CORAIC). p. 7£-8.

Bilan énergétique de l'Installation globale "de référence" :fichier des caractéristiques du circuit de chauffage (CORAIC). p.l 88.

Bilan énergétique de l' Installation globale "de référence" :

fichier des caractéristiques du projet, p. 190.

Bilan énergétique de l'Installation globale "de référence" :

flchlzr des njésultats. p. 190.

Bilan de l'Installation globale "de référence" : évolution desbesoins ; dz la puissance fournie par la pompe 5. chaleur(PPAC) et de la puissance prélevée par l'échangeur [PESF] au coursde ¿a saison de chauffage, p.l 90.

Evolution de la température en sontle d' echangeur [TGTH] au coursde la saison de chauffage [projet de référence), p. 192.

Evolution de la température de rejet (TREJET en sontle d' évapo¬rateur de la pompe à chaleur] au cours de la saison de chauf¬fage [projet dereference], p. 792.

Bilan énergétique du projet dit de "référence" avec 0 = 0 minIcalculé par l'équation 3-74). p. 792.

Résultats des différentes variantes simulées par Iz programmzBILAN, p. 794.

Dzvls des forages [technique manteau fond dz trou] [coût H.T.]{Société FORAFRANCE - juin 7983). p. 208.

Coôf de fonatlon du mètne [H.T . en fonction du diamètre foré.[données Société FORAFRANCE. juin 7983). p. 208.

Evolution du coût [H.T.] de fonatlon en fonction de la profondeurpour différents diamètres dz forage [données société FORAFRANCE -juin 7 983). p. 208.

Coûts [H.T.] des tubes rigides d'évacuation en PVC [donnéesPlastique Industriel du Centre], p. 270.

Tableau 6-5 : Coût [H. T.] des tubes d'adduction en PVC [données HURSIN-CMPO). p.27 0.

Tableau 6-6 : Coût [H.T. ] des pompzs à chalzur EAU/EAU CIAT sérlz TBB et TK[donnézs CIAT octobrz 7983) [H.T.]. p. 214.

Tableau 6-7 : Evolution du coût [H.T.] des pompes à. chaleur CIAT zn fonctionde leur puissance [données CIAT - octobre 7983). p. 214.

Figure 6-8 : Evolution du prix des énergies pour le secteur domestique de7973 a 1981 : [Indices INSEE à monnaie constante, base 100en 7973). [d'après E.D.F. [6-]). p.276.

Tableau 6-9 ; Tableau récapitulatif dz l'évolution du coût des énergies[en francs courants] [source AFME, EDF, GDF, Annales des Mines] .p. 216.

Flgune 6-10 : Prix de l'énergie domestique T. T.C. [maison Individuelle] enrégion parisienne [Versailles] au 75 avnlZ 7983 [donnéesEnergie Plus 16-1 ]) . p. 276.

Tableau 6-11 : Résultats économiques des différentes variantes envisagées, p. 220.

Figure 6-12

Figure 6-13

Tableau 6-14

Tableau 6-15

Tableau 6-16

Flgune 6-77

Tableau 6-18

: ReprJy>entatijon schématique du bilan énergétique de l' installation.

: Projet CORAIL. Evolution du coût moyen du kwh en fonction desparts relatives des combustibles suivant les valeurs relatives :

- du rendement de chauffage d'appoint [R]- du coût du kítíh PCI du combustible d'appoint (CA)- du coût du kwh électrique [CE] . p. 226.

: Résultats économiques des différentes vanlantzs. p. 230.

: Comparaison de la consomnation en énergie pnlmalre de différentssystèmes de chauffage, p. 238.

; Comparaison du coût d' exploitation de différents systèmes dechauffage [coût Avril 7983). p. 238.

; Cotlt da \mh thermique produit pan pompe à chaleun en fonction dunombre d'heures d'utilisation [d'après JAUVIN, 7985, [6-1]. p. 240.

: COP minimum assurant la compétitivité du dispositif CORAILen coût d'exploitation avec différents systèmes de chauffage, p. 240.

Tableau 6-5 : Coût [H. T.] des tubes d'adduction en PVC [données HURSIN-CMPO). p.27 0.

Tableau 6-6 : Coût [H.T. ] des pompzs à chalzur EAU/EAU CIAT sérlz TBB et TK[donnézs CIAT octobrz 7983) [H.T.]. p. 214.

Tableau 6-7 : Evolution du coût [H.T.] des pompes à. chaleur CIAT zn fonctionde leur puissance [données CIAT - octobre 7983). p. 214.

Figure 6-8 : Evolution du prix des énergies pour le secteur domestique de7973 a 1981 : [Indices INSEE à monnaie constante, base 100en 7973). [d'après E.D.F. [6-]). p.276.

Tableau 6-9 ; Tableau récapitulatif dz l'évolution du coût des énergies[en francs courants] [source AFME, EDF, GDF, Annales des Mines] .p. 216.

Flgune 6-10 : Prix de l'énergie domestique T. T.C. [maison Individuelle] enrégion parisienne [Versailles] au 75 avnlZ 7983 [donnéesEnergie Plus 16-1 ]) . p. 276.

Tableau 6-11 : Résultats économiques des différentes variantes envisagées, p. 220.

Figure 6-12

Figure 6-13

Tableau 6-14

Tableau 6-15

Tableau 6-16

Flgune 6-77

Tableau 6-18

: ReprJy>entatijon schématique du bilan énergétique de l' installation.

: Projet CORAIL. Evolution du coût moyen du kwh en fonction desparts relatives des combustibles suivant les valeurs relatives :

- du rendement de chauffage d'appoint [R]- du coût du kítíh PCI du combustible d'appoint (CA)- du coût du kwh électrique [CE] . p. 226.

: Résultats économiques des différentes vanlantzs. p. 230.

: Comparaison de la consomnation en énergie pnlmalre de différentssystèmes de chauffage, p. 238.

; Comparaison du coût d' exploitation de différents systèmes dechauffage [coût Avril 7983). p. 238.

; Cotlt da \mh thermique produit pan pompe à chaleun en fonction dunombre d'heures d'utilisation [d'après JAUVIN, 7985, [6-1]. p. 240.

: COP minimum assurant la compétitivité du dispositif CORAILen coût d'exploitation avec différents systèmes de chauffage, p. 240.

1 -

NOMENCLATURE

Symbole Signification Unité Dimension

A

div

Apports gratuits

divergence (scalaire) :

-coordonnées cartésiennes

div X = 1^ + %^+-!^^0 X oy Oz

-coordonnées cylindriques

div X = -5-^- -I- 0(-= '-)Oz r Qt

ML^

1 axg

DEB

DJT

diffusivité thermique de la roche

° - \'^t,débit du fluide caloporteur dans

le circuit de chauffage

degré-jour pour la température

extérieure de référence T

m^ s"i

m' h"i

°C.j

L^-i

L'T'i

TK

déperditions thermiques parles parois

ML^'

déperditions thermiques liées aurenouvellement d'air

W ML'T

épaisseur du tube central

exp

E

exponentielle

fonction exponentielle intégrale

dt'^ ^'^=X*-^

g

grad

gradient géothermique

gradient (vecteur) :

-en coordonnées cartésiennes :

-en coordonnées cyclindriques :

Km L~^K

1 -

NOMENCLATURE

Symbole Signification Unité Dimension

A

div

Apports gratuits

divergence (scalaire) :

-coordonnées cartésiennes

div X = 1^ + %^+-!^^0 X oy Oz

-coordonnées cylindriques

div X = -5-^- -I- 0(-= '-)Oz r Qt

ML^

1 axg

DEB

DJT

diffusivité thermique de la roche

° - \'^t,débit du fluide caloporteur dans

le circuit de chauffage

degré-jour pour la température

extérieure de référence T

m^ s"i

m' h"i

°C.j

L^-i

L'T'i

TK

déperditions thermiques parles parois

ML^'

déperditions thermiques liées aurenouvellement d'air

W ML'T

épaisseur du tube central

exp

E

exponentielle

fonction exponentielle intégrale

dt'^ ^'^=X*-^

g

grad

gradient géothermique

gradient (vecteur) :

-en coordonnées cartésiennes :

-en coordonnées cyclindriques :

Km L~^K

2 -

gradient géothermique réduit -groupement adimensionnel-pour unfonctionnement à puissance constanteG = gh/Ae (éq. (3.42))

sans sans

gradient géothermique réduit -groupement adimensionnel-pour unfonctionnement à température constanteG' = gh/(ei -Go) (éq. Cî.5 4))

sans sans

coefficient de déperditions volumiquesdes locaux

~3or~lWm '°C ml'^t 'k"'

h

K

hauteur de l'échangeur

défini par l'équation (3.29)4TX/Q7p

ln(4Dt/r^) - fK =

m

^P

Lu

coefficient de transmission thermiquede la paroi

fonction logarithme népérien

Wm~'K'' MT 'K3I/-1

groupement adimensionnel caracté¬ristique des échanges (équation 0.41))P = Q7^/(4irXph)

sans sans

puissance de chauffage nécessaire( = besoins)

ML = T

MAXdéperditions thermiques maximalesdes locaux

M Mtn

PACpuissance de la pompe à chaleur ML'T

Q

Q

débit instantané du fluide calopor¬teur dans l'échangeur

débit fictif moyen continu du fluidecaloporteur dans l'échangeur

3t,-im'h

m'h"^

3T-1L'y

3T-1L'T

Q ail débit d'air renouvelé dans les locaux m^h"' L'T~i

2 -

gradient géothermique réduit -groupement adimensionnel-pour unfonctionnement à puissance constanteG = gh/Ae (éq. (3.42))

sans sans

gradient géothermique réduit -groupement adimensionnel-pour unfonctionnement à température constanteG' = gh/(ei -Go) (éq. Cî.5 4))

sans sans

coefficient de déperditions volumiquesdes locaux

~3or~lWm '°C ml'^t 'k"'

h

K

hauteur de l'échangeur

défini par l'équation (3.29)4TX/Q7p

ln(4Dt/r^) - fK =

m

^P

Lu

coefficient de transmission thermiquede la paroi

fonction logarithme népérien

Wm~'K'' MT 'K3I/-1

groupement adimensionnel caracté¬ristique des échanges (équation 0.41))P = Q7^/(4irXph)

sans sans

puissance de chauffage nécessaire( = besoins)

ML = T

MAXdéperditions thermiques maximalesdes locaux

M Mtn

PACpuissance de la pompe à chaleur ML'T

Q

Q

débit instantané du fluide calopor¬teur dans l'échangeur

débit fictif moyen continu du fluidecaloporteur dans l'échangeur

3t,-im'h

m'h"^

3T-1L'y

3T-1L'T

Q ail débit d'air renouvelé dans les locaux m^h"' L'T~i

- 3 -

distance à l'axe de l'échangeur

rayon de l'échangeur

rayon du tubage central

section de l'annulaire

section du tube central

temps depuis le début de la mise enexploitation du dispositif (varia¬ble indépendante)

date du début du ième palier (fonc¬tionnement à puissance variable)

m

m

m

m^

m^

s

L

L

L

L^

L'

T

temps réduit, groupement adimen¬sionnel défini par l'équation(3.39)

t^ = 4Dt/ro=

début de palier réduit (fonction¬nement à puissance variable) groupe¬ment adimensionnel défini par l'équa¬tion (5.50): t = 4Dt ./r '

sans

sans

sans

sans

température de base

température de consigne

°C K

K

température de départ du fluidecaloporteur dans le circuit dechauffage

ne

température de départ pour latempérature de base

température à l'extérieur deslocaux

température à l'intérieur deslocaux

température de non chauffage

°C

K

K

température de retour du fluide calo¬porteur dans le circuit de chauffage

température de retour pour la tempé¬rature de base

- 3 -

distance à l'axe de l'échangeur

rayon de l'échangeur

rayon du tubage central

section de l'annulaire

section du tube central

temps depuis le début de la mise enexploitation du dispositif (varia¬ble indépendante)

date du début du ième palier (fonc¬tionnement à puissance variable)

m

m

m

m^

m^

s

L

L

L

L^

L'

T

temps réduit, groupement adimen¬sionnel défini par l'équation(3.39)

t^ = 4Dt/ro=

début de palier réduit (fonction¬nement à puissance variable) groupe¬ment adimensionnel défini par l'équa¬tion (5.50): t = 4Dt ./r '

sans

sans

sans

sans

température de base

température de consigne

°C K

K

température de départ du fluidecaloporteur dans le circuit dechauffage

ne

température de départ pour latempérature de base

température à l'extérieur deslocaux

température à l'intérieur deslocaux

température de non chauffage

°C

K

K

température de retour du fluide calo¬porteur dans le circuit de chauffage

température de retour pour la tempé¬rature de base

- 4

vitesse du fluide caloporteur dansl'échangeur

volume habitable des locaux

ms LT"^

profondeur sous la surface du sol(variable indépendante)

groupement adimensionnel défini parl'équation (3.44) : ZrP.E(l/t^)

sans sans

Z. groupement adimensionnel défini parl'équation (3.52):pour un fonction¬nement à puissance variable

sans sans

capacité calorifique

y. du fluide caloporteur dansl'espace annulaire

y . de l'airair

y du fluide caloporteur dans l'espacecentral de l'échangeur

Tp du fluide dans l'échangeur

Xp du fluide caloporteur dans lecircuit de chauffage

TL dans la roche

Jm 'K ML"'T"'K'

r

d

nombre d'Euler

signe de dérivation partielle

sans sans

A

A6

signe d'écart

écart de température prélevé parla pompe à chaleur

ABi

A8m

écart de température prélevé par lapompe à chaleur durant le ième palier(fonctionnement à puissance variable)

pertes thermiques entre l'espacecentral et l'annulaire

°C

AOri

écart thermique réduit défini parl'équation (5 '4^ pour le fonctionne¬ment à puissance variable:AB ri = (A^i - àBy_i)/Ae

sans sans

- 4

vitesse du fluide caloporteur dansl'échangeur

volume habitable des locaux

ms LT"^

profondeur sous la surface du sol(variable indépendante)

groupement adimensionnel défini parl'équation (3.44) : ZrP.E(l/t^)

sans sans

Z. groupement adimensionnel défini parl'équation (3.52):pour un fonction¬nement à puissance variable

sans sans

capacité calorifique

y. du fluide caloporteur dansl'espace annulaire

y . de l'airair

y du fluide caloporteur dans l'espacecentral de l'échangeur

Tp du fluide dans l'échangeur

Xp du fluide caloporteur dans lecircuit de chauffage

TL dans la roche

Jm 'K ML"'T"'K'

r

d

nombre d'Euler

signe de dérivation partielle

sans sans

A

A6

signe d'écart

écart de température prélevé parla pompe à chaleur

ABi

A8m

écart de température prélevé par lapompe à chaleur durant le ième palier(fonctionnement à puissance variable)

pertes thermiques entre l'espacecentral et l'annulaire

°C

AOri

écart thermique réduit défini parl'équation (5 '4^ pour le fonctionne¬ment à puissance variable:AB ri = (A^i - àBy_i)/Ae

sans sans

5 -

température (variable indépendante)

température au niveau du sol

°C

°C

K

K

température du fluide caloporteurdans l'annulaire

°C

température du fluide caloporteurdans le tube central

température du fluide caloporteurdans l'échangeur

température d'injection du fluidecaloporteur dans l'échangeur

température réduite du fluide calo¬porteur en sortie d' echangeur, grou¬pement adimensionnel, exploitationà puissance constante, défini par.l'équation (3.4O):0_ = (^g -6» - |^)/a^

sans sans

el température réduite du fluide calo¬porteur en sortie d' echangeur, grou¬pement adimensionnel, exploitationà température constante, déf ini parl'équation (3.53):^' = j^fo

sans sans

température du fluide caloporteur ensortie d' echangeur

conductivité thermique

A du fluide caloporteur dans l'échan¬geur

A du fluide caloporteur dans lecircuit de chauffage

A_ de l'encaissantX du tubage interne

Wm ~\'^ MLT"'K"'

TT

I

->

constante mathématique w ca3,14 16

signe de sommation

flux de chaleur

^ à la limite échangeur-encaissant

<Pr géothermique

sans

Um

sans

MT

5 -

température (variable indépendante)

température au niveau du sol

°C

°C

K

K

température du fluide caloporteurdans l'annulaire

°C

température du fluide caloporteurdans le tube central

température du fluide caloporteurdans l'échangeur

température d'injection du fluidecaloporteur dans l'échangeur

température réduite du fluide calo¬porteur en sortie d' echangeur, grou¬pement adimensionnel, exploitationà puissance constante, défini par.l'équation (3.4O):0_ = (^g -6» - |^)/a^

sans sans

el température réduite du fluide calo¬porteur en sortie d' echangeur, grou¬pement adimensionnel, exploitationà température constante, déf ini parl'équation (3.53):^' = j^fo

sans sans

température du fluide caloporteur ensortie d' echangeur

conductivité thermique

A du fluide caloporteur dans l'échan¬geur

A du fluide caloporteur dans lecircuit de chauffage

A_ de l'encaissantX du tubage interne

Wm ~\'^ MLT"'K"'

TT

I

->

constante mathématique w ca3,14 16

signe de sommation

flux de chaleur

^ à la limite échangeur-encaissant

<Pr géothermique

sans

Um

sans

MT

7 -

AVANT-PROPOS

Le présent mémoire est l'issue d'un travail réalisé auBureau de Recherches Géologiques et Minières (Orléans), grâce à l'encadrementfinancier et scientifique du département SGN/EAU et de l'Institut Mixte deRecherches Géothermiques (Agence Française pour la Maîtrise de l'Energie,Bureau de Recherches Géologiques et Minières) .

C'est en collaboration avec Meó^^ceo^ó Jean-Pierre SAUTY,Jean-Yves AUSSEUR (SGN/EAU) et Monsieur André MENJOZ (IMRG) et sous leurresponsabilité scientifique que ce travail s'est déroulé.

Monsieur le Professeur François LELONG (Laboratoire de GéologieAppliquée de l'Université d'Orléans) a bien voulu assurer l'encadrementuniversitaire de ce travail.

Certains résultats obtenus au cours de ce travail ont déjà étépubliés (références citées au cours du texte) .

Afin de situer au mieux le sujet de cette recherche, nous feronsun rappel des différentes possibilités d'eîqjloitation thermique du sous-solà des fins de chauffage ou/et climatisation, les replaçant dans le contexteénergétique national actuel (chapitre 1).

Nous focaliserons notre étude sur le dispositif CORAIL, echangeurenterré vertical, de type concentrique et sur sa réalisation projetée sur lesite de Lannion (chapitre 2) .

L'étude du conçortement thermique de l'échangeur et l'applicationde ses résultats au projet de Lannion sont ensuite exposées (chapitre 3).

La connaissance de la thermodynamique des ponpes â chaleur etde la thermique des bâtiments (chapitre 4) a permis l'analyse et la réalisationdu bilan énergétique de l'installation globale : echangeur, ponpe â chaleur,circuit de distribution de la chaleur (chapitre 5) .

Les aspects économiques, essentiels dans une perspective deréalisation,seront ensuite développés (chapitre 6).

A l'issue de cette étude, nous dégagerons des conclusions surle dispositif CORAIL et sur le projet envisagé.

7 -

AVANT-PROPOS

Le présent mémoire est l'issue d'un travail réalisé auBureau de Recherches Géologiques et Minières (Orléans), grâce à l'encadrementfinancier et scientifique du département SGN/EAU et de l'Institut Mixte deRecherches Géothermiques (Agence Française pour la Maîtrise de l'Energie,Bureau de Recherches Géologiques et Minières) .

C'est en collaboration avec Meó^^ceo^ó Jean-Pierre SAUTY,Jean-Yves AUSSEUR (SGN/EAU) et Monsieur André MENJOZ (IMRG) et sous leurresponsabilité scientifique que ce travail s'est déroulé.

Monsieur le Professeur François LELONG (Laboratoire de GéologieAppliquée de l'Université d'Orléans) a bien voulu assurer l'encadrementuniversitaire de ce travail.

Certains résultats obtenus au cours de ce travail ont déjà étépubliés (références citées au cours du texte) .

Afin de situer au mieux le sujet de cette recherche, nous feronsun rappel des différentes possibilités d'eîqjloitation thermique du sous-solà des fins de chauffage ou/et climatisation, les replaçant dans le contexteénergétique national actuel (chapitre 1).

Nous focaliserons notre étude sur le dispositif CORAIL, echangeurenterré vertical, de type concentrique et sur sa réalisation projetée sur lesite de Lannion (chapitre 2) .

L'étude du conçortement thermique de l'échangeur et l'applicationde ses résultats au projet de Lannion sont ensuite exposées (chapitre 3).

La connaissance de la thermodynamique des ponpes â chaleur etde la thermique des bâtiments (chapitre 4) a permis l'analyse et la réalisationdu bilan énergétique de l'installation globale : echangeur, ponpe â chaleur,circuit de distribution de la chaleur (chapitre 5) .

Les aspects économiques, essentiels dans une perspective deréalisation,seront ensuite développés (chapitre 6).

A l'issue de cette étude, nous dégagerons des conclusions surle dispositif CORAIL et sur le projet envisagé.

CHAPITRE 1

PRESENTATION DE LA RECHERCHE DANS

LE CONTEXTE ENERGETIQUE

CHAPITRE 1

PRESENTATION DE LA RECHERCHE DANS

LE CONTEXTE ENERGETIQUE

10

-

p A c /an

50 000

«10 000

30 000

20 000

10000

1973I

74

.1

75

. .

1

76

1

77

:::U78

TOTAL /

1

/ ; AIR-EAU

,' / ; AIR-AIR

^ii*""^ ..: EAU-AIR

llll79 80 81 82

Figure 7 - ? ; Evolution des Ventes dz pompes à chalzuren France entre 7 973 et 1982.

[statistiques UWICLIMA citées par REGEF

[I-I]).

10

-

p A c /an

50 000

«10 000

30 000

20 000

10000

1973I

74

.1

75

. .

1

76

1

77

:::U78

TOTAL /

1

/ ; AIR-EAU

,' / ; AIR-AIR

^ii*""^ ..: EAU-AIR

llll79 80 81 82

Figure 7 - ? ; Evolution des Ventes dz pompes à chalzuren France entre 7 973 et 1982.

[statistiques UWICLIMA citées par REGEF

[I-I]).

- 11

En France, d'après les organismes professionnels (dans Bâtiment-

Energie, Décembre 1983) les ventes annuelles de pompes à chaleur, tous types

et toutes puissances confondus, ont évolué entre 1977 et 1982*de 7 424 à

51 169 (cf. figure (1-1) , d' après REGEF [l-l]), avec une augmentation de

467 à 7 823 pour les seules pompes à chaleur EAU/EAU. Celles-ci

prélèvent l'énergie sur les eaux de surface, les eaux souterraines ou le sol

quand elles sont, associées à un système d' echangeur enterré : on emploie alorsparfois le terme de pompe à chaleur SOL/EAU.

Ce dispositif se développe depuis ces dernières années : en 1980

DEPRÊTER et GEERAERT [l-2] en dénombraient pratiquement 5 000 en Europe, et20 000 aux Etats-Unis.

Malgré les nombreuses réalisations, peu d'études générales sur ces

dispositifs ont été menées, et pratiquement aucun des moyens de calculs existant

et utilisés par divers organismes et laboratoires pour les dimensionner ne

sont publiés [l-3].

Le dispositif CORAIL (Conduction RAdiale en milieu ILlimité), echangeur

vertical enterré, est constitué par un forage équipé d'un tube central. La

circulation d'un fluide caloporteur permet l'extraction de la chaleur du sous-

sol.

L'étude générale de ce dispositif et du projet de sa réalisation

à Lannion (Côtes-du-Nord) constitue l'objet du présent mémoire.

* Durant les années 1983 et 1984, les ventes de pompes è chaleur ont diminué

les résultats publiés sont les suivants :

1983 1984PAC AIR/AIR 4 310 4 500

AIR/EAU 24 025 9 500EAU/AIR 2 336 1 500EAU/EAU 5 396 3 500Total 36 067 19 000

(d'après "les Echos" du Mardi 13 Novembre 1984).

- 11

En France, d'après les organismes professionnels (dans Bâtiment-

Energie, Décembre 1983) les ventes annuelles de pompes à chaleur, tous types

et toutes puissances confondus, ont évolué entre 1977 et 1982*de 7 424 à

51 169 (cf. figure (1-1) , d' après REGEF [l-l]), avec une augmentation de

467 à 7 823 pour les seules pompes à chaleur EAU/EAU. Celles-ci

prélèvent l'énergie sur les eaux de surface, les eaux souterraines ou le sol

quand elles sont, associées à un système d' echangeur enterré : on emploie alorsparfois le terme de pompe à chaleur SOL/EAU.

Ce dispositif se développe depuis ces dernières années : en 1980

DEPRÊTER et GEERAERT [l-2] en dénombraient pratiquement 5 000 en Europe, et20 000 aux Etats-Unis.

Malgré les nombreuses réalisations, peu d'études générales sur ces

dispositifs ont été menées, et pratiquement aucun des moyens de calculs existant

et utilisés par divers organismes et laboratoires pour les dimensionner ne

sont publiés [l-3].

Le dispositif CORAIL (Conduction RAdiale en milieu ILlimité), echangeur

vertical enterré, est constitué par un forage équipé d'un tube central. La

circulation d'un fluide caloporteur permet l'extraction de la chaleur du sous-

sol.

L'étude générale de ce dispositif et du projet de sa réalisation

à Lannion (Côtes-du-Nord) constitue l'objet du présent mémoire.

* Durant les années 1983 et 1984, les ventes de pompes è chaleur ont diminué

les résultats publiés sont les suivants :

1983 1984PAC AIR/AIR 4 310 4 500

AIR/EAU 24 025 9 500EAU/AIR 2 336 1 500EAU/EAU 5 396 3 500Total 36 067 19 000

(d'après "les Echos" du Mardi 13 Novembre 1984).

^^v^^ Produit^\^ergétique

Année ^^\^^

1965

1973

1981

1982*

Combustiblesminéraux solides(houi Lie, Lignite,coke)

45,68

30,49

31,50

32,50

CombustiblesLiquides(produits

pétroliers)

50,42

117,27

91,30

85,30

Combustiblesgazeux

5,13

14,96

24,60(21,70)»

23,40(20,40)»

Electricitéd'originenucléaire

0,20

3,10

22,10

22,90

Hydroélectricitéet importationsnettes d'élec¬tricité

10,52

9,86

15,10

15,00

Consommationd'énergieprimairetotale

111,95

175,68

184,60(181,70)»

179,10(176,10)»

* Semi définitif

» hors les usages non énergétiques pour Le gaz

TabLeau 1-2 ; Consommation française d'énergie primaire en Millionsde tep (hors énergie nouvelle)

(d'après A.F.M.E., 1983 [l-^])

^^v^^ Produit^\^ergétique

Année ^^\^^

1965

1973

1981

1982*

Combustiblesminéraux solides(houi Lie, Lignite,coke)

45,68

30,49

31,50

32,50

CombustiblesLiquides(produits

pétroliers)

50,42

117,27

91,30

85,30

Combustiblesgazeux

5,13

14,96

24,60(21,70)»

23,40(20,40)»

Electricitéd'originenucléaire

0,20

3,10

22,10

22,90

Hydroélectricitéet importationsnettes d'élec¬tricité

10,52

9,86

15,10

15,00

Consommationd'énergieprimairetotale

111,95

175,68

184,60(181,70)»

179,10(176,10)»

* Semi définitif

» hors les usages non énergétiques pour Le gaz

TabLeau 1-2 ; Consommation française d'énergie primaire en Millionsde tep (hors énergie nouvelle)

(d'après A.F.M.E., 1983 [l-^])

13

1.1 - LE CONTEXTE ENERGETIQUE

1.1.1 - Présentation générale

D'après les données économiques publiées [l-4, 1-5], environ

le tiers de la consommation énergétique française est consacré au chauffage . Par

ailleurs, en 1983, le chauffage constitue le 4ème poste budgétaire des ménages avec

9,4 ?ó des dépenses [1-é>] (énergie plus, n° 36, 1984). Plus de la moitié de celui-ciest assurée par la combustion de produits pétroliers desquels dépend directement

le taux d'indépendance énergétique. L'évolution de la consommation d'énergie

primaire en France, entre 1965 et 1982 est montrée tableau (1-2). (Les différentesunités utilisées au cours de l'exposé sont présentées en annexe n° 1).

Au niveau national, sur la base du "rapport Hugon" établi en août

1981, le Parlement a adopté (débat énergétique en octobre 1981) un plan qui

prévoit qu'en 1990 :

- la part du pétrole soit ramenée à 30 % de la consommation d'énergie

primaire (contre pratiquement 50 % en 1981),

- les économies d'énergie s'acroissent de 40 millions de tonnes-

équivalent-pétrole*,

- le taux d'indépendance énergétique atteigne 50 % (contre 35 %

en 1981), la part des énergies nouvelles et renouvelables, triplant

dans le bilan énergétique : (de 3,4 M tep en 1980 soit 1,7 % à 11 M tep

en 1990 soit 5 %) . (D'après Edmond Hervé dans la préface de

Chiffres-Clés-Energie [l-^])-

Pour ceci il devient nécessaire d'envisager et d'étudier toutes

les ressources nationales et de réduire le gaspillage en utilisant pour chaque

besoin la forme d'énergie la mieux adaptée et des modes de distribution appro¬

priés. C'est-à-dire exploiter les ressources à bas niveau thermique , largement

disponibles, pour le chauffage plutôt que des produits dont la combustion

assure une température quatre à cinq fois celle désirée dans les locaux et

utiliser les planchers chauffants.

Tonnes-équivalent-pétrole (tep ) : unité choisie par convention qui équivautà 100 000 thermies dégagées par l'utilisation du produit énergétiqueconsidéré (voir annexe n° 1).

13

1.1 - LE CONTEXTE ENERGETIQUE

1.1.1 - Présentation générale

D'après les données économiques publiées [l-4, 1-5], environ

le tiers de la consommation énergétique française est consacré au chauffage . Par

ailleurs, en 1983, le chauffage constitue le 4ème poste budgétaire des ménages avec

9,4 ?ó des dépenses [1-é>] (énergie plus, n° 36, 1984). Plus de la moitié de celui-ciest assurée par la combustion de produits pétroliers desquels dépend directement

le taux d'indépendance énergétique. L'évolution de la consommation d'énergie

primaire en France, entre 1965 et 1982 est montrée tableau (1-2). (Les différentesunités utilisées au cours de l'exposé sont présentées en annexe n° 1).

Au niveau national, sur la base du "rapport Hugon" établi en août

1981, le Parlement a adopté (débat énergétique en octobre 1981) un plan qui

prévoit qu'en 1990 :

- la part du pétrole soit ramenée à 30 % de la consommation d'énergie

primaire (contre pratiquement 50 % en 1981),

- les économies d'énergie s'acroissent de 40 millions de tonnes-

équivalent-pétrole*,

- le taux d'indépendance énergétique atteigne 50 % (contre 35 %

en 1981), la part des énergies nouvelles et renouvelables, triplant

dans le bilan énergétique : (de 3,4 M tep en 1980 soit 1,7 % à 11 M tep

en 1990 soit 5 %) . (D'après Edmond Hervé dans la préface de

Chiffres-Clés-Energie [l-^])-

Pour ceci il devient nécessaire d'envisager et d'étudier toutes

les ressources nationales et de réduire le gaspillage en utilisant pour chaque

besoin la forme d'énergie la mieux adaptée et des modes de distribution appro¬

priés. C'est-à-dire exploiter les ressources à bas niveau thermique , largement

disponibles, pour le chauffage plutôt que des produits dont la combustion

assure une température quatre à cinq fois celle désirée dans les locaux et

utiliser les planchers chauffants.

Tonnes-équivalent-pétrole (tep ) : unité choisie par convention qui équivautà 100 000 thermies dégagées par l'utilisation du produit énergétiqueconsidéré (voir annexe n° 1).

- 15 -

Dans ce contexte l'utilisation des énergies dites nouvelles

(géothermique, solaire, éolienne, biomasse) sera développée (notons que lecaractère novateur est lié à l'utilisation et non à la forme de ces énergies).

1.1.2 - L'énergie g^éothermique

Cette énergie est liée au flux de chaleur interne de la terre, voisin

de 2,3 10^° KW en moyenne à la surface de la terre . Ce flux provient principa¬lement de la désintégration radioactive des isotopes (^^Û, ^^Û, ^^^Th, '*°K)

des roches superficielles. Des hypothèses variées sont formulées quant à l'origine

de la partie restante : chaleur primitive emmagasinnée par la terre lors de

sa formation, chaleur latente de solidification et de fusion du noyau... L^-^]-La valeur de ce flux varie localement suivant les conditions géologiques.

Cette énergie exploitable par l'intermédiaire des aquifères* n'est

que lentement renouvelable. A titre d'exemple considérons un doublet géothermique

qui exploite une nappe de 30 mètres de hauteur, à 70°C, et qui réinjecte les

eaux à 30°C dans cette nappe. Un calcul simple et rapide montre que le flux géo¬

thermique mettrait environ 13 siècles pour réchauffer l'eau de 30 à 70°C.

La quantité d'énergie à fournir est égale à : y x U x A0

avec :- Y : capacité calorifique de l'aquifère (2.5 lO^J m~' K~M

- U : volume de l'aquifère à réchauffer (m')

- A0 : écart de température à fournir (40 K)

et pendant l'intervalle de temps dt, le flux géothermique fournit l'énergie :

cp X dt X S

avec : - cp : flux géothermique (7,5 10~^ Wm ^)**- dt : temps (seconde)

- S : section (m^)

d'où : dt = IlLIO ^ ^° ^ ^° = 4 10^ "secondes ~ 5 10^ jours ~ 1272 ans7,5 10"^

Il convient donc de gérer convenablement cette énergie pour

augmenter sa durée d'utilisation.

* Aquifères : corps de roches perméables comportant une zone saturée -ensembledu milieu solide et de l'eau contenue- suffisamment conducteur d'eau souterrainepour permettre l'écoulement significatif d'une nappe souterraine et le captagede quantités d'eau appréciables [l-7].

** Valeur ponctuelle de flux qui ne correspond pas à la valeur moyenne donnée plus haut.

- 15 -

Dans ce contexte l'utilisation des énergies dites nouvelles

(géothermique, solaire, éolienne, biomasse) sera développée (notons que lecaractère novateur est lié à l'utilisation et non à la forme de ces énergies).

1.1.2 - L'énergie g^éothermique

Cette énergie est liée au flux de chaleur interne de la terre, voisin

de 2,3 10^° KW en moyenne à la surface de la terre . Ce flux provient principa¬lement de la désintégration radioactive des isotopes (^^Û, ^^Û, ^^^Th, '*°K)

des roches superficielles. Des hypothèses variées sont formulées quant à l'origine

de la partie restante : chaleur primitive emmagasinnée par la terre lors de

sa formation, chaleur latente de solidification et de fusion du noyau... L^-^]-La valeur de ce flux varie localement suivant les conditions géologiques.

Cette énergie exploitable par l'intermédiaire des aquifères* n'est

que lentement renouvelable. A titre d'exemple considérons un doublet géothermique

qui exploite une nappe de 30 mètres de hauteur, à 70°C, et qui réinjecte les

eaux à 30°C dans cette nappe. Un calcul simple et rapide montre que le flux géo¬

thermique mettrait environ 13 siècles pour réchauffer l'eau de 30 à 70°C.

La quantité d'énergie à fournir est égale à : y x U x A0

avec :- Y : capacité calorifique de l'aquifère (2.5 lO^J m~' K~M

- U : volume de l'aquifère à réchauffer (m')

- A0 : écart de température à fournir (40 K)

et pendant l'intervalle de temps dt, le flux géothermique fournit l'énergie :

cp X dt X S

avec : - cp : flux géothermique (7,5 10~^ Wm ^)**- dt : temps (seconde)

- S : section (m^)

d'où : dt = IlLIO ^ ^° ^ ^° = 4 10^ "secondes ~ 5 10^ jours ~ 1272 ans7,5 10"^

Il convient donc de gérer convenablement cette énergie pour

augmenter sa durée d'utilisation.

* Aquifères : corps de roches perméables comportant une zone saturée -ensembledu milieu solide et de l'eau contenue- suffisamment conducteur d'eau souterrainepour permettre l'écoulement significatif d'une nappe souterraine et le captagede quantités d'eau appréciables [l-7].

** Valeur ponctuelle de flux qui ne correspond pas à la valeur moyenne donnée plus haut.

16 -

PRODUCTIVITE

.^ "'^ CourtM d'itolt tMipiraturt Ai ritcrtfoir k pkn pretontf

C ^ PredueliniM MM< w nullt, ou Itfflotrolurt M^nnin b 30*C

Monlh criMaiM

Figure 1-3 : Ressources Géothermiques Françaises [BRGM, GEOCHALEUR1983, [?-«]).

16 -

PRODUCTIVITE

.^ "'^ CourtM d'itolt tMipiraturt Ai ritcrtfoir k pkn pretontf

C ^ PredueliniM MM< w nullt, ou Itfflotrolurt M^nnin b 30*C

Monlh criMaiM

Figure 1-3 : Ressources Géothermiques Françaises [BRGM, GEOCHALEUR1983, [?-«]).

- 17

Sur la base de critères de température et d'utilisation de la

ressource on différencie les domaines suivants :

» La géothermie liaute énergie :

Le fluide géothermal sous forme de vapeur et d'eau (température

> 150°C) est utilisé à la production d'électricité.

De telles ressources liées à la présence de zones géologiquement

actives (frontières de plaques tectoniques en expansion comme l'Islande ou l'Afrique

de l'Est, ou en subduction comme les Antilles, le Japon, l'Indonésie et l'Amérique

Centrale et du Sud) sont inexploitées en France Métropolitaine. Au niveau

mondial la puissance électrique installée était d'environ 3000 MW en 1980 L^--^]-

La géothermie moyenne énergie :

Le fluide géothermal (température comprise entre 80 et 150°C)

permet la production d'électricité par l'intermédiaire d'un fluide plus volatil

(techniques en développement).

La géothermie basse énergie :

Le fluide géothermal (température < 90°C) est utilisé pour le

chauffage de locaux par l'intermédiaire d'échangeurs ou de pompes à chaleur.

En France (fiqure (l-3)),l'essentiel du potentiel est localisé dans

les 2 grands bassins sédimentaires :

- le bassin Parisien (29 réalisations dans le Dogger sont en fonction¬

nement en juin 1984, une dizaine sont en phase de raccordement et

12 sont en cours) ;

- le bassin Aquitain (13 réalisations dans le Crétacé et l'Eocène en

1983).

Quant aux massifs cristallins couvrant 1/3 du territoire métropo¬

litain, leur potentiel énergétique à bas niveau pourra être exploité par des dispo¬

sitifs analogues à celui qui fait l'objet de la présente recherche (CORAIL).

- 17

Sur la base de critères de température et d'utilisation de la

ressource on différencie les domaines suivants :

» La géothermie liaute énergie :

Le fluide géothermal sous forme de vapeur et d'eau (température

> 150°C) est utilisé à la production d'électricité.

De telles ressources liées à la présence de zones géologiquement

actives (frontières de plaques tectoniques en expansion comme l'Islande ou l'Afrique

de l'Est, ou en subduction comme les Antilles, le Japon, l'Indonésie et l'Amérique

Centrale et du Sud) sont inexploitées en France Métropolitaine. Au niveau

mondial la puissance électrique installée était d'environ 3000 MW en 1980 L^--^]-

La géothermie moyenne énergie :

Le fluide géothermal (température comprise entre 80 et 150°C)

permet la production d'électricité par l'intermédiaire d'un fluide plus volatil

(techniques en développement).

La géothermie basse énergie :

Le fluide géothermal (température < 90°C) est utilisé pour le

chauffage de locaux par l'intermédiaire d'échangeurs ou de pompes à chaleur.

En France (fiqure (l-3)),l'essentiel du potentiel est localisé dans

les 2 grands bassins sédimentaires :

- le bassin Parisien (29 réalisations dans le Dogger sont en fonction¬

nement en juin 1984, une dizaine sont en phase de raccordement et

12 sont en cours) ;

- le bassin Aquitain (13 réalisations dans le Crétacé et l'Eocène en

1983).

Quant aux massifs cristallins couvrant 1/3 du territoire métropo¬

litain, leur potentiel énergétique à bas niveau pourra être exploité par des dispo¬

sitifs analogues à celui qui fait l'objet de la présente recherche (CORAIL).

19

» La géothermie très basse énergie :

Il s'agit de l'exploitation énergétique par pompe à chaleur*:

- des aquifères superficiels ou peu profonds (10-500 m, tempé¬

rature < 30°C),

- du sous-sol avec des systèmes d'échangeurs enterrés .

Les dispositifs de stockage intersaisonnier de calories en

nappe d'eau souterraine se rattachent également à ce domaine.

Ce potentiel mieux réparti sur l'ensemble du territoire, est

utilisé depuis quelques années. Une récente enquête effectuée avec le concours

d'EDF montre qu'environ 12 à 15 000 équivalents logements dans le secteur de

l'habitat collectif et environ 5 000 dans l'industrie, l'agriculture et le

tertiaire, ont été équipés de pompe à chaleur EAU/EAU [l-9]. Dans lebassin Loire-Bretagne plus de 300 pompes à chaleur EAU/EAU auraient fonctionné

durant l'hiver 1980/1981 [l-lO]-

1.2 - EXPLOITATION THERMIQUE ACTUELLE DU PROCHE SOUS-SOL

- S'il existe un aquifère productif et facilement accessible, on

pompe l'eau dans cet aquifère, et l'on récupère les calories entraînées par

l'eau.

- S'il n'existe pas de tel aquifère, l'injection d'un fluide

caloporteur dans un système d' echangeur enterré dans le sous-sol permet l'exploi¬

tation des calories du sous-sol.

1.2.1 - DisgosiHfs exploitant l'énergie thermique d'aquifères peu profonds

L'eau et la matrice poreuse sont à l'équilibre thermique à une

température pratiquement constante pendant l'année, à une profondeur donnée,

sous l'effet conjugué du rayonnement solaire, de l'infiltration des eaux de

surface et du flux géothermique.

On différencie les dispositifs qui exploitent uniquement la

ressource de ceux qui l'exploitent et la régénèrent.

* Voir chapitre 4.

19

» La géothermie très basse énergie :

Il s'agit de l'exploitation énergétique par pompe à chaleur*:

- des aquifères superficiels ou peu profonds (10-500 m, tempé¬

rature < 30°C),

- du sous-sol avec des systèmes d'échangeurs enterrés .

Les dispositifs de stockage intersaisonnier de calories en

nappe d'eau souterraine se rattachent également à ce domaine.

Ce potentiel mieux réparti sur l'ensemble du territoire, est

utilisé depuis quelques années. Une récente enquête effectuée avec le concours

d'EDF montre qu'environ 12 à 15 000 équivalents logements dans le secteur de

l'habitat collectif et environ 5 000 dans l'industrie, l'agriculture et le

tertiaire, ont été équipés de pompe à chaleur EAU/EAU [l-9]. Dans lebassin Loire-Bretagne plus de 300 pompes à chaleur EAU/EAU auraient fonctionné

durant l'hiver 1980/1981 [l-lO]-

1.2 - EXPLOITATION THERMIQUE ACTUELLE DU PROCHE SOUS-SOL

- S'il existe un aquifère productif et facilement accessible, on

pompe l'eau dans cet aquifère, et l'on récupère les calories entraînées par

l'eau.

- S'il n'existe pas de tel aquifère, l'injection d'un fluide

caloporteur dans un système d' echangeur enterré dans le sous-sol permet l'exploi¬

tation des calories du sous-sol.

1.2.1 - DisgosiHfs exploitant l'énergie thermique d'aquifères peu profonds

L'eau et la matrice poreuse sont à l'équilibre thermique à une

température pratiquement constante pendant l'année, à une profondeur donnée,

sous l'effet conjugué du rayonnement solaire, de l'infiltration des eaux de

surface et du flux géothermique.

On différencie les dispositifs qui exploitent uniquement la

ressource de ceux qui l'exploitent et la régénèrent.

* Voir chapitre 4.

- 20

figure 1-4 : Dispositif du puits unique Figure 1-5 : Dispositif du doublet de forages

r«eup<ratiur d'enargi*

oliniantotian

Figure 1-6 : Stockage par puits unique

Figure 1-7 : Doublet à balayage

EXPLOITATION THERMIQUE DES AÇUIFERES

[d'après AUSSEUR, SAITTY, 1989 - [l-ll]].

- 20

figure 1-4 : Dispositif du puits unique Figure 1-5 : Dispositif du doublet de forages

r«eup<ratiur d'enargi*

oliniantotian

Figure 1-6 : Stockage par puits unique

Figure 1-7 : Doublet à balayage

EXPLOITATION THERMIQUE DES AÇUIFERES

[d'après AUSSEUR, SAITTY, 1989 - [l-ll]].

21

1.2.1.1 - Dispositifs sans recharge thermique

^íé!92'^Í^Á-4'¿:.£'¿¿^.'éü^9'é?r [fleure [1-4] )

L'avantage du faible investissement de départ (unicité du forage)

peut être annulé par :

- les taxations sur les rejets (valant jusqu'à 10 fois la taxe

de prélèvement [l-12])j

- la durée de vie limitée de ces dispositifs en l'absence de

réalimentation naturelle suffisante ou en cas de multiplication

des prélèvements.

^l'ékiitA^Â'l'yiQ.^ [îQure (7-5) )

L'avantage de la pérennité hydraulique de la ressource peut être

limité par un recyclage des eaux au forage de production.

La pollution thermique de la ressource liée à la réinjection des

eaux refroidies peut être évitée par réinjection de calories durant les périodes

de non exploitation.

1.2.1.2 - Dispositifs avec recharqe thermique

S-iÇÇfe^^_e'?4_)2ii-tÎ*_'i'!î^î'i^ [figure [1-6 ] ]

L'injection de calories peu onéreuses - voire gratuites - d'origine

solaire ou industrielle (usine d'incinération des ordures ménagères) améliore

le rendement et la durée de vie du dispositif mais pose parfois des problèmes

de colmatage, et la taxation sur les rejets en surface subsiste.

^2'i^^?rÂ-^^^y^9?r Ulgune [1-7] ]

Les forages ont des affectations hydrauliques constantes. L'aquifère

est balayé par des ondes chaudes et froides dont la gestion en concordance avec

les besoins est difficile à assurer.

Ce dispositif est utilisé pour le chauffage et la climatisation

du palais de l'Europe à Strasbourg [l-13].

21

1.2.1.1 - Dispositifs sans recharge thermique

^íé!92'^Í^Á-4'¿:.£'¿¿^.'éü^9'é?r [fleure [1-4] )

L'avantage du faible investissement de départ (unicité du forage)

peut être annulé par :

- les taxations sur les rejets (valant jusqu'à 10 fois la taxe

de prélèvement [l-12])j

- la durée de vie limitée de ces dispositifs en l'absence de

réalimentation naturelle suffisante ou en cas de multiplication

des prélèvements.

^l'ékiitA^Â'l'yiQ.^ [îQure (7-5) )

L'avantage de la pérennité hydraulique de la ressource peut être

limité par un recyclage des eaux au forage de production.

La pollution thermique de la ressource liée à la réinjection des

eaux refroidies peut être évitée par réinjection de calories durant les périodes

de non exploitation.

1.2.1.2 - Dispositifs avec recharqe thermique

S-iÇÇfe^^_e'?4_)2ii-tÎ*_'i'!î^î'i^ [figure [1-6 ] ]

L'injection de calories peu onéreuses - voire gratuites - d'origine

solaire ou industrielle (usine d'incinération des ordures ménagères) améliore

le rendement et la durée de vie du dispositif mais pose parfois des problèmes

de colmatage, et la taxation sur les rejets en surface subsiste.

^2'i^^?rÂ-^^^y^9?r Ulgune [1-7] ]

Les forages ont des affectations hydrauliques constantes. L'aquifère

est balayé par des ondes chaudes et froides dont la gestion en concordance avec

les besoins est difficile à assurer.

Ce dispositif est utilisé pour le chauffage et la climatisation

du palais de l'Europe à Strasbourg [l-13].

- 22

Figure 1-8 :

Dispositif du doubletpuits chaud puits froid[d'après AUSSEUR, SAUTV,1982 - [ 1-11']].

Figure 1-9

Doublet puits chaud, puitsfroid mis en oeuvre à Montreuil[d'après AUSSEUR, CAMPINCHI,

SAUTV, 1983 - [7-4] ).

Figure 1-10 :

Principe du doublet kéllo-géothermique ( d ' aprèsCORDIER, IRIS, 1982 - [7-75]!

V

//

- 22

Figure 1-8 :

Dispositif du doubletpuits chaud puits froid[d'après AUSSEUR, SAUTV,1982 - [ 1-11']].

Figure 1-9

Doublet puits chaud, puitsfroid mis en oeuvre à Montreuil[d'après AUSSEUR, CAMPINCHI,

SAUTV, 1983 - [7-4] ).

Figure 1-10 :

Principe du doublet kéllo-géothermique ( d ' aprèsCORDIER, IRIS, 1982 - [7-75]!

V

//

23 -

P2y-^^?í_ Ptfí^ _ 9-Í}^'¿-4t. _ E'tf^íí _ ûlQirU ' ^^fiure [1-8 ) ]

Les forages ont des affectations thermiques constantes. Ce dispositif

est idéal par les 2 stocks disjoints pour des utilisations mixtes intersaisonnières

chauffage et climatisation. Il est mis en oeuvre depuis 1982 à Montreuil-sous-

Bois au complexe intersyndical de la C.G.T. à partir des sables yprésiens où

la production prévue est de 2 millions de kWh fournis chaque hiver (fiqure (1-9))

U-14].

Dans les dispositifs héliogéothermiques (fiqure (1-10)) ,1e stock

chaud est constitué par des calories d'origine solaire (dispositif utilisé

par l'Ecole des Mines de Paris [l-15]).

En l'absence d'aquifère, l'énergie thermique du sous-sol pourra

être exploitée par des dispositifs d'échangeurs enterrés.

1.2.2 - Les échangeurs enterrés

La température des couches superficielles du sol est principalement

liée au rayonnement solaire dont la valeur moyenne en France varie entre 0,1

et 0,35 kW m~' [l-lé]-

La propagation du rayonnement solaire, phénomène thermique ondu¬

latoire, est sensible dans une zone appelée d' hétérotliermle par certains

auteurs [l-17] . Cette zone est limitée en profondeur, en fonction des caracté¬

ristiques du lieU; par la zone d' homothermie. L'observation du profil des tempé¬

ratures dans le proche sous-sol durant l'année montre que l'amplitude des varia¬

tions annuelles ne vaut, à 2 m de profondeur, que la moitié de sa valeur en

surface, le quart à 4,5 m et le dixième à 7,5 m [l-is] . La profondeur de

pénétration des fluctuations thermiques diurnes et saisonnières peut être

calculée.

Les échangeurs enterrés sont des dispositifs qui prélèvent l'énergie

thermique du sous-sol (rayonnement solaire, flux géothermique, stockage d'énergie

solaire ou provenant d'effluents industriels) par circulation d'un fluide calo¬

porteur (air, eau, eau glycolée). Reliés à l'évaporateur d'une pompe à chaleur*,

Voir chapitre 4.

23 -

P2y-^^?í_ Ptfí^ _ 9-Í}^'¿-4t. _ E'tf^íí _ ûlQirU ' ^^fiure [1-8 ) ]

Les forages ont des affectations thermiques constantes. Ce dispositif

est idéal par les 2 stocks disjoints pour des utilisations mixtes intersaisonnières

chauffage et climatisation. Il est mis en oeuvre depuis 1982 à Montreuil-sous-

Bois au complexe intersyndical de la C.G.T. à partir des sables yprésiens où

la production prévue est de 2 millions de kWh fournis chaque hiver (fiqure (1-9))

U-14].

Dans les dispositifs héliogéothermiques (fiqure (1-10)) ,1e stock

chaud est constitué par des calories d'origine solaire (dispositif utilisé

par l'Ecole des Mines de Paris [l-15]).

En l'absence d'aquifère, l'énergie thermique du sous-sol pourra

être exploitée par des dispositifs d'échangeurs enterrés.

1.2.2 - Les échangeurs enterrés

La température des couches superficielles du sol est principalement

liée au rayonnement solaire dont la valeur moyenne en France varie entre 0,1

et 0,35 kW m~' [l-lé]-

La propagation du rayonnement solaire, phénomène thermique ondu¬

latoire, est sensible dans une zone appelée d' hétérotliermle par certains

auteurs [l-17] . Cette zone est limitée en profondeur, en fonction des caracté¬

ristiques du lieU; par la zone d' homothermie. L'observation du profil des tempé¬

ratures dans le proche sous-sol durant l'année montre que l'amplitude des varia¬

tions annuelles ne vaut, à 2 m de profondeur, que la moitié de sa valeur en

surface, le quart à 4,5 m et le dixième à 7,5 m [l-is] . La profondeur de

pénétration des fluctuations thermiques diurnes et saisonnières peut être

calculée.

Les échangeurs enterrés sont des dispositifs qui prélèvent l'énergie

thermique du sous-sol (rayonnement solaire, flux géothermique, stockage d'énergie

solaire ou provenant d'effluents industriels) par circulation d'un fluide calo¬

porteur (air, eau, eau glycolée). Reliés à l'évaporateur d'une pompe à chaleur*,

Voir chapitre 4.

- 24

Pays

Belgique

Suisse

Allemagne

Danemark

France

Angle¬terre

Norvège

Suède

Finlande

U.S.A.

Nombrede

PAC sol

20

400

500

1000

100

20

20 a 30

2000

300

500

20 000

Nombre relatifde

PAC S0l«

2

50

4 « 5

95

1.5

î

60

95

95

1

Source froide laplus

utilisée

air extérieur

50 X sol ;50 X eau

air extérieur eteau (nappe phréa¬tique)

sol

air extrait

air extérieur

sol -f eau de mer

sol

sol

air extérieur

Remarque

perspectives favorables

l'air extérieur prend ledessus

recherches sur l'utilisationdes échangeurs verticaux

utilisation prépondérante enclimatisation

" X de toutes les pompes à chaleur utilisées dans le pays.

Tableau 1-11 Inventaire des pompes à ckalzur utilisant lesoi comme source, froide dam quelques paij^occidentaux.

[d'après DEPRETER, GEERAERT, 1980 - [7-2]).

- 24

Pays

Belgique

Suisse

Allemagne

Danemark

France

Angle¬terre

Norvège

Suède

Finlande

U.S.A.

Nombrede

PAC sol

20

400

500

1000

100

20

20 a 30

2000

300

500

20 000

Nombre relatifde

PAC S0l«

2

50

4 « 5

95

1.5

î

60

95

95

1

Source froide laplus

utilisée

air extérieur

50 X sol ;50 X eau

air extérieur eteau (nappe phréa¬tique)

sol

air extrait

air extérieur

sol -f eau de mer

sol

sol

air extérieur

Remarque

perspectives favorables

l'air extérieur prend ledessus

recherches sur l'utilisationdes échangeurs verticaux

utilisation prépondérante enclimatisation

" X de toutes les pompes à chaleur utilisées dans le pays.

Tableau 1-11 Inventaire des pompes à ckalzur utilisant lesoi comme source, froide dam quelques paij^occidentaux.

[d'après DEPRETER, GEERAERT, 1980 - [7-2]).

25 -

ils permettent d'utiliser cette énergie à bas niveau thermique pour le chauffage

ou la climatisation de locaux. Ils présentent l'avantage de pouvoir être couplés

avec d'autres sources à bas niveau thermique comme les capteurs solaires par exemple.

Les performances de ces dispositifs basés sur les propriétés de

capacité calorifique et de conduction thermique du sous-sol sont liées :

- aux caractéristiques thermiques du sous-sol et de l'échangeur,

- à la géométrie de l'échangeur,

- au débit et à la température du fluide caloporteur.

Ce concept d'échangeur enterré n'est pas nouveau. Dès 1912 un

brevet basé sur ce principe est déposé [l-19];mais le coût des produitspétroliers, tant aux Etats-Unis qu'en Europe, a ralenti le développement

de ces dispositifs dont l'essor européen date de 1974.

Il existe également des systèmes dits directs, par

opposition à ceux indirects précédemment décrits, l'évaporateur de la pompe

à chaleur est alors situé dans le sol lui-mêmej des réalisations à titre expéri¬

mental ont eu lieu pour chauffer des locaux [l-20].

Actuellement, les dispositifs d'échangeurs enterrés reliés à une

pompe à chaleur EAU/EAU, parfois appelés pompe à chaleur SOL/EAU , sont

utilisés en Europe, essentiellement dans les pays nordiques et germaniques.

DEPRETER et GEERAERT (1980) [l-2] présentent l'inventaire des pompes

à chaleur utilisant le sol comme source froide dans quelques pays occidentaux

(tableau (1-11) ) .Ils estiment que 25 % des logements en Beigique, soit 800 000,

pourraient être chauffés ainsi.

Les dispositifs existants et les possibilités offertes par les

échangeurs enterrés horizontaux et verticaux, seront présentés. Quelques

réalisations connues par la bibliographie seront détaillées dans l'annexe n° 2.

25 -

ils permettent d'utiliser cette énergie à bas niveau thermique pour le chauffage

ou la climatisation de locaux. Ils présentent l'avantage de pouvoir être couplés

avec d'autres sources à bas niveau thermique comme les capteurs solaires par exemple.

Les performances de ces dispositifs basés sur les propriétés de

capacité calorifique et de conduction thermique du sous-sol sont liées :

- aux caractéristiques thermiques du sous-sol et de l'échangeur,

- à la géométrie de l'échangeur,

- au débit et à la température du fluide caloporteur.

Ce concept d'échangeur enterré n'est pas nouveau. Dès 1912 un

brevet basé sur ce principe est déposé [l-19];mais le coût des produitspétroliers, tant aux Etats-Unis qu'en Europe, a ralenti le développement

de ces dispositifs dont l'essor européen date de 1974.

Il existe également des systèmes dits directs, par

opposition à ceux indirects précédemment décrits, l'évaporateur de la pompe

à chaleur est alors situé dans le sol lui-mêmej des réalisations à titre expéri¬

mental ont eu lieu pour chauffer des locaux [l-20].

Actuellement, les dispositifs d'échangeurs enterrés reliés à une

pompe à chaleur EAU/EAU, parfois appelés pompe à chaleur SOL/EAU , sont

utilisés en Europe, essentiellement dans les pays nordiques et germaniques.

DEPRETER et GEERAERT (1980) [l-2] présentent l'inventaire des pompes

à chaleur utilisant le sol comme source froide dans quelques pays occidentaux

(tableau (1-11) ) .Ils estiment que 25 % des logements en Beigique, soit 800 000,

pourraient être chauffés ainsi.

Les dispositifs existants et les possibilités offertes par les

échangeurs enterrés horizontaux et verticaux, seront présentés. Quelques

réalisations connues par la bibliographie seront détaillées dans l'annexe n° 2.

26

Figure 1-12 : Exploitation thermique du souS-sol.Schéma de principe des échangeursenterrés horizontaux.

26

Figure 1-12 : Exploitation thermique du souS-sol.Schéma de principe des échangeursenterrés horizontaux.

-11-

1.2.2.1 - Echangeurs enterrés horizontaux ( fiqure (1-12 ) )

Les deux principaux types de dispositifs existant se différencient

par leur mode de mise en place.

Les échangeurs sont généralement mis en place dans des tranchées

de moins d'un mètre de large et d'environ 2 mètres de profondeur, en une ou

plusieurs nappes séparées par le matériau originel [l-18, 1-21, 1-22, 1-23, 1-26].

Les tubes peuvent être en PVC [l-iS] ou en polyethylene[l-22, 1-23, 1-24, 1-25] avec un diamètre extérieur de l'ordrede 25 à 35 mm [l-22]. Le chauffage d'un pavillon peut être

couvert par une longueur moyenne de 300 mètres environ, avec un débit de

fluide caloporteur d'environ 1 m' h'^ [l-22].

?iaP2^^^lÎ_2'^_§!î_P^Ç-2^_£'?^_§^ÏÇ^y^ii'2i?

Les échangeurs sont mis en place en réseau serré dans le fond d'une

excavation d'environ 80 cm de profondeur. Le tube est en général de diamètre

plus petit que pour le dispositif précédent (environ 15 mm). Pour une maison

individuelle, la longueur du tube est en moyenne de 600 à 800 m et le débit

du fluide de l'ordre du m'h"^ Ll-22].Ce dispositif nécessite une emprise au sol plus importante que le

dispositif précédent.

Ces dispositifs sont respectivement mis en place soit à l'aide

de pelle mécanique, ou de trancheuse utilisée pour la pose de câbles

enterrés [l-26]. Ces échangeurs enterrés horizontaux peuvent être couplés à

des panneaux solaires comme la maison S0L3 proposée par ELF AQUITAINE

[l-24, 1-27, 1-28]. L'énergie solaire peut être alors utilisée directement

pour le chauffage ou servir à régénérer le potentiel thermique du sol.

-11-

1.2.2.1 - Echangeurs enterrés horizontaux ( fiqure (1-12 ) )

Les deux principaux types de dispositifs existant se différencient

par leur mode de mise en place.

Les échangeurs sont généralement mis en place dans des tranchées

de moins d'un mètre de large et d'environ 2 mètres de profondeur, en une ou

plusieurs nappes séparées par le matériau originel [l-18, 1-21, 1-22, 1-23, 1-26].

Les tubes peuvent être en PVC [l-iS] ou en polyethylene[l-22, 1-23, 1-24, 1-25] avec un diamètre extérieur de l'ordrede 25 à 35 mm [l-22]. Le chauffage d'un pavillon peut être

couvert par une longueur moyenne de 300 mètres environ, avec un débit de

fluide caloporteur d'environ 1 m' h'^ [l-22].

?iaP2^^^lÎ_2'^_§!î_P^Ç-2^_£'?^_§^ÏÇ^y^ii'2i?

Les échangeurs sont mis en place en réseau serré dans le fond d'une

excavation d'environ 80 cm de profondeur. Le tube est en général de diamètre

plus petit que pour le dispositif précédent (environ 15 mm). Pour une maison

individuelle, la longueur du tube est en moyenne de 600 à 800 m et le débit

du fluide de l'ordre du m'h"^ Ll-22].Ce dispositif nécessite une emprise au sol plus importante que le

dispositif précédent.

Ces dispositifs sont respectivement mis en place soit à l'aide

de pelle mécanique, ou de trancheuse utilisée pour la pose de câbles

enterrés [l-26]. Ces échangeurs enterrés horizontaux peuvent être couplés à

des panneaux solaires comme la maison S0L3 proposée par ELF AQUITAINE

[l-24, 1-27, 1-28]. L'énergie solaire peut être alors utilisée directement

pour le chauffage ou servir à régénérer le potentiel thermique du sol.

28 -

Flgurz 1-13 : Exploitation thznmlquz du sous-sol. Schémadz principe des échangeurs enterrés verticauxdispositif zn U ou zn éplnglz.

Flgurz 1-14 : Exploitation thermique du sous-sol. Schémade principe des éctiangeurs enterrés verticauxdispositif concentrique.

28 -

Flgurz 1-13 : Exploitation thznmlquz du sous-sol. Schémadz principe des échangeurs enterrés verticauxdispositif zn U ou zn éplnglz.

Flgurz 1-14 : Exploitation thermique du sous-sol. Schémade principe des éctiangeurs enterrés verticauxdispositif concentrique.

29

1.2.2.2 - Les échangeurs enterrés verticaux

Ces dispositifs, s'ils nécessitent une mise en oeuvre plus importante

que les échangeurs horizontaux, offrent l'avantage d'une emprise au sol réduite

et la possibilité de réalisation en zone urbaine.

Ce principe est mis en oeuvre sous diverses formes en Suède (où

il est également souvent utilisé pour des dispositifs de stockage [l-29, 1-30, l-3l]),en Allemagne [l-32], en Suisse [l-36] et il se développe actuellement en France.

Deux dispositifs sont présentés par les auteurs [l-24, 1-33, 1-34].

?i^Ê'2é^li--ê!?_"§E'i-!î3^^r_2{^_^!î_"y" [figure (7-7 3))

L'échangeur est un tube coudé, foncé dans les roches meubles ou

mis en place à l'intérieur d'un forage dans les roches dures.

En Suède, dans les roches cristallines où le potentiel hydraulique

est insuffisant ou pose des problèmes de qualité chimique, de tels dispositifs

sont mis en place dans des forages [1-31, 1-33, 1-35]. L'eau souterrainecontenue dans le forage assure alors le contact thermique entre le sol et

l'échangeur.

Certaines sociétés suisses commercialisent le dispositif suivant

l'échangeur est placé dans un forage rempli de bentonite qui assure un

meilleur contact thermique entre le sol et l'échangeur [l-36].

De tels dispositifs sont utilisés jusqu'à des profondeurs de l'ordre

de 200 m« Des réseaux de plusieurs échangeurs de faible profondeur (dizainede mètres) reliés entre eux sont également mis en oeuvre [l-21, 1-37].

2iél92é¿í¿^£é-9:Qü-9-ír^^í&iCí'¿^ [figure [1-14])

L'échangeur est ici constitué de deux tubes concentriques, le fluide

caloporteur descend par l'espace annulaire et remonte par le tube central ou

1 ' inverse.

29

1.2.2.2 - Les échangeurs enterrés verticaux

Ces dispositifs, s'ils nécessitent une mise en oeuvre plus importante

que les échangeurs horizontaux, offrent l'avantage d'une emprise au sol réduite

et la possibilité de réalisation en zone urbaine.

Ce principe est mis en oeuvre sous diverses formes en Suède (où

il est également souvent utilisé pour des dispositifs de stockage [l-29, 1-30, l-3l]),en Allemagne [l-32], en Suisse [l-36] et il se développe actuellement en France.

Deux dispositifs sont présentés par les auteurs [l-24, 1-33, 1-34].

?i^Ê'2é^li--ê!?_"§E'i-!î3^^r_2{^_^!î_"y" [figure (7-7 3))

L'échangeur est un tube coudé, foncé dans les roches meubles ou

mis en place à l'intérieur d'un forage dans les roches dures.

En Suède, dans les roches cristallines où le potentiel hydraulique

est insuffisant ou pose des problèmes de qualité chimique, de tels dispositifs

sont mis en place dans des forages [1-31, 1-33, 1-35]. L'eau souterrainecontenue dans le forage assure alors le contact thermique entre le sol et

l'échangeur.

Certaines sociétés suisses commercialisent le dispositif suivant

l'échangeur est placé dans un forage rempli de bentonite qui assure un

meilleur contact thermique entre le sol et l'échangeur [l-36].

De tels dispositifs sont utilisés jusqu'à des profondeurs de l'ordre

de 200 m« Des réseaux de plusieurs échangeurs de faible profondeur (dizainede mètres) reliés entre eux sont également mis en oeuvre [l-21, 1-37].

2iél92é¿í¿^£é-9:Qü-9-ír^^í&iCí'¿^ [figure [1-14])

L'échangeur est ici constitué de deux tubes concentriques, le fluide

caloporteur descend par l'espace annulaire et remonte par le tube central ou

1 ' inverse.

- 31

L'ensemble mis en place par les techniques habituelles de forage

est en général un circuit fermé (colmatage du tube extérieur à son extrémité).

Les dispositifs vont jusqu'à des profondeurs de l'ordre de 200 m,

parfois plusieurs échangeurs moins profonds sont reliés [l-2, 1-38]; ils peuvent êtrecouplés à des collecteurs solaires [l-39], ou utilisés pour des dispositifsde stockage.

1,2.2.3 - Recherches dans ce domaine

Parallèlement aux réalisations en vraie grandeur, différents orga¬

nismes ont des bancs d'essais (par exemple EDF [l-40]).

Des établissements universitaires en liaison avec divers organismes,

entreprennent des recherches pour développer l'utilisation rationnelle du sol

comme source froide des pompes à chaleur ( action commune CETIAT-EDF-IMG-INSA*;

EPR Rhône-Alpes-INSA [l-26]).L'IMG* a développé l'étude des transferts thermiques et hydriques

dans le sol [l-4l], la caractérisation des propriétés thermo-hydrauliquesdu sol Ll-*2] et leur application à l'utilisation d'échangeurs enterrés.

L'étude d'un dispositif de stockage et sa réalisation ont faitl'objet de recherches au Laboratoire de thermocinétique de Nantes [l-43, 1-44],

En 1983, une synthèse bibliographique des différentes démarches

suivies pour étudier et dimensionner les échangeurs enterrés a été réalisée[l-3]. D'après les auteurs, les méthodes employées vont de l'empirisme au

modèle tridimensionnel utilisant les éléments finis, mais souvent les moyens

de calcul ne sont pas disponibles et il n'existe actuellement aucun "guide"général pour installer un echangeur enterré.

CETIAT : Centre d'Etudes Techniques des Industries Aérauliques et Thermiques(Villeurbanne)

EDF : Electricité De FranceIMG : Institut Mécanique de Grenoble

INSA : Institut National des Sciences Appliquées (Villeurbanne)

- 31

L'ensemble mis en place par les techniques habituelles de forage

est en général un circuit fermé (colmatage du tube extérieur à son extrémité).

Les dispositifs vont jusqu'à des profondeurs de l'ordre de 200 m,

parfois plusieurs échangeurs moins profonds sont reliés [l-2, 1-38]; ils peuvent êtrecouplés à des collecteurs solaires [l-39], ou utilisés pour des dispositifsde stockage.

1,2.2.3 - Recherches dans ce domaine

Parallèlement aux réalisations en vraie grandeur, différents orga¬

nismes ont des bancs d'essais (par exemple EDF [l-40]).

Des établissements universitaires en liaison avec divers organismes,

entreprennent des recherches pour développer l'utilisation rationnelle du sol

comme source froide des pompes à chaleur ( action commune CETIAT-EDF-IMG-INSA*;

EPR Rhône-Alpes-INSA [l-26]).L'IMG* a développé l'étude des transferts thermiques et hydriques

dans le sol [l-4l], la caractérisation des propriétés thermo-hydrauliquesdu sol Ll-*2] et leur application à l'utilisation d'échangeurs enterrés.

L'étude d'un dispositif de stockage et sa réalisation ont faitl'objet de recherches au Laboratoire de thermocinétique de Nantes [l-43, 1-44],

En 1983, une synthèse bibliographique des différentes démarches

suivies pour étudier et dimensionner les échangeurs enterrés a été réalisée[l-3]. D'après les auteurs, les méthodes employées vont de l'empirisme au

modèle tridimensionnel utilisant les éléments finis, mais souvent les moyens

de calcul ne sont pas disponibles et il n'existe actuellement aucun "guide"général pour installer un echangeur enterré.

CETIAT : Centre d'Etudes Techniques des Industries Aérauliques et Thermiques(Villeurbanne)

EDF : Electricité De FranceIMG : Institut Mécanique de Grenoble

INSA : Institut National des Sciences Appliquées (Villeurbanne)

-32 -

1.3 - OBJECTIFS DE LA RECHERCHE

Le présent mémoire concerne l'étude générale du dispositif

CORAIL (echangeur enterré vertical de type concentrique, cf. § 1.2.2.2, p. 29 )

et le projet de sa réalisation à Lannion.

1.3.1 - EjL'dde_£énéraje_jJu_clispositif_CO_RAI^L

L'objectif est la connaissance du comportement du dispositif

pour évaluer la taille des projets.

La mise au point d'un modèle mathématique pour la simulation

thermique de l'ensemble échangeur-encaissant fut réalisée.

Ce modèle fut mis en oeuvre pour prévoir le comportement thermique

de l'échangeur en fonction :

- de la géométrie (diamètre et profondeur),

- des caractéristiques du site (paramètres thermiques notamment),

- des conditions d'exploitation (débit de circulation et écart de

température prélevé).

La simulation sur plusieurs cycles saisonniers a permis de déterminer

le comportement du dispositif au cours du temps.

Des solutions analytiques ont permis de tester ce modèle pour

différents types de fonctionnement du dispositif. Ces solutions analytiques

sont suffisantes, surtout au stade de l'avant-projet alors que la connaissance

des caractéristiques de terrain est encore imprécise.

Le second volet du travail, fut l'étude du comportement du

dispositif dans son ensemble (echangeur + pompe à chaleur + circuit de distri¬

bution) afin d'appréhender les économies qu'il permet de réaliser.

-32 -

1.3 - OBJECTIFS DE LA RECHERCHE

Le présent mémoire concerne l'étude générale du dispositif

CORAIL (echangeur enterré vertical de type concentrique, cf. § 1.2.2.2, p. 29 )

et le projet de sa réalisation à Lannion.

1.3.1 - EjL'dde_£énéraje_jJu_clispositif_CO_RAI^L

L'objectif est la connaissance du comportement du dispositif

pour évaluer la taille des projets.

La mise au point d'un modèle mathématique pour la simulation

thermique de l'ensemble échangeur-encaissant fut réalisée.

Ce modèle fut mis en oeuvre pour prévoir le comportement thermique

de l'échangeur en fonction :

- de la géométrie (diamètre et profondeur),

- des caractéristiques du site (paramètres thermiques notamment),

- des conditions d'exploitation (débit de circulation et écart de

température prélevé).

La simulation sur plusieurs cycles saisonniers a permis de déterminer

le comportement du dispositif au cours du temps.

Des solutions analytiques ont permis de tester ce modèle pour

différents types de fonctionnement du dispositif. Ces solutions analytiques

sont suffisantes, surtout au stade de l'avant-projet alors que la connaissance

des caractéristiques de terrain est encore imprécise.

Le second volet du travail, fut l'étude du comportement du

dispositif dans son ensemble (echangeur + pompe à chaleur + circuit de distri¬

bution) afin d'appréhender les économies qu'il permet de réaliser.

- 33

1.3.2 - Le_prototj^e_d_e Lanmon (22 - Côtes-du-Nord)

Dans la perspective d'une réalisation en vraie grandeur sur un

site choisi avant le début de ce travail (école maternelle du Rusquet

à Lannion - 22), l'étude de faisabilité technico-économique de ce projet a

été réalisée.

Les caractéristiques techniques et économiques liées au site

ont donc fait l'objet de recherches pendant ce travail (forages de reconnais¬

sance, mesures de conductivité thermique, recherche de coûts).

La réalisation de ce prototype, qui n'a pu être effective,

mais qui reste programmée pour l'année 1985, aurait permis de vérifier le

comportement prévu par le modèle et de suivre le fonctionnement réel d'un

dispositif CORAIL par des mesures appropriées : température dans le forage

et dans le sous-sol, débit du fluide, suivi du chauffage.

- 33

1.3.2 - Le_prototj^e_d_e Lanmon (22 - Côtes-du-Nord)

Dans la perspective d'une réalisation en vraie grandeur sur un

site choisi avant le début de ce travail (école maternelle du Rusquet

à Lannion - 22), l'étude de faisabilité technico-économique de ce projet a

été réalisée.

Les caractéristiques techniques et économiques liées au site

ont donc fait l'objet de recherches pendant ce travail (forages de reconnais¬

sance, mesures de conductivité thermique, recherche de coûts).

La réalisation de ce prototype, qui n'a pu être effective,

mais qui reste programmée pour l'année 1985, aurait permis de vérifier le

comportement prévu par le modèle et de suivre le fonctionnement réel d'un

dispositif CORAIL par des mesures appropriées : température dans le forage

et dans le sous-sol, débit du fluide, suivi du chauffage.

CHAPITRE 2

LE PROJET DE LANNION

CHAPITRE 2

LE PROJET DE LANNION

38

pompe de circulation-

^

Pompe ó choleur i 1

l ;?) i^^^

-7

/ tuboge superficieldes formations meubles

^ tube de remontée du fluide rechauffe

i IW

. i^V/ trou nu (e'ventuellement tube')

fluide de circulation permettent-l'echonge de calories avec les paroisdu forage

Figure 2-1 : Schéma de principe du procédé CORAIL[¿ckangeur enterré vertical)

[d'après AUSSEUH, SAUTV, coll. GRIMA, JAV [3-?]

38

pompe de circulation-

^

Pompe ó choleur i 1

l ;?) i^^^

-7

/ tuboge superficieldes formations meubles

^ tube de remontée du fluide rechauffe

i IW

. i^V/ trou nu (e'ventuellement tube')

fluide de circulation permettent-l'echonge de calories avec les paroisdu forage

Figure 2-1 : Schéma de principe du procédé CORAIL[¿ckangeur enterré vertical)

[d'après AUSSEUH, SAUTV, coll. GRIMA, JAV [3-?]

- 39

On présente ici le procédé CORAIL et son projet de réalisationà Lannion.

2.1 - LE PROCEDE CORAIL

(Schéma de principe : figure (2-1))

L'appellation du procédé "CORAIL" trouve son origine dans l'uti¬

lisation du phénomène physique de conduction thermique (Conduction RAdiale

en milieu ILlimité) pour exploiter thermiquement le sous-sol à des fins de

chauffage.

Ce procédé est mis en oeuvre sous la forme d'un echangeur enterré

vertical de type concentrique (§ 1.2.2.2). Relié à l'évaporateur d'une pompe à

chaleur (chapitre 4), cet echangeur prélève l'énergie sur le sous-sol par lesapports conduct! f s liés au gradient de température entre le sol et le fluide

caloporteur.

L'intensité du flux géothermique en France varie entre 4 et

14 10~^ W.m"^ dans le Massif Armoricain [l-6]. Ces valeurs ne permettentpas d'espérer une recharge thermique du sol entre deux saisons de chauffe,

mais la diffusion de la perturbation par conduction dans le sous-sol laisse

envisager un faible refroidissement au voisinage du puits d'un hiver à l'autre.

Suivant les conditions géologiques et hydrogéologiques locales,

le forage sera tube sur toute sa hauteur ou non. Les roches dures et peu ou

non productives autorisent un forage tube seulement sur les premiers mètres

(zone d'altération superficielle) ; les roches meubles obligent un tubage complet

pour des raisons de maintien du forage. Ces deux dispositifs conduisent évidemment

à des coûts différents.

Le tubage intérieur sera constitué d'un matériau relativement

peu conducteur pour limiter les court-circuits thermiques entre les deux

colonnes de fluide caloporteur.

Dans le cas d'un forage complètement tube le fluide caloporteur

pourra être de l'eau additionnée de glycol ce qui augmente la gamme d'utili¬

sation de la pompe à chaleur (point de solidification de l'eau diminué).

- 39

On présente ici le procédé CORAIL et son projet de réalisationà Lannion.

2.1 - LE PROCEDE CORAIL

(Schéma de principe : figure (2-1))

L'appellation du procédé "CORAIL" trouve son origine dans l'uti¬

lisation du phénomène physique de conduction thermique (Conduction RAdiale

en milieu ILlimité) pour exploiter thermiquement le sous-sol à des fins de

chauffage.

Ce procédé est mis en oeuvre sous la forme d'un echangeur enterré

vertical de type concentrique (§ 1.2.2.2). Relié à l'évaporateur d'une pompe à

chaleur (chapitre 4), cet echangeur prélève l'énergie sur le sous-sol par lesapports conduct! f s liés au gradient de température entre le sol et le fluide

caloporteur.

L'intensité du flux géothermique en France varie entre 4 et

14 10~^ W.m"^ dans le Massif Armoricain [l-6]. Ces valeurs ne permettentpas d'espérer une recharge thermique du sol entre deux saisons de chauffe,

mais la diffusion de la perturbation par conduction dans le sous-sol laisse

envisager un faible refroidissement au voisinage du puits d'un hiver à l'autre.

Suivant les conditions géologiques et hydrogéologiques locales,

le forage sera tube sur toute sa hauteur ou non. Les roches dures et peu ou

non productives autorisent un forage tube seulement sur les premiers mètres

(zone d'altération superficielle) ; les roches meubles obligent un tubage complet

pour des raisons de maintien du forage. Ces deux dispositifs conduisent évidemment

à des coûts différents.

Le tubage intérieur sera constitué d'un matériau relativement

peu conducteur pour limiter les court-circuits thermiques entre les deux

colonnes de fluide caloporteur.

Dans le cas d'un forage complètement tube le fluide caloporteur

pourra être de l'eau additionnée de glycol ce qui augmente la gamme d'utili¬

sation de la pompe à chaleur (point de solidification de l'eau diminué).

41

Ce procédé présente les avantages suivants :

- dans les roches dures où la pose de serpentins est difficile,

un dispositif CORAIL est facilement réalisable grâce à la technique de

forage dite du marteau fond de trou (rotation h- percussion),

- les températures disponibles à la source froide de la pompe

à chaleur (cf. chapitre 4) ne subissent pas les variations atmosphériques.

- l'emprise au sol est relativement réduite par rapport aux

dispositifs d'échangeurs enterrés horizontaux,

- l'utilisation des pompes à chaleur EAU/EAU est autorisée dans

des zones peu productives d'un point de vue hydraulique.

En outre sa mise en oeuvre ne se limite pas aux roches cohérentes

et peu productives, mais est envisageable :

- dans les roches meubles imperméables et saturées en eau (argiles,marnes,...) ; la présence d'eau assure la conduction de la chaleur,

- dans les aquifères quand des problèmes de qualité chimique se po¬

sent, ou lorsque les ressources hydrauliques doivent satisfaire prioritairement

d'autres besoins que le chauffage (alimentation en eau potable par exemple).

Ce dispositif peut être également utilisé pour le stockage inter¬

saisonnier de calories dans le sous-sol : circulation d'eau chaude durant

l'été qui réchauffe le sol et circulation d'eau froide l'hiver qui récupère

les calories stockées l'été .

2.2 - DESCRIPTION DU SITE EXPERIMENTAL DE LANNION

Le site expérimental fut choisi par le service hydro-énergie du

Bureau de Recherches Géologiques et Minières (B.R.G.M.) et le Service Géologique

Régional de Rennes en liaison avec la municipalité de Lannion (22 - Côtes-du-Nord)

favorable à la réalisation d'un tel projet sur le territoire communal. L'école

maternelle du Rusquet située au Nord-Est de Lannion (voir figures Ç.-2) et g-3))fut retenue en raison de la présence de granite (conductivité thermique de

l'ordre de 3,2 Wm~ K" pour les granites bretons [2-l] ). De plus, l'existence

41

Ce procédé présente les avantages suivants :

- dans les roches dures où la pose de serpentins est difficile,

un dispositif CORAIL est facilement réalisable grâce à la technique de

forage dite du marteau fond de trou (rotation h- percussion),

- les températures disponibles à la source froide de la pompe

à chaleur (cf. chapitre 4) ne subissent pas les variations atmosphériques.

- l'emprise au sol est relativement réduite par rapport aux

dispositifs d'échangeurs enterrés horizontaux,

- l'utilisation des pompes à chaleur EAU/EAU est autorisée dans

des zones peu productives d'un point de vue hydraulique.

En outre sa mise en oeuvre ne se limite pas aux roches cohérentes

et peu productives, mais est envisageable :

- dans les roches meubles imperméables et saturées en eau (argiles,marnes,...) ; la présence d'eau assure la conduction de la chaleur,

- dans les aquifères quand des problèmes de qualité chimique se po¬

sent, ou lorsque les ressources hydrauliques doivent satisfaire prioritairement

d'autres besoins que le chauffage (alimentation en eau potable par exemple).

Ce dispositif peut être également utilisé pour le stockage inter¬

saisonnier de calories dans le sous-sol : circulation d'eau chaude durant

l'été qui réchauffe le sol et circulation d'eau froide l'hiver qui récupère

les calories stockées l'été .

2.2 - DESCRIPTION DU SITE EXPERIMENTAL DE LANNION

Le site expérimental fut choisi par le service hydro-énergie du

Bureau de Recherches Géologiques et Minières (B.R.G.M.) et le Service Géologique

Régional de Rennes en liaison avec la municipalité de Lannion (22 - Côtes-du-Nord)

favorable à la réalisation d'un tel projet sur le territoire communal. L'école

maternelle du Rusquet située au Nord-Est de Lannion (voir figures Ç.-2) et g-3))fut retenue en raison de la présence de granite (conductivité thermique de

l'ordre de 3,2 Wm~ K" pour les granites bretons [2-l] ). De plus, l'existence

LANNION

Antécambnen (Séries séotmen-taires , métamorphiques et gro -nitiques )

r - V ' - ' O Granites alcotms à btotite et musawite (leucogrcmles)L ^ r M ' 3 hercyniens

| Hourller K ' ' . ' ' A Granites calco-alcolins et Granodiontes hercyniens

^ Dinaniien g g g j Migmatites pré-hercyniennes

^ n DrdOYiaeo- p-;.-.-.-.-.j^ J Silunen-Dévonen L . . j Graftiles anstectiques pre-hercyniens

lV--ï:\ CanÈrien |||||f|| Axe granito - gneissique Moelan-Lonvou);

L e Massif Armoricain : structure et granites hercyniens.

F-iqu-te 2-2 : Stnn.ctun.e- gté,o£og¿qu.t da Ua&&¿¿ AtmonÁccuLnJ. GÕGNÊ, 1974 [2-4])

43 -

de nombreux massifs de granite en Bretagne permet d'envisager le développement

ultérieur du dispositif.

Un deuxième site avait également été proposé à Beg-Leguer (Ouest

de Lannion) directement sur un affleurement du batholite de granite de

Plouaret ; mais la consommation annuelle de chauffage du local communal, utilisé

par différentes associations^ était trop faible pour envisager les investisse¬

ments impliqués par un dispositif CORAIL, et le site a été abandonné.

Avant de dimensionner le projet CORAIL de Lannion, il était néces¬

saire de préciser les caractéristiques locales du sous-sol (géologiques, hydro¬

géologiques et thermiques) ainsi que les besoins en chauffage à satisfaire.

La collaboration avec le service géologique de Rennes et les services munici¬

paux de Lannion a facilité ces recherches.

2.2.1 - Les données souterraines

Les documents suivants ont été consultés :

- carte géologique de la France au 1/80 000, feuille géologique de

Lannion n° 41 [2-2],

- carte topographique au 1/25 000, feuille de Lannion n° 1, 2 [2-3]*

2.2.1.1 - Contexte régional

De façon générale le Massif Armoricain est constitué de roches

sédimentaires, métamorphiques, volcaniques et plutoniques datant des temps

précambriens et paléozoîques ; affecté par une succession d'orogenèses^ deux

précambriennes et une paléozoïque , il présente une structure complexe.

Lannion est situé dans le "domaine Dommonéen" (zone Nord Armo¬

ricaine) où apparaît le socle le plus ancien sur lequel reposent des formations

briovériennes (figure (2-2) , COGNE, [2-4]).

A Lannion affleurent les éléments d'une formation ancienne appelée

"l'ensemble de Perros-Trébeurden" constitué d'un ancien granite calco-alcalin

écrasé, épidotisé, découpé par des microdiorites et des dolérites plus

récentes.

43 -

de nombreux massifs de granite en Bretagne permet d'envisager le développement

ultérieur du dispositif.

Un deuxième site avait également été proposé à Beg-Leguer (Ouest

de Lannion) directement sur un affleurement du batholite de granite de

Plouaret ; mais la consommation annuelle de chauffage du local communal, utilisé

par différentes associations^ était trop faible pour envisager les investisse¬

ments impliqués par un dispositif CORAIL, et le site a été abandonné.

Avant de dimensionner le projet CORAIL de Lannion, il était néces¬

saire de préciser les caractéristiques locales du sous-sol (géologiques, hydro¬

géologiques et thermiques) ainsi que les besoins en chauffage à satisfaire.

La collaboration avec le service géologique de Rennes et les services munici¬

paux de Lannion a facilité ces recherches.

2.2.1 - Les données souterraines

Les documents suivants ont été consultés :

- carte géologique de la France au 1/80 000, feuille géologique de

Lannion n° 41 [2-2],

- carte topographique au 1/25 000, feuille de Lannion n° 1, 2 [2-3]*


De façon générale le Massif Armoricain est constitué de roches

sédimentaires, métamorphiques, volcaniques et plutoniques datant des temps

précambriens et paléozoîques ; affecté par une succession d'orogenèses^ deux

précambriennes et une paléozoïque , il présente une structure complexe.

Lannion est situé dans le "domaine Dommonéen" (zone Nord Armo¬

ricaine) où apparaît le socle le plus ancien sur lequel reposent des formations

briovériennes (figure (2-2) , COGNE, [2-4]).

A Lannion affleurent les éléments d'une formation ancienne appelée

"l'ensemble de Perros-Trébeurden" constitué d'un ancien granite calco-alcalin

écrasé, épidotisé, découpé par des microdiorites et des dolérites plus

récentes.

•Ii'- Puits avec profondeur et' niveau eau sous le sol

•Fi forage Rusquet

• Source

-i_r Carrière

Blocs de granite en surface

¡à Granite sous limons

Chlorjtoschjstes sous limons

2-3 : R¿&ut£a£¿ de. la. pfioòptcJ:À.on géolog-Lque. <¿t•&UA ¿ G ¿¿£e cía Ru¿^ae>í (i<owd topoqiapklquz IGWau Z/25 ÖOOema - ííeaxXÊc de LANNÍON n° 1-2).

- 45

Ce granite, rendu célèbre par "la côte de granite rose" de

Perros-Guirrec qu'il constitue, est à Lannion en contact avec des schistes.

2.2.1.2 - Reconnaissance qéoloqique et hydroqéoloqique locale

La limite indiquée sur la carte géologique entre granite au Nord et

chlorito-schistes au Sud doit être précisée localement pour implanter

le dispositif CORAIL. Près du Rusquet, le recouvrement peut atteindre une

dizaine de mètres ; il masque le contact granité-schistes rendant sa

localisation délicate.

L^-12'íQéP^9Í¿-2*}^4-^.é\¿^Ú^9-?r ^ permis de reconnaître trois contacts :

- à l'Ouest de l'école : à proximité de la route de Perros-Guirrec , les

schistes situés au Sud peuvent correspondre à une enclave dans les gra¬

nites qui est localisée sur la carte géologique au 1/80 000 ;

- à l'Est de l'école : au Nord de la route, les champs révèlent des

blocs de granite et au Sud une tranchée indique la présence des

schistes ;

- au Sud-Est du deuxième contact : des blocs de granite au Nord et une

carrière dans les schistes au Sud mettent en évidence le troisième contact.

Les résultats de cette prospection de surface sont précisés sur

l'extrait de carte au 1/25 000 joint (fiqure (2-3)).

Un échantillon de granite (20 x 20 x 40 cm environ) a été

prélevé à 3 mètres sous le sol, dans une excavation pour les matériaux d'empier¬

rement (situation figure (2-3)Vafin de faire des mesures de conductivité

thermique en laboratoire.

Dans ce secteur aucun forage n'est connu, mais cinq puits de

8 à 11 mètres de profondeur ont été trouvés (voir figure (2~3)). Ces puits dont

le niveau piézométrique est situé à 2 mètres pour l'un et entre 6 et 9 mètres

pour les autres, sont tous inexploités.

- 45

Ce granite, rendu célèbre par "la côte de granite rose" de

Perros-Guirrec qu'il constitue, est à Lannion en contact avec des schistes.

2.2.1.2 - Reconnaissance qéoloqique et hydroqéoloqique locale

La limite indiquée sur la carte géologique entre granite au Nord et

chlorito-schistes au Sud doit être précisée localement pour implanter

le dispositif CORAIL. Près du Rusquet, le recouvrement peut atteindre une

dizaine de mètres ; il masque le contact granité-schistes rendant sa

localisation délicate.

L^-12'íQéP^9Í¿-2*}^4-^.é\¿^Ú^9-?r ^ permis de reconnaître trois contacts :

- à l'Ouest de l'école : à proximité de la route de Perros-Guirrec , les

schistes situés au Sud peuvent correspondre à une enclave dans les gra¬

nites qui est localisée sur la carte géologique au 1/80 000 ;

- à l'Est de l'école : au Nord de la route, les champs révèlent des

blocs de granite et au Sud une tranchée indique la présence des

schistes ;

- au Sud-Est du deuxième contact : des blocs de granite au Nord et une

carrière dans les schistes au Sud mettent en évidence le troisième contact.

Les résultats de cette prospection de surface sont précisés sur

l'extrait de carte au 1/25 000 joint (fiqure (2-3)).

Un échantillon de granite (20 x 20 x 40 cm environ) a été

prélevé à 3 mètres sous le sol, dans une excavation pour les matériaux d'empier¬

rement (situation figure (2-3)Vafin de faire des mesures de conductivité

thermique en laboratoire.

Dans ce secteur aucun forage n'est connu, mais cinq puits de

8 à 11 mètres de profondeur ont été trouvés (voir figure (2~3)). Ces puits dont

le niveau piézométrique est situé à 2 mètres pour l'un et entre 6 et 9 mètres

pour les autres, sont tous inexploités.

46

Rouf t/0 LANNION au RUSOUET

5m

F.2Parking

F.l

A?,«"rf

Figure 2-4 : Plan de situation des forages de reconnaissanceF. e.t F. à l'école du Rusquzt [Lannion).

46

Rouf t/0 LANNION au RUSOUET

5m

F.2Parking

F.l

A?,«"rf

Figure 2-4 : Plan de situation des forages de reconnaissanceF. e.t F. à l'école du Rusquzt [Lannion).

- 47

La présence de sources près du puits P2 (situé sur la figure (2-3))

est sans doute liée à l'existence d'une zone faillée et au contact granité-

schistes.

Ces reconnaissances de surface ont été étayées par la réalisation

de deux forages près de l'école du Rusquet.

E2^?3§-i_^2._^e.ço(a!aaX6;oance

Deux forages ont été réalisés le 7 Juin 1983 par l'entreprise

Claude Lefeuvre (Lamballe - 22), en 110 millimètres de diamètre par la

technique du marteau fond de trou.

Le premier forage Fl implanté le plus près possible de la chaufferie

de l'école (fiqure (2-4)) atteint 34 mètres de profondeur. Il traverse 23 mètres

de recouvrement (limons avec des éléments schisteux de plus en plus gros avec

la profondeur) et recoupe ensuite des chlorito-schistes vert-gris à grains

fins. Dès le début les cuttings*présentaient une légère humidité, et à partirde 25 mètres une venue d'eau plus régulière suffisait à remplir le forage

lors de chaque arrêt pour l'ajout d'une tige supplémentaire. La vitesse de

foration (6 minutes pour 3 mètres) montre le caractère tendre des schistes.

Des venues d'eau beaucoup plus importantes sont à craindre, du fait de la

proximité des granites et d'un contact avec d'éventuels filons de quartz.

La mise en oeuvre du dispositif CORAIL (initialement prévu dans

un sous-sol granitique) n'étant pas réalisable dans un tel contexte, un

deuxième forage de reconnaissance F2 a été effectué plus au Nord en direction

du granite.

Ce forage F2, situé à une vingtaine de mètres de Fl, sur le

parking devant l'école, atteint 37 mètres de profondeur. Après un recouvrement

de nature granitique de 4 mètres, le forage rencontre le granite altéré et

tendre (4 à 5 minutes suffisent pour forer 3 mètres**) jusqu'à 13 mètres où

il devient plus dur (7 à 11 minutes pour forer 3 mètres). La présence de petites

boulettes d'argile beige-rose peut correspondre à des feldspaths complètement

altérés. Jusqu'à 25 mètres le forage est peu humide, mais l'arrêt de la

* Cuttings : déblais de forage** La foration de 3 mètres d'un granite dur et sain nécessite une demi -heure

à deux heures.

- 47

La présence de sources près du puits P2 (situé sur la figure (2-3))

est sans doute liée à l'existence d'une zone faillée et au contact granité-

schistes.

Ces reconnaissances de surface ont été étayées par la réalisation

de deux forages près de l'école du Rusquet.

E2^?3§-i_^2._^e.ço(a!aaX6;oance

Deux forages ont été réalisés le 7 Juin 1983 par l'entreprise

Claude Lefeuvre (Lamballe - 22), en 110 millimètres de diamètre par la

technique du marteau fond de trou.

Le premier forage Fl implanté le plus près possible de la chaufferie

de l'école (fiqure (2-4)) atteint 34 mètres de profondeur. Il traverse 23 mètres

de recouvrement (limons avec des éléments schisteux de plus en plus gros avec

la profondeur) et recoupe ensuite des chlorito-schistes vert-gris à grains

fins. Dès le début les cuttings*présentaient une légère humidité, et à partirde 25 mètres une venue d'eau plus régulière suffisait à remplir le forage

lors de chaque arrêt pour l'ajout d'une tige supplémentaire. La vitesse de

foration (6 minutes pour 3 mètres) montre le caractère tendre des schistes.

Des venues d'eau beaucoup plus importantes sont à craindre, du fait de la

proximité des granites et d'un contact avec d'éventuels filons de quartz.

La mise en oeuvre du dispositif CORAIL (initialement prévu dans

un sous-sol granitique) n'étant pas réalisable dans un tel contexte, un

deuxième forage de reconnaissance F2 a été effectué plus au Nord en direction

du granite.

Ce forage F2, situé à une vingtaine de mètres de Fl, sur le

parking devant l'école, atteint 37 mètres de profondeur. Après un recouvrement

de nature granitique de 4 mètres, le forage rencontre le granite altéré et

tendre (4 à 5 minutes suffisent pour forer 3 mètres**) jusqu'à 13 mètres où

il devient plus dur (7 à 11 minutes pour forer 3 mètres). La présence de petites

boulettes d'argile beige-rose peut correspondre à des feldspaths complètement

altérés. Jusqu'à 25 mètres le forage est peu humide, mais l'arrêt de la

* Cuttings : déblais de forage** La foration de 3 mètres d'un granite dur et sain nécessite une demi -heure

à deux heures.

49

foration de midi à deux heures est suffisant pour le remplir d'eau, et de

30 à 37 mètres l'humidité ne cesse d'augmenter, les cuttings devenant une

boue avec beaucoup d'éléments de quartz et de feldspaths rosés.

D'après ceci, il est possible que sur une plus grande profondeur

forée, un rabattement de nappe dans le granite puisse produire un à quelques

mètres cubes d'eau par heure.

Dans ce forage F2, équipé d'un simple tube PVC le 7 juin 1983,

le niveau d'eau mesuré le 14 juin 1983 était de 10 mètres sous le sol.

- En résumé :

- le forage Fl a rencontré les chlorito-schistes à proximité du

contact avec le granite et on risque d'avoir un débit d'eau notable avec la

profondeur ;

- le forage F2, a atteint le granite qui présente une altération

en surface et contient de l'eau (niveau statique à 10 mètres sous le sol). La

mesure de la conductivité thermique de ce granite (présentée au paragraphe

suivant) a prouvé un contexte favorable même si le granite révélé par le

forage F2 n'est ni complètement sain, ni totalement non productif (la présence

d'eau étant par ailleurs un élément positif sur le plan thermique).

2.2.1.3 - Mesures de conductivité thermique

Dans l'échantillon de granite prélevé à l'Est du Rusquet, deux

carottes (diamètre 8 cm, longueur 15 cm) ont été découpées par le laboratoire

de géotechnique (BRGM, Orléans) ; sur celles-ci coupées en demi -cyclindres

ont été réalisées des mesures de conductivité thermique en régime transitoire

avec l'appareil SHOTERM-QTM Dl Showa-Denko (principe de la mesure et schéma

de l'appareil donnés en annexe n°3) [2-5].

Les mesures ont été faites sur les carottes séchées à l'étuve

dans une première phase, puis sur les carottes saturées en eau , après séchage

de 2 jours à l'étuve.

49

foration de midi à deux heures est suffisant pour le remplir d'eau, et de

30 à 37 mètres l'humidité ne cesse d'augmenter, les cuttings devenant une

boue avec beaucoup d'éléments de quartz et de feldspaths rosés.

D'après ceci, il est possible que sur une plus grande profondeur

forée, un rabattement de nappe dans le granite puisse produire un à quelques

mètres cubes d'eau par heure.

Dans ce forage F2, équipé d'un simple tube PVC le 7 juin 1983,

le niveau d'eau mesuré le 14 juin 1983 était de 10 mètres sous le sol.

- En résumé :

- le forage Fl a rencontré les chlorito-schistes à proximité du

contact avec le granite et on risque d'avoir un débit d'eau notable avec la

profondeur ;

- le forage F2, a atteint le granite qui présente une altération

en surface et contient de l'eau (niveau statique à 10 mètres sous le sol). La

mesure de la conductivité thermique de ce granite (présentée au paragraphe

suivant) a prouvé un contexte favorable même si le granite révélé par le

forage F2 n'est ni complètement sain, ni totalement non productif (la présence

d'eau étant par ailleurs un élément positif sur le plan thermique).

2.2.1.3 - Mesures de conductivité thermique

Dans l'échantillon de granite prélevé à l'Est du Rusquet, deux

carottes (diamètre 8 cm, longueur 15 cm) ont été découpées par le laboratoire

de géotechnique (BRGM, Orléans) ; sur celles-ci coupées en demi -cyclindres

ont été réalisées des mesures de conductivité thermique en régime transitoire

avec l'appareil SHOTERM-QTM Dl Showa-Denko (principe de la mesure et schéma

de l'appareil donnés en annexe n°3) [2-5].

Les mesures ont été faites sur les carottes séchées à l'étuve

dans une première phase, puis sur les carottes saturées en eau , après séchage

de 2 jours à l'étuve.

50 -

3 m

9.50 m \y^

Culslnz Réfzctoirz ;

26 m

7.50 m

6 m

[Hauteur moyenne 3 m]

2 salles de glace+

7 salle de jeux

Figure 2-5 : Plan de masse de l'école du Rusquet [d'après lesdonnées des services techniques municipaux de

Lannion [_2-7']) .

50 -

3 m

9.50 m \y^

Culslnz Réfzctoirz ;

26 m

7.50 m

6 m

[Hauteur moyenne 3 m]

2 salles de glace+

7 salle de jeux

Figure 2-5 : Plan de masse de l'école du Rusquet [d'après lesdonnées des services techniques municipaux de

Lannion [_2-7']) .

51

Une série de 40 mesures (la position du fil chauffant variant

entre chaque mesure) conduit à une conductivité thermique moyenne de 2,71 W.m~^K~

(écart-type = 0,10 W.m~^K"M.

» EchantilZqn_sapuré_en_eau

Une série de 30 mesures conduit à une valeur moyenne de conductivité

thermique de 3,52 W.m"^K~^ (écart-type = 0,41 W.m"^K~M.

La dispersion plus grande des mesures sur l'échantillon saturé en

eau peut être liée à la présence de fractures dans la carotte qui privilégient

certaines directions au cours des mesures (zones pleines d'eau) et à la fia¬

bilité de l'appareil.

Les valeurs de conductivité thermique du granite connues en

Bretagne sont de l'ordre de 3,2 W.m ^K ' [2-l] ; celles mesurées sur

l'échantillon de Lannion sont du même ordre de grandeur.

Pour le dimensionnement du projet de Lannion, la valeur de

3,2 W.m~^K~^ sera utilisée, afin de ne pas faire des prévisions trop optimistes.

2.2.2 - Les données sur la partie de surface du site expérimental [2-6]

Les données communiquées par les services techniques municipaux

de Lannion qui assurent l'entretien du dispositif de chauffage de l'école du

Rusquet, sont les suivantes :

2.2.2.1 - Le bâtiment

(plan de masse figure (2-5))

L'école maternelle du Rusquet, construite directement sur le sol,

sans vide sanitaire, ni sous-sol, comprend deux classes, une cuisine, un

réfectoire, une salle de jeux de plain-pied en un seul corps de bâtiment,

sans logement de fonction.

Les murs en béton sont recouverts de deux couches d'enduit.

51

Une série de 40 mesures (la position du fil chauffant variant

entre chaque mesure) conduit à une conductivité thermique moyenne de 2,71 W.m~^K~

(écart-type = 0,10 W.m~^K"M.

» EchantilZqn_sapuré_en_eau

Une série de 30 mesures conduit à une valeur moyenne de conductivité

thermique de 3,52 W.m"^K~^ (écart-type = 0,41 W.m"^K~M.

La dispersion plus grande des mesures sur l'échantillon saturé en

eau peut être liée à la présence de fractures dans la carotte qui privilégient

certaines directions au cours des mesures (zones pleines d'eau) et à la fia¬

bilité de l'appareil.

Les valeurs de conductivité thermique du granite connues en

Bretagne sont de l'ordre de 3,2 W.m ^K ' [2-l] ; celles mesurées sur

l'échantillon de Lannion sont du même ordre de grandeur.

Pour le dimensionnement du projet de Lannion, la valeur de

3,2 W.m~^K~^ sera utilisée, afin de ne pas faire des prévisions trop optimistes.

2.2.2 - Les données sur la partie de surface du site expérimental [2-6]

Les données communiquées par les services techniques municipaux

de Lannion qui assurent l'entretien du dispositif de chauffage de l'école du

Rusquet, sont les suivantes :

2.2.2.1 - Le bâtiment

(plan de masse figure (2-5))

L'école maternelle du Rusquet, construite directement sur le sol,

sans vide sanitaire, ni sous-sol, comprend deux classes, une cuisine, un

réfectoire, une salle de jeux de plain-pied en un seul corps de bâtiment,

sans logement de fonction.

Les murs en béton sont recouverts de deux couches d'enduit.

- 52

ELEMENTS

Toiture

Sol

Murs

Vitrages

COEFFICIENT DE TRANSMISSION THERMIQUE

K en H ai~' k""'

2

1

2

5

Tableau 2-(-> : Propriétés thermiques [coefficient de transmissiontiiermlque K] des différentes parties de l'école[d'après donnézs des services techniques municipauxde Lannion [2-7])

brîiltur FOD-'

Figure 2-7 ; Schéma simpadfié de l' Installation existante duchauffage de l'école maternelle du Rusquet àLannion.

[d'après données des services technlque-i municipaux deLannion - [2-7] ) .

- 52

ELEMENTS

Toiture

Sol

Murs

Vitrages

COEFFICIENT DE TRANSMISSION THERMIQUE

K en H ai~' k""'

2

1

2

5

Tableau 2-(-> : Propriétés thermiques [coefficient de transmissiontiiermlque K] des différentes parties de l'école[d'après donnézs des services techniques municipauxde Lannion [2-7])

brîiltur FOD-'

Figure 2-7 ; Schéma simpadfié de l' Installation existante duchauffage de l'école maternelle du Rusquet àLannion.

[d'après données des services technlque-i municipaux deLannion - [2-7] ) .

53

Les fenêtres à montures en bois, ont des vitraoes simóles, leurs

ouvertures à bascule sont en bon état. Le renouvellement d'air estimé à deux

volumes par heure a lieu pendant les récréations.

La toiture en ardoises, repose sur des combles non isolés.

Les propriétés thermiques des surfaces de l'école (toit, murs,

vitres) dont dépendent directement les déperditions thermiques donc les besoins

en chauffage (cf. chapitre 4) sont résumées dans le tableau (2-6) .

Le volume à chauffer est de 1110 m'.

2.2.2.2 - Le système de chauffage actuel

L'école est chauffée par une chaudière (type mixte en acier,

marque OTTE) d'une puissance de 85 thermies par heure (~ 99 kW) et d'un rende¬

ment de 74 ?á.

Le combustible utilisé est du Fuel-Oil-Domestique* ( FOD), lefluide caloporteur de l'eau ; les pièces sont équipées de radiateurs en

tôle munis de robinets thermostatiques.

La mise en route du chauffage est contrôlée par programmation

horaire de 6 heures à midi en demi-saison et de 6 heures à 18 heures en saison

hivernale.

De plus, la température en départ du circuit de distribution est

régulée par une vanne mélange trois voies afin qu'elle suive une loi linéaire

fonction de la température extérieure, elle-même mesurée par une sonde thermique.

Le schéma simplifié de l'installation est donné fioure (2-7) .

La consommation de fioul durant l'hiver 1982/1983 s'élève à

3 528 litres, la température de consigne (chapitre 4) de 19°C ayant toujours

été maintenue.

* Fuel-Oil-Domestique ou Fioul Domestique.

53

Les fenêtres à montures en bois, ont des vitraoes simóles, leurs

ouvertures à bascule sont en bon état. Le renouvellement d'air estimé à deux

volumes par heure a lieu pendant les récréations.

La toiture en ardoises, repose sur des combles non isolés.

Les propriétés thermiques des surfaces de l'école (toit, murs,

vitres) dont dépendent directement les déperditions thermiques donc les besoins

en chauffage (cf. chapitre 4) sont résumées dans le tableau (2-6) .

Le volume à chauffer est de 1110 m'.

2.2.2.2 - Le système de chauffage actuel

L'école est chauffée par une chaudière (type mixte en acier,

marque OTTE) d'une puissance de 85 thermies par heure (~ 99 kW) et d'un rende¬

ment de 74 ?á.

Le combustible utilisé est du Fuel-Oil-Domestique* ( FOD), lefluide caloporteur de l'eau ; les pièces sont équipées de radiateurs en

tôle munis de robinets thermostatiques.

La mise en route du chauffage est contrôlée par programmation

horaire de 6 heures à midi en demi-saison et de 6 heures à 18 heures en saison

hivernale.

De plus, la température en départ du circuit de distribution est

régulée par une vanne mélange trois voies afin qu'elle suive une loi linéaire

fonction de la température extérieure, elle-même mesurée par une sonde thermique.

Le schéma simplifié de l'installation est donné fioure (2-7) .

La consommation de fioul durant l'hiver 1982/1983 s'élève à

3 528 litres, la température de consigne (chapitre 4) de 19°C ayant toujours

été maintenue.

* Fuel-Oil-Domestique ou Fioul Domestique.

54 -

2.2.3 - L'environnement climatiq^ue


La Bretagne, bordée par la mer, présente un climat tempéré océanique

caractérisé par des étés modérés, des hivers doux, et de faibles amplitudes

thermiques diurnes et saisonnières.

Spatialement de faibles amplitudes existent entre l'Est et l'Ouest

(influence de la mer) et le Nord et le Sud.

La répartition des pluies se fait tout au long de l'année en

épisodes de faible intensité : c'est le "crachin breton" pendant 150 à 200 jours

par an. Pour une année moyenne la hauteur des précipitations est de 1100 mm à

Brest, 1300 mm aux Monts d'Arrée et de 700 mm à Rennes. Sur les côtes on recense

20 à 40 jours de brouillard par an contre 70 à 114 à l'intérieur (essentiellement

de Novembre à Janvier) [2-7].

2.2.3.2 - Données locales

La Météorologie Nationale ne publie pas dans les relevés mensuels

du temps (R.M. T.) de séries d'observations sur Lannion.

Par ailleurs, les services techniques municipaux connaissent la valeur

du DJU * (Degrés-Jours-Unifiés) sur la période du 15 Octobre au 16 Mai :

2076°C X jour.

Les données de température de Brest seront utilisées, les deux

sites ayant des comportements proches, pour dimensionner la pompe à chaleur

(chapitre 4) et réaliser l'étude de l'installation complète (chapitre 5).

DJU : Notion définie dans le chapitre 4.

54 -

2.2.3 - L'environnement climatiq^ue


La Bretagne, bordée par la mer, présente un climat tempéré océanique

caractérisé par des étés modérés, des hivers doux, et de faibles amplitudes

thermiques diurnes et saisonnières.

Spatialement de faibles amplitudes existent entre l'Est et l'Ouest

(influence de la mer) et le Nord et le Sud.

La répartition des pluies se fait tout au long de l'année en

épisodes de faible intensité : c'est le "crachin breton" pendant 150 à 200 jours

par an. Pour une année moyenne la hauteur des précipitations est de 1100 mm à

Brest, 1300 mm aux Monts d'Arrée et de 700 mm à Rennes. Sur les côtes on recense

20 à 40 jours de brouillard par an contre 70 à 114 à l'intérieur (essentiellement

de Novembre à Janvier) [2-7].

2.2.3.2 - Données locales

La Météorologie Nationale ne publie pas dans les relevés mensuels

du temps (R.M. T.) de séries d'observations sur Lannion.

Par ailleurs, les services techniques municipaux connaissent la valeur

du DJU * (Degrés-Jours-Unifiés) sur la période du 15 Octobre au 16 Mai :

2076°C X jour.

Les données de température de Brest seront utilisées, les deux

sites ayant des comportements proches, pour dimensionner la pompe à chaleur

(chapitre 4) et réaliser l'étude de l'installation complète (chapitre 5).

DJU : Notion définie dans le chapitre 4.

55 -

2.3 - CONCLUSION

Dans ce chapitre ont été présentés, le procédé de l'échangeur

enterré de type concentré CORAIL ,et le site retenu, préalablement à ce travail,

pour une expérimentation (l'école maternelle du Rusquet à Lannion, Côtes-du-Nord) ,

Par des recherches variées, on a précisé les données, relatives

au site, nécessaires à l'étude du projet. Elles concernent :

- la partie souterraine (nature et conductivité thermique

du sous-sol),

- la partie de surface (caractéristiques thermiques du

bâtiment et contexte climatique).

L'étude du comportement thermique de l'échangeur va être

maintenant envisagée.

55 -

2.3 - CONCLUSION

Dans ce chapitre ont été présentés, le procédé de l'échangeur

enterré de type concentré CORAIL ,et le site retenu, préalablement à ce travail,

pour une expérimentation (l'école maternelle du Rusquet à Lannion, Côtes-du-Nord) ,

Par des recherches variées, on a précisé les données, relatives

au site, nécessaires à l'étude du projet. Elles concernent :

- la partie souterraine (nature et conductivité thermique

du sous-sol),

- la partie de surface (caractéristiques thermiques du

bâtiment et contexte climatique).

L'étude du comportement thermique de l'échangeur va être

maintenant envisagée.

CHAPITRE 3

COMPORTEMENT THERMIQUE DE L'ECHANGEUR

CHAPITRE 3

COMPORTEMENT THERMIQUE DE L'ECHANGEUR

59

Dans ce chapitre l'étude du comportement thermique du dispositif

CORAIL sera présentée.

Deux démarches ont été suivies :

- résolution analytique :

. dans un premier temps avec la solution proposée par

H.J. RAMEY [3-I] qui donne la température du fluide dans l'échangeur ;

. puis à l'aide des solutions développées (à partir de

celle de RAMEY), pour différents types de fonctionnement du dispositif, dans

le cadre de l'étude générale du dispositif CORAIL (Projet CORAIL (Pompe à

chaleur sol-eau) Rapport final - première partie- Etude générale et conclu¬

sions d'ensemble - AUSSEUR, SAUTY, coll. GRIMA, JAY [3-2]).

- simulation numérique des transferts thermiques au sein du dispo¬

sitif et du milieu géologique environnant, à savoir résolution par la méthode

des différences finies de l'équation de la chaleur sous réserve d'hypothèses

simplificatrices et avec prise en compte des conditions initiales et aux

limites.

Deux logiciels de calcul ont donc été écrits.

Le premier est l'expression en langage FORTRAN de la solution de

RAMEY pour calculer la température en sortie d'échangeur en fonction des

caractéristiques du dispositif étudié.

Pour le second, simulation numérique des transferts thermiques dans

le dispositif, il a fallu analyser le problème posé, le mettre en équations

et résoudre celles-ci, avec certaines hypothèses, par des techniques numériques.

Son application au projet de LANNION a servi de base au rapport : Projet CORAIL

(pompe à chaleur sol-eau) Rapport final. Deuxième partie : étude de faisabi¬

lité d'un prototype à Lannion (Côtes-du-Nord) - AUSSEUR, JAY, SAUTY, TALBO [3-3],Ce logiciel a également été utilisé pour l'étude des dispositifs de stockage

(série d'échangeurs type CORAIL qui permet de créer un stock thermique dans

le sous-sol) quand chaque echangeur suit le même mode d'exploitation.

59

Dans ce chapitre l'étude du comportement thermique du dispositif

CORAIL sera présentée.

Deux démarches ont été suivies :

- résolution analytique :

. dans un premier temps avec la solution proposée par

H.J. RAMEY [3-I] qui donne la température du fluide dans l'échangeur ;

. puis à l'aide des solutions développées (à partir de

celle de RAMEY), pour différents types de fonctionnement du dispositif, dans

le cadre de l'étude générale du dispositif CORAIL (Projet CORAIL (Pompe à

chaleur sol-eau) Rapport final - première partie- Etude générale et conclu¬

sions d'ensemble - AUSSEUR, SAUTY, coll. GRIMA, JAY [3-2]).

- simulation numérique des transferts thermiques au sein du dispo¬

sitif et du milieu géologique environnant, à savoir résolution par la méthode

des différences finies de l'équation de la chaleur sous réserve d'hypothèses

simplificatrices et avec prise en compte des conditions initiales et aux

limites.

Deux logiciels de calcul ont donc été écrits.

Le premier est l'expression en langage FORTRAN de la solution de

RAMEY pour calculer la température en sortie d'échangeur en fonction des

caractéristiques du dispositif étudié.

Pour le second, simulation numérique des transferts thermiques dans

le dispositif, il a fallu analyser le problème posé, le mettre en équations

et résoudre celles-ci, avec certaines hypothèses, par des techniques numériques.

Son application au projet de LANNION a servi de base au rapport : Projet CORAIL

(pompe à chaleur sol-eau) Rapport final. Deuxième partie : étude de faisabi¬

lité d'un prototype à Lannion (Côtes-du-Nord) - AUSSEUR, JAY, SAUTY, TALBO [3-3],Ce logiciel a également été utilisé pour l'étude des dispositifs de stockage

(série d'échangeurs type CORAIL qui permet de créer un stock thermique dans

le sous-sol) quand chaque echangeur suit le même mode d'exploitation.

- 61

Les résultats relatifs à ces dispositifs de stockage ne seront pas présentés

ici dans la mesure où :

- notre objectif est plus spécialement le dispositif

CORAIL et sa réalisation à Lannion,

- ils sont publiés par ailleurs [3-2].

Les résultats des deux démarches seront comparés.

Un rapide rappel sur les transferts thermiques dans le sous-sol

sera fait avant l'exposé plus spécifique de cette étude .Dans la mesure du

possible , les unités international (K,J,W,s,m) seront adoptées*; l'échelle

de température Celsius , plus habituelle que l'échelle de température absolue

(Kelvin) , sera souvent utilisée ( un écart de température a la même valeurdans les deux échelles ) .

3.1 - GENERALITES SUR LES TRANSFERTS THERMIQUES DANS LE SOUS-SOL

Le transfertde chaleur peut être défini comme la transmission

de l'énergie d'une région à une autre , sous l'influence d'une différence de

température . Trois modes de transmission de la chaleur sont habituellement

reconnus : la conduction , la convection et le rayonnement [3-4 ].

3.1.1 - Conduct ion, convection, rayonnement et leur inrpor tance relative dans

J ?_ çp^i§_ si?. \làî lié?

3.1.1.1 - La conduction

Ce mode de transfert omniprésent dans le sol, aussi bien en

phase liquide qu'en phase solide, résulte de l'échange d'énergie cinétique

entre molécules s'entrechoquent sans déplacement appréciable de celles-ci |3-5].

* Les différentes unités utilisées sont présentées en annexe n° 1 .

- 61

Les résultats relatifs à ces dispositifs de stockage ne seront pas présentés

ici dans la mesure où :

- notre objectif est plus spécialement le dispositif

CORAIL et sa réalisation à Lannion,

- ils sont publiés par ailleurs [3-2].

Les résultats des deux démarches seront comparés.

Un rapide rappel sur les transferts thermiques dans le sous-sol

sera fait avant l'exposé plus spécifique de cette étude .Dans la mesure du

possible , les unités international (K,J,W,s,m) seront adoptées*; l'échelle

de température Celsius , plus habituelle que l'échelle de température absolue

(Kelvin) , sera souvent utilisée ( un écart de température a la même valeurdans les deux échelles ) .

3.1 - GENERALITES SUR LES TRANSFERTS THERMIQUES DANS LE SOUS-SOL

Le transfertde chaleur peut être défini comme la transmission

de l'énergie d'une région à une autre , sous l'influence d'une différence de

température . Trois modes de transmission de la chaleur sont habituellement

reconnus : la conduction , la convection et le rayonnement [3-4 ].

3.1.1 - Conduct ion, convection, rayonnement et leur inrpor tance relative dans

J ?_ çp^i§_ si?. \làî lié?

3.1.1.1 - La conduction

Ce mode de transfert omniprésent dans le sol, aussi bien en

phase liquide qu'en phase solide, résulte de l'échange d'énergie cinétique

entre molécules s'entrechoquent sans déplacement appréciable de celles-ci |3-5].

* Les différentes unités utilisées sont présentées en annexe n° 1 .

62

R

0C

H

E

S

S

E

D

InE

N

TA

IR

E

S

R V

0 0C LH C

E A

S N

IQ

U

E

S

S

0LS

ROCHES

SabLe rivière(2 à 30 % humidité

Argi Lite

Marnes

Calcai re

Grès

Dolomite

Quartzite

Syenite

Gabbro

Granite

Gneiss

Terre limoneuse

Sol noir cultivé(0 à 60 % humidité)

Sol brun superficiel(0 à 80 % humidité)

Sol volcanique(0 à 100 % humidité)

Terre sableuse

ORDRE DE GRANDEUR DE LA

CONDUCTIVITE ( U m~^ K~^)

0,2 - 1,6

1,25 - 1,8

0,9 - 2,8

2,0- 3,4

1,5 - 4,3

3,7 - 5,9

3,6 - 8,0

2,2

2,0- 2,3

2,6 - 3,3

2,0- 4,35

0,4 - 0,9

0,2 - 1,1

0,1 - 1,2

0,32 - 1,47

0,3 - 2,3

Tableau 3-1 : Quelques valeurs de conductivité thermiquepour différentes roches[d'après Sydney P. Clark Jr [3-éJ)

62

R

0C

H

E

S

S

E

D

InE

N

TA

IR

E

S

R V

0 0C LH C

E A

S N

IQ

U

E

S

S

0LS

ROCHES

SabLe rivière(2 à 30 % humidité

Argi Lite

Marnes

Calcai re

Grès

Dolomite

Quartzite

Syenite

Gabbro

Granite

Gneiss

Terre limoneuse

Sol noir cultivé(0 à 60 % humidité)

Sol brun superficiel(0 à 80 % humidité)

Sol volcanique(0 à 100 % humidité)

Terre sableuse

ORDRE DE GRANDEUR DE LA

CONDUCTIVITE ( U m~^ K~^)

0,2 - 1,6

1,25 - 1,8

0,9 - 2,8

2,0- 3,4

1,5 - 4,3

3,7 - 5,9

3,6 - 8,0

2,2

2,0- 2,3

2,6 - 3,3

2,0- 4,35

0,4 - 0,9

0,2 - 1,1

0,1 - 1,2

0,32 - 1,47

0,3 - 2,3

Tableau 3-1 : Quelques valeurs de conductivité thermiquepour différentes roches[d'après Sydney P. Clark Jr [3-éJ)

- 63

La relation fondamentale de la conduction ou loi de FOURIER (1822) exprime

la proportionalité entre la densité de flux thermique et le gradient de

température :

Í = - À. grad 0 (3.01)

avec cp : vecteur de densité de flux thermique en Wm"' (dimension MT~')

Â : tenseur de conductivité thermique du milieu en Wm ^K ^ (dimension

en MLT~'K~M

0 : température absolue en K (dimension de grad 0 : KL~M

Dans un milieu isotrope, le tenseur de conductivité peut être

réduit à un scalaire et :

- r - À.grad'*'0 (3.02)

Cette loi, équation de diffusion, présente par conséquent une ana¬

logie avec :

- la loi de DARCY (V = - K.grad H) qui régit les écoulements en milieu

poreux,

- la loi de FICK (q = - Do. grad C), loi de la diffusion moléculaire.

Des valeurs de conductivité thermique pour différents types de

roches sont rassemblées dans le tableau (3-1) ( d ' après Handbook of Physical

constants [3-6]). L'eau a une conductivité thermique de 0,6 Wm ^K H^-^]-

Ce phénomène de conduction est essentiel dans la mise en oeuvre

du procédé CORAIL. Le gradient de température entre l'eau dans l'échangeur

et l'encaissant (milieu géologique environnant) provoque un transfert

d'énergie par conduction de la roche vers l'eau. Il en résulte une diminution

de la température de la roche à proximité de l'échangeur ce qui créé un

gradient de température entre deux points de la roche et provoque un transfert

d'énergie par conduction ; ainsi de suite de proche en proche. Finalement,

le volume centré sur l'échangeur, atteint par la perturbation sera de plus

en plus grand.

- 63

La relation fondamentale de la conduction ou loi de FOURIER (1822) exprime

la proportionalité entre la densité de flux thermique et le gradient de

température :

Í = - À. grad 0 (3.01)

avec cp : vecteur de densité de flux thermique en Wm"' (dimension MT~')

Â : tenseur de conductivité thermique du milieu en Wm ^K ^ (dimension

en MLT~'K~M

0 : température absolue en K (dimension de grad 0 : KL~M

Dans un milieu isotrope, le tenseur de conductivité peut être

réduit à un scalaire et :

- r - À.grad'*'0 (3.02)

Cette loi, équation de diffusion, présente par conséquent une ana¬

logie avec :

- la loi de DARCY (V = - K.grad H) qui régit les écoulements en milieu

poreux,

- la loi de FICK (q = - Do. grad C), loi de la diffusion moléculaire.

Des valeurs de conductivité thermique pour différents types de

roches sont rassemblées dans le tableau (3-1) ( d ' après Handbook of Physical

constants [3-6]). L'eau a une conductivité thermique de 0,6 Wm ^K H^-^]-

Ce phénomène de conduction est essentiel dans la mise en oeuvre

du procédé CORAIL. Le gradient de température entre l'eau dans l'échangeur

et l'encaissant (milieu géologique environnant) provoque un transfert

d'énergie par conduction de la roche vers l'eau. Il en résulte une diminution

de la température de la roche à proximité de l'échangeur ce qui créé un

gradient de température entre deux points de la roche et provoque un transfert

d'énergie par conduction ; ainsi de suite de proche en proche. Finalement,

le volume centré sur l'échangeur, atteint par la perturbation sera de plus

en plus grand.

- 64 -

3.1.1.2 - La convection

Selon ce mode de transfert, la chaleur est transmise par un fluide

en mouvement ; la densité du flux convectif résultant s'exprime par :

^ n (3.03)cp = Yp.u.0p

avec 9 : densité du flux thermique convectif en Wm~^ (dimension MT~') ,

Yr : capacité calorifique du fluide en Jm~'K~' (dimension ML~^T~^K~M,

u : vitesse des particules du fluide en ms (dimension LT ),

0p : température absolue du fluide en K (dimension K).

La capacité calorifique y est liée à la capacité thermique massique

à pression constante Cp (ou chaleur massique) par la relation : y = p.C

où p représente la masse volumique du fluide en kg m"'.

La capacité calorifique de l'eau varie faiblement en fonction de

la température entre 0 et 100°C (diminution de moins de 1 % entre 0 et 35°C

puis augmentation de moins de 1 %, jusqu'à 100°C) ; à 24°C elle vaut

4,18 X 10^ Jm"'K"^

La capacité calorifique du granite est de l'ordre de 2,2 x 10^ Jm 'K ,

[3-7] la valeur moyenne de la capacité calorifique des aquifères est d'en¬

viron 2,5 X 10^ Jm"'K~^ [l-ll].

Dans l'étude du procédé CORAIL, l'encaissant étant supposé sain et

sec, la convection intervient seulement dans l'échangeur où le fluide est

en mouvement.

3.1.1.3 - Le rayonnement

C'est le mécanisme électromagnétique qui transmet la chaleur entre

deux corps séparés par un espace ou le vide. Tous les corps émettent ainsi

une quantité de chaleur suivant la loi de STEFAN-BOLTZMAN (1879, 1884) :

9 = a.e.e'* (3.04)

avec cp : densité de flux radiatif en Wm ^ (dimension MT '),

a : constante de STEFAN-BOLTZMAN en Wm"='K"'* (dimension MT'^K"'),e : facteur d'émission du corps,

0 : température absolue du corps en K.

- 64 -

3.1.1.2 - La convection

Selon ce mode de transfert, la chaleur est transmise par un fluide

en mouvement ; la densité du flux convectif résultant s'exprime par :

^ n (3.03)cp = Yp.u.0p

avec 9 : densité du flux thermique convectif en Wm~^ (dimension MT~') ,

Yr : capacité calorifique du fluide en Jm~'K~' (dimension ML~^T~^K~M,

u : vitesse des particules du fluide en ms (dimension LT ),

0p : température absolue du fluide en K (dimension K).

La capacité calorifique y est liée à la capacité thermique massique

à pression constante Cp (ou chaleur massique) par la relation : y = p.C

où p représente la masse volumique du fluide en kg m"'.

La capacité calorifique de l'eau varie faiblement en fonction de

la température entre 0 et 100°C (diminution de moins de 1 % entre 0 et 35°C

puis augmentation de moins de 1 %, jusqu'à 100°C) ; à 24°C elle vaut

4,18 X 10^ Jm"'K"^

La capacité calorifique du granite est de l'ordre de 2,2 x 10^ Jm 'K ,

[3-7] la valeur moyenne de la capacité calorifique des aquifères est d'en¬

viron 2,5 X 10^ Jm"'K~^ [l-ll].

Dans l'étude du procédé CORAIL, l'encaissant étant supposé sain et

sec, la convection intervient seulement dans l'échangeur où le fluide est

en mouvement.

3.1.1.3 - Le rayonnement

C'est le mécanisme électromagnétique qui transmet la chaleur entre

deux corps séparés par un espace ou le vide. Tous les corps émettent ainsi

une quantité de chaleur suivant la loi de STEFAN-BOLTZMAN (1879, 1884) :

9 = a.e.e'* (3.04)

avec cp : densité de flux radiatif en Wm ^ (dimension MT '),

a : constante de STEFAN-BOLTZMAN en Wm"='K"'* (dimension MT'^K"'),e : facteur d'émission du corps,

0 : température absolue du corps en K.

65

La quantité de chaleur ainsi produite est absorbée puis réémise

par les corps environnants.

Ce phénomène sera négligé dans le sous-s;ol du fait des faibles

écarts de température dans le milieu étudié et de l'absorption sur place

par le milieu environnant de la quantité de chaleur émise par rayonnement.

Le rayonnement solaire intervient dans le bilan radiatif, il est

important à la surface du sol dont il fixe la température. Il en sera tenu

compte en considérant la température moyenne annuelle de la surface du sol

comme condition aux limites du domaine d'étude.

3.1.2 - Mise en équations

3.1.2.1 - Forme générale de l'équation de la chaleur

La forme générale de l'équation de la chaleur* exprime le bilan

thermique local (la différence entre les flux entrants et sortants d'un

élément de volume est égale à l'énergie emmagasinée ou restituée diminuée

des termes sources) :

y90g^ = div (Àgrad0) - v.(gradCY0)) + X (3.05)

terme terme terme termed'ennagasinement conductif convectif source

avec Y : la capacité calorifique en Jm 'K ^ (dimension ML T ^K )À : la conductivité thermique en Wm~^K ' (dimension MLT~'K~')

0 : la température absolue en K

t : le temps en secondes

V : la vitesse de circulation du fluide en ms

* Cette équation de la chaleur provient de l'équation plus générale de l'énergiedans laquelle on a négligé les forces de pression et de frottement [3-7, 3-8,3-9, 3-10].

65

La quantité de chaleur ainsi produite est absorbée puis réémise

par les corps environnants.

Ce phénomène sera négligé dans le sous-s;ol du fait des faibles

écarts de température dans le milieu étudié et de l'absorption sur place

par le milieu environnant de la quantité de chaleur émise par rayonnement.

Le rayonnement solaire intervient dans le bilan radiatif, il est

important à la surface du sol dont il fixe la température. Il en sera tenu

compte en considérant la température moyenne annuelle de la surface du sol

comme condition aux limites du domaine d'étude.

3.1.2 - Mise en équations

3.1.2.1 - Forme générale de l'équation de la chaleur

La forme générale de l'équation de la chaleur* exprime le bilan

thermique local (la différence entre les flux entrants et sortants d'un

élément de volume est égale à l'énergie emmagasinée ou restituée diminuée

des termes sources) :

y90g^ = div (Àgrad0) - v.(gradCY0)) + X (3.05)

terme terme terme termed'ennagasinement conductif convectif source

avec Y : la capacité calorifique en Jm 'K ^ (dimension ML T ^K )À : la conductivité thermique en Wm~^K ' (dimension MLT~'K~')

0 : la température absolue en K

t : le temps en secondes

V : la vitesse de circulation du fluide en ms

* Cette équation de la chaleur provient de l'équation plus générale de l'énergiedans laquelle on a négligé les forces de pression et de frottement [3-7, 3-8,3-9, 3-10].

66

ao + + + + + + ++ + 4 + + + + + +

+ + + + + + + ++ + 4 + + + + + +

+ + + + + + + ++ + + + + + + + +

+ + + + + + + + ++ + 4 +4- + 4- + +

+ 4-4-4- + 4-4- +4-4-4 + 4- + + + +

+ + + + + + + ++ + + + + + + + +

+ + + + + + + ++ + + + + + + + +

+ + + + + + + ++ + + + + + + + +

I+ + + + + + + + ++ + + + + + + +

H- + + + +ri, +-I-+ + + + + + + +

+ + + + Xr + ++ + + + + + + +

+ + + + + + + + ++ + + + + + + + +

+ + + + + + + ++ + 4 + + + + + +

+ + + + + + + ++ + + + + + + + +

+ + + + + + + ++ + + + + + + + +

I+ + + + + + + + ++ + + + + + + + +

+ + + + + + + ++ + + + + + + + +

+ + + + + + + ++ + 4 +.+ + + + +

+ + + + + + + + ++ + + + + + + + +

I+ + + + + + + + ++ + + + + + + + +

I+ + + + + + + + ++ + + + + + + + +

+ + + + + + + + ++ + 4 + + + + + +

+ T H ^ + + + + + + + + ++ + + + + + + 4 + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + ++ + + + + + + + + + + + + +

Z

Figure 3-2 : Dispositif CORAIL : schématisation et notationsadoptées.

66

ao + + + + + + ++ + 4 + + + + + +

+ + + + + + + ++ + 4 + + + + + +

+ + + + + + + ++ + + + + + + + +

+ + + + + + + + ++ + 4 +4- + 4- + +

+ 4-4-4- + 4-4- +4-4-4 + 4- + + + +

+ + + + + + + ++ + + + + + + + +

+ + + + + + + ++ + + + + + + + +

+ + + + + + + ++ + + + + + + + +

I+ + + + + + + + ++ + + + + + + +

H- + + + +ri, +-I-+ + + + + + + +

+ + + + Xr + ++ + + + + + + +

+ + + + + + + + ++ + + + + + + + +

+ + + + + + + ++ + 4 + + + + + +

+ + + + + + + ++ + + + + + + + +

+ + + + + + + ++ + + + + + + + +

I+ + + + + + + + ++ + + + + + + + +

+ + + + + + + ++ + + + + + + + +

+ + + + + + + ++ + 4 +.+ + + + +

+ + + + + + + + ++ + + + + + + + +

I+ + + + + + + + ++ + + + + + + + +

I+ + + + + + + + ++ + + + + + + + +

+ + + + + + + + ++ + 4 + + + + + +

+ T H ^ + + + + + + + + ++ + + + + + + 4 + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + ++ + + + + + + + + + + + + +

Z

Figure 3-2 : Dispositif CORAIL : schématisation et notationsadoptées.

- 67

3.1.2.2 - Hypothèses simplificatrices

Ces hypothèses simplifient l'écriture mathématique des phénomènes

physiques mis en jeu. Pour faciliter la compréhension du texte les notations

adoptées sont présentées sur la figure (3-2) .

A) Dans l'encaissant

- Il est supposé sain et non productif du point de vue hydraulique

et seuls les transferts conductifs seront considérés;

- en cas de gel, la chaleur latente de solidification de l'eau est

négligée (faible porosité du milieu), pour un encaissant de type argileux

cette hypothèse serait à revoir ;

- les propriétés thermiques sont constantes dans l'espace et dans

le temps ;

- la symétrie du comportement thermique autour de l'échangeur (proprié¬

tés thermiques du sol uniforme) conduit à des isothermes circulaires centrées

sur celui-ci (écriture des équations en coordonnées cylindriques).

8) Dans l' écliangeur

- Les transferts thermiques essentiels sont convectifs, les transferts

conductifs verticaux seront négligés, ce qui est justifié par l'ordre de

grandeur de Qy^/Xr-S. (8.10''m~^ pour le projet de Lannion avec un débit moyen

de Im'h'M,

- la température du fluide est constante dans chaque section (0 fonction

de z et de t seulement).

C) A la limite encaissant- écliangeur

- La température est continue (pas de couche limite thermique).

- 67

3.1.2.2 - Hypothèses simplificatrices

Ces hypothèses simplifient l'écriture mathématique des phénomènes

physiques mis en jeu. Pour faciliter la compréhension du texte les notations

adoptées sont présentées sur la figure (3-2) .

A) Dans l'encaissant

- Il est supposé sain et non productif du point de vue hydraulique

et seuls les transferts conductifs seront considérés;

- en cas de gel, la chaleur latente de solidification de l'eau est

négligée (faible porosité du milieu), pour un encaissant de type argileux

cette hypothèse serait à revoir ;

- les propriétés thermiques sont constantes dans l'espace et dans

le temps ;

- la symétrie du comportement thermique autour de l'échangeur (proprié¬

tés thermiques du sol uniforme) conduit à des isothermes circulaires centrées

sur celui-ci (écriture des équations en coordonnées cylindriques).

8) Dans l' écliangeur

- Les transferts thermiques essentiels sont convectifs, les transferts

conductifs verticaux seront négligés, ce qui est justifié par l'ordre de

grandeur de Qy^/Xr-S. (8.10''m~^ pour le projet de Lannion avec un débit moyen

de Im'h'M,

- la température du fluide est constante dans chaque section (0 fonction


C) A la limite encaissant- écliangeur

- La température est continue (pas de couche limite thermique).

68 -

3.1.2.3 - Equations aux dérivées partielles

Avec les hypothèses précédentes, l'équation (3.05) conduit aux

équations aux dérivées partielles ci-dessous*.

A] dans l'encaissant

Il n'y a pas de terme convectif et l'équation (3.05) devient

90 , |3^0 1 90 9^01^R 9t = ^R LT7*7 9F ^-gP^^ ^^-06)

8) dans V écliangeur

Il n'y a pas de termes conductifs verticaux et les équations

aux dérivées partielles sont :

Bl -dans l'annulaire :

Yp (Salfâ* Q ||â)= A.^^ (©e - Qa) + =P(z,t) (3.07)

flux échangé avec flux échangé

le tube central avec l'encaissant

avec Sa : section de l'annulaire

Gg : température du fluide dans l'annulaire

Q : débit du fluide dans l'annulaire (= v x Sg)

À.J. : conductivité thermique du tube central (qui sépare les 2 colonnes

de fluide)

r^ : rayon du tube central

e : épaisseur du tube central

0 : température fluide dans l'espace central

et cp(z,t) = 2ïïApro^| (3.08)^o

avec A. p : conductivité thermique de la roche

r : rayon du dispositif

* Certains développements pour passer d'une équation à l'autre sontdonnés en annexe n° 4.

68 -

3.1.2.3 - Equations aux dérivées partielles

Avec les hypothèses précédentes, l'équation (3.05) conduit aux

équations aux dérivées partielles ci-dessous*.

A] dans l'encaissant

Il n'y a pas de terme convectif et l'équation (3.05) devient

90 , |3^0 1 90 9^01^R 9t = ^R LT7*7 9F ^-gP^^ ^^-06)

8) dans V écliangeur

Il n'y a pas de termes conductifs verticaux et les équations

aux dérivées partielles sont :

Bl -dans l'annulaire :

Yp (Salfâ* Q ||â)= A.^^ (©e - Qa) + =P(z,t) (3.07)

flux échangé avec flux échangé

le tube central avec l'encaissant

avec Sa : section de l'annulaire

Gg : température du fluide dans l'annulaire

Q : débit du fluide dans l'annulaire (= v x Sg)

À.J. : conductivité thermique du tube central (qui sépare les 2 colonnes

de fluide)

r^ : rayon du tube central

e : épaisseur du tube central

0 : température fluide dans l'espace central

et cp(z,t) = 2ïïApro^| (3.08)^o

avec A. p : conductivité thermique de la roche

r : rayon du dispositif

* Certains développements pour passer d'une équation à l'autre sontdonnés en annexe n° 4.

69 -

B2 - dans_le_tube_central :

Le sens de circulation du fluide est ici opposé à celui de

l'annulaire :

flux échangé avecl'annulaire

Dans le modèle, les transferts thermiques dans l'échangeur seront

caractérisés par une seule équation :

^F ^^aa^* Q -^5-^)= cp(z,t) (3.ÍQ)

avec cp(z,t) déterminé par l'équation (3.08).

Cette équation (3.10) est obtenue en considérant que les échanges

thermiques entre les deux colonnes de fluide caloporteur ne modifient pas

les transferts thermiques entre l'échangeur et l'encaissant.

La température en sortie de l'échangeur (0 ) sera assimilée à la

température au fond de l'échangeur diminuée d'un écart A0fT, égal à la valeur

des pertes thermiques lors de la remontée (échange entre les deux colonnes

de fluide) :

^^'n =^yÍT ^® (3.11)

avec Tj : rayon moyen du tube central (m)

Xj : conductivité thermique du tube central (Wm~^K ')h : hauteur du dispositif (m)

A0 : écart de température exploité par la pompe à chaleur (=écart entre

la température du fluide à la sortie de l'échangeur et la tempé¬

rature du fluide à l'injection) (K)

Yr : capacité calorifique du fluide (Jm 'K~M

Q : débit du fluide caloporteur (m's M

e : épaisseur du tube central (m)

69 -

B2 - dans_le_tube_central :

Le sens de circulation du fluide est ici opposé à celui de

l'annulaire :

flux échangé avecl'annulaire

Dans le modèle, les transferts thermiques dans l'échangeur seront

caractérisés par une seule équation :

^F ^^aa^* Q -^5-^)= cp(z,t) (3.ÍQ)

avec cp(z,t) déterminé par l'équation (3.08).

Cette équation (3.10) est obtenue en considérant que les échanges

thermiques entre les deux colonnes de fluide caloporteur ne modifient pas

les transferts thermiques entre l'échangeur et l'encaissant.

La température en sortie de l'échangeur (0 ) sera assimilée à la

température au fond de l'échangeur diminuée d'un écart A0fT, égal à la valeur

des pertes thermiques lors de la remontée (échange entre les deux colonnes

de fluide) :

^^'n =^yÍT ^® (3.11)

avec Tj : rayon moyen du tube central (m)

Xj : conductivité thermique du tube central (Wm~^K ')h : hauteur du dispositif (m)

A0 : écart de température exploité par la pompe à chaleur (=écart entre

la température du fluide à la sortie de l'échangeur et la tempé¬

rature du fluide à l'injection) (K)

Yr : capacité calorifique du fluide (Jm 'K~M

Q : débit du fluide caloporteur (m's M

e : épaisseur du tube central (m)

- 70

atmosphère 1 imif p mippripiirp %^'--^^ -- %

()n

IIo

zone influencée |par le dispositif

limite inférieure fí (VtTr* lim

t) 8 ñ *gilim

3

-^Í

UrIS

U

T)

I

N

-5

zone non influencée par le dispositif n

Figure 3-3-a

atmosphère

limito oupériouro Fl^(7-n) - ñ

-1

TT

1-1

IIo

zone influencée par le dispositif

limite inférieure iSp(icr,Zj^j^^) = 0^

zone non influencée par le dispositif

D

u-tTS-J

©I

-1

Figure 3-3-b

Figure 3-3 : Définition des limites du domaine derésolution

3-3-a : prise en compte du gradient géothermique3-3-b : température unlfonme sur le domaine

- 70

atmosphère 1 imif p mippripiirp %^'--^^ -- %

()n

IIo

zone influencée |par le dispositif

limite inférieure fí (VtTr* lim

t) 8 ñ *gilim

3

-^Í

UrIS

U

T)

I

N

-5

zone non influencée par le dispositif n

Figure 3-3-a

atmosphère

limito oupériouro Fl^(7-n) - ñ

-1

TT

1-1

IIo

zone influencée par le dispositif

limite inférieure iSp(icr,Zj^j^^) = 0^

zone non influencée par le dispositif

D

u-tTS-J

©I

-1

Figure 3-3-b

Figure 3-3 : Définition des limites du domaine derésolution

3-3-a : prise en compte du gradient géothermique3-3-b : température unlfonme sur le domaine

- 71

3.1.2.4 - Conditions initiales et aux limites

Les équations peuvent être résolues en tenant compte des conditions

initiales et aux limites caractéristiques du domaine (echangeur et encaissant),

A] Limites de l'encaissant

- La surface du sol, limite supérieure est supposée à température

constante. C'est une unite à potentiel constant.

Vr, Vt : 0(r,z=O,t) =0^ (3.12)

- La limite inférieure, surface horizontale, est suffisamment

éloignée de l'échangeur de sorte qu'en tout point elle n'en subisse pas

l'influence ; les conditions naturelles de l'encaissant sont donc conservées

à tout instant, on peut imposer le flux ou la température (limite à flux

ou à potentiel constant) tout en prenant soin de vérifier que l'autre va¬

riable à cette limite ne varie pas au cours du temps.

si le gradient géothermique g est pris en compte(fiqure(3-3-a)) :

Vr, Vt : Il I = g (3. 13. a)°^ ^lim

(OU

|ou

(condition de flux)

Vr, Vt :0(zii^,r,t) =e^-Hg.z^.^ (3.13.b)(condition de potentiel)

s'il est négligé, la température initiale est uniforme

sur le domaine (fiqure(3-3-b) )et :

Vr, Vt :|f|, .=0 (3. 14. a)^^ ^^lim^

(condition de flux)

Vr, Vt : 0(z^.^,r,t) =0^ (3.14.b)

(condition de potentiel)

- 71

3.1.2.4 - Conditions initiales et aux limites

Les équations peuvent être résolues en tenant compte des conditions

initiales et aux limites caractéristiques du domaine (echangeur et encaissant),

A] Limites de l'encaissant

- La surface du sol, limite supérieure est supposée à température

constante. C'est une unite à potentiel constant.

Vr, Vt : 0(r,z=O,t) =0^ (3.12)

- La limite inférieure, surface horizontale, est suffisamment

éloignée de l'échangeur de sorte qu'en tout point elle n'en subisse pas

l'influence ; les conditions naturelles de l'encaissant sont donc conservées

à tout instant, on peut imposer le flux ou la température (limite à flux

ou à potentiel constant) tout en prenant soin de vérifier que l'autre va¬

riable à cette limite ne varie pas au cours du temps.

si le gradient géothermique g est pris en compte(fiqure(3-3-a)) :

Vr, Vt : Il I = g (3. 13. a)°^ ^lim

(OU

|ou

(condition de flux)

Vr, Vt :0(zii^,r,t) =e^-Hg.z^.^ (3.13.b)(condition de potentiel)

s'il est négligé, la température initiale est uniforme

sur le domaine (fiqure(3-3-b) )et :

Vr, Vt :|f|, .=0 (3. 14. a)^^ ^^lim^

(condition de flux)

Vr, Vt : 0(z^.^,r,t) =0^ (3.14.b)


- 72 -

- La limite latérale (forme cylindrique) est définie de façon

analogue et :

0 si le gradient géothermique est pris en compte(fiqure (3-3-a))

Vz, Vt : Ifl^ =0 (3, 15. a)lim

(condition de flux)

ou

ou

Vr, Vt : 0(z,r^^^,t) =0^ + gz (3.15.b)(condition de potentiel)

si la température est uniforme sur le domaine(fiqure (3-3-b)) :

Vz, Vt : If L =0 (3. 16. a)or r , .

lim(condition de flux)

Vz, Vt : 0(z,r.. ,t) =0^ (3.16.b)iim 0


8) Limites dz l' zcliangzun

Suivant les fonctionnements hydraulique (sens de circulation du

fluide) et thermique (puissance prélevée constante ou température d'injec¬

tion constante) choisis, les conditions aux limites diffèrent.

- injection par_l 'annulaire du fluide à température_constante :

en haut de l'échangeur :

Vt : 0 (z = 0,t) =0 . (3.17)a 1

avec 0. : température d'injection

en bas de l'échangeur :

Vt : 0 (z = h,t) =0 (z = h,t) (3.18)a c

- 72 -

- La limite latérale (forme cylindrique) est définie de façon

analogue et :

0 si le gradient géothermique est pris en compte(fiqure (3-3-a))

Vz, Vt : Ifl^ =0 (3, 15. a)lim

(condition de flux)

ou

ou

Vr, Vt : 0(z,r^^^,t) =0^ + gz (3.15.b)(condition de potentiel)

si la température est uniforme sur le domaine(fiqure (3-3-b)) :

Vz, Vt : If L =0 (3. 16. a)or r , .

lim(condition de flux)

Vz, Vt : 0(z,r.. ,t) =0^ (3.16.b)iim 0


8) Limites dz l' zcliangzun

Suivant les fonctionnements hydraulique (sens de circulation du

fluide) et thermique (puissance prélevée constante ou température d'injec¬

tion constante) choisis, les conditions aux limites diffèrent.

- injection par_l 'annulaire du fluide à température_constante :

en haut de l'échangeur :

Vt : 0 (z = 0,t) =0 . (3.17)a 1

avec 0. : température d'injection


Vt : 0 (z = h,t) =0 (z = h,t) (3.18)a c

- 73 -

- fonctionnement à puissance constante :

(A0 prélevé par la pompe à chaleur et débit constants)

- avzc dzsczntz pan l'annulairz

0 en haut de l'échangeur :

Vt : 0 (z =0 ,t) =0^(z = 0,t) - A0 (3.19)

en bas de 1 ' echangeur :

Vt : 0^ (z = h,t) =0^(z = h,t) (3.20)

- avzc descente par le tube central

m en haut de l'échangeur :

Vt : 0 (z =0 ,t) -AG =0^(z =0 ,t) (3.21)


Vt : 0^ (z = h,t) =0^(2 = h,t) (3.22)

- Quelque soit_ le type de fonctionnement retenu, le flux_ échangé avec

1_' encaissant s'écrit :

cp(z,t) = 2TTr^X, (f )^^^ (3_23)0

avec r : rayon de l'échangeur (m)

Xp : conductivité thermique de la roche (Wm ^K M

C) Conditions Initiales du domaine

Initalement le domaine est en équilibre sous l'influence du gradient

géothermique (g) :

Vr, t : 0(r,z,t = 0) = 0^ + gz (3.24)

Le modèle peut également prendre en compte sur le domaine :

- une température uniforme (gradient nul) ,

- une carte des températures résultant d'un fonctionnement précédent

du dispositif.

- 73 -

- fonctionnement à puissance constante :

(A0 prélevé par la pompe à chaleur et débit constants)

- avzc dzsczntz pan l'annulairz

0 en haut de l'échangeur :

Vt : 0 (z =0 ,t) =0^(z = 0,t) - A0 (3.19)

en bas de 1 ' echangeur :

Vt : 0^ (z = h,t) =0^(z = h,t) (3.20)

- avzc descente par le tube central

m en haut de l'échangeur :

Vt : 0 (z =0 ,t) -AG =0^(z =0 ,t) (3.21)


Vt : 0^ (z = h,t) =0^(2 = h,t) (3.22)

- Quelque soit_ le type de fonctionnement retenu, le flux_ échangé avec

1_' encaissant s'écrit :

cp(z,t) = 2TTr^X, (f )^^^ (3_23)0

avec r : rayon de l'échangeur (m)

Xp : conductivité thermique de la roche (Wm ^K M

C) Conditions Initiales du domaine

Initalement le domaine est en équilibre sous l'influence du gradient

géothermique (g) :

Vr, t : 0(r,z,t = 0) = 0^ + gz (3.24)

Le modèle peut également prendre en compte sur le domaine :

- une température uniforme (gradient nul) ,

- une carte des températures résultant d'un fonctionnement précédent

du dispositif.

74

3.1.3 - Méthodes de résolution : analytique et numérique

Le but est de résoudre un système d'équations aux dérivées partielles

avec des conditions initiales et aux limites correspondant au problème posé.

Dans le cas de conditions simples et sous réserve d'hypothèses

simplificatrices appropriées et justifiées, les méthodes analytiques condui¬

sent à une équation algébrique explicite (combinaison de fonctions algébriques

connues ou tabulables) solution du problème.

Dans la plupart des cas, leur mise en oeuvre rapide ne nécessite

pas de gros moyens de calcul.

Pour prendre en compte un domaine complexe, avec des conditions

variées, les solutions analytiques se révèlent insuffisantes et l'on a

recours à des méthodes numériques.

Avec ces méthodes on recherche alors des solutions simplifiées des

équations à chaque noeud d'un réseau maillé pour chaque pas de temps, en tenant

compte des conditions initiales et aux limites. Les solutions des équations

aux dérivées partielles sont approchées par des méthodes de calcul plus ou

moins sophistiquées.

Les temps de calcul sont fonctions du nombre de mailles, du pas de

temps et de la méthode numérique choisie.

La résolution d'un problème par ces deux types de méthodes permet

de les vérifier et les valider mutuellement ; la formulation analytique

donne la solution exacte, lorsque la résolution numérique donne une

solution approchée.

74

3.1.3 - Méthodes de résolution : analytique et numérique

Le but est de résoudre un système d'équations aux dérivées partielles

avec des conditions initiales et aux limites correspondant au problème posé.

Dans le cas de conditions simples et sous réserve d'hypothèses

simplificatrices appropriées et justifiées, les méthodes analytiques condui¬

sent à une équation algébrique explicite (combinaison de fonctions algébriques

connues ou tabulables) solution du problème.

Dans la plupart des cas, leur mise en oeuvre rapide ne nécessite

pas de gros moyens de calcul.

Pour prendre en compte un domaine complexe, avec des conditions

variées, les solutions analytiques se révèlent insuffisantes et l'on a

recours à des méthodes numériques.

Avec ces méthodes on recherche alors des solutions simplifiées des

équations à chaque noeud d'un réseau maillé pour chaque pas de temps, en tenant

compte des conditions initiales et aux limites. Les solutions des équations

aux dérivées partielles sont approchées par des méthodes de calcul plus ou

moins sophistiquées.

Les temps de calcul sont fonctions du nombre de mailles, du pas de

temps et de la méthode numérique choisie.

La résolution d'un problème par ces deux types de méthodes permet

de les vérifier et les valider mutuellement ; la formulation analytique

donne la solution exacte, lorsque la résolution numérique donne une

solution approchée.

- 75 -

3.2 - METHODOLOGIE DE RESOLUTION

3.2.1 - Solutions analytiques

3.2.1.1 - Solution de Ramey

H.J RAMEY (1962) [3-l] propose une solution pour estimer la tempé¬

rature d'un fluide dans un forage, à toutes profondeurs z, pour tous les temps

t, en fonction des caractéristiques de l'ensemble du dispositif et d'une

température d'injection en surface constante.

L'auteur considère que le flux échangé entre l'encaissant et le

fluide lors de sa descente dans le forage suit une expression intermédiaire

entre la solution de la ligne source et celle du cylindre maintenu à température

constante rendues "classiques" par CARSLAW et JAEGER [3-7]. Ramené aux nota¬

tions utilisées ici, le flux s'exprime par :

4ïïXr(0o + gz - 0p(z,t)) (3.25)"P = El (r!/4Dt)

avec Xr, : conductivité de la roche (Wm ' K M0 : température du sol à z = 0 (K)

0

g : gradient géothermique (Km ^)

z : profondeur considérée (m)

0p(z,t) : température du fluide à la profondeur z et au temps t (K)

r : rayon du forage (m)

D : diffusivité thermique de la roche ( = )u/Yp) (""^s ^ )

et El : fonction exponentielle intégrale* définie par

u

(Handbook of mathematicals functions [3-1 1])

et dont l'approximation logarithmique est : E,(u) = - ln(u)

avec r = constante d'Euler ( ~ 0,57722)

* Cette fonction Ei et son approximation logarithmique sont également utiliséesdans les modèles d'interprétation des pompages d'essai (respectivementrelation de Theis et de Jacob).

- 75 -

3.2 - METHODOLOGIE DE RESOLUTION

3.2.1 - Solutions analytiques

3.2.1.1 - Solution de Ramey

H.J RAMEY (1962) [3-l] propose une solution pour estimer la tempé¬

rature d'un fluide dans un forage, à toutes profondeurs z, pour tous les temps

t, en fonction des caractéristiques de l'ensemble du dispositif et d'une

température d'injection en surface constante.

L'auteur considère que le flux échangé entre l'encaissant et le

fluide lors de sa descente dans le forage suit une expression intermédiaire

entre la solution de la ligne source et celle du cylindre maintenu à température

constante rendues "classiques" par CARSLAW et JAEGER [3-7]. Ramené aux nota¬

tions utilisées ici, le flux s'exprime par :

4ïïXr(0o + gz - 0p(z,t)) (3.25)"P = El (r!/4Dt)

avec Xr, : conductivité de la roche (Wm ' K M0 : température du sol à z = 0 (K)

0

g : gradient géothermique (Km ^)

z : profondeur considérée (m)

0p(z,t) : température du fluide à la profondeur z et au temps t (K)

r : rayon du forage (m)

D : diffusivité thermique de la roche ( = )u/Yp) (""^s ^ )

et El : fonction exponentielle intégrale* définie par

u

(Handbook of mathematicals functions [3-1 1])

et dont l'approximation logarithmique est : E,(u) = - ln(u)

avec r = constante d'Euler ( ~ 0,57722)

* Cette fonction Ei et son approximation logarithmique sont également utiliséesdans les modèles d'interprétation des pompages d'essai (respectivementrelation de Theis et de Jacob).

- 76 -

L'équation (5.25) s'écrit alors en tenant compte de l'approxi¬mation logarithmique de la fonction E,

1

4ïïXp (0^ + gz - 0^(z,t)

[ln (4Dt/r^^) - F](3.26)

Ce flux (cp) provenant de l'encaissant sur une hauteur dz est

égal à la puissance calorifique convectée dans un élément de forage de

même hauteur dz, et :

30p 4TTXp (0^ + gz - 0p(z,t))Q Yr T7~ dz = dz ^-7 o^^

^ ^^ [ln (4Dt/r^^) - T] ^^'^^^

avec Q : débit du fluide caloporteur (m's~M

Yp : capacité calorifique du fluide (Jm~'K~M

L'intégration de cette équation par rapport à z (entre z = 0 et

z ) en prenant comme condition à z=0 : 0|.(z = 0,t) = 0-, donne la tempé¬

rature du fluide à la profondeur z :

0p(z,t) = 0Q + gz - ^ + [0. - ©o + f] e"*^^ (3.28)

(4ttX )/(QYp)avec K = (3.29)

[ ln(4Dt/ro^) - r]

Cette solution souvent utilisée pour le calcul des pertes de chaleur

à la remontée dans les forages géothermiques, peut être appliquée au dispositif

CORAIL, à condition que les hypothèses suivantes complètent celles présentées

au paragraphe 3.1.2.2 :

- dans l'encaissant seuls les transferts conductifs horizontaux sont

pris en compte.

- 76 -

L'équation (5.25) s'écrit alors en tenant compte de l'approxi¬mation logarithmique de la fonction E,

1

4ïïXp (0^ + gz - 0^(z,t)

[ln (4Dt/r^^) - F](3.26)

Ce flux (cp) provenant de l'encaissant sur une hauteur dz est

égal à la puissance calorifique convectée dans un élément de forage de

même hauteur dz, et :

30p 4TTXp (0^ + gz - 0p(z,t))Q Yr T7~ dz = dz ^-7 o^^

^ ^^ [ln (4Dt/r^^) - T] ^^'^^^

avec Q : débit du fluide caloporteur (m's~M

Yp : capacité calorifique du fluide (Jm~'K~M

L'intégration de cette équation par rapport à z (entre z = 0 et

z ) en prenant comme condition à z=0 : 0|.(z = 0,t) = 0-, donne la tempé¬

rature du fluide à la profondeur z :

0p(z,t) = 0Q + gz - ^ + [0. - ©o + f] e"*^^ (3.28)

(4ttX )/(QYp)avec K = (3.29)

[ ln(4Dt/ro^) - r]

Cette solution souvent utilisée pour le calcul des pertes de chaleur

à la remontée dans les forages géothermiques, peut être appliquée au dispositif

CORAIL, à condition que les hypothèses suivantes complètent celles présentées

au paragraphe 3.1.2.2 :

- dans l'encaissant seuls les transferts conductifs horizontaux sont

pris en compte.

- 77

- l'inertie thermique du forage est négligée,

- les échanges entre les deux colonnes de fluide sont négligés.

Alors la température du fluide en sortie d'échangeur 0 est

égale à la température atteinte au fond du forage, soit :

0 =0 + gh - -a + [0. - 0 +3] e"*^^ (3.30)s 0 ^ K '- 1 o K-'

(0g = 0^ (z = h,t))

Cette solution analytique a permis de vérifier la précision du

modèle numérique mis au point et de développer dans le cadre d'une étude

plus générale du dispositif CORAIL [3-2] des solutions analytiques pour

différents types de fonctionnement.

3.2.1.2 - Solutions analytiques pour d'autres types de fonction¬

nement I 3-12]

A) Descente du fluide par le tube central et remontée pan l' annulaire

L'inversion du sens de circulation du fluide conduit, par analogie

à (3.27) à :

d0p 4TTXp[0p(z,t) - Qq - gz]QYp hT = T ; ^^'^^^

^ '^^ [ln (4Dt/ro^) - r]

L'intégration en tenant compte des conditions aux limites

0p (z = h,t) = 0^ donne :

0^ (z,t) = 0^ + gz + a ^ [0. - 0^ - gh - ^] e"^^^-^) (3.32)

soit en sortie d'échangeur > 0|_ (z = 0 ,t) = 0 et :

0 =0 +^+[0.-0 - gh - ^] e"'^'" (3.33)s oK'-i o^ K-'

- 77

- l'inertie thermique du forage est négligée,

- les échanges entre les deux colonnes de fluide sont négligés.

Alors la température du fluide en sortie d'échangeur 0 est

égale à la température atteinte au fond du forage, soit :

0 =0 + gh - -a + [0. - 0 +3] e"*^^ (3.30)s 0 ^ K '- 1 o K-'

(0g = 0^ (z = h,t))

Cette solution analytique a permis de vérifier la précision du

modèle numérique mis au point et de développer dans le cadre d'une étude

plus générale du dispositif CORAIL [3-2] des solutions analytiques pour

différents types de fonctionnement.

3.2.1.2 - Solutions analytiques pour d'autres types de fonction¬

nement I 3-12]

A) Descente du fluide par le tube central et remontée pan l' annulaire

L'inversion du sens de circulation du fluide conduit, par analogie

à (3.27) à :

d0p 4TTXp[0p(z,t) - Qq - gz]QYp hT = T ; ^^'^^^

^ '^^ [ln (4Dt/ro^) - r]

L'intégration en tenant compte des conditions aux limites

0p (z = h,t) = 0^ donne :

0^ (z,t) = 0^ + gz + a ^ [0. - 0^ - gh - ^] e"^^^-^) (3.32)

soit en sortie d'échangeur > 0|_ (z = 0 ,t) = 0 et :

0 =0 +^+[0.-0 - gh - ^] e"'^'" (3.33)s oK'-i o^ K-'

79

B) Fonctionnement à puissance constante

Ce type de fonctionnement (plus réaliste qu'une injection à température

constante) revient à considérer l'exploitation d'un écart de température

A0 constant par la pompe à chaleur, étant donné que le débit d'exploitation

(Q) est également constant. Alors :

0. = 0 - A0 (3.34)1 s

avec 0. : température d'injection dans l'échangeur (non constante)

0 : température en sortie d'échangeur

A0 : écart de température exploité par la pompe à chaleur

* Pour une descente du fluide par l'annulaire, cette condition transforme

l'équation (3.30) en l'équation :

«s = s. - 5h - a - f^ (3.35)[1-e J

* Pour une descente du fluide par le tube central, l'équation (3.33) devient

s o K I , Khn[1-e J

L'étude avec les paramètres adimensionnels (définis au paragraphe

suivant) montrera que la descente par l'annulaire est légèrement bénéfique

par rapport à la descente par le tube central. Ce phénomène est sensible

seulement durant les premières heures d'exploitation du dispositif.

C) Fonctionnement à puissance variable

L'utilisation du chauffage (donc du dispositif CORAIL) est souvent

intermittente, l'étude du comportement du dispositif à puissance variable

s'avère donc nécessaire.

D'une période d'utilisation du chauffage à une autre, le débit de

circulation du fluide reste constant, mais l'écart de température (A0) exploité

par la pompe à chaleur varie (exemple fiqure (3-4)). Pendant les périodes

79

B) Fonctionnement à puissance constante

Ce type de fonctionnement (plus réaliste qu'une injection à température

constante) revient à considérer l'exploitation d'un écart de température

A0 constant par la pompe à chaleur, étant donné que le débit d'exploitation

(Q) est également constant. Alors :

0. = 0 - A0 (3.34)1 s

avec 0. : température d'injection dans l'échangeur (non constante)

0 : température en sortie d'échangeur

A0 : écart de température exploité par la pompe à chaleur

* Pour une descente du fluide par l'annulaire, cette condition transforme

l'équation (3.30) en l'équation :

«s = s. - 5h - a - f^ (3.35)[1-e J

* Pour une descente du fluide par le tube central, l'équation (3.33) devient

s o K I , Khn[1-e J

L'étude avec les paramètres adimensionnels (définis au paragraphe

suivant) montrera que la descente par l'annulaire est légèrement bénéfique

par rapport à la descente par le tube central. Ce phénomène est sensible

seulement durant les premières heures d'exploitation du dispositif.

C) Fonctionnement à puissance variable

L'utilisation du chauffage (donc du dispositif CORAIL) est souvent

intermittente, l'étude du comportement du dispositif à puissance variable

s'avère donc nécessaire.

D'une période d'utilisation du chauffage à une autre, le débit de

circulation du fluide reste constant, mais l'écart de température (A0) exploité

par la pompe à chaleur varie (exemple fiqure (3-4)). Pendant les périodes

80 -

Exzmplz dz fonctionnement du dispositif CORAIL

à puissance variable ((1 constant, àQ variable)

Ae à

Soutirage Arrêt

to t,

Charge

t2

A^a

Sout i rage

A03

AÔ4

fc-

^3 t4 ts "t

Figure 3-4 : Schématisation par paliers.

80 -

Exzmplz dz fonctionnement du dispositif CORAIL

à puissance variable ((1 constant, àQ variable)

Ae à

Soutirage Arrêt

to t,

Charge

t2

A^a

Sout i rage

A03

AÔ4

fc-

^3 t4 ts "t


Voir calquedans document

papier


papier

AÔ A

Ado

A^s-A^z

U

AÔ4-AÔ3

t.

-Ae.

A^2-AÔ,

Aô, -AÔq

Figure 3-5 ; Principe de superposition.

AÔ A

Ado

A^s-A^z

U

AÔ4-AÔ3

t.

-Ae.

A^2-AÔ,

Aô, -AÔq

Figure 3-5 ; Principe de superposition.

- 80

Exemple de fonctionnement du dispositif CORAIL

à puissance variable [Q. constant, àQ variable)

AÔ A

Soutirage

Ae^Ado

Arrêt

Ail

Ctiorge , Soutirage .

A03-A^2

A^,

AÔ4

hAÔ4-AÔ3

-ùe.

Adz-Ad

L A9.Aô, -AÔQ


Figure 3-5 : Principe de superposition.

- 80

Exemple de fonctionnement du dispositif CORAIL

à puissance variable [Q. constant, àQ variable)

AÔ A

Soutirage

Ae^Ado

Arrêt

Ail

Ctiorge , Soutirage .

A03-A^2

A^,

AÔ4

hAÔ4-AÔ3

-ùe.

Adz-Ad

L A9.Aô, -AÔQ


Figure 3-5 : Principe de superposition.

81 -

d'arrêt on affiche une circulation artificielle du fluide, la pompe à

chaleur ne fonctionnant pas.

Durant chaque palier on fonctionne à puissance constante.

Pour connaître l'effet résultant, on utilise le principe de super¬

position (puissance variable = succession de différentes périodes à puissance

constante). Le premier mode d'exploitation (à AOq) est donc considéré débuter

à t = 0 jusqu'à t» . Quand un autre mode d'exploitation (à AGj ) intervient,

il suffit de tenir compte d'un nouveau fonctionnement (à A0|-A0 ) et d'ajouter

son effet à celui du précédent mode d'exploitation, et ainsi de suite (la

somme des différentes puissances considérées devant être égale à la puissance

en cours d'exploitation).

La fiqure Q-S) montre l'application de ce principe de superpositionà l'exemple de la fiqure p-4) .

La solution analytique, pour une descente par l'annulaire, devient :

, . n-1 A0. - A0. ,

e3(t) = G^ - g [^ - h + ^,] + Z ; (K'^h) (^-^7)o 1-e o 1=0 1-e 1

4ttX^/QYp

avecK'. = (3.38)^ Ei[ry4D(t-t.)]

A0_,= 0

t =00

et t ,<t<tn-1 n

Pour i = 0 on vérifie bien que (3.37) est équivalente à (3.35) (K' = K).

3.2.1.3 - Introduction des paramètres adimensionnels [3-2, 3-12]

L'étude de divers projets à l'aide des solutions analytiques précé¬

demment présentées est grandement facilitée par l'utilisation d'ordinateurs

ou de calculatrices programmables, mais nécessite un temps minimum pour la

mise en oeuvre de ces outils de calcul. Dans une optique d'évaluation rapide

des projets, le besoin de courbes et d'abaques pour des valeurs de paramètres

81 -

d'arrêt on affiche une circulation artificielle du fluide, la pompe à

chaleur ne fonctionnant pas.

Durant chaque palier on fonctionne à puissance constante.

Pour connaître l'effet résultant, on utilise le principe de super¬

position (puissance variable = succession de différentes périodes à puissance

constante). Le premier mode d'exploitation (à AOq) est donc considéré débuter

à t = 0 jusqu'à t» . Quand un autre mode d'exploitation (à AGj ) intervient,

il suffit de tenir compte d'un nouveau fonctionnement (à A0|-A0 ) et d'ajouter

son effet à celui du précédent mode d'exploitation, et ainsi de suite (la

somme des différentes puissances considérées devant être égale à la puissance

en cours d'exploitation).

La fiqure Q-S) montre l'application de ce principe de superpositionà l'exemple de la fiqure p-4) .

La solution analytique, pour une descente par l'annulaire, devient :

, . n-1 A0. - A0. ,

e3(t) = G^ - g [^ - h + ^,] + Z ; (K'^h) (^-^7)o 1-e o 1=0 1-e 1

4ttX^/QYp

avecK'. = (3.38)^ Ei[ry4D(t-t.)]

A0_,= 0

t =00

et t ,<t<tn-1 n

Pour i = 0 on vérifie bien que (3.37) est équivalente à (3.35) (K' = K).

3.2.1.3 - Introduction des paramètres adimensionnels [3-2, 3-12]

L'étude de divers projets à l'aide des solutions analytiques précé¬

demment présentées est grandement facilitée par l'utilisation d'ordinateurs

ou de calculatrices programmables, mais nécessite un temps minimum pour la

mise en oeuvre de ces outils de calcul. Dans une optique d'évaluation rapide

des projets, le besoin de courbes et d'abaques pour des valeurs de paramètres

83 -

réalistes s'est fait sentir. Un grand nombre de paramètres (X_, Yr» ^d>r r K

Yn, Q, r , h, A0, 0 , 0., g...) intervenant dans le comportement du dispo¬

sitif CORAIL, la détermination de groupements adimensionnels est nécessaire

pour tracer les courbes et abaques.

A) Fonctionnement à puissance constantz :

Les paramètres adimensionnels sont :

* le temps réduit (tp)» mis en évidence par l'équation (3.25), il est définipar l'expression :

t^ = 4Dt/r^ (3.39)

avec D : diffusivité thermique de la roche (m*s M (=^d/Yd)

t : temps écoulé depuis le début du fonctionnement dudispositif (secondes )

r : rayon de l'échangeur (m)

Du point de vue dimensionnel, le groupement D/r^ est l'inverse

3e le dispositif par

dans son environnement thermique (D).

d'un temps (L^T ^T ') ; il caractérise le dispositif par sa taille (r )

* la température réduite (0 ) définie pour un écart de température d'exploi¬

tation constant (A0) et par rapport à une température de référence (tempéra¬

ture initiale dans la roche à mi-profondeur de l'échangeur : 0 + gh/2),

elle s'exprime par :

0 - (0 + gh/2)

®r = -^ fe ^'-'^^

Elle est caractéristique du niveau thermique initial moyen de

la formation rocheuse.

Cette définition rend l'évolution de 0 indépendante de la valeur

du gradient géothermique (prouvée par la formulation de 0 pour les temps

longs, donnée plus loin).

83 -

réalistes s'est fait sentir. Un grand nombre de paramètres (X_, Yr» ^d>r r K

Yn, Q, r , h, A0, 0 , 0., g...) intervenant dans le comportement du dispo¬

sitif CORAIL, la détermination de groupements adimensionnels est nécessaire

pour tracer les courbes et abaques.

A) Fonctionnement à puissance constantz :

Les paramètres adimensionnels sont :

* le temps réduit (tp)» mis en évidence par l'équation (3.25), il est définipar l'expression :

t^ = 4Dt/r^ (3.39)

avec D : diffusivité thermique de la roche (m*s M (=^d/Yd)

t : temps écoulé depuis le début du fonctionnement dudispositif (secondes )

r : rayon de l'échangeur (m)

Du point de vue dimensionnel, le groupement D/r^ est l'inverse

3e le dispositif par

dans son environnement thermique (D).

d'un temps (L^T ^T ') ; il caractérise le dispositif par sa taille (r )

* la température réduite (0 ) définie pour un écart de température d'exploi¬

tation constant (A0) et par rapport à une température de référence (tempéra¬

ture initiale dans la roche à mi-profondeur de l'échangeur : 0 + gh/2),

elle s'exprime par :

0 - (0 + gh/2)

®r = -^ fe ^'-'^^

Elle est caractéristique du niveau thermique initial moyen de

la formation rocheuse.

Cette définition rend l'évolution de 0 indépendante de la valeur

du gradient géothermique (prouvée par la formulation de 0 pour les temps

longs, donnée plus loin).

Temps réel pour le nfiojet de Lannion [P = C,29, G = 1]

CD

I

CD<1

Q.s:S

4-1-

3

2

1

0

-1

-2

-3

-4

-5

C = IO

GtS

Gz2

CM6=0

G = t

6 = 2

G?-5

12 min 1/21)

H I I I I I HSh

-I 1 1 lllll -I 1 1 lllll2) ZO)

H 1 1 I 111116

.-5

G =-10

H 1 I lllll -\ 1 I Mill H 1 I lllll H 1 I I I I -t 1-6^B-O.l t- = » *K-» t.rlOO % = IOOO

temps nédu.it tl -- 4Vt/r0

a

Figure 3-6 : Dispositif à puissance constantz. Evolution de ta température réduite (0j,) en fonction dutemps réduit [tr] pour différentes valeurs du gradient géothermique réduit (G) pour lesdeux sens de circulation du fluide dans l' echangeur.[d'aprèi AUSSEUR, SAUTV, coll. GRIMA, JAV [3-2]].

Temps réel pour le nfiojet de Lannion [P = C,29, G = 1]

CD

I

CD<1

Q.s:S

4-1-

3

2

1

0

-1

-2

-3

-4

-5

C = IO

GtS

Gz2

CM6=0

G = t

6 = 2

G?-5

12 min 1/21)

H I I I I I HSh

-I 1 1 lllll -I 1 1 lllll2) ZO)

H 1 1 I 111116

.-5

G =-10

H 1 I lllll -\ 1 I Mill H 1 I lllll H 1 I I I I -t 1-6^B-O.l t- = » *K-» t.rlOO % = IOOO

temps nédu.it tl -- 4Vt/r0

a

Figure 3-6 : Dispositif à puissance constantz. Evolution de ta température réduite (0j,) en fonction dutemps réduit [tr] pour différentes valeurs du gradient géothermique réduit (G) pour lesdeux sens de circulation du fluide dans l' echangeur.[d'aprèi AUSSEUR, SAUTV, coll. GRIMA, JAV [3-2]].

85

* Le paramètre caractéristique des échanqes : P, est défini par :

QYr

^^ = 4^ (^-^1)

Il apparaît dans les équations (3.27) et (3.29) et caractérise

le rappport du flux convectif vertical dans l'échangeur au flux échangé

avec la roche.

* Le gradient géothermique réduit : G, défini par le rapport de l'écart

initial de température entre le sommet et la base de l'échangeur (dans la

roche) à l'écart de température exploité par la pompe à chaleur :

G = ah (,.,2,

Avec ces paramètres, l'écriture des solutions analytiques présen¬

tées au § 3.2.1.2 se transforme .

Pour la descente gar l'annulaire, l'équation (3.35) devient

0r

T^ITTzy - ^Li-z---^)] (3.43)i-e 1-e

avec Z = P Ei(l/tr) ~ P [in(tr)- r] (3.44)

« Pour la descente par le tube central, l'équation (3.36) devient

0r

G [t - Z - Twtt] (3.45)^_^(1/Z) - ^2 - - ^_J1/Z)

(et Z défini ci-dessus)

La fiqure (3-6) représente l'évolution de la température réduite

(0 _ ^- (-o-t-gh/2)^ g^ fonction du temps réduit (tj. = 4Dt/ro' avec D

et r correspondant au projet de Lannion, r^ = 0,1 m ; D = 1,45 10 m^s~M

pour différentes valeurs du gradient géothermique réduit (G = gh/A0). Ellemontre que l'exploitation avec descente du fluide par l'annulaire est légè¬

rement bénéfique par rapport à la descente par le tube central, surtout en

début d'exploitation. Ce bénéfice est d'autant plus important que G est fort.

85

* Le paramètre caractéristique des échanqes : P, est défini par :

QYr

^^ = 4^ (^-^1)

Il apparaît dans les équations (3.27) et (3.29) et caractérise

le rappport du flux convectif vertical dans l'échangeur au flux échangé

avec la roche.

* Le gradient géothermique réduit : G, défini par le rapport de l'écart

initial de température entre le sommet et la base de l'échangeur (dans la

roche) à l'écart de température exploité par la pompe à chaleur :

G = ah (,.,2,

Avec ces paramètres, l'écriture des solutions analytiques présen¬

tées au § 3.2.1.2 se transforme .

Pour la descente gar l'annulaire, l'équation (3.35) devient

0r

T^ITTzy - ^Li-z---^)] (3.43)i-e 1-e

avec Z = P Ei(l/tr) ~ P [in(tr)- r] (3.44)

« Pour la descente par le tube central, l'équation (3.36) devient

0r

G [t - Z - Twtt] (3.45)^_^(1/Z) - ^2 - - ^_J1/Z)

(et Z défini ci-dessus)

La fiqure (3-6) représente l'évolution de la température réduite

(0 _ ^- (-o-t-gh/2)^ g^ fonction du temps réduit (tj. = 4Dt/ro' avec D

et r correspondant au projet de Lannion, r^ = 0,1 m ; D = 1,45 10 m^s~M

pour différentes valeurs du gradient géothermique réduit (G = gh/A0). Ellemontre que l'exploitation avec descente du fluide par l'annulaire est légè¬

rement bénéfique par rapport à la descente par le tube central, surtout en

début d'exploitation. Ce bénéfice est d'autant plus important que G est fort.

U(. -

Figure 3-7 : Dispositif CORAIL à puissance constante. Evolution de latempérature (0 ) en fonction du temps réduit [t ) pour diffé¬rentes valeurs du paramètre caractéristique des échanges (P).[d'après AUSSEUR, SAUTy, coll. GRIMA, JA/, 1983, [3-2]).

Temps réel pour le projet de Lannion [D = 1,4510 m^s , r^ - 0,1 m]

U(. -

Figure 3-7 : Dispositif CORAIL à puissance constante. Evolution de latempérature (0 ) en fonction du temps réduit [t ) pour diffé¬rentes valeurs du paramètre caractéristique des échanges (P).[d'après AUSSEUR, SAUTy, coll. GRIMA, JA/, 1983, [3-2]).

Temps réel pour le projet de Lannion [D = 1,4510 m^s , r^ - 0,1 m]

- 87 -

c'est-à-dire que g (le gradient géothermique réel) est fort ou que la

puissance exploitée (A0) est faible. Au cours du temps la différence entre

les deux types de fonctionnement s'estompe.

Pour G = 0 (répartition uniforme de la température dans la roche)

les deux dispositifs donnent des résultats strictement semblables.

Pour le projet de Lannion, la différence entre les températures

en sortie d'échangeur dans les 2 types d'exploitation, de 0,6°C au bout de

5 heures, devient inférieure à 0,2°C au bout de 20 jours.

Pour les temps longs :

Dans ce cas : d ~ -^ - 1 (3.46)

avec z = P [in(tr) - r]

Cette formulation, toujours valable quand G = 1 (dans 3-43 et 3-45)

a été obtenue quand t -» " [3-2].

Ceci signifie que 0r (donc 0g) diminue de plus en plus et qu'on

n'atteint pas de stabilisation pour un fonctionnement continu sur toute

l'année. La simulation de 3 saisons de chauffage à Lannion montre que

l'on tend vers une stabilisation en fin de saison de chauffage.

La figure (3-7) représente l'évolution de Qj. (température réduite)en fonction de t^. (temps réduit) pour différentes valeurs de P (paramètres

caractéristiques des échanges) et 4D/ro' fixé à 1.45 10~'*s~^ (correspondantau projet de Lannion) dans le cas de fonctionnement à puissance constante,

continu dans le temps.

Cette figure est obtenue [3-2] à partir des équations (3.43) et(3.45) dans lesquelles le terme tenant compte du gradient géothermique réduit

(G) est négligé (la figure (3-6) montrant que son influence peut être négligéeassez vite).

L'évolution de 0 linéaire sur ce graphique semi-logarithmique

(échelle logarithmique pour les temps réduits fiqure (3-7))montre que

l'approximation logarithmique (équation 3.46) est rapidement suffisante.

- 87 -

c'est-à-dire que g (le gradient géothermique réel) est fort ou que la

puissance exploitée (A0) est faible. Au cours du temps la différence entre

les deux types de fonctionnement s'estompe.

Pour G = 0 (répartition uniforme de la température dans la roche)

les deux dispositifs donnent des résultats strictement semblables.

Pour le projet de Lannion, la différence entre les températures

en sortie d'échangeur dans les 2 types d'exploitation, de 0,6°C au bout de

5 heures, devient inférieure à 0,2°C au bout de 20 jours.

Pour les temps longs :

Dans ce cas : d ~ -^ - 1 (3.46)

avec z = P [in(tr) - r]

Cette formulation, toujours valable quand G = 1 (dans 3-43 et 3-45)

a été obtenue quand t -» " [3-2].

Ceci signifie que 0r (donc 0g) diminue de plus en plus et qu'on

n'atteint pas de stabilisation pour un fonctionnement continu sur toute

l'année. La simulation de 3 saisons de chauffage à Lannion montre que

l'on tend vers une stabilisation en fin de saison de chauffage.

La figure (3-7) représente l'évolution de Qj. (température réduite)en fonction de t^. (temps réduit) pour différentes valeurs de P (paramètres

caractéristiques des échanges) et 4D/ro' fixé à 1.45 10~'*s~^ (correspondantau projet de Lannion) dans le cas de fonctionnement à puissance constante,

continu dans le temps.

Cette figure est obtenue [3-2] à partir des équations (3.43) et(3.45) dans lesquelles le terme tenant compte du gradient géothermique réduit

(G) est négligé (la figure (3-6) montrant que son influence peut être négligéeassez vite).

L'évolution de 0 linéaire sur ce graphique semi-logarithmique

(échelle logarithmique pour les temps réduits fiqure (3-7))montre que

l'approximation logarithmique (équation 3.46) est rapidement suffisante.

89

Variation de A0 ou de Q pour une puissance fixée ?

L'approximation logarithmioue de 0 (0 ~ -^ - P [ln(t ) - P])

' 0s - (00 + gh/2)et la définition de 0 (0 = ttt ) conduisent à :r r A0

0s ~ (00 + gh/2) -t- ^ - A0.P [in(tr) - F] -A0m (3.47)

avec AG^y, : pertes thermiques entres les deux colonnes de fluide

(AGl = -~-^ A0, équation (3.11))UlYpS

La pompe à chaleur exploite A0 et la température en sortie d' évapo¬

rateur, donc en injection dans l'échangeur (0), sera :

0^ = 0 - A0 (équation (3.34))

donc :

nh 1 TTX_r.ph

Q^ ~ i%*^) - àQ ij^ -q7T~ ^ ^ Lln(t^) - r]) (3.48)

Le premier terme de l'équation : Q * ^ est indépendant de l'exploi¬tation, ainsi queA0 P[ln(t - F] (car c'est le produit A0.Q qui intervient ici),

J TiX_r.phmais le second terme A0 (-^ -i- ! ) dépend du type d'exploitation choisie :

^ QYpe

- si A0 augmente (donc Q diminue dans le même rapport), il va augmenter,

- si A0 diminue (donc Q augmente dans le même rapport), il va diminuer.

Plus ce terme augmentera, plus 0j et donc la température en sortie

de l'évaporateur diminuera, ce qui est néfaste car le fonctionnement de la

pompe à chaleur est limité par un seuil en sortie d'évaporateur (voir chapi¬

tre 4).

On a donc intérêt à augmenter Q le débit de circulation du fluide

(dans la mesure où cela n'induit pas de pertes de charges hydrauliques trop

importantes dans l'échangeur) et diminuer A0 l'écart thermique dans le cas

d'un fonctionnement à puissance constante.

89

Variation de A0 ou de Q pour une puissance fixée ?

L'approximation logarithmioue de 0 (0 ~ -^ - P [ln(t ) - P])

' 0s - (00 + gh/2)et la définition de 0 (0 = ttt ) conduisent à :r r A0

0s ~ (00 + gh/2) -t- ^ - A0.P [in(tr) - F] -A0m (3.47)

avec AG^y, : pertes thermiques entres les deux colonnes de fluide

(AGl = -~-^ A0, équation (3.11))UlYpS

La pompe à chaleur exploite A0 et la température en sortie d' évapo¬

rateur, donc en injection dans l'échangeur (0), sera :

0^ = 0 - A0 (équation (3.34))

donc :

nh 1 TTX_r.ph

Q^ ~ i%*^) - àQ ij^ -q7T~ ^ ^ Lln(t^) - r]) (3.48)

Le premier terme de l'équation : Q * ^ est indépendant de l'exploi¬tation, ainsi queA0 P[ln(t - F] (car c'est le produit A0.Q qui intervient ici),

J TiX_r.phmais le second terme A0 (-^ -i- ! ) dépend du type d'exploitation choisie :

^ QYpe

- si A0 augmente (donc Q diminue dans le même rapport), il va augmenter,

- si A0 diminue (donc Q augmente dans le même rapport), il va diminuer.

Plus ce terme augmentera, plus 0j et donc la température en sortie

de l'évaporateur diminuera, ce qui est néfaste car le fonctionnement de la

pompe à chaleur est limité par un seuil en sortie d'évaporateur (voir chapi¬

tre 4).

On a donc intérêt à augmenter Q le débit de circulation du fluide

(dans la mesure où cela n'induit pas de pertes de charges hydrauliques trop

importantes dans l'échangeur) et diminuer A0 l'écart thermique dans le cas

d'un fonctionnement à puissance constante.

90

B) Fonctionnement à puissance exploitée variable :

L'écart thermique de référence (A0) peut être choisi parmi l'un

des A0i de fonctionnement et les écarts thermiques réduits sont définis ainsi

(A0i - A0i_i)^^ri = ^ (3.49)

avec : A0_2 = 0

Les temps réduits t pour les débuts de chaque palier sont de

la forme :

4Dt.t = T (3.50)

r rî ô

e (.. - Q

L'équation (3.37) devient alors (avec G = gh/A0 et 0 = -^^^ -)^ A0

, n-1 A0®r = - ^ LZ - 1 - -i^7^] + E HTzn (3.51)

1-e "-' 1=0 1-e 1'

avec : Z.' = P.Ei [. . ] (3.52): z; = P. El [-r^- ]1 Lr-tp^

C) Fonctionnement à température Q.j. constante

Dans ce cas la température réduite est définie ainsi :

0s - Qo

'^ = 0, - 0o ^^-"^

avec : 0 : température en sortie d'échangeur ,

0 : température dans la roche à z = 0 ,

0. : température d'injection constante .

Le gradient qéothermique réduit G' est défini par :

G'=f;^ (3.54)1 0

90

B) Fonctionnement à puissance exploitée variable :

L'écart thermique de référence (A0) peut être choisi parmi l'un

des A0i de fonctionnement et les écarts thermiques réduits sont définis ainsi

(A0i - A0i_i)^^ri = ^ (3.49)

avec : A0_2 = 0

Les temps réduits t pour les débuts de chaque palier sont de

la forme :

4Dt.t = T (3.50)

r rî ô

e (.. - Q

L'équation (3.37) devient alors (avec G = gh/A0 et 0 = -^^^ -)^ A0

, n-1 A0®r = - ^ LZ - 1 - -i^7^] + E HTzn (3.51)

1-e "-' 1=0 1-e 1'

avec : Z.' = P.Ei [. . ] (3.52): z; = P. El [-r^- ]1 Lr-tp^

C) Fonctionnement à température Q.j. constante

Dans ce cas la température réduite est définie ainsi :

0s - Qo

'^ = 0, - 0o ^^-"^

avec : 0 : température en sortie d'échangeur ,

0 : température dans la roche à z = 0 ,

0. : température d'injection constante .

Le gradient qéothermique réduit G' est défini par :

G'=f;^ (3.54)1 0

91

* Pour la descente du fluide par l'annulaire, l'équation (3.30)

devient :

0' = e^-^/^^ + G' [1 - Z + Ze"^/^] (3.55)r

(le temps réduit t étant égal à 4tD/r^ )

* Pour la descente du fluide par le tube central, l'équation (3.33)

s'écrit alors :

Q. = e(-l/Z) - G' [e-^/^ - Z + Ze-^/2] (3.56)r

* Pour les temps lonqs (t. -> °° et t -» «>)

les deux expressions de 0' -»- 1, ce qui revient à dire que

0 -» 0. donc qu'on ne "prélève" plus rien sur l'encaissant.

3.2.2 - Solution numérique

3.2.2.1 - Conception du modèle

Il s'agit de résoudre les équations aux dérivées partielles pré¬

sentées au paragraphe 3.1.2.3 en tenant compte des conditions aux limites

et initiales dans le domaine défini.

Le modèle conçu dans le cadre de ce travail est basé sur la méthode

des différences finies. Cette méthode consiste à écrire les bilans de flux

sur chaque maille, les dérivées partielles intervenant dans les flux et les

variations de stock sont remplacées au premier ordre par des accroissements

finis d'où un système linéaire avec une équation par maille.

Les flux sont exprimés en fonction des températures inconnues à

l'instant suivant et le système linéaire est résolu par un algorithme itératif.

91

* Pour la descente du fluide par l'annulaire, l'équation (3.30)

devient :

0' = e^-^/^^ + G' [1 - Z + Ze"^/^] (3.55)r

(le temps réduit t étant égal à 4tD/r^ )

* Pour la descente du fluide par le tube central, l'équation (3.33)

s'écrit alors :

Q. = e(-l/Z) - G' [e-^/^ - Z + Ze-^/2] (3.56)r

* Pour les temps lonqs (t. -> °° et t -» «>)

les deux expressions de 0' -»- 1, ce qui revient à dire que

0 -» 0. donc qu'on ne "prélève" plus rien sur l'encaissant.

3.2.2 - Solution numérique

3.2.2.1 - Conception du modèle

Il s'agit de résoudre les équations aux dérivées partielles pré¬

sentées au paragraphe 3.1.2.3 en tenant compte des conditions aux limites

et initiales dans le domaine défini.

Le modèle conçu dans le cadre de ce travail est basé sur la méthode

des différences finies. Cette méthode consiste à écrire les bilans de flux

sur chaque maille, les dérivées partielles intervenant dans les flux et les

variations de stock sont remplacées au premier ordre par des accroissements

finis d'où un système linéaire avec une équation par maille.

Les flux sont exprimés en fonction des températures inconnues à

l'instant suivant et le système linéaire est résolu par un algorithme itératif.

R

Zi-i __

Zi

)-, R

maille (i,))

ARj

J

1

AZi

0

''Z

^itiK-snrrÂ|rGirE|f'

\ .. fl

/

^->

">-^

-y/

LZ

///

¿cm.¿-te ó(xpeAx.ea/ie

¿^.¿-te

//

/_y ^/ y^

m

lnf.érleure

la

térale

R

K)

Figure 3-8 : Modèle numérique .Schématisation du domalnz dz résolution ; r.ialtlagz et notatlom utilisées.

R

Zi-i __

Zi

)-, R

maille (i,))

ARj

J

1

AZi

0

''Z

^itiK-snrrÂ|rGirE|f'

\ .. fl

/

^->

">-^

-y/

LZ

///

¿cm.¿-te ó(xpeAx.ea/ie

¿^.¿-te

//

/_y ^/ y^

m

lnf.érleure

la

térale

R

K)

Figure 3-8 : Modèle numérique .Schématisation du domalnz dz résolution ; r.ialtlagz et notatlom utilisées.

- 93 -

Les hypothèses présentées précédemment ont permis d'arriver aux

équations (3.06) et (3.10) rappelées ici :

^R Tt = ^R ^T-F * 7 ^ li^J ^^'°^^(dans l'encaissant)

30r 30F 30

(dans l'échangeur)

3.2.2.2 - Maillage du domaine de résolution

Le domaine de résolution (plan vertical) est découpé en mailles

rectangulaires qui sont les sections des anneaux tridimensionnels coupés par

ce plan vertical. La taille des mailles est faible, dans les zones de fort

gradient de température, en particulier au voisinage de l'échangeur. Le découpage

du domaine et les notations utilisées sont représentés fiqure (3-3).

L'épaisseur des mailles (AZ.) est égale sur toute la hauteur

de l'échangeur ; sous celui-ci l'épaisseur des premières mailles est faible, elle

augmente avec la profondeur suivant une progression géométrique dont la raison

est donnée par l'utilisateur.

La largeur des mailles (AR.) faible près de l'échangeur augmente

radialement à celui-ci suivant une progression géométrique de raison fixée

par l'utilisateur.

Le demi-échangeur (symétrie du problème) composé d'un demi-espace

central, d'un demi-tube intérieur, d'un demi-espace annulaire est découpé

en trois colonnes de mailles, chacune correspondant à un demi-espace.

Aux limites géométriques du domaine (axe de symétrie, limite laté¬rale, surface du sol, limite inférieure) une colonne ou une ligne de maillesfictives permet de prendre en compte les conditions aux limites : ellesservent au calcul des coefficients des équations.

- 93 -

Les hypothèses présentées précédemment ont permis d'arriver aux

équations (3.06) et (3.10) rappelées ici :

^R Tt = ^R ^T-F * 7 ^ li^J ^^'°^^(dans l'encaissant)

30r 30F 30

(dans l'échangeur)

3.2.2.2 - Maillage du domaine de résolution

Le domaine de résolution (plan vertical) est découpé en mailles

rectangulaires qui sont les sections des anneaux tridimensionnels coupés par

ce plan vertical. La taille des mailles est faible, dans les zones de fort

gradient de température, en particulier au voisinage de l'échangeur. Le découpage

du domaine et les notations utilisées sont représentés fiqure (3-3).

L'épaisseur des mailles (AZ.) est égale sur toute la hauteur

de l'échangeur ; sous celui-ci l'épaisseur des premières mailles est faible, elle

augmente avec la profondeur suivant une progression géométrique dont la raison

est donnée par l'utilisateur.

La largeur des mailles (AR.) faible près de l'échangeur augmente

radialement à celui-ci suivant une progression géométrique de raison fixée

par l'utilisateur.

Le demi-échangeur (symétrie du problème) composé d'un demi-espace

central, d'un demi-tube intérieur, d'un demi-espace annulaire est découpé

en trois colonnes de mailles, chacune correspondant à un demi-espace.

Aux limites géométriques du domaine (axe de symétrie, limite laté¬rale, surface du sol, limite inférieure) une colonne ou une ligne de maillesfictives permet de prendre en compte les conditions aux limites : ellesservent au calcul des coefficients des équations.

- 94 -

3.2.2.3 - Discrétisation des équations

Dans chaque maille le bilan thermique est discrétisé .

A) Dans l'encaissant :

Le flux emmagasiné dans une maille (anneau à section rectangulaire

centré sur l'axe de l'échangeur) est égal à la somme des flux échangés avec

les 4 mailles voisines et l'équation discrétisée s'écrit :

^'^^^J'^^ ^t ^- ^ ' L(AZ,_^+AZ.)/2 "" ^^-l,j h, y

^Sl,j K+1 ^K+l. ^î,j ,,K+1 jK+1.* (AZ.-hAZ._^^)/2 "" ^ l-Hl,j " 'i,j^ * (ARj + AR^^p/2 "" ^ i,j-h1 " i,j^

.!|:.L_ (tK*1 .T^*l)] (3.57)(AR .-kAR. j^)/2 ' i,j i,j -'

avec : AU. . : volume de la maille (i,j)^ » J

T. . : température du centre de la maille (i,j) au pas de temps K1 > J

AZ. î hauteur des mailles de la ligne i

AR . î largeur des mailles de la colonne j

S = Se = tt(R' . - R' . ,) (3. 58. a)fî,j î-l,j J J-^

(aire de la face horizontale entre les mailles (i,j) et (i-l,j))

Se. . = S., , . = -iï X (R' . - R' . , ) ,, ô ^,îjj N.i+i,j J J-l' (3.58.b)(aire de la face horizontale entre les mailles

(i,j) et (i-Hl,j))

- 94 -

3.2.2.3 - Discrétisation des équations

Dans chaque maille le bilan thermique est discrétisé .

A) Dans l'encaissant :

Le flux emmagasiné dans une maille (anneau à section rectangulaire

centré sur l'axe de l'échangeur) est égal à la somme des flux échangés avec

les 4 mailles voisines et l'équation discrétisée s'écrit :

^'^^^J'^^ ^t ^- ^ ' L(AZ,_^+AZ.)/2 "" ^^-l,j h, y

^Sl,j K+1 ^K+l. ^î,j ,,K+1 jK+1.* (AZ.-hAZ._^^)/2 "" ^ l-Hl,j " 'i,j^ * (ARj + AR^^p/2 "" ^ i,j-h1 " i,j^

.!|:.L_ (tK*1 .T^*l)] (3.57)(AR .-kAR. j^)/2 ' i,j i,j -'

avec : AU. . : volume de la maille (i,j)^ » J

T. . : température du centre de la maille (i,j) au pas de temps K1 > J

AZ. î hauteur des mailles de la ligne i

AR . î largeur des mailles de la colonne j

S = Se = tt(R' . - R' . ,) (3. 58. a)fî,j î-l,j J J-^

(aire de la face horizontale entre les mailles (i,j) et (i-l,j))

Se. . = S., , . = -iï X (R' . - R' . , ) ,, ô ^,îjj N.i+i,j J J-l' (3.58.b)(aire de la face horizontale entre les mailles

(i,j) et (i-Hl,j))

- 95 -

Sr- = S,.|. . , = 2ti X R. X AZ. (3. 59. a)Ei,j Wi,J+l J 1

(aire de la face verticale entre les mailles

(i,j) et (i,j+l) )

Sy. . = Sr. . , = 2ïï X R . , X AZ . (3.59.b)'*'i,j ^1,3-1 J-l 1


(i,j) et (i,j-l))

Soit(T^*^ - T^ .)

Y X V. .X ^?J,. i-i-L rX[(Ku. . + Ku. , .-t- K,.,. . + K. , . . ,) T^"^":' l,j At * î,J î+l,J Wi,j '>/i,j-(.l' i,j -

( Km . . X T . , + Km . , T . , + Kij . . x T . . , -t-1^1, J 1-1, j "^1+1, J a-t-l,J "-î.J i,J-l

^Wi.j+l ^ i,j+l)] (3.60)

27T X (R* - R* )

avec : K., = -r= '' ... '<'-^ (3.61)Ni i AZ. , + AZ.^>J 1-1 1

4-n X R . , X AZ .

K,, = -Tp '^^^ (3-62)"î.j ^^j-1 * ^^j

et 1 á i ^ n avec n : nombre de lignes

1 ^ j ^ m avec m : nombre de colonnes

Ces coefficients sont calculés pour chaque maille, et expriment

sur les mailles frontières les conditions aux limites.

- 95 -

Sr- = S,.|. . , = 2ti X R. X AZ. (3. 59. a)Ei,j Wi,J+l J 1


(i,j) et (i,j+l) )

Sy. . = Sr. . , = 2ïï X R . , X AZ . (3.59.b)'*'i,j ^1,3-1 J-l 1


(i,j) et (i,j-l))

Soit(T^*^ - T^ .)

Y X V. .X ^?J,. i-i-L rX[(Ku. . + Ku. , .-t- K,.,. . + K. , . . ,) T^"^":' l,j At * î,J î+l,J Wi,j '>/i,j-(.l' i,j -

( Km . . X T . , + Km . , T . , + Kij . . x T . . , -t-1^1, J 1-1, j "^1+1, J a-t-l,J "-î.J i,J-l

^Wi.j+l ^ i,j+l)] (3.60)

27T X (R* - R* )

avec : K., = -r= '' ... '<'-^ (3.61)Ni i AZ. , + AZ.^>J 1-1 1

4-n X R . , X AZ .

K,, = -Tp '^^^ (3-62)"î.j ^^j-1 * ^^j

et 1 á i ^ n avec n : nombre de lignes

1 ^ j ^ m avec m : nombre de colonnes

Ces coefficients sont calculés pour chaque maille, et expriment

sur les mailles frontières les conditions aux limites.

- 96

B) Vans l'échangeur :

Les échanges dans l'annulaire ont été discrétisés sans prendre

en compte les transferts thermiques entre l'annulaire et le tube central(calculés globalement par ailleurs pour une raison de simplification des

calculs) . L'équation s'écrit :

(T^*^ - T^ .)S , ^z. x^-J ^ = f [il^^l , - T^*^) . (T^ . . - T^ .)]ai /^^. 2 ' 1-1, J i,J 1-1, J i,j -

JL (tI^*! - t"^*^ ,) (3.63)

At

4xXxAZ. xTTxR1

AR . ,J+1

avec : S : section de l'annulairea

Q : débit du fluide dans l'échangeur

Le premier terme du membre de droite de cette équation calculela moyenne sur le pas de temps des échanges convectifs verticaux dans l'échan¬

geur. Le second terme représente le flux échangé avec l'encaissant.

3.2.2.4 - Expression des conditions aux limites

A) Dans V encaissant

Iemgérature_constante à la surface du sol :

Vj, VK : tJj = T^ (3.64)

lË!!lEËEËÎy£Ë_D§t!dEËUË_2_l5_l^'"^*^^ inférieure (maille n) :

Vj, VK: T^^. =T^ (3.65)

AZnavec : \^ \* ^ (Z^, + "f" ) (3.66)

avec g le gradient géothermique.

- 96

B) Vans l'échangeur :

Les échanges dans l'annulaire ont été discrétisés sans prendre

en compte les transferts thermiques entre l'annulaire et le tube central(calculés globalement par ailleurs pour une raison de simplification des

calculs) . L'équation s'écrit :

(T^*^ - T^ .)S , ^z. x^-J ^ = f [il^^l , - T^*^) . (T^ . . - T^ .)]ai /^^. 2 ' 1-1, J i,J 1-1, J i,j -

JL (tI^*! - t"^*^ ,) (3.63)

At

4xXxAZ. xTTxR1

AR . ,J+1

avec : S : section de l'annulairea

Q : débit du fluide dans l'échangeur

Le premier terme du membre de droite de cette équation calculela moyenne sur le pas de temps des échanges convectifs verticaux dans l'échan¬

geur. Le second terme représente le flux échangé avec l'encaissant.

3.2.2.4 - Expression des conditions aux limites

A) Dans V encaissant

Iemgérature_constante à la surface du sol :

Vj, VK : tJj = T^ (3.64)

lË!!lEËEËÎy£Ë_D§t!dEËUË_2_l5_l^'"^*^^ inférieure (maille n) :

Vj, VK: T^^. =T^ (3.65)

AZnavec : \^ \* ^ (Z^, + "f" ) (3.66)

avec g le gradient géothermique.

97 -

0 Flux nul sur- la limite latérale du domaine entre les

mailles m et m + 1 :

K,, =0 (3.67)1 ,m-4-l

B) A la limite écliangeur- encaissant

* La température est continue (pas de couche limite thermique)

donc :

* pour la colonne de mailles située près de l'échangeur :

AR._, = 0 (3.68)

* pour les mailles situées sous l'échangeur :

AZ. , = 0 (3.69)1-1

C) Dans V écliangeur

m Flux nul sur l'axe de symétrie :

^i : Ky.^^ = 0 (3.70)

« TempJ_raturj__d_'_inJ^^_ti_on :

VK: T^^^ -.1.^. (3.71)

avec T. . : température d'injection du fluide

Dans le cas d'une exploitation à puissance constante :

^nj = 'l:\ - ^t (3.72)

K-1avec : ^ 4 ' température au bas de l'échangeur au pas de

temps K-1

(p : valeur de l'indice i des mailles (i,j) au bas de

l'échangeur)

En bas de l'échangeur un échange conductif vertical avec la

maille (p -i- l,j) est pris en compte en plus de l'échange conductif horizontalavec la maille (p, j-i-1).

97 -

0 Flux nul sur- la limite latérale du domaine entre les

mailles m et m + 1 :

K,, =0 (3.67)1 ,m-4-l

B) A la limite écliangeur- encaissant

* La température est continue (pas de couche limite thermique)

donc :

* pour la colonne de mailles située près de l'échangeur :

AR._, = 0 (3.68)

* pour les mailles situées sous l'échangeur :

AZ. , = 0 (3.69)1-1

C) Dans V écliangeur

m Flux nul sur l'axe de symétrie :

^i : Ky.^^ = 0 (3.70)

« TempJ_raturj__d_'_inJ^^_ti_on :

VK: T^^^ -.1.^. (3.71)

avec T. . : température d'injection du fluide

Dans le cas d'une exploitation à puissance constante :

^nj = 'l:\ - ^t (3.72)

K-1avec : ^ 4 ' température au bas de l'échangeur au pas de

temps K-1

(p : valeur de l'indice i des mailles (i,j) au bas de

l'échangeur)

En bas de l'échangeur un échange conductif vertical avec la

maille (p -i- l,j) est pris en compte en plus de l'échange conductif horizontalavec la maille (p, j-i-1).

NOM DE LA SIMULATION (20 Caracteres) :

Nombre de couches /ert ical esNombre de couches horizontales

Nbre de couches horizo. pour le puitsNbre de couches verticales ds le puits

Capacite calorifique de I'eâu(2>4)Conductivité thermique de l'eau(2<4)

Capacite calorifique de la roche(>4);Conductivité thermique de la roche (>4 ) :

Capacite calorifique de l'isolant (3)Conductivité thermique de l'isolant <3)CI temp. <0/nul; 1/Grad. Geoi 2/CÍ3RAIL. TEM) :

Remontée dans l'annulaire (O/non; 1/ou i ) :

C L en temp, en aval (0/f lux nuli 1/temp).CL en temp. en amont(0/flux nul* 1/temp).

C L. sup. en temp. (0/f lux nuli 1/temp);CL. inf. en temp. (0/flux nul. 1/temp):

Condition d ' in jec t ion (0/T. CSTi 1/DT. CST):TEMPEKATURE D'INJECTION

DZ(1),DZPUI en Metres C2F6. 03DR< 1 ). DR(2). DR(3), DR(4), DR(5), C5F6 03 M:R < 1 ) en Metre

Facteur multiplicatif des rayons :

Facteur multiplicatif des profondeursDebit en M3/h dans le puits :

CORD »»»*«»»««»»»*«» 15 Avril25352140 42E70. 60. 22E72. 40. 22E70. 1

1

0001

1

1

-20. 01 5.0. 01 O. 06-0. 011. 52. 01.

so00

0. 02 0. 02 0. 01

Pas de temps(sec. )pris en compte si Q=0: 10.Durée de la simulation (en jours)

Nombre de points a historiquePoints a historique (212; 212; etc )

Nombre de dates de sortieDates de sortie (en jours) (10F5. 0)

0. 18E+03

2 4; 21101.0 5.0

4;

10. 20. 30. 45. 60. 90. 120. 150.

Figure 3-9 ; Simulation numérique du comportement thermique de l'échangeun CORAIL.Flcltcer des caractéristiques de l' écliangeur.

NOM DE LA SIMULATION (20 Caracteres) :

Nombre de couches /ert ical esNombre de couches horizontales

Nbre de couches horizo. pour le puitsNbre de couches verticales ds le puits

Capacite calorifique de I'eâu(2>4)Conductivité thermique de l'eau(2<4)

Capacite calorifique de la roche(>4);Conductivité thermique de la roche (>4 ) :

Capacite calorifique de l'isolant (3)Conductivité thermique de l'isolant <3)CI temp. <0/nul; 1/Grad. Geoi 2/CÍ3RAIL. TEM) :

Remontée dans l'annulaire (O/non; 1/ou i ) :

C L en temp, en aval (0/f lux nuli 1/temp).CL en temp. en amont(0/flux nul* 1/temp).

C L. sup. en temp. (0/f lux nuli 1/temp);CL. inf. en temp. (0/flux nul. 1/temp):

Condition d ' in jec t ion (0/T. CSTi 1/DT. CST):TEMPEKATURE D'INJECTION

DZ(1),DZPUI en Metres C2F6. 03DR< 1 ). DR(2). DR(3), DR(4), DR(5), C5F6 03 M:R < 1 ) en Metre

Facteur multiplicatif des rayons :

Facteur multiplicatif des profondeursDebit en M3/h dans le puits :

CORD »»»*«»»««»»»*«» 15 Avril25352140 42E70. 60. 22E72. 40. 22E70. 1

1

0001

1

1

-20. 01 5.0. 01 O. 06-0. 011. 52. 01.

so00

0. 02 0. 02 0. 01

Pas de temps(sec. )pris en compte si Q=0: 10.Durée de la simulation (en jours)

Nombre de points a historiquePoints a historique (212; 212; etc )

Nombre de dates de sortieDates de sortie (en jours) (10F5. 0)

0. 18E+03

2 4; 21101.0 5.0

4;

10. 20. 30. 45. 60. 90. 120. 150.

Figure 3-9 ; Simulation numérique du comportement thermique de l'échangeun CORAIL.Flcltcer des caractéristiques de l' écliangeur.

99 -

3.2.2.5 - Choix du pas de temps

A chaque pas de temps on résoud un système d'équations (une par mail¬

le) sur le domaine de façon itérative et l'on obtient une carte des températures.

Lorsque l'écart maximal de température sur le domaine entre deux itérations est

inférieur à un seuil fixé par l'utilisateur, la carte des températures trouvée

à la dernière itération est considérée comme la solution. On passe alors au pas

de temps suivant.

Pour éviter que le calcul ne soit trop long, le pas de temps initial

ne doit pas être trop fort.

Au cours du calcul, le pas de temps sera automatiquement augmenté

ou diminué inversement au nombre d'itérations nécessaires au pas de temps

précédent, suivant un facteur fixé par l'utilisateur.

3.2.2.6 - Mise en route du proqramme par l'utilisateur

Les données de la simulation (paramètres thermiques, débit du

fluide, dimension de l'échangeur, nombre et taille des mailles, conditions

aux limites et initiales, critère de convergence...) sont stockées dans un

fichier que l'utilisateur remet à jour à son gré.

Ce fichier (fiqure(3-9j) lu par le programme est utilisé pour la

simulation et imprimé sur la liste des résultats de cette dernière.

Le programme peut prendre en compte soit :

- une température uniforme sur tout le domaine,

- un gradient géothermique dont la valeur est précisée par l'uti¬

lisateur,

- une carte des températures, résultat d'une simulation précédente.

Le programme imprime des cartes de températures aux dates choisies

par l'utilisateur et peut garder en mémoire l'historique de certaines mailles.

Ce programme est mis en oeuvre sur le mini-ordinateur VAX 780

(DIGITAL-EQUIPMENT) en langage FORTRAN .

99 -

3.2.2.5 - Choix du pas de temps

A chaque pas de temps on résoud un système d'équations (une par mail¬

le) sur le domaine de façon itérative et l'on obtient une carte des températures.

Lorsque l'écart maximal de température sur le domaine entre deux itérations est

inférieur à un seuil fixé par l'utilisateur, la carte des températures trouvée

à la dernière itération est considérée comme la solution. On passe alors au pas

de temps suivant.

Pour éviter que le calcul ne soit trop long, le pas de temps initial

ne doit pas être trop fort.

Au cours du calcul, le pas de temps sera automatiquement augmenté

ou diminué inversement au nombre d'itérations nécessaires au pas de temps

précédent, suivant un facteur fixé par l'utilisateur.

3.2.2.6 - Mise en route du proqramme par l'utilisateur

Les données de la simulation (paramètres thermiques, débit du

fluide, dimension de l'échangeur, nombre et taille des mailles, conditions

aux limites et initiales, critère de convergence...) sont stockées dans un

fichier que l'utilisateur remet à jour à son gré.

Ce fichier (fiqure(3-9j) lu par le programme est utilisé pour la

simulation et imprimé sur la liste des résultats de cette dernière.

Le programme peut prendre en compte soit :

- une température uniforme sur tout le domaine,

- un gradient géothermique dont la valeur est précisée par l'uti¬

lisateur,

- une carte des températures, résultat d'une simulation précédente.

Le programme imprime des cartes de températures aux dates choisies

par l'utilisateur et peut garder en mémoire l'historique de certaines mailles.

Ce programme est mis en oeuvre sur le mini-ordinateur VAX 780

(DIGITAL-EQUIPMENT) en langage FORTRAN .

100 -

lu *

1. -

_ solution analytique de RAMEY

modèle numénlque

ECART10.

TEMPS, EN JOURS.

Figure 3-10 : Dispositif CORAIL : température d'Injection constante.Comparaison de l' évolution au cours du temps de latempérature en sortie d' écliangeur (0 ) obtenue parle modèle numénlque et la solution analytique de RAMEV.

100 -

lu *

1. -

_ solution analytique de RAMEY

modèle numénlque

ECART10.

TEMPS, EN JOURS.

Figure 3-10 : Dispositif CORAIL : température d'Injection constante.Comparaison de l' évolution au cours du temps de latempérature en sortie d' écliangeur (0 ) obtenue parle modèle numénlque et la solution analytique de RAMEV.

101

3.2.3 - Coniparaison et validation des sojutions

La comparaison des résultats du modèle à ceux de la solution

analytique a permis de le valider.

La solution analytique négligeant les échanges conductifs verti¬

caux dans l'encaissant, on a dû réaliser une simulation tenant compte de cette

hypothèse supplémentaire.

La fiqure (3-10) montre l'écart entre la simulation numérique

et la solution analytique de RAMEY pour les valeurs suivantes des para¬

mètres :

= 0,6 Wm"^K~^

= 4,18 X 10^ Jm"'K"^

= 2,4 Wm"^K'^

= 2,2 X 10^ Jm"'K'^

= 100 m

= 0,02 km''

= 12°C

= 6°C (température d'injection constante)

= 1 m'h"'

= 0,1 m

et ce pour 50 jours de fonctionnement.

La différence entre les deux résultats a une valeur maximale de

l'ordre de 0 ,15°C, elle diminue au cours du temps pour devenir pratiquement

nulle au bout de 50 jours.

'R

h

g

0o

0.1

Q

r

L'obtention de résultats pratiquement semblables par les deux

méthodes permet de valider le modèle numérique.

101

3.2.3 - Coniparaison et validation des sojutions

La comparaison des résultats du modèle à ceux de la solution

analytique a permis de le valider.

La solution analytique négligeant les échanges conductifs verti¬

caux dans l'encaissant, on a dû réaliser une simulation tenant compte de cette

hypothèse supplémentaire.

La fiqure (3-10) montre l'écart entre la simulation numérique

et la solution analytique de RAMEY pour les valeurs suivantes des para¬

mètres :

= 0,6 Wm"^K~^

= 4,18 X 10^ Jm"'K"^

= 2,4 Wm"^K'^

= 2,2 X 10^ Jm"'K'^

= 100 m

= 0,02 km''

= 12°C

= 6°C (température d'injection constante)

= 1 m'h"'

= 0,1 m

et ce pour 50 jours de fonctionnement.

La différence entre les deux résultats a une valeur maximale de

l'ordre de 0 ,15°C, elle diminue au cours du temps pour devenir pratiquement

nulle au bout de 50 jours.

'R

h

g

0o

0.1

Q

r

L'obtention de résultats pratiquement semblables par les deux

méthodes permet de valider le modèle numérique.

- 102 -

S«

o)

o

ti--c

-5 43

11

modèle numérique

solution anal/tique

i I ! I I ! I II I ! I I I I I lî , I ' I I M I M I I I I II II I /*.4

.. a

fS

Temps KidwU ; -Ca. - ^P--:/>.g

Figure 3- 1 1 : Dispositif CORAIL [exploitation à puissance constante).Comparaison de l' évolution a-.t cours du temps de la températureen sortie d' écliangeur (0 ) obtenue par solution analytiqueet modèle numérique,[d'après AUSSEUR, SAUiy, coll. GRIMA, JA/, 1983, [3-2]).

I ! I IpI I I

/S

ri''

modèle numériquesolution analytique

-t 1 I I I M I , -(H 1 I I I I I I I I I I I I I nr

sa

-tz

..fi

..-to

Tejnpi KidiuX -t^^ » ^^^-^"-0

Figure 3-12 : Dispositif CORAIL -. exploitation à température constante.Comparaison de l' évolution de la tempénature en sortied' écliangeur (0 ) en fonction du temps réduit [t ) obtenuepan so-tutlon analytique et modzlz numénlquz.[d'aprzs AUSSEUR, SAUTV, coll. GRIMA, JA/, 1983, [3-2]).

: écliangeur CORAIL unlouz , ** -. dispositif dz stockagz

- 102 -

S«

o)

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11

modèle numérique

solution anal/tique

i I ! I I ! I II I ! I I I I I lî , I ' I I M I M I I I I II II I /*.4

.. a

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Temps KidwU ; -Ca. - ^P--:/>.g

Figure 3- 1 1 : Dispositif CORAIL [exploitation à puissance constante).Comparaison de l' évolution a-.t cours du temps de la températureen sortie d' écliangeur (0 ) obtenue par solution analytiqueet modèle numérique,[d'après AUSSEUR, SAUiy, coll. GRIMA, JA/, 1983, [3-2]).

I ! I IpI I I

/S

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modèle numériquesolution analytique

-t 1 I I I M I , -(H 1 I I I I I I I I I I I I I nr

sa

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..fi

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Tejnpi KidiuX -t^^ » ^^^-^"-0

Figure 3-12 : Dispositif CORAIL -. exploitation à température constante.Comparaison de l' évolution de la tempénature en sortied' écliangeur (0 ) en fonction du temps réduit [t ) obtenuepan so-tutlon analytique et modzlz numénlquz.[d'aprzs AUSSEUR, SAUTV, coll. GRIMA, JA/, 1983, [3-2]).

: écliangeur CORAIL unlouz , ** -. dispositif dz stockagz

- 103 -

La fiqure (3-11) [3-2] montre que dans le cas d'exploitation à

puissance constante (Q = ImVh et A0 = 2K), solution analytique et modèle

numérique conduisent également aux mêmes résultats.

Dès que le temps réduit t est supérieur à 50 seul un écart

de 0,05 degrés Celsius subsiste entre les températures en sortie d'échangeur

obtenues par les deux méthodes :

Pour / Xp = 3, 2 Wm~'K~' (cas d'un granite)'R

et

Yr = 2,2 10^ Jm"'K~'

t = 50 revient à : t = 1 jour pour r =0,1

t = 6 heures pour r = 0,05 m

La figure (3-12) représente l'évolution de la température en

sortie d'échangeur (0 ) en fonction du temps réduit pour une exploitation à

température constante (0. = 31°C) ; la dénomination milieu illimité correspond

à l'échangeur CORAIL seul et celle de milieu confiné (R = 3 m) au dispositif

de stockage constitué de plusieurs échangeurs CORAIL distants de 3 m [3-2].

Ces trois figures valident le modèle numérique. Elles permettent

également de vérifier la bonne précision des solutions analytiques pour les

temps longs (qui nous intéressent quant à l'exploitation du dispositif CORAIL).

3.3 - APPLICATION AU PROJET DE LANNION

3.3.1 - iiroiet_dej;référence''

Le chauffage de l'école maternelle présente un fonctionnement dis¬

continu (chapitre 2). Pour utiliser le modèle numérique avec un temps de calcul

réduit, on suppose un fonctionnement fictif moyen du dispositif CORAIL sur la

saison de chauffage. Ceci revient à considérer un débit fictif moyen continu

du fluide dans l'échangeur (= débit réel multiplié par le rapport du nombre

d'heures d'utilisation du chauffage au nombre total d'heures de la saison de

chauffage) .

- 103 -

La fiqure (3-11) [3-2] montre que dans le cas d'exploitation à

puissance constante (Q = ImVh et A0 = 2K), solution analytique et modèle

numérique conduisent également aux mêmes résultats.

Dès que le temps réduit t est supérieur à 50 seul un écart

de 0,05 degrés Celsius subsiste entre les températures en sortie d'échangeur

obtenues par les deux méthodes :

Pour / Xp = 3, 2 Wm~'K~' (cas d'un granite)'R

et

Yr = 2,2 10^ Jm"'K~'

t = 50 revient à : t = 1 jour pour r =0,1

t = 6 heures pour r = 0,05 m

La figure (3-12) représente l'évolution de la température en

sortie d'échangeur (0 ) en fonction du temps réduit pour une exploitation à

température constante (0. = 31°C) ; la dénomination milieu illimité correspond

à l'échangeur CORAIL seul et celle de milieu confiné (R = 3 m) au dispositif

de stockage constitué de plusieurs échangeurs CORAIL distants de 3 m [3-2].

Ces trois figures valident le modèle numérique. Elles permettent

également de vérifier la bonne précision des solutions analytiques pour les

temps longs (qui nous intéressent quant à l'exploitation du dispositif CORAIL).

3.3 - APPLICATION AU PROJET DE LANNION

3.3.1 - iiroiet_dej;référence''

Le chauffage de l'école maternelle présente un fonctionnement dis¬

continu (chapitre 2). Pour utiliser le modèle numérique avec un temps de calcul

réduit, on suppose un fonctionnement fictif moyen du dispositif CORAIL sur la

saison de chauffage. Ceci revient à considérer un débit fictif moyen continu

du fluide dans l'échangeur (= débit réel multiplié par le rapport du nombre

d'heures d'utilisation du chauffage au nombre total d'heures de la saison de

chauffage) .

ü) 13.UJtu

Q2 11.UJ

FORAGE

UJ 8.O

UJ 7.

2 5-UJ

TEMPERATURE

v^-*v,^

e.

III

J~*" ' * ___ 0 = 0,2 m

~*~ ' h 0 ' 0,1 m

lllll

ai. flB. se. ize. tsB.

TEMPS EN JOURS

1

1

IBB. ZUL

14.

tnl3.UJK

a2 11.UJ

Ul lE.u

i «u.ixj 8.Q

UJ 7.

o: B.O)

Ul

UJ 4.q:

- 3cr

Û. 2-

UJI- 1.

e.

0 =

0,2

0,1

10 le 5 10*

TEMPS EN JOURS

10' 10'

Flgurz 3-13-b

Flgurz 3-13 : Influzncz du dlamztrz sur l' évolution dz la températureen sortie d' écliangeur CORAIL pour les canactéristiquesdu projet de référence [résultats de la simulation numériquede la 1ère saison de diauffage) :

- a : échelle cartésienne,- fa : écliellz seml-loganltlvnlquz.

ü) 13.UJtu

Q2 11.UJ

FORAGE

UJ 8.O

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TEMPERATURE

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III

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TEMPS EN JOURS

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TEMPS EN JOURS

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Flgurz 3-13-b

Flgurz 3-13 : Influzncz du dlamztrz sur l' évolution dz la températureen sortie d' écliangeur CORAIL pour les canactéristiquesdu projet de référence [résultats de la simulation numériquede la 1ère saison de diauffage) :

- a : échelle cartésienne,- fa : écliellz seml-loganltlvnlquz.

- 105 -

Un projet de "référence" est alors défini par la valeur des para¬

mètres suivants :

^ = 3,2 Wm"^K~^

= 2,2 10^ Jm'^K'^

r 0»6 Wm~^K"^

'R

'R

V

Q

h

g

00

A0

= 4,18 10^ Jm'^K'^

= 1 m^h"^

= 200 m

= 0,02 km'^

= 12°C

= 2°C

= 0 ,1 m

(3.73)

Dans le cadre de ce projet de référence une étude de sensibilité

à la géométrie de l'échangeur et à la puissance exploitée par la pompe à

chaleur a été réalisée.

3.3.2 - yoriantes

3.3.2.1 - Variation du diamètre de l'échangeur

Deux simulations avec des diamètres de 0,2 m et 0,1 m pour les va¬

leurs des autres paramètres définis pour le projet de référence ont été réalisées.

L'évolution de la température en bas de l'échangeur au cours de la

première année d'exploitation (à un débit fictif moyen continu) est tracée

fiqure (.3.13) .

L'accroissement du rayon (x 2) et corrélativement de la surface

d'échange (x 2) conduit à une augmentation de la température en sortie d'échan¬

geur : le gain thermique croît jusqu'à pratiquement l^C au bout de 90 jours.

- 105 -

Un projet de "référence" est alors défini par la valeur des para¬

mètres suivants :

^ = 3,2 Wm"^K~^

= 2,2 10^ Jm'^K'^

r 0»6 Wm~^K"^

'R

'R

V

Q

h

g

00

A0

= 4,18 10^ Jm'^K'^

= 1 m^h"^

= 200 m

= 0,02 km'^

= 12°C

= 2°C

= 0 ,1 m

(3.73)

Dans le cadre de ce projet de référence une étude de sensibilité

à la géométrie de l'échangeur et à la puissance exploitée par la pompe à

chaleur a été réalisée.

3.3.2 - yoriantes

3.3.2.1 - Variation du diamètre de l'échangeur

Deux simulations avec des diamètres de 0,2 m et 0,1 m pour les va¬

leurs des autres paramètres définis pour le projet de référence ont été réalisées.

L'évolution de la température en bas de l'échangeur au cours de la

première année d'exploitation (à un débit fictif moyen continu) est tracée

fiqure (.3.13) .

L'accroissement du rayon (x 2) et corrélativement de la surface

d'échange (x 2) conduit à une augmentation de la température en sortie d'échan¬

geur : le gain thermique croît jusqu'à pratiquement l^C au bout de 90 jours.

Flgurz 3-14

Figure 3-15

Flgurz 3-14

Figure 3-15

14.

C/1 13.Ultu

a

zll.Ul

Ul 10.

<

u.

UJ 8.âUl 7.

ë 6-en

UJ

Ulce

I-<a:UlCL2:UJ

2. -

10

-^ .

m 13.Ul

ENDEG

Ul 10.n

i »

u 8-a

u 7.

g «en

z 5-Ul

UJ 4.et

q;

C- 2.s:UJH- 1.

\

0.

~^^-^ * __^ I^ 150 m

^^^--^ -^- . ^ Z_= JOO m

^ ^^- ^-^Ji_!'

llll

38100.00. 120.

TEMPS EN JOURS

1

150.

+

K

i

lao.

-

^

210.

Figure 3-1 4-a

10 10 10' 10-

TEMPS EN JOURS

t-^Qure à- 1^-0

Flquiz 3-14 : Influence de la profondeur de ¿'écliangeur (Z) sur l' évoiutlonde la température en sortie d'échangeur CORAIL pour lescaracté.'ils tiques du piojet de référence [résultats de lasitrûla-tion numéllque de la 1ère saison de chauffage :

- a : ¿dielle cartésienne ; - b : écheilz szmi-logarltlmlque.

14.

13.

\^ 3.

2.

1.

Z.

AG = 2°C

14.

C/1UJq:uUJa

zUJ

UJCJ<o:0u.

UJa

UJ1 1

i-a:aen

zUJ

UJcrî-<a:111Cl.2:Ul1-

13.

V

11.

10.

q

8.

7.

R

5.

4.

^,

2.

1.

10

AG = 4°C

30. BO. 00. 120.

TEMPS EN JOURS

isa. im. 21a.

Figure 3-1 S-a

10 5 10 '^

TEMPS EN JOURS

10' 10 =

Figure 3-1 S-b

Figure 3-15 : Influence de la puissance prélevée par la pompz à chaleursur la température en sortie d' écliangeur CORAIL pour lescaractéristiques de la solution de .référence [résultats dela simulation numén.ique de la 1ère balsón de chauffage) :

- a : échelle cartés.tenne ; - fa : échelle seml-logaritlmlque.

14.

C/1 13.Ultu

a

zll.Ul

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u.

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10

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38100.00. 120.

TEMPS EN JOURS

1

150.

+

K

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lao.

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^

210.

Figure 3-1 4-a

10 10 10' 10-

TEMPS EN JOURS

t-^Qure à- 1^-0

Flquiz 3-14 : Influence de la profondeur de ¿'écliangeur (Z) sur l' évoiutlonde la température en sortie d'échangeur CORAIL pour lescaracté.'ils tiques du piojet de référence [résultats de lasitrûla-tion numéllque de la 1ère saison de chauffage :

- a : ¿dielle cartésienne ; - b : écheilz szmi-logarltlmlque.

14.

13.

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2.

1.

Z.

AG = 2°C

14.

C/1UJq:uUJa

zUJ

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UJa

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13.

V

11.

10.

q

8.

7.

R

5.

4.

^,

2.

1.

10

AG = 4°C

30. BO. 00. 120.

TEMPS EN JOURS

isa. im. 21a.

Figure 3-1 S-a

10 5 10 '^

TEMPS EN JOURS

10' 10 =

Figure 3-1 S-b

Figure 3-15 : Influence de la puissance prélevée par la pompz à chaleursur la température en sortie d' écliangeur CORAIL pour lescaractéristiques de la solution de .référence [résultats dela simulation numén.ique de la 1ère balsón de chauffage) :

- a : échelle cartés.tenne ; - fa : échelle seml-logaritlmlque.

- 107 -

3.3.2.2 - Variation de la profondeur du dispositif

Les profondeurs de 75, 100 ("référence") et 150 mètres ont été

simulées ; l'évolution de la température en sortie d'échangeur en fonction du

temps pour ces trois dispositifs est tracée fiqure (3.14).

L'augmentation de la surface d'échange et du volume d'encaissant

sollicité, provoquent une augmentation de la température disponible en sortie

d'échangeur. En fin de saison de chauffage (moment le plus défavorable : on

exploite le dispositif depuis le début de la saison) le gain thermique de

75 à 100 m est de 2°C et de 100 à 150 m, il s'élève à 2, 2°C (soit un gain de

4, 2°C de 75 à 150 m). Ces améliorations permettent d'envisager une exploitation

à plus forte puissance (A6 ou Q plus fort).

3.3.2.3 - Variation de la puissance prélevée par la pompe à

chaleur (A0)

L'exploitation d'un écart double de celui du projet de référence a

été simulée (A0 = 4°C). Les résultats des deux simulations sont présentés

figure (3.15).

L'exploitation par la pompe à chaleur d'un écart de température

de 4°C conduit à une décroissance rapide de la température en sortie de

forage pour une exploitation moyenne continue. Elle est inférieure

à 5°C en fin de la première saison d'exploitation. Comme il convient de

tenir compte de chute ponctuelle due au fonctionnement discontinu du chauffage

et d'une dérive due à l'exploitation sur plusieurs saisons cette valeur laisseprésager des problèmes de gel au niveau de l'évaporateur de la pompe à chaleurà moins d'envisager une utilisation avec de l'eau glycolée. Dans ce cas,

l'équipement (tubage) de l'échangeur entraîne un surcoût.

- 107 -

3.3.2.2 - Variation de la profondeur du dispositif

Les profondeurs de 75, 100 ("référence") et 150 mètres ont été

simulées ; l'évolution de la température en sortie d'échangeur en fonction du

temps pour ces trois dispositifs est tracée fiqure (3.14).

L'augmentation de la surface d'échange et du volume d'encaissant

sollicité, provoquent une augmentation de la température disponible en sortie

d'échangeur. En fin de saison de chauffage (moment le plus défavorable : on

exploite le dispositif depuis le début de la saison) le gain thermique de

75 à 100 m est de 2°C et de 100 à 150 m, il s'élève à 2, 2°C (soit un gain de

4, 2°C de 75 à 150 m). Ces améliorations permettent d'envisager une exploitation

à plus forte puissance (A6 ou Q plus fort).

3.3.2.3 - Variation de la puissance prélevée par la pompe à

chaleur (A0)

L'exploitation d'un écart double de celui du projet de référence a

été simulée (A0 = 4°C). Les résultats des deux simulations sont présentés

figure (3.15).

L'exploitation par la pompe à chaleur d'un écart de température

de 4°C conduit à une décroissance rapide de la température en sortie de

forage pour une exploitation moyenne continue. Elle est inférieure

à 5°C en fin de la première saison d'exploitation. Comme il convient de

tenir compte de chute ponctuelle due au fonctionnement discontinu du chauffage

et d'une dérive due à l'exploitation sur plusieurs saisons cette valeur laisseprésager des problèmes de gel au niveau de l'évaporateur de la pompe à chaleurà moins d'envisager une utilisation avec de l'eau glycolée. Dans ce cas,

l'équipement (tubage) de l'échangeur entraîne un surcoût.

Figure 3-16

Figure 3- 1 7

Figure 3-18

Figure 3-16

Figure 3- 1 7

Figure 3-18

en 13.Ula:(J 12.

a

FORAGE ENpprUJ 8-Q

UJ 7.t »

g"^en

Z 5.UJ

TEMPERATURE;V^^

1

e. 3a.

~~~^^=-=^-=^.

1

EU.

1 1 T - r

"semaine type"

--=:=j1

. Wvuxmeje3eme ameje

li 'II

llll

B0. 12B. isa isa. ZIIL

TEMPS EN JOURS

Figure 3-18 : Dispositif CORAIL : Projet de Lannion. Evolutionde la température en sortie d' écliangeur : semainetype replacée durant la première semained' exploitation.

en 13.Ula:[¿12.Q2 11.Ul

UIÎ0.

g a-U.

UI S-a

UJ 7.

g S.tn

z 5.Ul

Ul 4.et:d

ceUl _a. 2.

Ul1- 1.

0.

;

-

.

1

^^S

30.

1

^£^^^^rzrz:

1

60.

1 1

=t

1 1

lère améz p feme ornée"

Sàne am££

1 1

90. 120. 150. 180. 210.

TEMPS EN JOURS

Figure 3-16 : dispositif CORAIL. Projet de Lannion. Simulation detrois années d' exploitation : évolution de latempérature en sortie d' écliangeur (G ) .

TempéAatufitpouA. un

foncXionnejnziimoyzn

V^manchz Lundi UaA.dl M¿/icA.ecl¿ Jeudi Vendn.e.dl Sajne.dl Dijnanchz Lundi

fiqufie. 3-/7 : Olipoóltí^ CORAIL. PKOjit de. LAMIOH. Simulation "d'unz ¿zmalnz typz" :

zvotution dz ¿a iejnpzfuiiuAZ zn ioKilz cí'éc/iangcuA.

en 13.Ula:(J 12.

a

FORAGE ENpprUJ 8-Q

UJ 7.t »

g"^en

Z 5.UJ

TEMPERATURE;V^^

1

e. 3a.

~~~^^=-=^-=^.

1

EU.

1 1 T - r

"semaine type"

--=:=j1

. Wvuxmeje3eme ameje

li 'II

llll

B0. 12B. isa isa. ZIIL

TEMPS EN JOURS

Figure 3-18 : Dispositif CORAIL : Projet de Lannion. Evolutionde la température en sortie d' écliangeur : semainetype replacée durant la première semained' exploitation.

en 13.Ula:[¿12.Q2 11.Ul

UIÎ0.

g a-U.

UI S-a

UJ 7.

g S.tn

z 5.Ul

Ul 4.et:d

ceUl _a. 2.

Ul1- 1.

0.

;

-

.

1

^^S

30.

1

^£^^^^rzrz:

1

60.

1 1

=t

1 1

lère améz p feme ornée"

Sàne am££

1 1

90. 120. 150. 180. 210.

TEMPS EN JOURS

Figure 3-16 : dispositif CORAIL. Projet de Lannion. Simulation detrois années d' exploitation : évolution de latempérature en sortie d' écliangeur (G ) .

TempéAatufitpouA. un

foncXionnejnziimoyzn

V^manchz Lundi UaA.dl M¿/icA.ecl¿ Jeudi Vendn.e.dl Sajne.dl Dijnanchz Lundi

fiqufie. 3-/7 : Olipoóltí^ CORAIL. PKOjit de. LAMIOH. Simulation "d'unz ¿zmalnz typz" :

zvotution dz ¿a iejnpzfuiiuAZ zn ioKilz cí'éc/iangcuA.

- 109 -

3.3.2.4 - Influence de l'exploitation discontinue du chauffage

A) Résultats graplilques des simulations effectuées

La dérive saisonnière pour un fonctionnement au débit fictif moyen

de 1 m'h'^a été simulée sur trois années (figure (3-16)) : en fin de saison de

chauffage, la température en sortie d'échangeur a diminué de 0,2''C entre la

1ère et la 2ème année et de 0,1°C entre la 2ème et la 3ème année d'exploi¬

tation (ceci pour des saisons de chauffage de 6 mois).

Au fonctionnement moyen simulé (au débit de 1 m'h M correspond une

exploitation intermittente au débit de 3,1 m'h~^. L'école du Rusquet utilise lechauffage 12h par jour et 4,5 jours par semaine soit : de 6 à 18 heures les

lundi , mardi , jeudi et vendredi et de 6 à 12 heures le samedi

(1 m'h"' = 3,1 m'h"' X -Il X ^) .

Le modèle numérique a été utilisé pour simuler une semaine (appelée

"semaine type") de fonctionnement du dispositif CORAIL avec ces périodes de

marche, arrêt en cours et en fin de saison de chauffage. L'évolution de la

température en sortie d'échangeur au cours d'une telle semaine est représentée

figure (3-17). Par rapport à un fonctionnement moyen, la température en sortie

d'échangeur oscille en fonction des périodes de marche ou d'arrêt. Lors des

phases d'exploitation la température chute assez vite : de plus de 3°C par

rapport à la moyenne le mardi et le vendredi soir qui est le jour le plus défa¬

vorable' (fin de semaine). Elle remonte assez rapidement lors des phases

d'arrêt mêmes brèves (les nuits).

La figure D-18') replace une semaine type au cours de la 1ère année

d'exploitation et montre les fluctuations que ce type d'utilisation du chauffage

crée par rapport à une utilisation continue (destinée à couvrir les mêmes

besoins répartis différemment dans le temps).

La simulation heure par heure de la première saison d'exploitation

intermittente du dispositif CORAIL a permis de tracer les figures (3-19-a) et(3-19-b)L3-2].

- 109 -

3.3.2.4 - Influence de l'exploitation discontinue du chauffage

A) Résultats graplilques des simulations effectuées

La dérive saisonnière pour un fonctionnement au débit fictif moyen

de 1 m'h'^a été simulée sur trois années (figure (3-16)) : en fin de saison de

chauffage, la température en sortie d'échangeur a diminué de 0,2''C entre la

1ère et la 2ème année et de 0,1°C entre la 2ème et la 3ème année d'exploi¬

tation (ceci pour des saisons de chauffage de 6 mois).

Au fonctionnement moyen simulé (au débit de 1 m'h M correspond une

exploitation intermittente au débit de 3,1 m'h~^. L'école du Rusquet utilise lechauffage 12h par jour et 4,5 jours par semaine soit : de 6 à 18 heures les

lundi , mardi , jeudi et vendredi et de 6 à 12 heures le samedi

(1 m'h"' = 3,1 m'h"' X -Il X ^) .

Le modèle numérique a été utilisé pour simuler une semaine (appelée

"semaine type") de fonctionnement du dispositif CORAIL avec ces périodes de

marche, arrêt en cours et en fin de saison de chauffage. L'évolution de la

température en sortie d'échangeur au cours d'une telle semaine est représentée

figure (3-17). Par rapport à un fonctionnement moyen, la température en sortie

d'échangeur oscille en fonction des périodes de marche ou d'arrêt. Lors des

phases d'exploitation la température chute assez vite : de plus de 3°C par

rapport à la moyenne le mardi et le vendredi soir qui est le jour le plus défa¬

vorable' (fin de semaine). Elle remonte assez rapidement lors des phases

d'arrêt mêmes brèves (les nuits).

La figure D-18') replace une semaine type au cours de la 1ère année

d'exploitation et montre les fluctuations que ce type d'utilisation du chauffage

crée par rapport à une utilisation continue (destinée à couvrir les mêmes

besoins répartis différemment dans le temps).

La simulation heure par heure de la première saison d'exploitation

intermittente du dispositif CORAIL a permis de tracer les figures (3-19-a) et(3-19-b)L3-2].

lio -

133.0 6.0 90 120lî 150Lî 180

I ; : : 1 I ; Iexploitation heures ouvrabLes;3f lir-^/h.ZKmême puissance moyenne en continu

© calcul manuel direct du dernier cycle

13

Temps en jours

Flgune 3-19-a

13

P12..

6--

H V- H llll H 1 J I 1 I I10'

Ma ¡Me ¡ J ! V|s|dÍl!-12

-11

" ^^- 0.645

H 1 I I I I ^10^

Figure 3-19-b

-i I I I t-t-

13

10'Temps en jours

Figure 3-19 : Dispositif CORAIL. Projet de Lannion. Evolution de la températureen sortie d' écliangeur (0^) durant la première saison de chauffagepour un fonctionnement à puissance variable [besoins discontinusde diauffage] .

[d'après AUSSEUR, SALiTy, coll. GRIMA, JAi^, 1983, [3-2]).- a : tracé cartésien ; - fa : tracé seml-logarltlmlque.

lio -

133.0 6.0 90 120lî 150Lî 180

I ; : : 1 I ; Iexploitation heures ouvrabLes;3f lir-^/h.ZKmême puissance moyenne en continu

© calcul manuel direct du dernier cycle

13

Temps en jours

Flgune 3-19-a

13

P12..

6--

H V- H llll H 1 J I 1 I I10'

Ma ¡Me ¡ J ! V|s|dÍl!-12

-11

" ^^- 0.645

H 1 I I I I ^10^

Figure 3-19-b

-i I I I t-t-

13

10'Temps en jours

Figure 3-19 : Dispositif CORAIL. Projet de Lannion. Evolution de la températureen sortie d' écliangeur (0^) durant la première saison de chauffagepour un fonctionnement à puissance variable [besoins discontinusde diauffage] .

[d'après AUSSEUR, SALiTy, coll. GRIMA, JAi^, 1983, [3-2]).- a : tracé cartésien ; - fa : tracé seml-logarltlmlque.

Ill

Le tracé cartésien ( fiqure (3-19-a)) montre que chaque semaine reproduitdes fluctuations pratiquement identiques autour du comportement du fonctionne¬

ment moyen. Les extremums délimitent une enveloppe qui suit l'allure de la

courbe de l'exploitation à puissance moyenne.

Le tracé semi-logarithmique (figure (3-19-b)) montre que les extremums

correspondant à un jour de la semaine (vendredi par exemple) s'alignent sur une

droite (comme la température résultant d'un fonctionnement continu moyen).

B) Essai de fonmulatlon pour les extremums

Compte tenu du fait que chaque cycle reproduit les mêmes variations

de part et d'autre du fonctionnement continu moyen (à puissance constante),

l'évolution de 0 peut se décomposer en une dérive moyenne et en fluctuations

résultant de prélèvements à puissance nominale et de périodes d'arrêt [3-2].

Sous cette hypothèse 0_, minimum d'un cycle (correspondant

aux phases de prélèvement) résulte :

- d'un fonctionnement moyen depuis le début,

- d'un fonctionnement réel sur la durée du cycle moins

un fonctionnement moyen sur la durée du cycle.

« Pour un fonctionnement à A0 constant (Q. variable]

0-0 + -9^ -h A0 [f(Q,l,t) - f(Q,l,t^) + f(Q,l, t^)] (3.74)m 0 z IM In

avec f(Q,l,t) = 0^ (3.75)r

0 déterminé par l'équation (3.46) : Qj, ~ I "^ ^ Lr-ln(tj.)]

t., : durée du demi-cycle (ici 12 heures)_NQ : débit moyen fictif continu du fluide dans l'échangeur

Q : débit réel du fluide dans l'échangeur

Ill

Le tracé cartésien ( fiqure (3-19-a)) montre que chaque semaine reproduitdes fluctuations pratiquement identiques autour du comportement du fonctionne¬

ment moyen. Les extremums délimitent une enveloppe qui suit l'allure de la

courbe de l'exploitation à puissance moyenne.

Le tracé semi-logarithmique (figure (3-19-b)) montre que les extremums

correspondant à un jour de la semaine (vendredi par exemple) s'alignent sur une

droite (comme la température résultant d'un fonctionnement continu moyen).

B) Essai de fonmulatlon pour les extremums

Compte tenu du fait que chaque cycle reproduit les mêmes variations

de part et d'autre du fonctionnement continu moyen (à puissance constante),

l'évolution de 0 peut se décomposer en une dérive moyenne et en fluctuations

résultant de prélèvements à puissance nominale et de périodes d'arrêt [3-2].

Sous cette hypothèse 0_, minimum d'un cycle (correspondant

aux phases de prélèvement) résulte :

- d'un fonctionnement moyen depuis le début,

- d'un fonctionnement réel sur la durée du cycle moins

un fonctionnement moyen sur la durée du cycle.

« Pour un fonctionnement à A0 constant (Q. variable]

0-0 + -9^ -h A0 [f(Q,l,t) - f(Q,l,t^) + f(Q,l, t^)] (3.74)m 0 z IM In

avec f(Q,l,t) = 0^ (3.75)r

0 déterminé par l'équation (3.46) : Qj, ~ I "^ ^ Lr-ln(tj.)]

t., : durée du demi-cycle (ici 12 heures)_NQ : débit moyen fictif continu du fluide dans l'échangeur

Q : débit réel du fluide dans l'échangeur

112

0 Pour un fonctionnement à Q, constant (A0 variable)

0-0 -H 35 + Â0 if(Q,l,t) - f(Q,l,t^,) -K A0 f(Q,l,t )] (3.76)m o z '^ '^

avec : A0 : écart de température moyen

0 : débit de circulation du fluide de caloporteur dans

l'échangeur

» 0.., maximum (correspondant aux phases d'arrêt) est la

différence entre :

- un fonctionnement moyen depuis le début,

- et un fonctionnement moyen pendant la période d'arrêt

(cette différence revenant à un fonctionnement moyen jusqu'au début de la

période d'arrêt).

Pour un fonctionnement à A0 constant (Q. variable)

®M ~ ®o * ^ * ^® Lf(Q,l,t) - f(Q,l,t^)] (3.77)

(signification des paramètres identique que pour (3.74))

Pour un fonctionnement à Q_ constant (A0 varlablz]

®M ~ ®o * ^ * ^ L^(Q.l»t) - f(Q,l,t^)] (3.78)


112

0 Pour un fonctionnement à Q, constant (A0 variable)

0-0 -H 35 + Â0 if(Q,l,t) - f(Q,l,t^,) -K A0 f(Q,l,t )] (3.76)m o z '^ '^

avec : A0 : écart de température moyen

0 : débit de circulation du fluide de caloporteur dans

l'échangeur

» 0.., maximum (correspondant aux phases d'arrêt) est la

différence entre :

- un fonctionnement moyen depuis le début,

- et un fonctionnement moyen pendant la période d'arrêt

(cette différence revenant à un fonctionnement moyen jusqu'au début de la

période d'arrêt).

Pour un fonctionnement à A0 constant (Q. variable)

®M ~ ®o * ^ * ^® Lf(Q,l,t) - f(Q,l,t^)] (3.77)


Pour un fonctionnement à Q_ constant (A0 varlablz]

®M ~ ®o * ^ * ^ L^(Q.l»t) - f(Q,l,t^)] (3.78)


- 113 -

C) Application au cas de LANNION

Les données utilisées pour le calcul de 0 et 0^. en fin de la première

saison de chauffage sont les suivantes :

Yp = 4,18 10^Jm~'K"^

Xp = 3,2 Wm~^K~^

g = 0,02 K m'^

h = 100 m

AG = 2°C

Q = 3,1 m'h~^==>P = 0,895

ZÜ = = 0,645°C3,1

0=1 m'h"' =>P = 0,289

t|^ = 12 heures =>t^ = 25,13

t = 180 jours =>t = 9048,43

Pour une exploitation à A0 constant

L'équation (3.74) donne :

0 -13-1-2 (-1,966 - 1,869 -f 0,265) = 5,9«'C

et l'équation (3.77) :

0|^ - 13 -K 2 (-1,966 -1- 0,265) = 9,6°C

0 Pour une exploitation à Q, constant


0 -13-1- 0,645 (-7,137 -(- 1,966) -h 2 (-1,966) = 5,7°C


0|^ -13-1- 0,645 (-7,137 -i- 1,966) ^ 9,7°C

Les résultats obtenus par les deux types de fonctionnements sont

cohérents entre eux d'une part, et d'autre part sont très proches de ceux

obtenus par le modèle numérique en fin de la première saison de chauffage où

suivant le jour de la semaine :

!0 varie entre 6,0 et 6,4°C,

0 varie entre 9,2 et 10,0°C.

Ces formulations seront utilisées lors du bilan de l'installation

complète (echangeur, pompe à chaleur, circuit de chauffage) présenté au chapitre 5,

- 113 -

C) Application au cas de LANNION

Les données utilisées pour le calcul de 0 et 0^. en fin de la première

saison de chauffage sont les suivantes :

Yp = 4,18 10^Jm~'K"^

Xp = 3,2 Wm~^K~^

g = 0,02 K m'^

h = 100 m

AG = 2°C

Q = 3,1 m'h~^==>P = 0,895

ZÜ = = 0,645°C3,1

0=1 m'h"' =>P = 0,289

t|^ = 12 heures =>t^ = 25,13

t = 180 jours =>t = 9048,43

Pour une exploitation à A0 constant


0 -13-1-2 (-1,966 - 1,869 -f 0,265) = 5,9«'C


0|^ - 13 -K 2 (-1,966 -1- 0,265) = 9,6°C

0 Pour une exploitation à Q, constant


0 -13-1- 0,645 (-7,137 -(- 1,966) -h 2 (-1,966) = 5,7°C


0|^ -13-1- 0,645 (-7,137 -i- 1,966) ^ 9,7°C

Les résultats obtenus par les deux types de fonctionnements sont

cohérents entre eux d'une part, et d'autre part sont très proches de ceux

obtenus par le modèle numérique en fin de la première saison de chauffage où

suivant le jour de la semaine :

!0 varie entre 6,0 et 6,4°C,

0 varie entre 9,2 et 10,0°C.

Ces formulations seront utilisées lors du bilan de l'installation

complète (echangeur, pompe à chaleur, circuit de chauffage) présenté au chapitre 5,

114 -

DispositifCORAIL

envisagé

h = 100 m

r = 0.1 m

AG = 2°C

h = 100 m

r = 0.1 m

AG = 40c

h = 75 m

r = 0.1 m

AG = Z^C

h = 150 mm

r = 0.1 m

AG = Z'C

h = 100 m

r = 0,05 m

AQ = 2°C

Température en sortie de forageen fin de La 1ère saison de

de chauffage CC)

9,0

5,0

7,1

11,2

~ 8,0

Tableau 3-20 : Dispositif CORAIL - Projet dz LannionTempinaturz obtznuz en sortie d' échangeons [Q¿]

en fin de la première saison de ckuiffagepour les dlfférznts dispositifs znvisagés

114 -

DispositifCORAIL

envisagé

h = 100 m

r = 0.1 m

AG = 2°C

h = 100 m

r = 0.1 m

AG = 40c

h = 75 m

r = 0.1 m

AG = Z^C

h = 150 mm

r = 0.1 m

AG = Z'C

h = 100 m

r = 0,05 m

AQ = 2°C

Température en sortie de forageen fin de La 1ère saison de

de chauffage CC)

9,0

5,0

7,1

11,2

~ 8,0

Tableau 3-20 : Dispositif CORAIL - Projet dz LannionTempinaturz obtznuz en sortie d' échangeons [Q¿]

en fin de la première saison de ckuiffagepour les dlfférznts dispositifs znvisagés

115 -

3.3.3 - Çoncjusion de l'étude de sensibilité

Les résultats obtenus pourla température en sortie d'échangeur en

fin de la première saison de chauffage dans les différents cas sont rassemblés

dans le tableau (3-20). Ils seront commentés successivement en fonction des

paramètres que l'on a fait varier.

3.3.3.1 - Variation du diamètre

La diminution du diamètre (de 0,2 à 0,1 m) provoque une baisse de

1°C sur la température en sortie d'échangeur à la fin de la première saison

de chauffage (8°C au lieu de 9°C), pour un fonctionnement continu moyen.

Or à Lannion, on envisage une exploitation intermittente de puissance prélevée

instantanée 3 fois plus forte environ (Q ou A0 multiplié par 3,1), et ce

type d'exploitation produit une chute thermique en fin de saison de chauffage

de l'ordre de 4°C, le vendredi soir après quelques années d'exploitation (fluc-

tuationshebdomadaires-i- dérive saisonnière). La température en sortie d'évapo¬

rateur de pompe à chaleur qui exploite un écart A0de2°C est alors susceptible

de franchir le seuil des 2°C (indiqué par le constructeur, voir chapitre 4)

qui interrompt son fonctionnement (8-4-2 = 2°C) ; les 4°C correspondant à

un diamètre de 0,2 m sont sous-estimés pour un diamètre de 0,1 m.

Il semble donc délicat à partir de ces résultats d'envisager un

diamètre de 10 cm.

3.3.3.2 - Variation de la profondeur

- Un forage de 75 m conduit à une température en sortie d'évaporateur

de la pompe à chaleur, en fin de saison de chauffage après quelques années

d'exploitation inférieure au seuil des 2°C :

7 - 4 - 2 = 1°C

(même raisonnement que dans le paragraphe précédent).

Une exploitation semble alors délicate sans recours à l'eau glycolée

(le glycol abaisse le point de solidification de l'eau et donc le seuil limite

en sortie d'évaporateur - voir chapitre 4).

115 -

3.3.3 - Çoncjusion de l'étude de sensibilité

Les résultats obtenus pourla température en sortie d'échangeur en

fin de la première saison de chauffage dans les différents cas sont rassemblés

dans le tableau (3-20). Ils seront commentés successivement en fonction des

paramètres que l'on a fait varier.


La diminution du diamètre (de 0,2 à 0,1 m) provoque une baisse de

1°C sur la température en sortie d'échangeur à la fin de la première saison

de chauffage (8°C au lieu de 9°C), pour un fonctionnement continu moyen.

Or à Lannion, on envisage une exploitation intermittente de puissance prélevée

instantanée 3 fois plus forte environ (Q ou A0 multiplié par 3,1), et ce

type d'exploitation produit une chute thermique en fin de saison de chauffage

de l'ordre de 4°C, le vendredi soir après quelques années d'exploitation (fluc-

tuationshebdomadaires-i- dérive saisonnière). La température en sortie d'évapo¬

rateur de pompe à chaleur qui exploite un écart A0de2°C est alors susceptible

de franchir le seuil des 2°C (indiqué par le constructeur, voir chapitre 4)

qui interrompt son fonctionnement (8-4-2 = 2°C) ; les 4°C correspondant à

un diamètre de 0,2 m sont sous-estimés pour un diamètre de 0,1 m.

Il semble donc délicat à partir de ces résultats d'envisager un

diamètre de 10 cm.


- Un forage de 75 m conduit à une température en sortie d'évaporateur

de la pompe à chaleur, en fin de saison de chauffage après quelques années

d'exploitation inférieure au seuil des 2°C :

7 - 4 - 2 = 1°C

(même raisonnement que dans le paragraphe précédent).

Une exploitation semble alors délicate sans recours à l'eau glycolée

(le glycol abaisse le point de solidification de l'eau et donc le seuil limite

en sortie d'évaporateur - voir chapitre 4).

116

- Le forage de 100 m est exploitable. Il conduit à une température

en sortie d'évaporateur de l'ordre de 3°C (= 9°C en sortie de forage - ^''C - 2°C)

après plusieurs années d'exploitation.

- Le forage de 150 m conduit à une température moyenne en sortie

d'évaporateur de l'ordre de 5°C après quelques années d'exploitation (= 11°C -4°C -2°C),

Un tel dispositif semble exploitable à plus forte puissance.

3.3.3.3 - Variation de la puissance exploitée

Le doublement de l'écart de température exploité par la pompe à

chaleur (donc de la puissance prélevée, le débit de circulation du fluide res¬

tant constant) provoque une chute très rapide de la température en sortie

de forage. La température en sortie d'évaporateur baissera également très vite

(l'écart prélevé étant double). Par conséquent ce mode de fonctionnement est à

exclure.

3.3.3.4 - Choix retenu

Au vu des précédents résultats, le dispositif retenu est

l'échangeur suivant :

- profondeur : 100 m,

- diamètre : 0,2 m,

- débit instantanné : 3,1 m'h"^ (correspondant à un débit fictifmoyen continu de 1 m'h M

L'exploitation à puissance constante (A0 = 2°C) d'un tel dispositif

sur une saison de chauffage de 212 jours peut fournir l'énergie suivante :

360_0

m's ^ heures jours Jm 'K

(Energie = volume pompé x capacité calorifique de l'eau x l'écart

de température exploité par la pompe à chaleur)

116

- Le forage de 100 m est exploitable. Il conduit à une température

en sortie d'évaporateur de l'ordre de 3°C (= 9°C en sortie de forage - ^''C - 2°C)

après plusieurs années d'exploitation.

- Le forage de 150 m conduit à une température moyenne en sortie

d'évaporateur de l'ordre de 5°C après quelques années d'exploitation (= 11°C -4°C -2°C),

Un tel dispositif semble exploitable à plus forte puissance.

3.3.3.3 - Variation de la puissance exploitée

Le doublement de l'écart de température exploité par la pompe à

chaleur (donc de la puissance prélevée, le débit de circulation du fluide res¬

tant constant) provoque une chute très rapide de la température en sortie

de forage. La température en sortie d'évaporateur baissera également très vite

(l'écart prélevé étant double). Par conséquent ce mode de fonctionnement est à

exclure.

3.3.3.4 - Choix retenu

Au vu des précédents résultats, le dispositif retenu est

l'échangeur suivant :

- profondeur : 100 m,

- diamètre : 0,2 m,

- débit instantanné : 3,1 m'h"^ (correspondant à un débit fictifmoyen continu de 1 m'h M

L'exploitation à puissance constante (A0 = 2°C) d'un tel dispositif

sur une saison de chauffage de 212 jours peut fournir l'énergie suivante :

360_0

m's ^ heures jours Jm 'K

(Energie = volume pompé x capacité calorifique de l'eau x l'écart

de température exploité par la pompe à chaleur)

- 117

3.4 - CONCLUSION

Le modèle numérique mis au point est vérifié par des solutions

analytiques ( 3-1,3-2,3-12 ) .

Mis en oeuvre pour le projet de Lannion, il est également ap¬

plicable à des dispositifs de stockage par échangeurs enterrés verticaux dans

la mesure où ceux-ci suivent le même mode d'exploitation.

Pour le projet de Lannion (exploitation intermittente à puis¬

sance constante) , un forage de 100 m de profondeur et de 0,2 m de diamètre est

retenu . Cet echangeur devra de préférence être exploité avec un débit (Q) im¬

portant et un écart thermique ( A0) faible .

Pour les durées d'exploitation et le mode de fonctionnement de

l'échangeur envisagé à Lannion, des formulations simplifiées de l'expression

de la température disponible à l'évaporateur de la pompe à chaleur existent [3-2].Elles seront utilisées lors du calcul du bilan énergétique de l'installation

complète.

Pour réaliser ce bilan , la caractérisation des éléments de

surface de 1 ' installation, à savoir la pompe à chaleur, le bâtiment et les données

météorologiques, est nécessaire.

- 117

3.4 - CONCLUSION

Le modèle numérique mis au point est vérifié par des solutions

analytiques ( 3-1,3-2,3-12 ) .

Mis en oeuvre pour le projet de Lannion, il est également ap¬

plicable à des dispositifs de stockage par échangeurs enterrés verticaux dans

la mesure où ceux-ci suivent le même mode d'exploitation.

Pour le projet de Lannion (exploitation intermittente à puis¬

sance constante) , un forage de 100 m de profondeur et de 0,2 m de diamètre est

retenu . Cet echangeur devra de préférence être exploité avec un débit (Q) im¬

portant et un écart thermique ( A0) faible .

Pour les durées d'exploitation et le mode de fonctionnement de

l'échangeur envisagé à Lannion, des formulations simplifiées de l'expression

de la température disponible à l'évaporateur de la pompe à chaleur existent [3-2].Elles seront utilisées lors du calcul du bilan énergétique de l'installation

complète.

Pour réaliser ce bilan , la caractérisation des éléments de

surface de 1 ' installation, à savoir la pompe à chaleur, le bâtiment et les données

météorologiques, est nécessaire.

CHAPITRE 4

COMPORTENAENT THERMIQUE DE

L'INSTALLATION DE SURFACE

CHAPITRE 4

COMPORTENAENT THERMIQUE DE

L'INSTALLATION DE SURFACE

121

Dans ce chapitre, seront exoosées des données sur les pompes

à chaleur et leurs utilisations puis sur les besoins énergétiques d'un

bâtiment.

Ces éléments seront utilisés par la suite pour réaliser le

bilan énergétique de l'installation globale envisagée à LANNION.

4.1 - LES POMPES A CHALEUR [l-lO. ^-1, 4-2, 4-3, 4-4, 4-5, 4-6, 4-7, 4-8, 4-9]

4.1.1 - Rappels^ de_ther^modyriamigue [4-10, 4-11 ]

4.1.1.1 - Le premier principe de la thermodynamique

Ce principe traduit la conservation de l'énergie lors de la

transformation d'un système soumis à l'action de forces extérieures :

W -I- Q = AU (4.01)

avec : W : travail résultant des forces extérieures (J)Q : chaleur échangée* entre le système et l'extérieur (J)

AU: variation d'énergie interne du système au cours de sa

transformation (J)

(l'énergie interne est une fonction d'état).

Dans le cas d'un cycle :

W* Q = 0 (^^02)

* Conventionnellement Q est comptée positivement si elle est reçue par lesystème, négativement si elle est cédée par le système.

121

Dans ce chapitre, seront exoosées des données sur les pompes

à chaleur et leurs utilisations puis sur les besoins énergétiques d'un

bâtiment.

Ces éléments seront utilisés par la suite pour réaliser le

bilan énergétique de l'installation globale envisagée à LANNION.

4.1 - LES POMPES A CHALEUR [l-lO. ^-1, 4-2, 4-3, 4-4, 4-5, 4-6, 4-7, 4-8, 4-9]

4.1.1 - Rappels^ de_ther^modyriamigue [4-10, 4-11 ]

4.1.1.1 - Le premier principe de la thermodynamique

Ce principe traduit la conservation de l'énergie lors de la

transformation d'un système soumis à l'action de forces extérieures :

W -I- Q = AU (4.01)

avec : W : travail résultant des forces extérieures (J)Q : chaleur échangée* entre le système et l'extérieur (J)

AU: variation d'énergie interne du système au cours de sa

transformation (J)

(l'énergie interne est une fonction d'état).

Dans le cas d'un cycle :

W* Q = 0 (^^02)

* Conventionnellement Q est comptée positivement si elle est reçue par lesystème, négativement si elle est cédée par le système.

122 -

Flgunz 4 - 1 : Cyclz dz Carnot d'un gaz parfait[d'après ANNEQUIN-BOUTIGNV , 1976 [4-10]]

122 -

Flgunz 4 - 1 : Cyclz dz Carnot d'un gaz parfait[d'après ANNEQUIN-BOUTIGNV , 1976 [4-10]]

- 123 -

4.1.1.2 -Second princbipede la thermodynamique

Ce principe définit l'entropie (S) d'un système, fonction d'état.

Au cours d'une transformation quasi statique élémentaire (réversible) :

dS = f- (4.03)

avec dS : variation d'entropie du système,

6Q : chaleur fournie réversiblement au cours dela transformation,

T : température absolue thermodynamique du système(= température du milieu extérieur) (K)

Sur un cycle : AS = 0 (4.04)

4.1.1.3 - Le cycle de Carnot

Un système, entre une source froide à la température absolue T,

et une source chaude à la température absolue T^ (> T.) qui subit les

quatre transformations suivantes :

- isotherme à la température T,,

- adiabatique entre les températures T, et T^ (<5Q = 0)>

- isotherme à la température 12»

- adiabatique entre les températures T2 et T. (óQ = 0)

dans des conditions de réversibilité thermique et mécanique, suit un

cycle de Carnot.

Celui d'un gaz parfait est représenté fiqure (4-1) |4-ll!.

La variation d'entropie (AS) du cycle complet s'écrit :

^S = -== -i- == = 0 (car AS = 0 sur 1 cycle complet) (4.05)'1 '2

avec Q, : la quantité de chaleur échangée entre le système etla source froide à T,

Q- : la quantité de chaleur échangée entre le système et lasource chaude à T_

- 123 -

4.1.1.2 -Second princbipede la thermodynamique

Ce principe définit l'entropie (S) d'un système, fonction d'état.

Au cours d'une transformation quasi statique élémentaire (réversible) :

dS = f- (4.03)

avec dS : variation d'entropie du système,

6Q : chaleur fournie réversiblement au cours dela transformation,

T : température absolue thermodynamique du système(= température du milieu extérieur) (K)

Sur un cycle : AS = 0 (4.04)

4.1.1.3 - Le cycle de Carnot

Un système, entre une source froide à la température absolue T,

et une source chaude à la température absolue T^ (> T.) qui subit les

quatre transformations suivantes :

- isotherme à la température T,,

- adiabatique entre les températures T, et T^ (<5Q = 0)>

- isotherme à la température 12»

- adiabatique entre les températures T2 et T. (óQ = 0)

dans des conditions de réversibilité thermique et mécanique, suit un

cycle de Carnot.

Celui d'un gaz parfait est représenté fiqure (4-1) |4-ll!.

La variation d'entropie (AS) du cycle complet s'écrit :

^S = -== -i- == = 0 (car AS = 0 sur 1 cycle complet) (4.05)'1 '2

avec Q, : la quantité de chaleur échangée entre le système etla source froide à T,

Q- : la quantité de chaleur échangée entre le système et lasource chaude à T_

- 125 -

L'équation (4.05) conduit à :

°1 " " °2 ~ (4.06)

(relation de Clausius)

En tenant compte du premier principe qui s'écrit :

W + Q^ -I- Q^ = 0 (4.07)

sur le cycle, on arrive à :

T,W = - (Q2 + Q^) = L- Q2 (1 - Y^)] (4.08)

Le coefficient d'efficacité d'une machine parfaite(e. ) est défini ainsi

°2

(avec Q2 < 0)

ce qui conduit

1

^t - 1 - T^/T2

à :

" =^2

^2-^

(4.09)

(4.10)

L'efficacité est d'autant meilleure que l'écart de température

entre les deux sources est faible.

4. 1 .2 - Principe jdes pomges à j^oleur

Les pompes à chaleur, dont le principe fut établi par Lord KELVIN

dès 1852 [4-I], sont utilisées depuis le début du XXème siècle. Leur

utilisation pour le chauffage, en France, se développe surtout depuis les

années 1970.

4.1.2.1 - Définition

La pompe à chaleur est une machine thermodynamique fonctionnant

entre :

- une source froide à T, où elle prélève de l'énergie calorifique (Q, > 0) et

- une source chaude à T_ (> T, ) où elle apporte de l'énergie calorifique

(Q2 < 0).

- 125 -

L'équation (4.05) conduit à :

°1 " " °2 ~ (4.06)

(relation de Clausius)

En tenant compte du premier principe qui s'écrit :

W + Q^ -I- Q^ = 0 (4.07)

sur le cycle, on arrive à :

T,W = - (Q2 + Q^) = L- Q2 (1 - Y^)] (4.08)

Le coefficient d'efficacité d'une machine parfaite(e. ) est défini ainsi

°2

(avec Q2 < 0)

ce qui conduit

1

^t - 1 - T^/T2

à :

" =^2

^2-^

(4.09)

(4.10)

L'efficacité est d'autant meilleure que l'écart de température

entre les deux sources est faible.

4. 1 .2 - Principe jdes pomges à j^oleur

Les pompes à chaleur, dont le principe fut établi par Lord KELVIN

dès 1852 [4-I], sont utilisées depuis le début du XXème siècle. Leur

utilisation pour le chauffage, en France, se développe surtout depuis les

années 1970.

4.1.2.1 - Définition

La pompe à chaleur est une machine thermodynamique fonctionnant

entre :

- une source froide à T, où elle prélève de l'énergie calorifique (Q, > 0) et

- une source chaude à T_ (> T, ) où elle apporte de l'énergie calorifique

(Q2 < 0).

126

Source cliaudeà haut niveau

thermique

W

Source froideà bas niveau

thenmlquz

Apportextérieurd' énergie[sous forme detravail]

h^ '2W

Figure 4-2 : Schéma de principe des pompes à clialeur

K

BP HP

il00 0

source froide

i ^.W

evap. COlKl-'>

J'^>>a.

Q,

<>

production de froid dételidileur

source chaude

production de chaleur

Figure 4-3 ; Sc/iéfna du cycle de compression mis en oeuvre dansles pompes à clialeur à compression

[d'après BERNIER, 1979 [4-1] ).

126

Source cliaudeà haut niveau

thermique

W

Source froideà bas niveau

thenmlquz

Apportextérieurd' énergie[sous forme detravail]

h^ '2W

Figure 4-2 : Schéma de principe des pompes à clialeur

K

BP HP

il00 0

source froide

i ^.W

evap. COlKl-'>

J'^>>a.

Q,

<>

production de froid dételidileur

source chaude

production de chaleur

Figure 4-3 ; Sc/iéfna du cycle de compression mis en oeuvre dansles pompes à clialeur à compression

[d'après BERNIER, 1979 [4-1] ).

- 127

Un apport d'énergie, sous forme de travail (W), de l'extérieur

permet au système d'effectuer ce transfert de chaleur (cf. figure (4-2) ).

Différents types de pompe à chaleur existent suivant le système

thermodynamique mis en oeuvre [4-1, 4-4] ; seule la pompe à chaleur à compres¬

sion sera présentée ici.

4.1.2.2 - Thermodynamique de la pompe à chaleur à compression

Dans la pompe à chaleur à compression, un fluide frigorigène

suit un cycle thermodynamique entre la source froide et la source chaude,

l'énergie extérieure apportée par le compresseur est mécanique.

Ce cycle de compression, schématisé fiqure (4-3), se déroule

suivant quatre phases :

- VAPORISATION du fluide à basse pression (P, ) par l'énergie calorifique

(Q,) prélevée à la source froide (T,) dans l'évaporateur,

- COMPRESSION adiabatique du fluide à l'état gazeux de P, à P par apport

d'énergie mécanique extérieure (W) dans le compresseur,

- CONDENSATION du fluide à pression constante (P) qui cède de l'énergie

calorifique (Q) à la source chaude (5) dans le condznszur,

- DETENTE adiabatique du fluide de la pression P à la oression Py dans le d.é.tzndeur.

Ce principe est mis en oeuvre depuis longtemps dans les systèmes

frigorifiques, dans le but de refroidir la source froide. La pompe à chaleur,

utilisée pour le chauffage, sert à réchauffer la source chaude.

- 127

Un apport d'énergie, sous forme de travail (W), de l'extérieur

permet au système d'effectuer ce transfert de chaleur (cf. figure (4-2) ).

Différents types de pompe à chaleur existent suivant le système

thermodynamique mis en oeuvre [4-1, 4-4] ; seule la pompe à chaleur à compres¬

sion sera présentée ici.

4.1.2.2 - Thermodynamique de la pompe à chaleur à compression

Dans la pompe à chaleur à compression, un fluide frigorigène

suit un cycle thermodynamique entre la source froide et la source chaude,

l'énergie extérieure apportée par le compresseur est mécanique.

Ce cycle de compression, schématisé fiqure (4-3), se déroule

suivant quatre phases :

- VAPORISATION du fluide à basse pression (P, ) par l'énergie calorifique

(Q,) prélevée à la source froide (T,) dans l'évaporateur,

- COMPRESSION adiabatique du fluide à l'état gazeux de P, à P par apport

d'énergie mécanique extérieure (W) dans le compresseur,

- CONDENSATION du fluide à pression constante (P) qui cède de l'énergie

calorifique (Q) à la source chaude (5) dans le condznszur,

- DETENTE adiabatique du fluide de la pression P à la oression Py dans le d.é.tzndeur.

Ce principe est mis en oeuvre depuis longtemps dans les systèmes

frigorifiques, dans le but de refroidir la source froide. La pompe à chaleur,

utilisée pour le chauffage, sert à réchauffer la source chaude.

- 128

COP^

15i

10-.CO. P. tJizorlquzdzs Sourcesd'unz maclilnzIdéale.

1

fmactilnz/ rézUz

0,5+-^

' Vt.

Flgurz 4-4 : Evolution du CO. P. théorique des sourcesd'une maclilne Idéale et du CO. P. d'unemaclilne réelle en fonction des tempéra¬tures des sources froide zt cliaudz.

[d'après DUMINIL, 1980 [4-4'\)

- 128

COP^

15i

10-.CO. P. tJizorlquzdzs Sourcesd'unz maclilnzIdéale.

1

fmactilnz/ rézUz

0,5+-^

' Vt.

Flgurz 4-4 : Evolution du CO. P. théorique des sourcesd'une maclilne Idéale et du CO. P. d'unemaclilne réelle en fonction des tempéra¬tures des sources froide zt cliaudz.

[d'après DUMINIL, 1980 [4-4'\)

- 129

4.1.2.3 - Bilan énerqétique du cycle et coefficient de perfor¬mance (COP)

D'après les rappels de thermodynamique présentés plus haut

(§ 4.1.1).

W = Q2 - Q^ (4.11)

avec W : énergie mécanique du groupe moto-compresseur (> 0)

Q : énergie fournie à la source chaude (< 0)

Q, : énergie prélevée à la source froide (> 0)

L'efficacité de la pompe à chaleur est caractérisée par le

coefficient de performance (en abrégé COP) qui dépend des conditionsde fonctionnement.

Le coefficient de performance théonique des sources (= coeffi¬cient d'efficacité thermique défini au § 4.1.1.1) s'exprime par :

Q2 1 T2

^°P = ir=l-T^/T2= T2-\ ^'-^^^

Plus l'écart de température entre les sources est faible

(T,/T2 * 1), plus la valeur du COP est élevée (cf. figure (4-4 )L4-4]).

Dans la réalité les COP observés n'atteignent en général

que 45 à 65 % des COP théoriques [l-lO» 4-12] en raison :

- des écarts entre le cycle thermodynamique réel suivi par le fluide

frigorigène et le cycle de Carnot,

- des irréversibilités,

- des rendements du compresseur et des échangeurs.

Les COP communiqués par les constructeurs , mesurés sur

des bancs d'essai , sont souvent basés sur la seule puissance fournie

au groupe moto-compresseur.

- 129

4.1.2.3 - Bilan énerqétique du cycle et coefficient de perfor¬mance (COP)

D'après les rappels de thermodynamique présentés plus haut

(§ 4.1.1).

W = Q2 - Q^ (4.11)

avec W : énergie mécanique du groupe moto-compresseur (> 0)

Q : énergie fournie à la source chaude (< 0)

Q, : énergie prélevée à la source froide (> 0)

L'efficacité de la pompe à chaleur est caractérisée par le

coefficient de performance (en abrégé COP) qui dépend des conditionsde fonctionnement.

Le coefficient de performance théonique des sources (= coeffi¬cient d'efficacité thermique défini au § 4.1.1.1) s'exprime par :

Q2 1 T2

^°P = ir=l-T^/T2= T2-\ ^'-^^^

Plus l'écart de température entre les sources est faible

(T,/T2 * 1), plus la valeur du COP est élevée (cf. figure (4-4 )L4-4]).

Dans la réalité les COP observés n'atteignent en général

que 45 à 65 % des COP théoriques [l-lO» 4-12] en raison :

- des écarts entre le cycle thermodynamique réel suivi par le fluide

frigorigène et le cycle de Carnot,

- des irréversibilités,

- des rendements du compresseur et des échangeurs.

Les COP communiqués par les constructeurs , mesurés sur

des bancs d'essai , sont souvent basés sur la seule puissance fournie

au groupe moto-compresseur.

130

PERFORMANCE DE LA l>OMPE A CHALEUR

COP

t s 4S*C (Plmâwnchauftent*)

t s $0*C (Radiatwrs)

t s so'C (Ridlatoiirs)

Tmipéralun t» la.iwre*0 I I I 1 1 1 1 I 1 I I 1 I 1 1 I ' 'I I ».

-20 -U -12 -S -4 0 4 I 12 IE d« dwltur, tn «C

Figure 4-5 : Evolution du C.O.P. pour différents types desource chaude.

[d'après "les systèmes dz pompes à clmlzur- zxamzntzchnologique" OCDE - Paris, 1983, [4-3]).

130

PERFORMANCE DE LA l>OMPE A CHALEUR

COP

t s 4S*C (Plmâwnchauftent*)

t s $0*C (Radiatwrs)

t s so'C (Ridlatoiirs)

Tmipéralun t» la.iwre*0 I I I 1 1 1 1 I 1 I I 1 I 1 1 I ' 'I I ».

-20 -U -12 -S -4 0 4 I 12 IE d« dwltur, tn «C

Figure 4-5 : Evolution du C.O.P. pour différents types desource chaude.

[d'après "les systèmes dz pompes à clmlzur- zxamzntzchnologique" OCDE - Paris, 1983, [4-3]).

- 131

Le COP d'une installation intègre les dépenses énergétiques

des auxiliaires (pompe de circulation) et vaut :

COP = ^ (^-13)

avec W, : énergie électrique totale dépensée, pour le fonctionnementde l'installation.

Le COP peut être parfois estimé au stade de l'avant projet,

quand le matériel n'est pas encore choisi , à partir de la formule empiriquesuivante [4-12 J :

TSC -1- 194^°P = °'7 TSC - TSE . 8

(4.14)

avec TSC : température en sortie du condenseur de la pompe à chaleur

TSE : température en sortie de l'évaporateur de la pompe à chaleur.

Pour : j-- une spurce froide à 10°C,

une source chaude à 55°C

- le COP théorique des sources prend la valeur

328328 - 283 = 7,3

- le COP associé au fonctionnement du qroupe moto-compresseur

de la pompe à chaleur CIAT type TBB n" 50 prend la valeur suivante :

5 ^'-^

soit 42 ?ó du COP théorique des sources.

Dans la pratique, pour améliorer le COP d'une installation, il

faut utiliser :

- une source froide la plus chaude possible (utilisation préféren¬

tielle de l'eau souterraine dont la température est plus élevée que celle

de l'air extérieur durant l'hiver) ;

- une source chaude la plus froide possible, des planchers

chauffants plutôt que des radiateurs (cf. figure(4-5)[4-3]) et augmenter

le débit de circulation du fluide caloporteur plutôt que l'écart de tempé¬

rature exploité (dans la mesure où cela n'augmente pas trop la consommation

de la pompe de circulation).

- éventuellement utiliser une pompe à chaleur à plusieurs étages

de compression dont chacun exploite un faible écart de température.

- 131

Le COP d'une installation intègre les dépenses énergétiques

des auxiliaires (pompe de circulation) et vaut :

COP = ^ (^-13)

avec W, : énergie électrique totale dépensée, pour le fonctionnementde l'installation.

Le COP peut être parfois estimé au stade de l'avant projet,

quand le matériel n'est pas encore choisi , à partir de la formule empiriquesuivante [4-12 J :

TSC -1- 194^°P = °'7 TSC - TSE . 8

(4.14)

avec TSC : température en sortie du condenseur de la pompe à chaleur

TSE : température en sortie de l'évaporateur de la pompe à chaleur.

Pour : j-- une spurce froide à 10°C,

une source chaude à 55°C

- le COP théorique des sources prend la valeur

328328 - 283 = 7,3

- le COP associé au fonctionnement du qroupe moto-compresseur

de la pompe à chaleur CIAT type TBB n" 50 prend la valeur suivante :

5 ^'-^

soit 42 ?ó du COP théorique des sources.

Dans la pratique, pour améliorer le COP d'une installation, il

faut utiliser :

- une source froide la plus chaude possible (utilisation préféren¬

tielle de l'eau souterraine dont la température est plus élevée que celle

de l'air extérieur durant l'hiver) ;

- une source chaude la plus froide possible, des planchers

chauffants plutôt que des radiateurs (cf. figure(4-5)[4-3]) et augmenter

le débit de circulation du fluide caloporteur plutôt que l'écart de tempé¬

rature exploité (dans la mesure où cela n'augmente pas trop la consommation

de la pompe de circulation).

- éventuellement utiliser une pompe à chaleur à plusieurs étages

de compression dont chacun exploite un faible écart de température.

132

1,42 KWh

FCOpoyoni

0,33 KW h

Elcctricittpoyonte

G-

Choudiè t

1 KWh

Immeuble S

ehoulfer

Ps

Exemple couramment rencontrédes valeurs de :

fl.: rendement aaiionnier moyenannuel de ia chaufferie 0,7

OOP : coefficient de performancemoyen annuel 3

PAC

I KW h

Immeuble a

chauffer

0,66 KWh gratuitCOP

Figure 4-6 : Comparaison du devenir énergétique dans un système de diauffagepar combustion et dans unz pompz à chaleur.

[d'aprzs un document PACRA, [4-S]).

132

1,42 KWh

FCOpoyoni

0,33 KW h

Elcctricittpoyonte

G-

Choudiè t

1 KWh

Immeuble S

ehoulfer

Ps

Exemple couramment rencontrédes valeurs de :

fl.: rendement aaiionnier moyenannuel de ia chaufferie 0,7

OOP : coefficient de performancemoyen annuel 3

PAC

I KW h

Immeuble a

chauffer

0,66 KWh gratuitCOP

Figure 4-6 : Comparaison du devenir énergétique dans un système de diauffagepar combustion et dans unz pompz à chaleur.

[d'aprzs un document PACRA, [4-S]).

- 133 -

4.1.3 - Utilisation des ponripes à chaleur

4.1.3.1 - Intérêt et emploi des pompes à chaleur

L'Intérêt des pompes à chaleur est énergétique et économique :

L'exploitation de sources froides à bas niveau thermique, inuti¬

lisables directement pour le chauffage, est un élément favorable à l'indé¬

pendance énergétique nationale.

L'apport d'énergie électrique nécessaire au fonctionnement de

la pompe à chaleur reste inférieure à l'énergie disponible à la source

chaude, tandis que dans un chauffage par combustion, la consommation est

supérieure à l'énergie utile du fait du rendement de l'installation (cf.

figure( 4-6) 1.4.8]).

Les sources froides utilisées ne sont que peu ou pas coûteuses

la plupart du temps (air extérieur, air extrait, eau de surface ou souter¬

raine, résidus industriels).

Les pompes à clialeur peuvent être utilisées poun :

- le chauffage uniquement (cas le plus général pour les petites

installations et cas de la présente étude),

- le chauffage et la climatisation alternativement par inversion

des circuits de la pompe à chaleur (dans ce cas l'amortissement de l'investis¬sement est plus rapide),

- le chauffage et la climatisation simultanément (généralementdans le cas d'installations importantes).

4.1.3.2 - Nature des sources thermiques

On synthétise la nature des sources froides et chaudes d'une

pompe à chaleur dans l'appellation : pompe à chaleur A/B :

avec : A : source froide (eau, air, sol),

B : source chaude (eau, air)

- 133 -

4.1.3 - Utilisation des ponripes à chaleur

4.1.3.1 - Intérêt et emploi des pompes à chaleur

L'Intérêt des pompes à chaleur est énergétique et économique :

L'exploitation de sources froides à bas niveau thermique, inuti¬

lisables directement pour le chauffage, est un élément favorable à l'indé¬

pendance énergétique nationale.

L'apport d'énergie électrique nécessaire au fonctionnement de

la pompe à chaleur reste inférieure à l'énergie disponible à la source

chaude, tandis que dans un chauffage par combustion, la consommation est

supérieure à l'énergie utile du fait du rendement de l'installation (cf.

figure( 4-6) 1.4.8]).

Les sources froides utilisées ne sont que peu ou pas coûteuses

la plupart du temps (air extérieur, air extrait, eau de surface ou souter¬

raine, résidus industriels).

Les pompes à clialeur peuvent être utilisées poun :

- le chauffage uniquement (cas le plus général pour les petites

installations et cas de la présente étude),

- le chauffage et la climatisation alternativement par inversion

des circuits de la pompe à chaleur (dans ce cas l'amortissement de l'investis¬sement est plus rapide),

- le chauffage et la climatisation simultanément (généralementdans le cas d'installations importantes).

4.1.3.2 - Nature des sources thermiques

On synthétise la nature des sources froides et chaudes d'une

pompe à chaleur dans l'appellation : pompe à chaleur A/B :

avec : A : source froide (eau, air, sol),

B : source chaude (eau, air)

134

NATURE DE

U SOURCE FROIDE

AIR EXTERIEUR

AIREXTRAIT

EAU DE

SURFACE

EAU DE

HER

EAU SOUTER¬RAINE

REJETSINDUSTRIELS(process indus¬triels, centralesnucléaires ...)

CAPTEURSSOLAIRES(i eau ou é air)

SOL

FLUIDECALOPORTEUR(See. chaude)

AIR

EAU

AIRou

EAU

AIRouEAU

EAU

AIRouEAU

AIRouEAU

AIROU

EAU

AIRou

EAU

AVANTAGES

quantité nonlimitée


Températureintéressante



Températureconstante

Températureélevée

essociation cap¬teur-pompe amé¬liore leurspossi litésrespectives.

Températureconstsnte

INCONVENIENTS

niveau énergétiquebas,quand besoinsélevés.

niveau énerqétiquebas, quand besoinsélevés.

quantité -limitée suivantl'installationvaut l'installation

niveau énergétiquebas, quand besoinsélevés.

nécessité matérielsophistiqué etcoûteux (anti¬corrosion)

investissement pourles atteindre peutêtre élevé.

pas toujours prochesd'utilisateurspotentiels.

. coOt .

.entretien descapteurs.

.investissement

OBSERVATIONS

. intéressant quand chauffage en hiver, climati¬sation en été.

. habi t at iora individué lies, tertiaires(commerce, restaurants), locaux industriels

. ne permet pas climatisation dans les logementsqui ne la possédaient pas avant.

. promue par EDF dans le cadre de l'opérât ion PERCHE

. habitatior* Individuelles (surtout habitat ancien).Logements collectifs, bureaux. Piscine.

. locaux fortement occupés (hApital, hOtel,Balles de spectacle).

. récupération des process industriels

. habitat individuel

. serres

peu développé é cause des risques de corrosion.

. logements individuels dans conditions localesfavorables.

. logements collectifs.

. opéretion géothermie moyenne et basse énergie.

. locaux industriels.


. économie Jusqu'i 30 é 60 X pour le chauffage,40 à 70 X pour l'eau chaude sanitaire.

. Echangeur enterré horizontal ou verticalavec fluide caloporteur (air, eau, eau '-glycol).

Tableau 4-7 Utilisation des différents tuyúes de pompes a chaieur en fonction de lanature des sources de chaleur.

134

NATURE DE

U SOURCE FROIDE

AIR EXTERIEUR

AIREXTRAIT

EAU DE

SURFACE

EAU DE

HER

EAU SOUTER¬RAINE

REJETSINDUSTRIELS(process indus¬triels, centralesnucléaires ...)

CAPTEURSSOLAIRES(i eau ou é air)

SOL

FLUIDECALOPORTEUR(See. chaude)

AIR

EAU

AIRou

EAU

AIRouEAU

EAU

AIRouEAU

AIRouEAU

AIROU

EAU

AIRou

EAU

AVANTAGES



Températureintéressante



Températureconstante

Températureélevée

essociation cap¬teur-pompe amé¬liore leurspossi litésrespectives.

Températureconstsnte

INCONVENIENTS

niveau énergétiquebas,quand besoinsélevés.

niveau énerqétiquebas, quand besoinsélevés.

quantité -limitée suivantl'installationvaut l'installation

niveau énergétiquebas, quand besoinsélevés.

nécessité matérielsophistiqué etcoûteux (anti¬corrosion)

investissement pourles atteindre peutêtre élevé.

pas toujours prochesd'utilisateurspotentiels.

. coOt .

.entretien descapteurs.

.investissement

OBSERVATIONS

. intéressant quand chauffage en hiver, climati¬sation en été.

. habi t at iora individué lies, tertiaires(commerce, restaurants), locaux industriels

. ne permet pas climatisation dans les logementsqui ne la possédaient pas avant.

. promue par EDF dans le cadre de l'opérât ion PERCHE

. habitatior* Individuelles (surtout habitat ancien).Logements collectifs, bureaux. Piscine.

. locaux fortement occupés (hApital, hOtel,Balles de spectacle).

. récupération des process industriels

. habitat individuel

. serres

peu développé é cause des risques de corrosion.

. logements individuels dans conditions localesfavorables.


. opéretion géothermie moyenne et basse énergie.

. locaux industriels.


. économie Jusqu'i 30 é 60 X pour le chauffage,40 à 70 X pour l'eau chaude sanitaire.

. Echangeur enterré horizontal ou verticalavec fluide caloporteur (air, eau, eau '-glycol).

Tableau 4-7 Utilisation des différents tuyúes de pompes a chaieur en fonction de lanature des sources de chaleur.

- 135

Le tableau (4-t> présente les différentes pompes à chaleur en

fonction de la nature des sources thermiques.

L'intérêt du choix des sources pour l'efficacité de l'instal¬

lation a été montré au § 4.1.2.

4.1.3.3 - Mise en oeuvre des pompes à chaleur

0 Les fluides frigonlgénes , le plus souvent utilisés sont des

fréons (hydrocarbures fluorés et chlorés) comme le R22 ou le R12. Leur

choix est notamment lié au niveau thermique des sources.

Problèmes liés aux basses températures de la source froide

Quand la source froide air approche de 0°C, le givre en forma¬

tion nuit à la bonne marche de la pompe ; il est détecté par des dispositifs

qui par inversion des circuits tendent à l'éliminer (PAC AIR/AIR et AIR/EAU).

Quand la source froide eau atteint un seuil situé entre

2 et 4°C, un dispositif spécial interrompt le fonctionnement des pompes à cha¬

leur EAU/EAU et EAU/AIR; l'utilisation d'un mélange d'eau et de glycol leur permet

de fonctionner à des températures plus basses (27 % en poids de glycol abaisse

le point de congélation à - 15°C [4-13]).

4.1.3.4 - Pompe à chaleur avec appoint

La courbe monotone des températures (cf. § 4.3.2)

montre que 90 % environ des besoins en chauffage sont couverts par une pompe

à chaleur de puissance égale à la moitié de la puissance maximale des besoins.

Pour couvrir tous les besoins il faudrait utiliser une pompe à chaleur de

puissance double, ce qui augmente l'investissement pour un avantage écono¬

mique faiblement supérieur. De plus, les jours les plus froids (où les

besoins sont maximaux), le COP diminue et la rentabilité de l'opération

aussi. Il est donc préférable d'utiliser un chauffage d'appoint surtout

quand la température de la source froide évolue au cours de la saison de

chauffage (air extérieur ou échangeurs enterrés comme CORAIL).

- 135

Le tableau (4-t> présente les différentes pompes à chaleur en

fonction de la nature des sources thermiques.

L'intérêt du choix des sources pour l'efficacité de l'instal¬

lation a été montré au § 4.1.2.

4.1.3.3 - Mise en oeuvre des pompes à chaleur

0 Les fluides frigonlgénes , le plus souvent utilisés sont des

fréons (hydrocarbures fluorés et chlorés) comme le R22 ou le R12. Leur

choix est notamment lié au niveau thermique des sources.

Problèmes liés aux basses températures de la source froide

Quand la source froide air approche de 0°C, le givre en forma¬

tion nuit à la bonne marche de la pompe ; il est détecté par des dispositifs

qui par inversion des circuits tendent à l'éliminer (PAC AIR/AIR et AIR/EAU).

Quand la source froide eau atteint un seuil situé entre

2 et 4°C, un dispositif spécial interrompt le fonctionnement des pompes à cha¬

leur EAU/EAU et EAU/AIR; l'utilisation d'un mélange d'eau et de glycol leur permet

de fonctionner à des températures plus basses (27 % en poids de glycol abaisse

le point de congélation à - 15°C [4-13]).

4.1.3.4 - Pompe à chaleur avec appoint

La courbe monotone des températures (cf. § 4.3.2)

montre que 90 % environ des besoins en chauffage sont couverts par une pompe

à chaleur de puissance égale à la moitié de la puissance maximale des besoins.

Pour couvrir tous les besoins il faudrait utiliser une pompe à chaleur de

puissance double, ce qui augmente l'investissement pour un avantage écono¬

mique faiblement supérieur. De plus, les jours les plus froids (où les

besoins sont maximaux), le COP diminue et la rentabilité de l'opération

aussi. Il est donc préférable d'utiliser un chauffage d'appoint surtout

quand la température de la source froide évolue au cours de la saison de

chauffage (air extérieur ou échangeurs enterrés comme CORAIL).

- 137 -

4.2 - LES BESOINS ENERGETIQUES D'UN BATIMENT

4.2.1 - Données climatic(ues

4.2.1.1 - Les températures extérieures

La connaissance de la température moyenne journalière

(compromis entre la température moyenne horaire et la température moyenne

décadaire ou mensuelle) suffit pour calculer les besoins en chauffage

d'un bâtiment.

La Météorologie nationale publie [4-14] les températures

mesurées en différents postes d'observations.

A partir des séries d'observations (des températures moyennes

journalières) la répartition annuelle moyenne des températures est déter¬

minée : il est alors facile de tracer l'histogramme et la courbe cumulée

des fréquences (courbe monotone) des températures données qui suffisent

pour le calcul des besoins globaux sur la saison. Mais pour faire le bilan

thermique d'une installation avec le dispositif CORAIL, la connaissance de

la répartition chronologique des températures est indispensable, puisque

la température de la source froide évolue au cours du temps en fonction de

l'historique des besoins.

4.2.1.2 - Les deqrés-jours

Les degrés- jours sont définis comme l'intégration sur la saison de

chauffage ou sur l'année civile des écarts entre une température de référence

T et les températures extérieures journalières (inférieures à cette tempé¬

rature T) :

^ ^ (T) = L " (^-^e) ^'-''^T .

min

avec T . : température minimale observée (°C)min

T : température de référence (°C)

T : température moyenne journalière < T C^C)

n : nombre de jours où Tg est observée

2 n : nombre de jours total de la période considérée

- 137 -

4.2 - LES BESOINS ENERGETIQUES D'UN BATIMENT

4.2.1 - Données climatic(ues

4.2.1.1 - Les températures extérieures

La connaissance de la température moyenne journalière

(compromis entre la température moyenne horaire et la température moyenne

décadaire ou mensuelle) suffit pour calculer les besoins en chauffage

d'un bâtiment.

La Météorologie nationale publie [4-14] les températures

mesurées en différents postes d'observations.

A partir des séries d'observations (des températures moyennes

journalières) la répartition annuelle moyenne des températures est déter¬

minée : il est alors facile de tracer l'histogramme et la courbe cumulée

des fréquences (courbe monotone) des températures données qui suffisent

pour le calcul des besoins globaux sur la saison. Mais pour faire le bilan

thermique d'une installation avec le dispositif CORAIL, la connaissance de

la répartition chronologique des températures est indispensable, puisque

la température de la source froide évolue au cours du temps en fonction de

l'historique des besoins.

4.2.1.2 - Les deqrés-jours

Les degrés- jours sont définis comme l'intégration sur la saison de

chauffage ou sur l'année civile des écarts entre une température de référence

T et les températures extérieures journalières (inférieures à cette tempé¬

rature T) :

^ ^ (T) = L " (^-^e) ^'-''^T .

min

avec T . : température minimale observée (°C)min

T : température de référence (°C)

T : température moyenne journalière < T C^C)

n : nombre de jours où Tg est observée

2 n : nombre de jours total de la période considérée

138 -

.13

,19

-t7JS¿2a22

--8 .

- .7 ,

19.21 sS.20 .22

iniuns ciUrieum « b«c doiwat Itn priM» rn conformitéLti irapCniuns ciUrieur«ce k D.T.U. IH>l*é6.Etta t'obtiennent en rccherduni tur U cene ct-dcut» U temp^ratunde boe donnAc pour l'eltHudc téro ct tont vttaMc» 4c 0 i 200 md'ahliiidc.Ck»qwe vekur ctl mdiquAc pour chaque rtgion à riniérieur d'unccrck.Pour k> ahiiudes Hiptricuics à 300 m, w jtUnt eu tebkeu ci-conirequi donne, en fonction dc le tcmpéraiwic de betc i l'eltiiude tén ct dcrtltiliide du lieu eeneidtri, U tentpéreturc de beee qui doit être edoptéc.

EMttpttomt :

Pour la Ika dc le Menehc ei de rAllemiquc. edopcer uniformdmenipeur lempireiure dc bcM CT.

Pour k Utorel. adopur k* vdcun ponéa Mir le cene en rt|ard duUiiorel ct non dcrcMci.Pour r«|ileaiéretioo periùrane, edopur pour icnpArature dc beic 3*.

Figure 4-8 : Carte des températures exténleunes de base lilver

[d'après BERNIER, 1979, 14-1]).

138 -

.13

,19

-t7JS¿2a22

--8 .

- .7 ,

19.21 sS.20 .22

iniuns ciUrieum « b«c doiwat Itn priM» rn conformitéLti irapCniuns ciUrieur«ce k D.T.U. IH>l*é6.Etta t'obtiennent en rccherduni tur U cene ct-dcut» U temp^ratunde boe donnAc pour l'eltHudc téro ct tont vttaMc» 4c 0 i 200 md'ahliiidc.Ck»qwe vekur ctl mdiquAc pour chaque rtgion à riniérieur d'unccrck.Pour k> ahiiudes Hiptricuics à 300 m, w jtUnt eu tebkeu ci-conirequi donne, en fonction dc le tcmpéraiwic de betc i l'eltiiude tén ct dcrtltiliide du lieu eeneidtri, U tentpéreturc de beee qui doit être edoptéc.

EMttpttomt :

Pour la Ika dc le Menehc ei de rAllemiquc. edopcer uniformdmenipeur lempireiure dc bcM CT.

Pour k Utorel. adopur k* vdcun ponéa Mir le cene en rt|ard duUiiorel ct non dcrcMci.Pour r«|ileaiéretioo periùrane, edopur pour icnpArature dc beic 3*.

Figure 4-8 : Carte des températures exténleunes de base lilver

[d'après BERNIER, 1979, 14-1]).

139

La météorologie nationale donne habituellement la valeur de

DJ.,QV appelé Degré-jour unifié (DJU)

18DJU = V n (18 - T ) (4.16)

T .mm

4.2.1.3 - La température extérieure de base : Tn

Par définition c'est la température minimale constatée au moins

cinq fois dans l'année [4-1 ] .

Le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment édite la carte

de France des valeurs de la température de base ( fiqure (4-8)) .

4.2.2 - Caractéristiques thermicjues des b_âH_ments

[4-12, 4-15, 4-16, 4-17]

4.2.2.1 - Déperditions thermiques d'un bâtiment

Elles résultent essentiellement :

- des pertes par conduction à travers les parois (murs, toit,

fenêtres, sol) ,

- du renouvellement d'air (naturel ou provoqué).

A) Déperditions par les parois (Dp)

Elles dépendent du coefficient de transmission thermique K

des parois lié à leur nature et leur composition, de la surface des parois,

et de l'écart de température :

D^ = K X 5 X (T. - T) (4.17)D D D lep p p

avec : D : déperditions par la paroi (W)

K : coefficient de transmission thermique de laP paroi (Wm"'C"M

S : surface de la paroi (m^)P

T. : température intérieure (°C)

T : température extérieure (°C)

139

La météorologie nationale donne habituellement la valeur de

DJ.,QV appelé Degré-jour unifié (DJU)

18DJU = V n (18 - T ) (4.16)

T .mm

4.2.1.3 - La température extérieure de base : Tn

Par définition c'est la température minimale constatée au moins

cinq fois dans l'année [4-1 ] .

Le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment édite la carte

de France des valeurs de la température de base ( fiqure (4-8)) .

4.2.2 - Caractéristiques thermicjues des b_âH_ments

[4-12, 4-15, 4-16, 4-17]

4.2.2.1 - Déperditions thermiques d'un bâtiment

Elles résultent essentiellement :

- des pertes par conduction à travers les parois (murs, toit,

fenêtres, sol) ,

- du renouvellement d'air (naturel ou provoqué).

A) Déperditions par les parois (Dp)

Elles dépendent du coefficient de transmission thermique K

des parois lié à leur nature et leur composition, de la surface des parois,

et de l'écart de température :

D^ = K X 5 X (T. - T) (4.17)D D D lep p p

avec : D : déperditions par la paroi (W)

K : coefficient de transmission thermique de laP paroi (Wm"'C"M

S : surface de la paroi (m^)P

T. : température intérieure (°C)

T : température extérieure (°C)

141

B) Déperditions pan renouvellement d'air (Pp)

Le maintien des règles d'hygiène et le respect des règles de

sécurité imposent un renouvellement d'air minimal fixé à un volume par

heure pour les logements, et à deux volumes par heure pour les écoles.

Il se fait soit naturellement (ouverture et infiltrations au

niveau des huisseries) soit mécaniquement par des aérateurs.

Les déperditions résultantes s'expriment par :

^R = î ^ Pi ^ Qair ^ ("î - ê) ^^-i^)

avec : Dp

c.1

PiQ

air

T.1

Te

déperditions liées au renouvellement d'air (W)

chaleur massique de l'air intérieur (J kg °C )

masse volumique de l'air (kg m )

débit d'air total (m s" )

température intérieure ("C )

température extérieure (°C )

En première approximation on supposera c-x p. = 0,35 Whm °C

(ce qui en réalité n'est vrai que pour les conditions standards de l'air

à 18°C, à 50 % d'humidité [4-l]).

C) Déperditions maximales d'un batlmznt (D^..^)

Quand la température extérieure (Tg) atteint la température

de base (Tq) les déperditions totales, somme des deux termes définisb

précédemment (D , Dp), sont maximales (D^.y)-

4.2.2.2 - Les apports qratuits : A

Ce terme correspond aux apports énergétiques liés aux conditions

internes (occupants, éclairage, appareils divers) et externes (ensoleillement)du bâtiment. Ces apports sont gratuits.

Grâce à ceux-ci le confort des habitants, lié au maintien d'une

température de consigne (T^.) dans les locaux, sera assuré par le fonctionnement

141

B) Déperditions pan renouvellement d'air (Pp)

Le maintien des règles d'hygiène et le respect des règles de

sécurité imposent un renouvellement d'air minimal fixé à un volume par

heure pour les logements, et à deux volumes par heure pour les écoles.

Il se fait soit naturellement (ouverture et infiltrations au

niveau des huisseries) soit mécaniquement par des aérateurs.

Les déperditions résultantes s'expriment par :

^R = î ^ Pi ^ Qair ^ ("î - ê) ^^-i^)

avec : Dp

c.1

PiQ

air

T.1

Te

déperditions liées au renouvellement d'air (W)

chaleur massique de l'air intérieur (J kg °C )

masse volumique de l'air (kg m )

débit d'air total (m s" )

température intérieure ("C )

température extérieure (°C )

En première approximation on supposera c-x p. = 0,35 Whm °C

(ce qui en réalité n'est vrai que pour les conditions standards de l'air

à 18°C, à 50 % d'humidité [4-l]).

C) Déperditions maximales d'un batlmznt (D^..^)

Quand la température extérieure (Tg) atteint la température

de base (Tq) les déperditions totales, somme des deux termes définisb

précédemment (D , Dp), sont maximales (D^.y)-

4.2.2.2 - Les apports qratuits : A

Ce terme correspond aux apports énergétiques liés aux conditions

internes (occupants, éclairage, appareils divers) et externes (ensoleillement)du bâtiment. Ces apports sont gratuits.

Grâce à ceux-ci le confort des habitants, lié au maintien d'une

température de consigne (T^.) dans les locaux, sera assuré par le fonctionnement

- 142 -

température [°C]extérieure

Figure 4-9 -. Déperditions thermiques, besoins utiles et apponts gratuitsd'un bâtiment en fonction de la température extérieure.

- 142 -

température [°C]extérieure

Figure 4-9 -. Déperditions thermiques, besoins utiles et apponts gratuitsd'un bâtiment en fonction de la température extérieure.

143

du chauffage tant que la température extérieure n'atteint pas la température

de non chauffage (T ) légèrement inférieure (de 2 à 3°C) à la températurede consigne (T ).

c

En conséquence, la puissance maximale (Pmav) "^^^ besoins de

chauffage sera égale à la différence entre les déperditions thermiques

maximales du bâtiment et les apports gratuits généralement considérés

comme constants (légère approximation) (figure (4-9));

PmAX = "^MAX - " (^-19)

4.2.2.3 - Coefficient de déperditions volumigues : G

Ce coefficient intègre les déperditions thermiques d'un bâtiment,

il exprime leur puissance par degré et par mètre cube de volume intérieur.

Soit pour un jour quelconque:

G = v(T "- T ) (^-20)c e

avec : D : déperditions thermiques du bâtiment (par lesparois et par renouvellement d'air) à latempérature extérieure T (W)

V : volume habitable du bâtiment (m')

T : température de consigne (°C)

T : température extérieure (°C)e

Soit pour le jour où la température extérieure est égale à la tempénature

dz basz (Tg = Tg) :

C b

avec : '-'mav * déperditions thermiques maximales du bâtiment (W)

Ce qui rzvlznt à :

^ ne B

avec : Pmav puissance maximale des besoins de chauffage (W)

T : température de non chauffage (°C)

143

du chauffage tant que la température extérieure n'atteint pas la température

de non chauffage (T ) légèrement inférieure (de 2 à 3°C) à la températurede consigne (T ).

c

En conséquence, la puissance maximale (Pmav) "^^^ besoins de

chauffage sera égale à la différence entre les déperditions thermiques

maximales du bâtiment et les apports gratuits généralement considérés

comme constants (légère approximation) (figure (4-9));

PmAX = "^MAX - " (^-19)

4.2.2.3 - Coefficient de déperditions volumigues : G

Ce coefficient intègre les déperditions thermiques d'un bâtiment,

il exprime leur puissance par degré et par mètre cube de volume intérieur.

Soit pour un jour quelconque:

G = v(T "- T ) (^-20)c e

avec : D : déperditions thermiques du bâtiment (par lesparois et par renouvellement d'air) à latempérature extérieure T (W)

V : volume habitable du bâtiment (m')


T : température extérieure (°C)e

Soit pour le jour où la température extérieure est égale à la tempénature

dz basz (Tg = Tg) :

C b

avec : '-'mav * déperditions thermiques maximales du bâtiment (W)

Ce qui rzvlznt à :

^ ne B

avec : Pmav puissance maximale des besoins de chauffage (W)


144 -

Types de

Logement

- volume habitable <190 m*

- 190 m'^vol. habit. < 290 m'

- volume habitable ^ 290 tr?

2) Logement indépendant, non

- volume habitable < 190 n?

- 190 m»^vol. habit. < 290 n?

- volume habitable ^ 290 n?

3) Logement non indépendant.

- R* > 1,25

- 0,75 <^ R* < 1,25

- 0,25 < R* 4 0,75

- R* < 0,25

Coefficient G

Types de chauffage

I (électrique)

zones climatiques

HI

0,95

0,90

0,85

0,85

0,80

0,75

0,80

0,75

0,65

0,60

H2

1,00

0,95

0,90

0,90

0,85

0,80

0,85

0,80

0,70

0,65

H3

1,10

1,00

0,95

0,95

0,90

0,85

0,90

0,85

0,75

0,70

II (autres)

zones climatiques

HI

1,00

0,95

0,90

0,90

0,85

0,85

0,85

0,80

0,70

0,65

H2

1,05

1,00

0,95

0,95

0,90

0,80

0,90

0,85

0,75

0,70

H3

1,20

1,10

1,05

1,05

1,00

0,95

1,05

0,95

0,85

0,75

^ P _ Surface horizontale, ou en pente, en contact avec l 'extérieur, ou un Lieu non chaufféSurface habitable

Tablzau 4-10 : Valeurs du coefficient G [d'après le décret n° 82-269du 24 mars 1982, [4-18]]

144 -

Types de

Logement

- volume habitable <190 m*

- 190 m'^vol. habit. < 290 m'

- volume habitable ^ 290 tr?

2) Logement indépendant, non

- volume habitable < 190 n?

- 190 m»^vol. habit. < 290 n?

- volume habitable ^ 290 n?

3) Logement non indépendant.

- R* > 1,25

- 0,75 <^ R* < 1,25

- 0,25 < R* 4 0,75

- R* < 0,25

Coefficient G

Types de chauffage

I (électrique)

zones climatiques

HI

0,95

0,90

0,85

0,85

0,80

0,75

0,80

0,75

0,65

0,60

H2

1,00

0,95

0,90

0,90

0,85

0,80

0,85

0,80

0,70

0,65

H3

1,10

1,00

0,95

0,95

0,90

0,85

0,90

0,85

0,75

0,70

II (autres)

zones climatiques

HI

1,00

0,95

0,90

0,90

0,85

0,85

0,85

0,80

0,70

0,65

H2

1,05

1,00

0,95

0,95

0,90

0,80

0,90

0,85

0,75

0,70

H3

1,20

1,10

1,05

1,05

1,00

0,95

1,05

0,95

0,85

0,75

^ P _ Surface horizontale, ou en pente, en contact avec l 'extérieur, ou un Lieu non chaufféSurface habitable

Tablzau 4-10 : Valeurs du coefficient G [d'après le décret n° 82-269du 24 mars 1982, [4-18]]

145 -

Les équations (4.19), (4.21) et (4.22) conduisent à :

A = 6 U (T - T ) (4.23)c ne

avec : A : apports gratuits (W)

G : coefficient de déperditions volumiques (Wm" °C )

V : volume habitable (m )



Les valeurs de G recommandées pour les constructions neuves

sont définies par les textes officiels émanant du Ministère de l'Urbanisme

et du Logement (tableau (4-10)) . La ville de Lannion est située en zone

Hj et l'école du Rusquet est un bâtiment de type indépendant avec un

chauffage non électrique.

Un coefficient G correspond : à une très bonne isolation lorsqu'il

est de l'ordre de 0,8 Wm '°C ^ , à un habitat ancien ou à une mauvaise iso¬

lation lorsqu'il est supérieur à 2 Wm~'°C"^.

4.2.3 - Caractéristiques élérnentaires d^^une installation de chauffage

4.2.3.1 - Consommation de chauffaqe

Le jour j, à la température extérieure T ., le chauffage

des bâtiments nécessite la consommation de C: Wh'J-

24 X D X (T - T )

Cj - (T^ - Tg) ''''^'''

avec : D-j, : déperditions thermiques maximales (W)

T^P : température de non chauffage (°C)

T^ : température de consigne (°C)

Tg : température de base (°C)

24 : nombre d'heures de fonctionnement du chauffage par jour

145 -

Les équations (4.19), (4.21) et (4.22) conduisent à :

A = 6 U (T - T ) (4.23)c ne

avec : A : apports gratuits (W)

G : coefficient de déperditions volumiques (Wm" °C )

V : volume habitable (m )



Les valeurs de G recommandées pour les constructions neuves

sont définies par les textes officiels émanant du Ministère de l'Urbanisme

et du Logement (tableau (4-10)) . La ville de Lannion est située en zone

Hj et l'école du Rusquet est un bâtiment de type indépendant avec un

chauffage non électrique.

Un coefficient G correspond : à une très bonne isolation lorsqu'il

est de l'ordre de 0,8 Wm '°C ^ , à un habitat ancien ou à une mauvaise iso¬

lation lorsqu'il est supérieur à 2 Wm~'°C"^.

4.2.3 - Caractéristiques élérnentaires d^^une installation de chauffage

4.2.3.1 - Consommation de chauffaqe

Le jour j, à la température extérieure T ., le chauffage

des bâtiments nécessite la consommation de C: Wh'J-

24 X D X (T - T )

Cj - (T^ - Tg) ''''^'''

avec : D-j, : déperditions thermiques maximales (W)

T^P : température de non chauffage (°C)

T^ : température de consigne (°C)

Tg : température de base (°C)

24 : nombre d'heures de fonctionnement du chauffage par jour

147 -

La consommation totale de la saison de chauffage (C) est

égale à la somme des C.

.., MAX2 C. = 24 . TY^ X 2 (T - T^ .) (4.25)j J ^ B^ j "^ 'J

qui en tenant compte de la définition des degrés-jours DJ.|. (4.15) et du coeffi¬cient de déperditions volumiques G (4.21) s'écrit :

C = 2 C . = 24. G.\y DJ,T ^ (4.26)i J UncA

soit si Tnc = 18°C

C = 2 Cj = 24. G V DJU (4.27)j

Pour connaître la consommation en combustible (C combus)

les équations (4.26) et (4.27) directement applicables dans le cas d'unchauffage électrique, doivent tenir compte du rendement et du pouvoir

calorifique inférieur* du combustible (PCI) dans le cas d'un chauffage

par combustion, et :

24. G V DJtC , = (4.28)combus

avec : ri : rendement de l'installation de chauffage

PCI : pouvoir calorifique inférieur du combustible (kwh/unité devolume considérée du combustible)

Souvent l'utilisation d'un chauffage est discontinue (en

raison de l'occupation intermittente des locaux par exemple, de régulation

de la température intérieure nocturne). L'économie alors réalisée sur

la consommation de chauffage, parfois appelée "gain de consommation" [4-l],est fonction de l'inertie des bâtiments (cf. figure (4-ll)[4-l]) :

* Pouvoir Calorifique Inférieur (PCI): Quantité de chaleur dégagée par lacombustion complète de l'unité de volume ou de masse du combustible considéré.

147 -

La consommation totale de la saison de chauffage (C) est

égale à la somme des C.

.., MAX2 C. = 24 . TY^ X 2 (T - T^ .) (4.25)j J ^ B^ j "^ 'J

qui en tenant compte de la définition des degrés-jours DJ.|. (4.15) et du coeffi¬cient de déperditions volumiques G (4.21) s'écrit :

C = 2 C . = 24. G.\y DJ,T ^ (4.26)i J UncA

soit si Tnc = 18°C

C = 2 Cj = 24. G V DJU (4.27)j

Pour connaître la consommation en combustible (C combus)

les équations (4.26) et (4.27) directement applicables dans le cas d'unchauffage électrique, doivent tenir compte du rendement et du pouvoir

calorifique inférieur* du combustible (PCI) dans le cas d'un chauffage

par combustion, et :

24. G V DJtC , = (4.28)combus

avec : ri : rendement de l'installation de chauffage

PCI : pouvoir calorifique inférieur du combustible (kwh/unité devolume considérée du combustible)

Souvent l'utilisation d'un chauffage est discontinue (en

raison de l'occupation intermittente des locaux par exemple, de régulation

de la température intérieure nocturne). L'économie alors réalisée sur

la consommation de chauffage, parfois appelée "gain de consommation" [4-l],est fonction de l'inertie des bâtiments (cf. figure (4-ll)[4-l]) :

* Pouvoir Calorifique Inférieur (PCI): Quantité de chaleur dégagée par lacombustion complète de l'unité de volume ou de masse du combustible considéré.

- 148 -

a{%)

100

so

c

vpX-Xt_

bèllmanta

^ bninwfit léQv

\^ 1

\

nttoufd \

\K

mtintr

\\ bêtimtnt InfIninwnt kwriB

/±f>

S

\S

\,^

tie

1

1

i

X1 '

d^.1"

CB ifiiiw eoupui*de 8 hetiTM toutct

' lesm

\

^

lU

\,lN s'

20 40 60 80 100 120 140 160 168

EURES DE CHAUFFAGE DURANT UNE SEMAINE

Figure 4-11 Economie [en I) réalisée sur la consommationde chauffage en cas d'Intermittence de celui-cien fonction de l'Inertie des bâtiments.

[d'après BERNIER, 1974, [4-j]).

- 148 -

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20 40 60 80 100 120 140 160 168

EURES DE CHAUFFAGE DURANT UNE SEMAINE

Figure 4-11 Economie [en I) réalisée sur la consommationde chauffage en cas d'Intermittence de celui-cien fonction de l'Inertie des bâtiments.

[d'après BERNIER, 1974, [4-j]).

- 149

- si l'inertie des bâtiments est nulle, l'économie réalisée est dans

le rapport du temps de non chauffage au temps total de la période deg

chauffage (Jqq) , la consommation est dans le rapport du temps de chauf¬

fage réel au temps de la période de chauffage conventionnelle considérée

- plus l'inertie du bâtiment est élevée, plus l'économie pour une même

période d'arrêt sera faible.

La consommation de combustible nécessaire au fonctionnement du

chauffage utilisé de façon discontinue s'écrit :

24 X G X V X DJ^

^combus = - (1 - îôô) (^-29)n X PCI

avec : a : taux d'économie réalisée sur la consommation {%)(déterminé d'après la figure (4-11)

4.2.3.2 - Emission de la chaleur dans les locaux

Loi de température des "corps de diauffe"

Par "corps de chauffe" on entend l'ensemble des systèmes émetteurs

de chaleur (planchers chauffants, radiateurs,...) dans les bâtiments.

La puissance des besoins variant en fonction de la température

extérieure il convient d'assurer la distribution des calories en faisant

varier, soit le débit du fluide caloporteur, soit la température. C'est géné¬

ralement la seconde solution qui est adoptée, et la température du fluide

caloporteur suit alors une loi linéaire en fonction de la température

extérieure :

/Tp = Ap X T^ -. Bp (4.30.a)

|Tp = Ap X Te + Bp (4.31.a)

avec : Tp. : température de départ dans le circuit de chauffage (°C)

Td : température de retour dans le circuit de chauffage (°C)

Tg : température extérieure (°C)

- 149

- si l'inertie des bâtiments est nulle, l'économie réalisée est dans

le rapport du temps de non chauffage au temps total de la période deg

chauffage (Jqq) , la consommation est dans le rapport du temps de chauf¬

fage réel au temps de la période de chauffage conventionnelle considérée

- plus l'inertie du bâtiment est élevée, plus l'économie pour une même

période d'arrêt sera faible.

La consommation de combustible nécessaire au fonctionnement du

chauffage utilisé de façon discontinue s'écrit :

24 X G X V X DJ^

^combus = - (1 - îôô) (^-29)n X PCI

avec : a : taux d'économie réalisée sur la consommation {%)(déterminé d'après la figure (4-11)

4.2.3.2 - Emission de la chaleur dans les locaux

Loi de température des "corps de diauffe"

Par "corps de chauffe" on entend l'ensemble des systèmes émetteurs

de chaleur (planchers chauffants, radiateurs,...) dans les bâtiments.

La puissance des besoins variant en fonction de la température

extérieure il convient d'assurer la distribution des calories en faisant

varier, soit le débit du fluide caloporteur, soit la température. C'est géné¬

ralement la seconde solution qui est adoptée, et la température du fluide

caloporteur suit alors une loi linéaire en fonction de la température

extérieure :

/Tp = Ap X T^ -. Bp (4.30.a)

|Tp = Ap X Te + Bp (4.31.a)

avec : Tp. : température de départ dans le circuit de chauffage (°C)

Td : température de retour dans le circuit de chauffage (°C)

Tg : température extérieure (°C)

150

oo

te=í T

JÇ'oa.o

B 'ROÜ

íj-a

á T5 c^<=

-tc

CJ«eá

s^««?

Si T

,

^B

K

^^^^

^Nc températureextérlzurz [°C)

Figure 4- 1 2 : Circuit de distribution de la chaleurévolution de la température du fluidecaloporteur zn fonction dz la tempéra¬turz zxtérleurz ["Loi dzs corps dzdvxuffz").

TYPE D' EMETTEUR

Planchers ou plafondschauffants

Aérothermes

Venti Lo-convecteur

Radiateurs

TDOoc

30 - 45

37 - 45

45 - 50

60 - 90

TRO

25 - 35

27 - 35

35 - 40

40 - 70

Tablzau 4-13 : Ordrz dz grandzur des températuresdu circuit dz chauffagz poun dlf¬férznts émetteurs,[d'après [4-l] , [4-9] , [4-17])

150

oo

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Si T

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^Nc températureextérlzurz [°C)

Figure 4- 1 2 : Circuit de distribution de la chaleurévolution de la température du fluidecaloporteur zn fonction dz la tempéra¬turz zxtérleurz ["Loi dzs corps dzdvxuffz").

TYPE D' EMETTEUR

Planchers ou plafondschauffants

Aérothermes

Venti Lo-convecteur

Radiateurs

TDOoc

30 - 45

37 - 45

45 - 50

60 - 90

TRO

25 - 35

27 - 35

35 - 40

40 - 70

Tablzau 4-13 : Ordrz dz grandzur des températuresdu circuit dz chauffagz poun dlf¬férznts émetteurs,[d'après [4-l] , [4-9] , [4-17])

151

La figure (4-12)montre l'allure de ces lois de température qui

sont définies par les paramètres suivants (pente, ordonnée à l'origine) ;

'^D = ^V - ^c) / ^"^B - "^nc) (^-Ô-b)>o

A^ xne

Bp = T^ - Ap X T_ (4.30.C)

'^R = ^^Ro ^C^ / ^^B " "^nc) (4.31.b)

^R = "^C - ^R '^ V (4.31.C)

avec : T-,Do

: température de départ pour T = Td (°C)e D

: température de retour pour T = Td (°C)e D

A chaque type d'émetteur correspond une loi de température

dite "des corps de chauffe" liée à leur surface et leur capacité d'échange.

Dans la pratique, ces lois de températures ne sont pas strictement

suivies par les systèmes de chauffage, mais sont cependant classiquement uti¬

lisées.

Le tableau (4-13) donne des ordres de grandeur des valeurs de

Tp et Tp pour différents types d'émetteurs [4-1, 4-9, 4-17].

Puissance émisz

La puissance calorifique distribuée par le fluide caloporteur

dans les bâtiments s'exprime par :

P^ = p X c X Dp^ X (Tp- Tp) (4.32)

avec : p : masse volumique du fluide caloporteur (kg m ^)

c : chaleur massique du fluide caloporteur ( J kg ^°C M

D- : débit du fluide caloporteur (m^ s~MFc

Tp : température de départ du circuit (°C)

Td : température de retour du circuit (°C)

soit lorsque T = Tg :

PÂX =PxcxDp^x (Tp^- Tp^) (4.33)

-, 7-1 Qp-1Ici le fluide caloporteur est de l'eau et p= 1000 kg m" , c = 4,18 10 J kg l .

151

La figure (4-12)montre l'allure de ces lois de température qui

sont définies par les paramètres suivants (pente, ordonnée à l'origine) ;

'^D = ^V - ^c) / ^"^B - "^nc) (^-Ô-b)>o

A^ xne

Bp = T^ - Ap X T_ (4.30.C)

'^R = ^^Ro ^C^ / ^^B " "^nc) (4.31.b)

^R = "^C - ^R '^ V (4.31.C)

avec : T-,Do

: température de départ pour T = Td (°C)e D

: température de retour pour T = Td (°C)e D

A chaque type d'émetteur correspond une loi de température

dite "des corps de chauffe" liée à leur surface et leur capacité d'échange.

Dans la pratique, ces lois de températures ne sont pas strictement

suivies par les systèmes de chauffage, mais sont cependant classiquement uti¬

lisées.

Le tableau (4-13) donne des ordres de grandeur des valeurs de

Tp et Tp pour différents types d'émetteurs [4-1, 4-9, 4-17].

Puissance émisz

La puissance calorifique distribuée par le fluide caloporteur

dans les bâtiments s'exprime par :

P^ = p X c X Dp^ X (Tp- Tp) (4.32)

avec : p : masse volumique du fluide caloporteur (kg m ^)

c : chaleur massique du fluide caloporteur ( J kg ^°C M

D- : débit du fluide caloporteur (m^ s~MFc

Tp : température de départ du circuit (°C)

Td : température de retour du circuit (°C)

soit lorsque T = Tg :

PÂX =PxcxDp^x (Tp^- Tp^) (4.33)

-, 7-1 Qp-1Ici le fluide caloporteur est de l'eau et p= 1000 kg m" , c = 4,18 10 J kg l .

152

Températureextérieure

- 15- 14- 13- 12- 11- 10- 9- 8- 7- 6- 5- 4- 3- 2- 1

01

2345

6789

101112131415J61718192021222324252627282930

fréquences probables des températures pourl'année entière

0000000000001

01

2449

1114172428293127282826262215

95

2

1

01

0000000

Degrés-joursprobables pourl'année entière

00000000000001

248

16284981

127190277392536711913

114314011685199523272674303033913754411844824847521255775942630766727037

Fréquences probables des températures du1er Octobre au

20 Mai

0000000000001

01

2449

11141724272727211712

6421

1

000000000000

Degrés-joursprobables du1er Octobre au

20 Mai

00000000000001

248

16284981

127190277391532700889

109513131537176519952226245826902922315433863618385040824314454647785010

Flgurz 4-14 : Fréquences probables des températures et degrés- jours probablesà Brest [d'après un document AMPERE, 1983, [4-19]).

152

Températureextérieure

- 15- 14- 13- 12- 11- 10- 9- 8- 7- 6- 5- 4- 3- 2- 1

01

2345

6789

101112131415J61718192021222324252627282930

fréquences probables des températures pourl'année entière

0000000000001

01

2449

1114172428293127282826262215

95

2

1

01

0000000

Degrés-joursprobables pourl'année entière

00000000000001

248

16284981

127190277392536711913

114314011685199523272674303033913754411844824847521255775942630766727037

Fréquences probables des températures du1er Octobre au

20 Mai

0000000000001

01

2449

11141724272727211712

6421

1

000000000000

Degrés-joursprobables du1er Octobre au

20 Mai

00000000000001

248

16284981

127190277391532700889

109513131537176519952226245826902922315433863618385040824314454647785010

Flgurz 4-14 : Fréquences probables des températures et degrés- jours probablesà Brest [d'après un document AMPERE, 1983, [4-19]).

153

Régime de dlstnlbutlon quotidien

La puissance maximale des besoins en chauffage et la loi

de température des émetteurs étant connues,il est aisé de déterminer le

débit du fluide caloporteur dans le circuit de chauffage (équation 4.32).

La détermination des besoins quotidiens (Pj) est alors immédiate

à partir des équations &. 30. a-b-c) et (i. 31. a-b-c) qui caractérisent lesémetteurs, et de l'équation (4.32).

soit P . , la puissance des besoins le jour j :

Pj = Ap Te,j -.Bp (4.34. a)

avec : A = p x c x D^^ x (A_. - A^) (4.34 -b)p r L u K

Ap, B_ : paramètres de la loi de température desdéparts (éq. 4.30-b-c)

B = p X c X D^_ X (Bp, - Bo) (4.34.C)p r L u K

Ap, Bp : paramètres de la loi de températuredes retours (éq. 4.31-b-c)

T . : température extérieure du jour (°C)

4.3 - APPLICATION AU PROJET CORAIL A LANNION

_ 4.3.1 - Les besoins en chauffage

4.3.1.1 - Les données de température

En l'absence de données disponibles auprès de la Météorologie

Nationale pour Lannion, celles de Brest (tableau (4-14) [4-19]) ont été uti¬lisées, ces deux lieux ayant des comportements climatiques voisins :

- localisation à proximité de la mer,

- valeurs des DJU proches (2076°C à Lannion entre le 15 octobre 1983 et le

16 mai 1983 [2-6], 2226°C en moyenne à Brest entre le 1er Octobre

et le 20 mai [4-19]).

153

Régime de dlstnlbutlon quotidien

La puissance maximale des besoins en chauffage et la loi

de température des émetteurs étant connues,il est aisé de déterminer le

débit du fluide caloporteur dans le circuit de chauffage (équation 4.32).

La détermination des besoins quotidiens (Pj) est alors immédiate

à partir des équations &. 30. a-b-c) et (i. 31. a-b-c) qui caractérisent lesémetteurs, et de l'équation (4.32).

soit P . , la puissance des besoins le jour j :

Pj = Ap Te,j -.Bp (4.34. a)

avec : A = p x c x D^^ x (A_. - A^) (4.34 -b)p r L u K

Ap, B_ : paramètres de la loi de température desdéparts (éq. 4.30-b-c)

B = p X c X D^_ X (Bp, - Bo) (4.34.C)p r L u K

Ap, Bp : paramètres de la loi de températuredes retours (éq. 4.31-b-c)

T . : température extérieure du jour (°C)

4.3 - APPLICATION AU PROJET CORAIL A LANNION

_ 4.3.1 - Les besoins en chauffage

4.3.1.1 - Les données de température

En l'absence de données disponibles auprès de la Météorologie

Nationale pour Lannion, celles de Brest (tableau (4-14) [4-19]) ont été uti¬lisées, ces deux lieux ayant des comportements climatiques voisins :

- localisation à proximité de la mer,

- valeurs des DJU proches (2076°C à Lannion entre le 15 octobre 1983 et le

16 mai 1983 [2-6], 2226°C en moyenne à Brest entre le 1er Octobre

et le 20 mai [4-19]).

154 -

Figure 4-15: Courbe monotone tracée à partirdes valeurs dz températures pro¬bables à Brest [29].

[d'après un documznt AMPERE 1983 [4-J9]]

Elément dubitiment

Toit

Murs

Fenêtres

SoL

RenouveL Lementd'air

TOTAL

Surface del'élément

m^

370

190

130

370

volume1110 m'

Coefficient detransmission

kKm'^c"'

2

2

5

1

taux2 vol. /h

Déperditions(éq.(4.21) et(4.22))

th/h kU

13,4 15,5

6,9 8

11,8 13,6

6,7 7,8

14 16,3

52,8 61,2

(5)Déperditions esti¬mées par les ser¬vices techniques

nunicipaux

th/h kW

10 11,6

5 5,8

8 9,3

5 5,8

9 10,5

37 43

Valeurs de K

correspondant auxdéperditions esti¬mées en (5)

Um'"c''

1,5

1,5

3,5

0,75

1,3 vol. /h

Ordre de grandeurdes coefficients K

rencontrés

Wm""c"'

1,2 - 1,8

1,4 - 1,8

4,5 - 5

0,7 - 1,3

Tableau 4-16 : Déperditions thermiques de l'école du Rusquet [Lannion) calculéespar les équations [4.21] et[4.22) et estimées par les services tech¬niques municipaux de Lannion.

154 -

Figure 4-15: Courbe monotone tracée à partirdes valeurs dz températures pro¬bables à Brest [29].

[d'après un documznt AMPERE 1983 [4-J9]]

Elément dubitiment

Toit

Murs

Fenêtres

SoL

RenouveL Lementd'air

TOTAL

Surface del'élément

m^

370

190

130

370

volume1110 m'

Coefficient detransmission

kKm'^c"'

2

2

5

1

taux2 vol. /h

Déperditions(éq.(4.21) et(4.22))

th/h kU

13,4 15,5

6,9 8

11,8 13,6

6,7 7,8

14 16,3

52,8 61,2

(5)Déperditions esti¬mées par les ser¬vices techniques

nunicipaux

th/h kW

10 11,6

5 5,8

8 9,3

5 5,8

9 10,5

37 43

Valeurs de K

correspondant auxdéperditions esti¬mées en (5)

Um'"c''

1,5

1,5

3,5

0,75

1,3 vol. /h

Ordre de grandeurdes coefficients K

rencontrés

Wm""c"'

1,2 - 1,8

1,4 - 1,8

4,5 - 5

0,7 - 1,3

Tableau 4-16 : Déperditions thermiques de l'école du Rusquet [Lannion) calculéespar les équations [4.21] et[4.22) et estimées par les services tech¬niques municipaux de Lannion.

155

Le faible écart (7 %) entre ces valeurs de DJU justifie l'utili¬

sation des données de Brest, l'écart réel pouvant être encore plus faible.

La courbe monotone ( figure (4-15) ) tracée à partir de ces données,

représente le nombre de jours où la température extérieure moyenne est

inférieure à la température de non chauffage (prise en compte des apports

gratuits) .

D'après le tableau (4-14) , le DJ/,,sà Lannion vaut :

^'^(16)L " ^°^^ "" MM" " ^^^^°^ ^ J°"r

('^^(16)L = D^L ^ MJp )

4.3.1.2 - Bilan énerqétique du bâtiment

Il ne s'agit pas ici d'une étude complète de la thermique de

l'école du Rusquet mais de l'utilisation optimale des données disponibles

présentées dans le chapitre 2(p.5l), à partir des équations du paragraphe

4.2 .On verra que l'on arrive à des ordres de grandeur et non à des résul¬

tats précis.

Les déperditions thermiques

Les coefficients de transmission, les surfaces des parois et

le taux de renouvellement d'air estimés par les services techniques muni¬

cipaux et les équations &.17)et (4.18)conduisent à des valeurs de déperdi¬

tions thermiques (pour Tg = - 2°C et T^, = 19"C). Celles-ci sont supérieuresà celles données par ces mêmes services techniques [2-6] (cf. tableau (4-16)).Les déperditions thermiques calculées correspondent à la prise en

compte, soit d'un écart de température plus faible, soit de coefficientsplus faibles, mais de l'ordre de ceux considérés par différents auteurs

[4-1, 4-16, 4-17].

Dans la suite de l'étude la valeur des déperditions thermiques

de l'école du Rusquet estimée par les services techniques municipaux

sera retenue. On peut penser que l'utilisation de cette valeur pour le

155

Le faible écart (7 %) entre ces valeurs de DJU justifie l'utili¬

sation des données de Brest, l'écart réel pouvant être encore plus faible.

La courbe monotone ( figure (4-15) ) tracée à partir de ces données,

représente le nombre de jours où la température extérieure moyenne est

inférieure à la température de non chauffage (prise en compte des apports

gratuits) .

D'après le tableau (4-14) , le DJ/,,sà Lannion vaut :

^'^(16)L " ^°^^ "" MM" " ^^^^°^ ^ J°"r

('^^(16)L = D^L ^ MJp )

4.3.1.2 - Bilan énerqétique du bâtiment

Il ne s'agit pas ici d'une étude complète de la thermique de

l'école du Rusquet mais de l'utilisation optimale des données disponibles

présentées dans le chapitre 2(p.5l), à partir des équations du paragraphe

4.2 .On verra que l'on arrive à des ordres de grandeur et non à des résul¬

tats précis.

Les déperditions thermiques

Les coefficients de transmission, les surfaces des parois et

le taux de renouvellement d'air estimés par les services techniques muni¬

cipaux et les équations &.17)et (4.18)conduisent à des valeurs de déperdi¬

tions thermiques (pour Tg = - 2°C et T^, = 19"C). Celles-ci sont supérieuresà celles données par ces mêmes services techniques [2-6] (cf. tableau (4-16)).Les déperditions thermiques calculées correspondent à la prise en

compte, soit d'un écart de température plus faible, soit de coefficientsplus faibles, mais de l'ordre de ceux considérés par différents auteurs

[4-1, 4-16, 4-17].

Dans la suite de l'étude la valeur des déperditions thermiques

de l'école du Rusquet estimée par les services techniques municipaux

sera retenue. On peut penser que l'utilisation de cette valeur pour le

156

,

PMAX»43-

40-ÜMMÍ'ZT

30-

Puissance (KW)10-

-,

.

\ " N.

> Ó 2 4 6 8 io iz 14 16 1819 20 22Température extérieure ("C)

Figure 4-17 : Puissance des déperditions thermiqueset des besoins utiles pour l'école duRusquet à Lannion en fonction de latempérature extérieure.

156

,

PMAX»43-

40-ÜMMÍ'ZT

30-

Puissance (KW)10-

-,

.

\ " N.

> Ó 2 4 6 8 io iz 14 16 1819 20 22Température extérieure ("C)

Figure 4-17 : Puissance des déperditions thermiqueset des besoins utiles pour l'école duRusquet à Lannion en fonction de latempérature extérieure.

157

calcul des besoins en chauffage est justifiée, les services techniques

municipaux gérant le chauffage de l'école.

Les apponts gratuits

Résultant essentiellement des apports calorifiques du soleil et

des occupants, ils sont estimés à 6000 thermies pour 1200 heures de fonction¬

nement (bilan thermique des services techniques municipaux de Lannion, 1983 [2-6]).Cette puissance moyenne de 5 thermies par heure, soit 5,8 kW, correspond à

une température de non chauffage de 16°C dans l'hypothèse des droites

de besoins et de déperditions parallèles (cf. fiqure (4-17)).

Estimation de G

Deux manières de procéder sont possibles :

a) à partir de la consommation

C'est l'application directe de l'équation (4-29) :

24 X G X V X DJ,r 'ne (-,_ Ë. )^combus - , "" ^^ 100^

n X PCI

aêc : C^ô^bus

V

DlI ne

n

PCI

a

3528 litres de FOD

1110 m'

DJ,, = 1646°C X jour

0,74

995 kWh/hectolitre de FOD

facteur tenant compte de l'utilisation intermittentedu chauffage et de l'inertie des locaux (déterminésur la fiqure (4.11) ) .

L'école du Rusquet, considérée comme un bâtiment de faible

inertie thermique, ne nécessite le chauffage que 10 heures par jour en

moyenne (soit 45h par semaine) et 26 semaines sur 33 semaines de la période

de chauffage . Alors :

^~ÍÜÜ= °'^ '^ If ~ '^'^^ ^°'^ déterminé à l'aide de la figure (4-11):bâtiment léger et 45 heures de fonctionnement du chauffage par semaine) ;

r 3528 X 995 x 0,74 x 10 ^1110 X 1646 X 100 X 0,39 x 24

G = 1,6 Wm~ôc-l

157

calcul des besoins en chauffage est justifiée, les services techniques

municipaux gérant le chauffage de l'école.

Les apponts gratuits

Résultant essentiellement des apports calorifiques du soleil et

des occupants, ils sont estimés à 6000 thermies pour 1200 heures de fonction¬

nement (bilan thermique des services techniques municipaux de Lannion, 1983 [2-6]).Cette puissance moyenne de 5 thermies par heure, soit 5,8 kW, correspond à

une température de non chauffage de 16°C dans l'hypothèse des droites

de besoins et de déperditions parallèles (cf. fiqure (4-17)).

Estimation de G

Deux manières de procéder sont possibles :

a) à partir de la consommation

C'est l'application directe de l'équation (4-29) :

24 X G X V X DJ,r 'ne (-,_ Ë. )^combus - , "" ^^ 100^

n X PCI

aêc : C^ô^bus

V

DlI ne

n

PCI

a

3528 litres de FOD

1110 m'

DJ,, = 1646°C X jour

0,74

995 kWh/hectolitre de FOD

facteur tenant compte de l'utilisation intermittentedu chauffage et de l'inertie des locaux (déterminésur la fiqure (4.11) ) .

L'école du Rusquet, considérée comme un bâtiment de faible

inertie thermique, ne nécessite le chauffage que 10 heures par jour en

moyenne (soit 45h par semaine) et 26 semaines sur 33 semaines de la période

de chauffage . Alors :

^~ÍÜÜ= °'^ '^ If ~ '^'^^ ^°'^ déterminé à l'aide de la figure (4-11):bâtiment léger et 45 heures de fonctionnement du chauffage par semaine) ;

r 3528 X 995 x 0,74 x 10 ^1110 X 1646 X 100 X 0,39 x 24

G = 1,6 Wm~ôc-l

- 158

99,9%- -35

uo

lüq:

Ulo:ül

UJa:

a:UJa.zUJ

99%- -27,2

97,2%-

95k5%-2l,4 ja

89%- 17,5

84%- 15,6

78% -iZfi

70%- 11,7

50%- 7,8

38%- -5^8

25^5% -3^

I3%l;95

37 (kW)

UJ

UJQ.O.<

Uloz<COÇ2

O.

JOURS

Figure 4-18 : Courbe monotone - détermination du taux decouverture en fonction de la puissance dela pompe à clialeur.

- 158

99,9%- -35

uo

lüq:

Ulo:ül

UJa:

a:UJa.zUJ

99%- -27,2

97,2%-

95k5%-2l,4 ja

89%- 17,5

84%- 15,6

78% -iZfi

70%- 11,7

50%- 7,8

38%- -5^8

25^5% -3^

I3%l;95

37 (kW)

UJ

UJQ.O.<

Uloz<COÇ2

O.

JOURS

Figure 4-18 : Courbe monotone - détermination du taux decouverture en fonction de la puissance dela pompe à clialeur.

159

b)à partir de la puissance des déperditions

L'équation (4.21) est alors utilisée :

'^MAX

V(Tc - Tg)

avec : D^.^, ; 43 kW

V

Te

Tr,

1110 m'

19°C

- 2°C

43 X 10' _

soit G = niO X (19 . 2) = 1' 85 ""- "^

La différence entre les deux valeurs de l'ordre de 12 % est cer¬

tainement liée à l'imprécision sur le facteur a (les données sur la durée

du fonctionnement de l'installation de Lannion étant des moyennes).

Dans l'étude de l'installation globale (chapitre 5) G sera estimé à partir

de la puissance des déperditions.

4.3.2 - La_gompe à chaleur

Elle est choisie en fonction des besoins à satisfaire, à l'aide

de la courbe monotone.

La puissance appelée étant une fonction linéaire de la température

extérieure (P. = G x V x (T - T .), équation (4.34), l'échelle des puis-

sanees est tracée parallèlement à celle des températures sur la courbe monotone.

La puissance maximale des besoins (Pmûv) est considérée égale

à 37 kW (équation (4.19) ou (4.22)).

L'aire déterminée par la courbe monotone, les axes de coordonnées

et une droite d'ordonnée P correspondent au taux de couverture des

besoins par cette puissance P (cf. figure (4-18)).

Ainsi à Lannion, 65 % des besoins seront couverts par une pompe à

chaleur de 10,7 klfJ de puissance, soit la pompe à chaleur CIAT de type TBB n°35

159

b)à partir de la puissance des déperditions

L'équation (4.21) est alors utilisée :

'^MAX

V(Tc - Tg)

avec : D^.^, ; 43 kW

V

Te

Tr,

1110 m'

19°C

- 2°C

43 X 10' _

soit G = niO X (19 . 2) = 1' 85 ""- "^

La différence entre les deux valeurs de l'ordre de 12 % est cer¬

tainement liée à l'imprécision sur le facteur a (les données sur la durée

du fonctionnement de l'installation de Lannion étant des moyennes).

Dans l'étude de l'installation globale (chapitre 5) G sera estimé à partir

de la puissance des déperditions.

4.3.2 - La_gompe à chaleur

Elle est choisie en fonction des besoins à satisfaire, à l'aide

de la courbe monotone.

La puissance appelée étant une fonction linéaire de la température

extérieure (P. = G x V x (T - T .), équation (4.34), l'échelle des puis-

sanees est tracée parallèlement à celle des températures sur la courbe monotone.

La puissance maximale des besoins (Pmûv) est considérée égale

à 37 kW (équation (4.19) ou (4.22)).

L'aire déterminée par la courbe monotone, les axes de coordonnées

et une droite d'ordonnée P correspondent au taux de couverture des

besoins par cette puissance P (cf. figure (4-18)).

Ainsi à Lannion, 65 % des besoins seront couverts par une pompe à

chaleur de 10,7 klfJ de puissance, soit la pompe à chaleur CIAT de type TBB n°35

16 0

fonctionnant entre 8°C et 55°C. La pompe à chaleur CIAT TBB n"^ 7 5 permettra

de couvrir 96 % des besoins avec une puissance de 21,9 kW entre 8°C et

55°C.

Rappelons ici l'intérêt de choisir une pompe à chaleur de puis¬

sance inférieure à la puissance maximale des besoins (qui n'est nécessaire

que quelques jours par an), le complément étant fourni par un chauffage

d'appoint. L'allure de la courbe monotone montre bien que pour augmenter

le taux de couverture des besoins de quelques %, il faut largement augmenter

la puissance de la pompe à chaleur.

4.4 - CONCLUSION

Dans ce chapitre ont été présentés les relations usuelles

caractéristiques des pompes à chaleur et du chauffage des bâtiments.

Leur application au projet de Lannion a permis l'approche du

calcul des besoins en chauffage de l'école maternelle du Rusquet, et un

premier choix de la pompe à chaleur.

Dans le chapitre suivant (modélisation du comportement thermique

de l'installation globale) les éléments présentés ici seront largement

utilisés.

16 0

fonctionnant entre 8°C et 55°C. La pompe à chaleur CIAT TBB n"^ 7 5 permettra

de couvrir 96 % des besoins avec une puissance de 21,9 kW entre 8°C et

55°C.

Rappelons ici l'intérêt de choisir une pompe à chaleur de puis¬

sance inférieure à la puissance maximale des besoins (qui n'est nécessaire

que quelques jours par an), le complément étant fourni par un chauffage

d'appoint. L'allure de la courbe monotone montre bien que pour augmenter

le taux de couverture des besoins de quelques %, il faut largement augmenter

la puissance de la pompe à chaleur.

4.4 - CONCLUSION

Dans ce chapitre ont été présentés les relations usuelles

caractéristiques des pompes à chaleur et du chauffage des bâtiments.

Leur application au projet de Lannion a permis l'approche du

calcul des besoins en chauffage de l'école maternelle du Rusquet, et un

premier choix de la pompe à chaleur.

Dans le chapitre suivant (modélisation du comportement thermique

de l'installation globale) les éléments présentés ici seront largement

utilisés.

CHAPITRE 5

COUPLAGE DE L'INSTALLATION DE SURFACE

ET DE L'ECHANGEUR SOUTERRAIN

CHAPITRE 5

COUPLAGE DE L'INSTALLATION DE SURFACE

ET DE L'ECHANGEUR SOUTERRAIN

165

Le but final de cette recherche est la prévision des performances

du dispositif CORAIL mis en oeuvre pour le chauffage de locaux, données essen¬

tielles dans le choix du projet.

Le bilan thermique d'une installation complète a donc été réalisé

à partir :

- des lois du comportement thermique :

. de l'échangeur souterrain CORAIL (chapitre 3)

. de la pompe à chaleur (chapitre 4)

. du bâtiment (chapitre 4)

- et des données météorologiques.

Ce type de bilan est classiquement calculé au stade des avant-projets

dans le domaine de la géothermie [4-12]. Dans le cadre de projets de géothermie

basse énergie , le calcul de ce bilan a été automatisé [5-1, 5-2] dans les

conditions suivantes :

- température constante de la source froide,- pompe à chaleur "hypothétique" dont le COP est estimé par la formule (4.14)

[4-12],- températures extérieures connues par leur histogramme.

Les conditions du calcul du bilan thermique réalisé pour le projet

CORAIL sont tout autres :

- la température de la source froide varie au cours du temps , en fonction des

conditions de fonctionnement de l'installation le jour-même et les jours

précédents ,

- la pompe à chaleur choisie est caractérisée par les données du constructeur,

- la courbe des températures extérieures prise en compte est celle réellement

observée durant la saison de chauffage.

165

Le but final de cette recherche est la prévision des performances

du dispositif CORAIL mis en oeuvre pour le chauffage de locaux, données essen¬

tielles dans le choix du projet.

Le bilan thermique d'une installation complète a donc été réalisé

à partir :

- des lois du comportement thermique :

. de l'échangeur souterrain CORAIL (chapitre 3)

. de la pompe à chaleur (chapitre 4)

. du bâtiment (chapitre 4)

- et des données météorologiques.

Ce type de bilan est classiquement calculé au stade des avant-projets

dans le domaine de la géothermie [4-12]. Dans le cadre de projets de géothermie

basse énergie , le calcul de ce bilan a été automatisé [5-1, 5-2] dans les

conditions suivantes :

- température constante de la source froide,- pompe à chaleur "hypothétique" dont le COP est estimé par la formule (4.14)

[4-12],- températures extérieures connues par leur histogramme.

Les conditions du calcul du bilan thermique réalisé pour le projet

CORAIL sont tout autres :

- la température de la source froide varie au cours du temps , en fonction des

conditions de fonctionnement de l'installation le jour-même et les jours

précédents ,

- la pompe à chaleur choisie est caractérisée par les données du constructeur,

- la courbe des températures extérieures prise en compte est celle réellement

observée durant la saison de chauffage.

- 166 -

radiateur

T100m

Pompe à

chaleur

25à30m

sondede

départ-^

V/m

chaudière

régulation

sondede

température

Figure 5- 1 : Schéma dz l' installation globale envisagée à l'écolematernelle du Rusquet à Lannion.

- 166 -

radiateur

T100m

Pompe à

chaleur

25à30m

sondede

départ-^

V/m

chaudière

régulation

sondede

température

Figure 5- 1 : Schéma dz l' installation globale envisagée à l'écolematernelle du Rusquet à Lannion.

167

Par ailleurs, cette schématisation du comportement thermique de

l'installation globale, plus proche de la réalité peut prendre en compte :

- différents types de source froide,

- différents modes de fonctionnement du chauffage.

5.1 - SCHEMATISATION DE L'INSTALLATION GLOBALE

Le bilan thermique de l'installation globale (schématisée figure(5.1))

nécessite la connaissance :

- du comportement thermique de l'échangeur enterré,

- du comportement thermique de la partie surface (bâtiment, pompe à chaleur,chauffage d'appoint éventuel, circuit de distribution de la chaleur;,

- des données climatiques.

5.1.1 - Fonctionnement des unités élémentaires de l'installation

5.1.1 - La source froide

Dans l'optique d'une utilisation ultérieure la plus large possibledu logiciel de calcul, différents types de sources froides et différentes utili¬sations de celles-ci ont été envisagés.

Température de la sourcz froide constante

Dans ce cas, réaliser le bilan de l'installation à partir de l'his¬togramme des températures extérieures ou de la courbe réelle de l'évolution

des températures au cours de la saison revient au même, la température de

la source froide n'évoluant pas dans le temps.

167

Par ailleurs, cette schématisation du comportement thermique de

l'installation globale, plus proche de la réalité peut prendre en compte :

- différents types de source froide,

- différents modes de fonctionnement du chauffage.

5.1 - SCHEMATISATION DE L'INSTALLATION GLOBALE

Le bilan thermique de l'installation globale (schématisée figure(5.1))

nécessite la connaissance :

- du comportement thermique de l'échangeur enterré,

- du comportement thermique de la partie surface (bâtiment, pompe à chaleur,chauffage d'appoint éventuel, circuit de distribution de la chaleur;,

- des données climatiques.

5.1.1 - Fonctionnement des unités élémentaires de l'installation

5.1.1 - La source froide

Dans l'optique d'une utilisation ultérieure la plus large possibledu logiciel de calcul, différents types de sources froides et différentes utili¬sations de celles-ci ont été envisagés.

Température de la sourcz froide constante

Dans ce cas, réaliser le bilan de l'installation à partir de l'his¬togramme des températures extérieures ou de la courbe réelle de l'évolution

des températures au cours de la saison revient au même, la température de

la source froide n'évoluant pas dans le temps.

168

Exploitation continue du dispositif CORAIL

Le chauffage fonctionne alors en continu et le dispositif CORAIL est

constamment exploité.

Les équations (3^40) e.t (3.46 )rendent compte de l'évolution de latempérature en sortie d'échangeur (0 ) au cours du temps (en fonction des

caractéristiques du projet) :

0^-0 + Sh + A0 [0,5 + P (r - ln (tr))] (5.01)

avec : 0 : température à la surface du sol (°C)° -1

g : gradient géothermique CC m )

h : profondeur de l'échangeur (m)

A0 : écart de température exploité par la pompe à chaleur (°C)

p : paramètre adimensionnel caractéristique des échangesr ^^F^=4iOr 'éq.(3.41))

tr : temps réduit (4 Dt/r' , éq.(3.39))

Exploitation discontinue du dispositif CORAIL

L'utilisation discontinue du chauffage, liée par exemple à l'occu¬

pation intermittente des locaux, comme à l'école maternelle du RUSQUET, conduit

à l'exploitation discontinue du dispositif CORAIL.

On estime que la température en sortie d'échangeur (0 ) durant la

journée est égale à la moyenne des températures extrémales 0 et 0^^. ,

respectivement définies pour un fonctionnement discontinu, par les équations

(3. 74) et (3.77) ,et calculées en fin de journée :

^S 0^ + 1^ + A0 [f(Q,l,t) - f(Q,l,t^) + i f(Q,l,t^)] (5.02)

avec 0 : température à la surface du sol (°C)° -1

g : gradient géothermique (°C m )


A0 : écart constant de température exploité par la pompe à chaleur (°C)

Q : débit fictif moyen continu du fluide dans 1 'echangeur (m s )

Q : débit instantanné du fluide dans 1 'echangeur (m s )

t : temps écoulé depuis le début de l'exploitation du dispositif (secondes )

tf. : durée d'un cycle (12 heures)

168

Exploitation continue du dispositif CORAIL

Le chauffage fonctionne alors en continu et le dispositif CORAIL est

constamment exploité.

Les équations (3^40) e.t (3.46 )rendent compte de l'évolution de latempérature en sortie d'échangeur (0 ) au cours du temps (en fonction des

caractéristiques du projet) :

0^-0 + Sh + A0 [0,5 + P (r - ln (tr))] (5.01)

avec : 0 : température à la surface du sol (°C)° -1

g : gradient géothermique CC m )


A0 : écart de température exploité par la pompe à chaleur (°C)

p : paramètre adimensionnel caractéristique des échangesr ^^F^=4iOr 'éq.(3.41))

tr : temps réduit (4 Dt/r' , éq.(3.39))

Exploitation discontinue du dispositif CORAIL

L'utilisation discontinue du chauffage, liée par exemple à l'occu¬

pation intermittente des locaux, comme à l'école maternelle du RUSQUET, conduit

à l'exploitation discontinue du dispositif CORAIL.

On estime que la température en sortie d'échangeur (0 ) durant la

journée est égale à la moyenne des températures extrémales 0 et 0^^. ,

respectivement définies pour un fonctionnement discontinu, par les équations

(3. 74) et (3.77) ,et calculées en fin de journée :

^S 0^ + 1^ + A0 [f(Q,l,t) - f(Q,l,t^) + i f(Q,l,t^)] (5.02)

avec 0 : température à la surface du sol (°C)° -1

g : gradient géothermique (°C m )


A0 : écart constant de température exploité par la pompe à chaleur (°C)

Q : débit fictif moyen continu du fluide dans 1 'echangeur (m s )

Q : débit instantanné du fluide dans 1 'echangeur (m s )

t : temps écoulé depuis le début de l'exploitation du dispositif (secondes )

tf. : durée d'un cycle (12 heures)

169

« Exploitation d'un stockage en aquifère

Dans ce cas la température disponible évolue en fonction des carac¬

téristiques du stockage (température initiale de l'aquifère, du fluide stocké,

caractéristiques thermiques du milieu). Une restitution linéaire de la tempé¬

rature en fonction du rapport du volume pompé au volume stocké est ici consi¬

déré e , d'autres formulations sont envisageables.

5.1.1.2 - L'installation de surface

Le bâtiment

Les locaux sont caractérisés par :

Pj-.x, : puissance maximale des besoins en chauffage (= déperditions thermiques

moins les apports gratuits pour la température de base),

la loi dite des "corps de chauffe", soit T_ et Tn les températures deUq "o

départ et de retour du circuit de chauffage pour la température de base (Tq),b

la température de consigne (T ) et la température de non chauffage (T )

(chapitre 4, p. 141, 143),

le facteur d'intermittence H, qui rend compte de la durée journalière du

chauffage (Si H = 1 le chauffage est sollicité 24h sur 24).

Avec ces éléments il est immédiat de calculer :

- le débit du circuit de chauffage (équations (4.32) et (4.33), p. 151),

- les besoins quotidiens en chauffage (équations (4.3 4. a-b-c) , p. 153)» la tempé¬

rature extérieure étant connue par ailleurs.

La pompe à clialeur

Elle est caractérisée par sa puissance et son coefficient de perfor¬

mance qui varient en fonction de la température disponible à la source froide

(température en entrée d'évaporateur) et de la température nécessaire dans

le circuit de chauffage (température en sortie du condenseur).* Les puissances calorifiques et électriques utilisées sont celles

données par le constructeur (CIAT) pour des températures d'évaporateur et

de condenseur fixées ; le COP calculé à partir de ces valeurs est basé sur

169

« Exploitation d'un stockage en aquifère

Dans ce cas la température disponible évolue en fonction des carac¬

téristiques du stockage (température initiale de l'aquifère, du fluide stocké,

caractéristiques thermiques du milieu). Une restitution linéaire de la tempé¬

rature en fonction du rapport du volume pompé au volume stocké est ici consi¬

déré e , d'autres formulations sont envisageables.

5.1.1.2 - L'installation de surface

Le bâtiment

Les locaux sont caractérisés par :

Pj-.x, : puissance maximale des besoins en chauffage (= déperditions thermiques

moins les apports gratuits pour la température de base),

la loi dite des "corps de chauffe", soit T_ et Tn les températures deUq "o

départ et de retour du circuit de chauffage pour la température de base (Tq),b

la température de consigne (T ) et la température de non chauffage (T )

(chapitre 4, p. 141, 143),

le facteur d'intermittence H, qui rend compte de la durée journalière du

chauffage (Si H = 1 le chauffage est sollicité 24h sur 24).

Avec ces éléments il est immédiat de calculer :

- le débit du circuit de chauffage (équations (4.32) et (4.33), p. 151),

- les besoins quotidiens en chauffage (équations (4.3 4. a-b-c) , p. 153)» la tempé¬

rature extérieure étant connue par ailleurs.

La pompe à clialeur

Elle est caractérisée par sa puissance et son coefficient de perfor¬

mance qui varient en fonction de la température disponible à la source froide

(température en entrée d'évaporateur) et de la température nécessaire dans

le circuit de chauffage (température en sortie du condenseur).* Les puissances calorifiques et électriques utilisées sont celles

données par le constructeur (CIAT) pour des températures d'évaporateur et

de condenseur fixées ; le COP calculé à partir de ces valeurs est basé sur

170

Ci)

Ci)o.EoQ.

ti

C3

Ci)Üs:ti<?

¿

20.0

15.0

10.0

5.0

-

T - I' I 1 --

+ ^ _

-*~__

~ ~ " - -- _

~ ~ +-Î-- ~----.TEE.10«c

--- --.

* '-~-^::V-- -----.. TEE = 7°C- - * TEE.e-t: -

+-

^' ----* TEE=.2*c

llll25.0 35.0 45.0 55.0

Température en sontle condenseur [°C)

TEE = Temperature d'entrée évaporateur* = Valeurs calculées.

Figure 5-2 : Variation dz la puissance dz la pompz à clialeur[CIAT sérlz TBB n° 35) zn fonction des tempzra¬turz d ' zntrzz à l'évaporateur et de sortie ducondznszur[tracé d'après les données du constructeur [4-13]!

170

Ci)

Ci)o.EoQ.

ti

C3

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¿

20.0

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10.0

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~ ~ +-Î-- ~----.TEE.10«c

--- --.

* '-~-^::V-- -----.. TEE = 7°C- - * TEE.e-t: -

+-

^' ----* TEE=.2*c

llll25.0 35.0 45.0 55.0

Température en sontle condenseur [°C)

TEE = Temperature d'entrée évaporateur* = Valeurs calculées.

Figure 5-2 : Variation dz la puissance dz la pompz à clialeur[CIAT sérlz TBB n° 35) zn fonction des tempzra¬turz d ' zntrzz à l'évaporateur et de sortie ducondznszur[tracé d'après les données du constructeur [4-13]!

- 171

la seule puissance mécanique du groupe moto-compresseur. Supérieur au COP

global, il est cependant plus réaliste que le COP calculé par la relation

(4.14) (cf. comparaison des logiciels § 5.2.2).

* Pour les valeurs de températures de la source froide et du circuit

de distribution différentes de celles proposées par le constructeur, la puis¬

sance de la pompe à chaleur est calculée par interpolation linéaire (hypothèse

de variation linéaire en fonction des températures d'entrée à l'évaporateur

et de sortie du condenseur) (figure(5.2) ) .

Cette valeur est ensuite ajustée avec la valeur de température de

retour (T^) à respecter (fonction de la température extérieure). Après avoircalculé la puissance de la pompe à chaleur pour la température d'entrée de

l'évaporateur , c'est donc le système suivant qui est résolu par interpolation

et itération (2 ou 3 itérations suffisent en général) :

PPAC = f (T^^ , Tg^)

et 1 PPAC^'SC = 'r "" (DEB X 1,163)

avec : PPAC : puissance calorifique de la pompe à chaleur,

TeE température en entrée d'évaporateur,

Tj. : température en sortie de condenseur,

Tp : température de retour du circuit de chauffage,

DEB : débit du fluide caloporteur dans le circuit de chauffage.

* Le COP est ensuite estimé par interpolation linéaire avec les

nouvelles valeurs de puissance correspondant aux températures non standardisées.

La pompe à chaleur fonctionne en relève de chaudière à régime

nominal, en tout ou rien non regulable.

* L'appoint par la chaudière devient nécessaire quand la puissance de

la pompe à chaleur (pour Gg, T» et Tp données) est inférieure à la puissance

des besoins du jour considéré :

PPAC < P.T< ^appoint par la chaudière

- 171

la seule puissance mécanique du groupe moto-compresseur. Supérieur au COP

global, il est cependant plus réaliste que le COP calculé par la relation

(4.14) (cf. comparaison des logiciels § 5.2.2).

* Pour les valeurs de températures de la source froide et du circuit

de distribution différentes de celles proposées par le constructeur, la puis¬

sance de la pompe à chaleur est calculée par interpolation linéaire (hypothèse

de variation linéaire en fonction des températures d'entrée à l'évaporateur

et de sortie du condenseur) (figure(5.2) ) .

Cette valeur est ensuite ajustée avec la valeur de température de

retour (T^) à respecter (fonction de la température extérieure). Après avoircalculé la puissance de la pompe à chaleur pour la température d'entrée de

l'évaporateur , c'est donc le système suivant qui est résolu par interpolation

et itération (2 ou 3 itérations suffisent en général) :

PPAC = f (T^^ , Tg^)

et 1 PPAC^'SC = 'r "" (DEB X 1,163)

avec : PPAC : puissance calorifique de la pompe à chaleur,

TeE température en entrée d'évaporateur,

Tj. : température en sortie de condenseur,

Tp : température de retour du circuit de chauffage,

DEB : débit du fluide caloporteur dans le circuit de chauffage.

* Le COP est ensuite estimé par interpolation linéaire avec les

nouvelles valeurs de puissance correspondant aux températures non standardisées.

La pompe à chaleur fonctionne en relève de chaudière à régime

nominal, en tout ou rien non regulable.

* L'appoint par la chaudière devient nécessaire quand la puissance de

la pompe à chaleur (pour Gg, T» et Tp données) est inférieure à la puissance

des besoins du jour considéré :

PPAC < P.T< ^appoint par la chaudière

172

non

CliauffageInutile

non

V P/PPAC J

PAC pendantdurée. DF

PAC etdiaudlère

Clwudlère

Figure 5-3 : Schématisation du fonctionnement de la pompe à chaleur

172

non

CliauffageInutile

non

V P/PPAC J

PAC pendantdurée. DF

PAC etdiaudlère

Clwudlère

Figure 5-3 : Schématisation du fonctionnement de la pompe à chaleur

173

* Lorsque la puissance fournie par la pompe à chaleur est supérieure

aux besoins du jour considéré, la durée de son fonctionnement est pondérée

par le rapport DF :

- PPAC > Pj<z=>DF = Pj/PPAC

* Le fonctionnement "normal" de la pompe à chaleur est limité par

la température limite de rejet (sortie évaporateur) d'une part et la température

maximale du condenseur.

La première située entre deux et quatre degrés est la limite inférieure

tolérée pour la température en sortie d'évaporateur afin d'éviter les problèmes

de gel. Si ce seuil est franchi, la pompe à chaleur ne fonctionne plus et lesbesoins sont couverts par la chaudière.

Dans la réalité, des dispositifs interrompent le fonctionnement des

pompes à chaleur CIAT dès que cette limite est atteinte, leur remise en

marche implique une intervention extérieure.

Lorsque la température nécessaire dans le circuit de chauffage est

supérieure à la température maximale en sortie de condenseur donnée par le

constructeur, on considère que la pompe à chaleur fonctionne à cette limite,

le complément d'énergie étant apporté par la chaudière.


inférieure à la température minimale en sortie de condenseur on considère

que la pompe à chaleur fonctionne à cette limite et le rapport DF défini plus

haut module son temps d'utilisation.

* La figure ( 5-3 )résume la schématisation du fonctionnement de la pompe

à chaleur dans l'installation de chauffage.

5.1.1.3 - L'environnement climatique

Lorsque la température de la source froide est constante un histo¬

gramme des températures extérieures suffit au bilan thermique de l'installa¬

tion. Dans le cas où la température de la source froide varie au cours

du temps, la courbe réelle des températures extérieures est indispensable.

173

* Lorsque la puissance fournie par la pompe à chaleur est supérieure

aux besoins du jour considéré, la durée de son fonctionnement est pondérée

par le rapport DF :

- PPAC > Pj<z=>DF = Pj/PPAC

* Le fonctionnement "normal" de la pompe à chaleur est limité par

la température limite de rejet (sortie évaporateur) d'une part et la température

maximale du condenseur.

La première située entre deux et quatre degrés est la limite inférieure

tolérée pour la température en sortie d'évaporateur afin d'éviter les problèmes

de gel. Si ce seuil est franchi, la pompe à chaleur ne fonctionne plus et lesbesoins sont couverts par la chaudière.

Dans la réalité, des dispositifs interrompent le fonctionnement des

pompes à chaleur CIAT dès que cette limite est atteinte, leur remise en

marche implique une intervention extérieure.


supérieure à la température maximale en sortie de condenseur donnée par le

constructeur, on considère que la pompe à chaleur fonctionne à cette limite,

le complément d'énergie étant apporté par la chaudière.


inférieure à la température minimale en sortie de condenseur on considère

que la pompe à chaleur fonctionne à cette limite et le rapport DF défini plus

haut module son temps d'utilisation.

* La figure ( 5-3 )résume la schématisation du fonctionnement de la pompe

à chaleur dans l'installation de chauffage.

5.1.1.3 - L'environnement climatique

Lorsque la température de la source froide est constante un histo¬

gramme des températures extérieures suffit au bilan thermique de l'installa¬

tion. Dans le cas où la température de la source froide varie au cours

du temps, la courbe réelle des températures extérieures est indispensable.

174 -

PARTIE SOUTERRAINE PARTIE DE SURFACEDONNEES

METEOROLOGIQUES

Z' N ^ /^ "N

tnUJ

O

Caractéristiques dede la source froide(echangeur, débit)

=>-Evolution de satempérature TGTH

Caractéristiques dela PAC : puissance et

COP en fonction deTHE et TSC

TGTH

Caractéristiquesthermiques du

bâtiment :

- PMAX- TC, TNC" Tn , Td

Températures exté¬rieures ; Tg

Températures debase 'B

PPAC

COP

f (TEE, TSC)f (TEE, TSC)

TC, TNC

PMAX

^D' "^R

Z3

CJ

iPuissance disponibleà la pompe â chaleur

(PPAC) et coefficient deperformance en fonction

de TEE = TGTH et TSC = Tr,

PPAC

Besoins (calculquotidien ou oourchaque valeur de T,

to

V5

Régime de chauffage (pompesá chaleur, chaudières)Energie consonmée (pompe âchaleur, auxiliaires,appoint)

Figure 5-4 : Relations entre les unités élémentaires

174 -

PARTIE SOUTERRAINE PARTIE DE SURFACEDONNEES

METEOROLOGIQUES

Z' N ^ /^ "N

tnUJ

O

Caractéristiques dede la source froide(echangeur, débit)

=>-Evolution de satempérature TGTH

Caractéristiques dela PAC : puissance et

COP en fonction deTHE et TSC

TGTH

Caractéristiquesthermiques du

bâtiment :

- PMAX- TC, TNC" Tn , Td

Températures exté¬rieures ; Tg

Températures debase 'B

PPAC

COP

f (TEE, TSC)f (TEE, TSC)

TC, TNC

PMAX

^D' "^R

Z3

CJ

iPuissance disponibleà la pompe â chaleur

(PPAC) et coefficient deperformance en fonction

de TEE = TGTH et TSC = Tr,

PPAC

Besoins (calculquotidien ou oourchaque valeur de T,

to

V5

Régime de chauffage (pompesá chaleur, chaudières)Energie consonmée (pompe âchaleur, auxiliaires,appoint)

Figure 5-4 : Relations entre les unités élémentaires

175

5.1.2 - Relations fonctionnelles entre les unités élémentaires

( cf. figure (5-4) )

Les données de températures et la loi des puissances (équations (4-39 a-

b-c) )conduisent aux besoins P. et aux températures du circuit de distribution

Tpj, Tp (valeurs quotidiennes ou correspondant aux températures classées de

1 'histogramme) .

Les températures de la source froide (TGTH) et du circuit de chauffage

(Tp)» Tp) permettent le calcul de la puissance (PPAC) et du COP de la pompe

à chaleur fonctionnant dans ces conditions.

La comparaison des besoins P . à la puissance fournie par la pompe

à chaleur PPAC conduit à la détermination du régime de chauffage et de la

consommation énergétique.

Cette procédure est suivie pour chaque jour ou chaque température

de l'histogramme, les résultats sont globalisés ensuite.

175

5.1.2 - Relations fonctionnelles entre les unités élémentaires

( cf. figure (5-4) )

Les données de températures et la loi des puissances (équations (4-39 a-

b-c) )conduisent aux besoins P. et aux températures du circuit de distribution

Tpj, Tp (valeurs quotidiennes ou correspondant aux températures classées de

1 'histogramme) .

Les températures de la source froide (TGTH) et du circuit de chauffage

(Tp)» Tp) permettent le calcul de la puissance (PPAC) et du COP de la pompe

à chaleur fonctionnant dans ces conditions.

La comparaison des besoins P . à la puissance fournie par la pompe

à chaleur PPAC conduit à la détermination du régime de chauffage et de la

consommation énergétique.

Cette procédure est suivie pour chaque jour ou chaque température

de l'histogramme, les résultats sont globalisés ensuite.

176 -

METEOS. S THERMS. S GEOTHS.S

TITRE Jj

donnéesmétéoro-Logiques

TITRE 1

données

thermiques

TITRE ^Tf

donnéesde La

source

TITRE

Résultatsénergéti¬ques

TITRE

Fonctionne¬ment deL'installa^tion

CARPAC.S

^r

REFPAC

donnéespompe a

chai eur

Figure 5-5 ; Mise en oeuvre des logiciels.

176 -

METEOS. S THERMS. S GEOTHS.S

TITRE Jj

donnéesmétéoro-Logiques

TITRE 1

données

thermiques

TITRE ^Tf

donnéesde La

source

TITRE

Résultatsénergéti¬ques

TITRE

Fonctionne¬ment deL'installa^tion

CARPAC.S

^r

REFPAC

donnéespompe a

chai eur

Figure 5-5 ; Mise en oeuvre des logiciels.

177 -

5.2 - MODELISATION

Dans une optique de portabilité, le modèle est réalisé sur le

micro-ordinateur Zilog. Les logiciels et leur mise en oeuvre son présentés ici,

Ils sont décrits en détail en annexe n° 5.

5.2.1 - Description_de^s_l_ogicieU

La procédure d'ensemble mise en oeuvre est la suivante : saisie des

données du projet, puis calcul du bilan énergétique à partir de celles-ci

( fiqure (5-5)).

5.2.1.1 - Les loqiciels de saisie des données

GEOTHS, CARPAC, THERMS, METEOS créent les fichiers des caractéristiques

de la source froide, de la pompe à chaleur, du bâtiment et météorologiques

utilisées pour l'étude du projet. Ces logiciels conversationnels, sont écrits

en langage FORTRAN.

De manière générale, la durée de création d'un fichier dépend de

sa taille ; aussi la possibilité de modifier ponctuellement une ou plusieurs

variables sous éditeur de texte, évitant une nouvelle saisie complète, longue et

fastidieuse est un avantage considérable du système des fichiers créés

par les logiciels de saisie.

Le logiciel METEO par son paramétrage optimal génère l'indice de

chauffage journalier lié au type d'exploitation du chauffage (continue,

discontinue, ...). Si dans les mêmes conditions météorologiques un autre type

d'exploitation est envisagé le logiciel recrée un fichier à partir de l'existant

sans saisie supplémentaire.

177 -

5.2 - MODELISATION

Dans une optique de portabilité, le modèle est réalisé sur le

micro-ordinateur Zilog. Les logiciels et leur mise en oeuvre son présentés ici,

Ils sont décrits en détail en annexe n° 5.

5.2.1 - Description_de^s_l_ogicieU

La procédure d'ensemble mise en oeuvre est la suivante : saisie des

données du projet, puis calcul du bilan énergétique à partir de celles-ci

( fiqure (5-5)).

5.2.1.1 - Les loqiciels de saisie des données

GEOTHS, CARPAC, THERMS, METEOS créent les fichiers des caractéristiques

de la source froide, de la pompe à chaleur, du bâtiment et météorologiques

utilisées pour l'étude du projet. Ces logiciels conversationnels, sont écrits

en langage FORTRAN.

De manière générale, la durée de création d'un fichier dépend de

sa taille ; aussi la possibilité de modifier ponctuellement une ou plusieurs

variables sous éditeur de texte, évitant une nouvelle saisie complète, longue et

fastidieuse est un avantage considérable du système des fichiers créés

par les logiciels de saisie.

Le logiciel METEO par son paramétrage optimal génère l'indice de

chauffage journalier lié au type d'exploitation du chauffage (continue,

discontinue, ...). Si dans les mêmes conditions météorologiques un autre type

d'exploitation est envisagé le logiciel recrée un fichier à partir de l'existant

sans saisie supplémentaire.

- 178

CLecture des données

sur les fichiers y"Cohérence " NON

es données

Appel du 80US-proçiran<ne THERM

Elobalisation ides résuitats v

du sspgmTHERJ '

(Edition et fin Ydu programne ^ \

Figure 5-6: Organigramme du

programme BILAN.

Figure 5-7: Organlgnamme du sous-

pnognamme THERM.

Calcul des tempé¬ratures du circuitle chauffage et des

besoins pour lejour considéré

OUI

Appel du10U8 prograirme

TETA

calcul de Isconsommationélectrique

Stockage desrésultats

ncrémentstionde l'indice

du jour

RETURN

NON

NON

NON

Appel du souEprogramecorreapondant

NON

Utilisation dele chaudièreuni ouenent

- 178

CLecture des données

sur les fichiers y"Cohérence " NON

es données

Appel du 80US-proçiran<ne THERM

Elobalisation ides résuitats v

du sspgmTHERJ '

(Edition et fin Ydu programne ^ \

Figure 5-6: Organigramme du

programme BILAN.

Figure 5-7: Organlgnamme du sous-

pnognamme THERM.

Calcul des tempé¬ratures du circuitle chauffage et des

besoins pour lejour considéré

OUI

Appel du10U8 prograirme

TETA

calcul de Isconsommationélectrique

Stockage desrésultats

ncrémentstionde l'indice

du jour

RETURN

NON

NON

NON

Appel du souEprogramecorreapondant

NON

Utilisation dele chaudièreuni ouenent

179

5.2.1.2 - Le logiciel de calcul ( BILAN )

Ce logiciel dont le but est le bilan énergétique de l'installation à

partir de ses caractéristiques, procède ainsi :

- il lit les données du projet dans les fichiers précédemment créés et vérifie

leur compatibilité (partie principale du programme),

- puis effectue les calculs des besoins (quotidiens ou pour chaque valeur de

température de l'histogramme) et de leur taux de couverture par la pompe

à chaleur par appel de sous-programmes (THERM, sous programme correspondant

à la source froide utilisée, TETA),

- globalise les résultats et les édite ( partie principale du programme),.

Son organigramme simplifié est présenté figure (5-6).

Le SOUS- programme THERM réalise le calcul du fonctionnement de l'ins¬

tallation globale à partir des données lues dans le programme principal

(organigramme simplifié, présenté figure (5-7)).

:(t II détermine :

- Td, Tr : température de départ et de retour du circuit de chauffage (à partirde la température extérieure et de la loi dite des "corps de chauffe")

- P : besoins en kW (à partir de la température extérieure et de la loi des

puissances) .

179

5.2.1.2 - Le logiciel de calcul ( BILAN )

Ce logiciel dont le but est le bilan énergétique de l'installation à

partir de ses caractéristiques, procède ainsi :

- il lit les données du projet dans les fichiers précédemment créés et vérifie

leur compatibilité (partie principale du programme),

- puis effectue les calculs des besoins (quotidiens ou pour chaque valeur de

température de l'histogramme) et de leur taux de couverture par la pompe

à chaleur par appel de sous-programmes (THERM, sous programme correspondant

à la source froide utilisée, TETA),

- globalise les résultats et les édite ( partie principale du programme),.

Son organigramme simplifié est présenté figure (5-6).

Le SOUS- programme THERM réalise le calcul du fonctionnement de l'ins¬

tallation globale à partir des données lues dans le programme principal

(organigramme simplifié, présenté figure (5-7)).

:(t II détermine :

- Td, Tr : température de départ et de retour du circuit de chauffage (à partirde la température extérieure et de la loi dite des "corps de chauffe")

- P : besoins en kW (à partir de la température extérieure et de la loi des

puissances) .

180

^ En fonction du paramètre IDISPO qui qualifie le dispositif

souterrain considéré par l'utilisateur, le sous-programme adéquat du calcul

de la température de la source froide (TGTH) est appelé. Cette structure

paramètre - sous-programme présente l'avantage de n'entraîner que de faibles

modifications pour l'étude éventuelle d'autres dispositifs (création d'un

nouveau sous-programme et d'une valeur d' IDISPO lui correspondant).

Le calcul de la température de la source froide dépend de ses caractéris¬

tiques (dimension.de l'échangeur...), du débit moyen fictif continu depuis le début

de la période de chauffage (QMFC = rapport du volume pompé (VPOMP) à la

durée d'utilisation de la pompe à chaleur (DUAUX) recalculé chaque jour), et

de la puissance exploitée la veille par la pompe à chaleur.

La diminution du débit moyen fictif continu à la suite de périodes

de non exploitation du dispositif CORAIL (vacances ou arrêt de la pompe à chaleur)

provoque une légère augmentation de la température en sortie de l'échangeur

CORAIL.

i^ Muni des valeurs de TGTH, Td, Tr, le sous-prognamme TETA détermine :

- le fonctionnement de la pompe à chaleur (puissance PPAC et coefficient

de performance COP) d'après les données du constructeur,

- la puissance prélevée à la source froide (PESF),

- la température en sortie de condenseur (TCOND),

- la température en sortie d'évaporateur (TREJET).

* Le sous- programme THERM peut alors déterminer :

- l'écart de température moyen exploité par la pompe à chaleur depuis le

début de la saison de chauffage (DELIAT = puissance moyenne journalière

fournie par le dispositif CORAIL/( débit réel du fluide caloporteur dans le

dispositif CORAIL multiplié par la capacité calorifique du fluide)) ;

- le régime du chauffage (pompe à chaleur seule ou avec appoint) ;

- l'énergie consommée par la pompe à chaleur (W = PPAC/COP) et par les

auxiliaires.

180

^ En fonction du paramètre IDISPO qui qualifie le dispositif

souterrain considéré par l'utilisateur, le sous-programme adéquat du calcul

de la température de la source froide (TGTH) est appelé. Cette structure

paramètre - sous-programme présente l'avantage de n'entraîner que de faibles

modifications pour l'étude éventuelle d'autres dispositifs (création d'un

nouveau sous-programme et d'une valeur d' IDISPO lui correspondant).

Le calcul de la température de la source froide dépend de ses caractéris¬

tiques (dimension.de l'échangeur...), du débit moyen fictif continu depuis le début

de la période de chauffage (QMFC = rapport du volume pompé (VPOMP) à la

durée d'utilisation de la pompe à chaleur (DUAUX) recalculé chaque jour), et

de la puissance exploitée la veille par la pompe à chaleur.

La diminution du débit moyen fictif continu à la suite de périodes

de non exploitation du dispositif CORAIL (vacances ou arrêt de la pompe à chaleur)

provoque une légère augmentation de la température en sortie de l'échangeur

CORAIL.

i^ Muni des valeurs de TGTH, Td, Tr, le sous-prognamme TETA détermine :

- le fonctionnement de la pompe à chaleur (puissance PPAC et coefficient

de performance COP) d'après les données du constructeur,

- la puissance prélevée à la source froide (PESF),

- la température en sortie de condenseur (TCOND),

- la température en sortie d'évaporateur (TREJET).

* Le sous- programme THERM peut alors déterminer :

- l'écart de température moyen exploité par la pompe à chaleur depuis le

début de la saison de chauffage (DELIAT = puissance moyenne journalière

fournie par le dispositif CORAIL/( débit réel du fluide caloporteur dans le

dispositif CORAIL multiplié par la capacité calorifique du fluide)) ;

- le régime du chauffage (pompe à chaleur seule ou avec appoint) ;

- l'énergie consommée par la pompe à chaleur (W = PPAC/COP) et par les

auxiliaires.

181

Résultats globaux

Le logiciel aboutit aux résultats suivants :

- l'énergie utile totale pour le chauffage (en MWh),

- l'énergie utile d'appoint (en MWh),

- l'énergie prélevée par l'échangeur (en MWh),

- l'énergie fournie par la pompe à chaleur (en MWh),

- la consommation électrique de la pompe à chaleur et des auxiliaires (en MWh),

- le coefficient de performance moyen annuel (avec et sans les auxiliaires),

- le volume pompé (en m'),

- la température moyenne de rejet (en °C),

- le taux de couverture des besoins par la pompe à chaleur (en %) ,

- le nombre de tep* déplacées qui quantifie la substitution des formes d'éner¬

gies, et le nombre de tep économisées qui correspond aux économies réalisées

par rapport à l'ancien système de chauffage. Ces nombres rendent respecti¬

vement compte du double intérêt du dispositif : indépendance énergétique et

économie d'énergie.

Ces résultats permettent de comparer énergétiquement et financièrement

différentes installations.

5.2.2 - Validation du ioq^iciel de calcul

Pour pouvoir vérifier les résultats par un calcul rapide, le logiciel

de calcul a été utilisé dans un cas simple.

Par ailleurs, les résultats du logiciel BILAN et des logiciels PERCHE

[5-I] et BTPAC [5-2] sont comparés afin d'étudier leur cohérence respective.

* tep = tonne-équivalent-pétrole égale à 10 000 thermies de combustible(quelqu'il soit) calculé sur la base de son pouvoir calorifique inférieur,ou 4000 kWh électriques.

181

Résultats globaux

Le logiciel aboutit aux résultats suivants :

- l'énergie utile totale pour le chauffage (en MWh),

- l'énergie utile d'appoint (en MWh),

- l'énergie prélevée par l'échangeur (en MWh),

- l'énergie fournie par la pompe à chaleur (en MWh),

- la consommation électrique de la pompe à chaleur et des auxiliaires (en MWh),

- le coefficient de performance moyen annuel (avec et sans les auxiliaires),

- le volume pompé (en m'),

- la température moyenne de rejet (en °C),

- le taux de couverture des besoins par la pompe à chaleur (en %) ,

- le nombre de tep* déplacées qui quantifie la substitution des formes d'éner¬

gies, et le nombre de tep économisées qui correspond aux économies réalisées

par rapport à l'ancien système de chauffage. Ces nombres rendent respecti¬

vement compte du double intérêt du dispositif : indépendance énergétique et

économie d'énergie.

Ces résultats permettent de comparer énergétiquement et financièrement

différentes installations.

5.2.2 - Validation du ioq^iciel de calcul

Pour pouvoir vérifier les résultats par un calcul rapide, le logiciel

de calcul a été utilisé dans un cas simple.

Par ailleurs, les résultats du logiciel BILAN et des logiciels PERCHE

[5-I] et BTPAC [5-2] sont comparés afin d'étudier leur cohérence respective.

* tep = tonne-équivalent-pétrole égale à 10 000 thermies de combustible(quelqu'il soit) calculé sur la base de son pouvoir calorifique inférieur,ou 4000 kWh électriques.

Tableau 5- 8- a

- Iñ2

CARACTERISTIQUES DE PROJET

TEMPERATURE DE DASE

TEMPERATURE DE CONSIGNE

TEMPERATURE DE NON CHAUFFAGE

TEMPERATURE DE DEPART

TEMPERATURE DE RETOUR

PUISSANCE MAXIMALE DE CHAUFFAGE (KW)

DEBIT DU CIRCUIT PRIMAIRE <M3/H)

COEFFICIENT GV (WATT/. ÜC)

FACTEUR DE REDUCTION DE REGIME (H)

COMBUSTIBLE

RENDEMENT DE COMBUST 1 UN (X)

TEMP. MAXI DE SORTIE DU CONDENSEUR

TEMPERATURE LIMITE DE REJET

DEBIT DU FORAGE (M3/H)

TEMPERATURE DE SOURCE FROIDE <C.C)

HAUTEUR MANOMETRIQUE TOTALE (MCE)

REFERENCE DE LA PAC UTILISEE

-2. 00

19. 00

16. 00

70. 00

55. 00

37. 00

2. 12

2055. 56

1. 00

FOD

74. 00

55. 00

2. 00

3. 10

ll. 00

10. 00

PPACCST

Tableau 5-8-b

BILAN ENERGETIQUE DU PROJET

ENERGIE UTILE TOTALE FOURNIE

ENERGIE UTILE APPOINT

EQUIVALENCE

ENERGIE UTILE PAC

ENERGIE ELECTRIQUE PAC

ELECTRICITE DES AUXILIAIRES

ELECTRICITE TOTALE

ENERGIE TRADITIONNELLE <PCI)

EQUIVALENCE

EQUIVALENCE

PUISSANCE THERMIQUE DU CONDENSEUR

CDP MOVEN ANNUEL<SANS AUXILIAIRES)

COP MOYEN ANNUEL(AVEC AUXILIAIRES)

VOLUME PCIMPE

TEMPERATURE MUYENNE DE REJET

ENERGIE PRELEVEE SUR LA NAPPE

TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES

TEP ECONOMISEES

COEFFICIENT DE SUBSTITUTION

31. 91 MWH UTILES

20. 05 MWH UTILES

2 72C0MBU3 REF,

61. 54 MWH UTILES

15. 38 MWH UTILES

. 56 MWH UTILES

lb. 95 MWH UTILES

110. 6& MWH

9, 5i TEP

11. 12 M3 DE FOD

13. 60 KW

4, 00

3. 86

14100. 22 M3

8. 17 OC

46, 39 MWH

75, 13 7.

7. 15

3, 16

4, 46 TH/KWH

Tableau 5-8 : Validation du logiciel BILAN dans un cas simple- a : canactéris tiques du projet envisagé- b : bilan énzrgétlquz du projzt znvlsagé.

Tableau 5- 8- a

- Iñ2


TEMPERATURE DE DASE

TEMPERATURE DE CONSIGNE

TEMPERATURE DE NON CHAUFFAGE




DEBIT DU CIRCUIT PRIMAIRE <M3/H)

COEFFICIENT GV (WATT/. ÜC)


COMBUSTIBLE

RENDEMENT DE COMBUST 1 UN (X)

TEMP. MAXI DE SORTIE DU CONDENSEUR



TEMPERATURE DE SOURCE FROIDE <C.C)



-2. 00

19. 00

16. 00

70. 00

55. 00

37. 00

2. 12

2055. 56

1. 00

FOD

74. 00

55. 00

2. 00

3. 10

ll. 00

10. 00

PPACCST

Tableau 5-8-b




EQUIVALENCE

ENERGIE UTILE PAC



ELECTRICITE TOTALE

ENERGIE TRADITIONNELLE <PCI)

EQUIVALENCE

EQUIVALENCE


CDP MOVEN ANNUEL<SANS AUXILIAIRES)

COP MOYEN ANNUEL(AVEC AUXILIAIRES)

VOLUME PCIMPE

TEMPERATURE MUYENNE DE REJET


TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES

TEP ECONOMISEES


31. 91 MWH UTILES

20. 05 MWH UTILES

2 72C0MBU3 REF,

61. 54 MWH UTILES

15. 38 MWH UTILES

. 56 MWH UTILES

lb. 95 MWH UTILES

110. 6& MWH

9, 5i TEP

11. 12 M3 DE FOD

13. 60 KW

4, 00

3. 86

14100. 22 M3

8. 17 OC

46, 39 MWH

75, 13 7.

7. 15

3, 16

4, 46 TH/KWH

Tableau 5-8 : Validation du logiciel BILAN dans un cas simple- a : canactéris tiques du projet envisagé- b : bilan énzrgétlquz du projzt znvlsagé.

183 -

5.2.2.1 - Comparaison des résultats du loqiciel proposé avec ceux

trouvés par une étude rapide avec la courbe monotone

des températures

Dans le cas de l'utilisation d'une pompe à chaleur de puissance et

de COP constants exploitant une source froide de température constante, pour

chauffer en continu un bâtiment, les résultats du logiciel sont contrôlables

par un calcul rapide basé sur la courbe monotone et les degrés-jours.

Pour l'installation envisagée dont les caractéristigues sont résumées

dans le tableau (5-8-a) les besoins s'élèvent à :

C = 24 X TY^^-N X DJ (éq.(4.22), p.l43et éq. (4.26), p. 147))^ ne" B'^

C = 81 893 kWh utiles,

- la courbe monotone indique un taux de couverture de 78 % pour une

pompe à chaleur de puissance égale à 13,6 kW (figure (4-18) ,p. 158).

Le bilan énergétique calculé par le logiciel exposé précédemment

(tableau(5-B-b) ) donne les résultats suivants :

- 81,91 MWh utiles pour les besoins ,

- 75,13 % de taux de couverture pour une PAC de puissance de 13,6 kW.

Les écarts observés de 0,02 % sur les besoins et de l'ordre de

3,7 % sur les taux de couverture sont faibles, ils confirment la validité

des résultats du logiciel de calcul.

5.2.2.2 - Comparaison des loqiciels PERCHE, BTPAC, BILAN

La mise en oeuvre des programmes PERCHE et BTPAC (adaptés à nos

fichiers) et du programme BILAN décrit ici, pour une installation de pompe à

chaleur exploitant une source froide à température constante (seul cas envi¬

sageable par PERCHE et BTPAC), a permis cette comparaison.

183 -

5.2.2.1 - Comparaison des résultats du loqiciel proposé avec ceux

trouvés par une étude rapide avec la courbe monotone

des températures

Dans le cas de l'utilisation d'une pompe à chaleur de puissance et

de COP constants exploitant une source froide de température constante, pour

chauffer en continu un bâtiment, les résultats du logiciel sont contrôlables

par un calcul rapide basé sur la courbe monotone et les degrés-jours.

Pour l'installation envisagée dont les caractéristigues sont résumées

dans le tableau (5-8-a) les besoins s'élèvent à :

C = 24 X TY^^-N X DJ (éq.(4.22), p.l43et éq. (4.26), p. 147))^ ne" B'^

C = 81 893 kWh utiles,

- la courbe monotone indique un taux de couverture de 78 % pour une

pompe à chaleur de puissance égale à 13,6 kW (figure (4-18) ,p. 158).

Le bilan énergétique calculé par le logiciel exposé précédemment

(tableau(5-B-b) ) donne les résultats suivants :

- 81,91 MWh utiles pour les besoins ,

- 75,13 % de taux de couverture pour une PAC de puissance de 13,6 kW.

Les écarts observés de 0,02 % sur les besoins et de l'ordre de

3,7 % sur les taux de couverture sont faibles, ils confirment la validité

des résultats du logiciel de calcul.

5.2.2.2 - Comparaison des loqiciels PERCHE, BTPAC, BILAN

La mise en oeuvre des programmes PERCHE et BTPAC (adaptés à nos

fichiers) et du programme BILAN décrit ici, pour une installation de pompe à

chaleur exploitant une source froide à température constante (seul cas envi¬

sageable par PERCHE et BTPAC), a permis cette comparaison.

Tableau 5-9 : Comparaison des logiciels BILAN,BTPAC,PERCHE

a - caractéristiques du projet

b - bilan énergétique du projet

Tableau 5-9 : Comparaison des logiciels BILAN,BTPAC,PERCHE

a - caractéristiques du projet

b - bilan énergétique du projet

/ LogicJ.el BILAN 2 'L-oglclel BTPAC


TtMPfcIsATURË Lib BAit:

TEMPERATURE DE L-ONS.lONt

TEMPERATURE DE NON CHAUf-pALifc



PUISSANCE MAXIMALE Ut. LHAUFHAGE < KW >

DEBIT DU CIRCUÍ r PRIMAIRE <n3./H)

COEFFICIENT &V (WATT/ UC)

FACTEUR DE REDUCTION DE RtülME (H)

COMBUSTIBLE

RENDEMENT DE COMBUSTION ( >. )

TEMP, MAXI DE SORTIE DU CÚNDENÍ.EUR

TEMPERATURE DU FORAGE


DEBIT DU FORAGE (f\3/H)

HAUTEUR MANOMETRIOUE TOTALE (MCE)

NOMBRE DE FORAGE (S)

19. 00

16, I.II.1

70 00

55, 1.11.1

j7. 00

2, 12

2055, St.

1, 01.I

FOD

74 ùti

55. 00

11, 00

2, 00

3, 10

10, Ou

1

tableau 5-9-a-1

BILAN ENERGETIQUE DU PROJET :

KKX3KSSMSMSKXSSSSXBS«SSSaiMS

ENERGIE UTILE TOTALE FOURNIE :

ENERGIE UTILE APPOINT :

ENERGIE UTILE PAC :

ENERGIE ELECTRIQUE PAC :


ELECTRICITE TOTALE !

ENERGIE TRADITIONNELLE (PCI) :

PUISSANCE THERMIQUE DU CONDENSEUR :

COP MOYEN ANNUELiSANS AUXILIAIRES) :

COP MOYEN ANNUEL (AVEC AUXILIAIRES) :

VOLUME POMPE :

TEMPERATURE MOYENNE DE REJET :


TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES :

TEP ECONOMISEES :

COEFFICICNT DB SUBSTITUTION :

81.91

20.06

MWH UTILES

MWH UTILES

2.72COMBUS REF.

61.85

15.93

.57

16.49

110.68

9.52

11.12

14.47

3.88

3.75

14187.53

8.19

45.92

75.51

7,19

3.06

4.36

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

M3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

%

TH/KWH

Tableau 5-9- a- 2

CARACTERISTIQUES DE PROJET :

=r:£:=:--=^=- = :r = :: :: :: -:: =:: =, = = =: :^:: :=a:

TEMPERmIURE Dt. BrtbE

TEMPERATURE DE CONSIONE

TEMPERATURE DE NON CHAUFFHLjfc



PUISSANCE MAXIMALE DE LHAUf^l- AôE (KW)

DEBIT DU CIRCUIT PRIMAIRE (M3.'H)

COEFFICIENT OV (WATT/.LiC)


COMBUSTIBLE

RENDEMENT DE COMBUSTION O. )

TEMP, MAXI DE SORTIE DU CONDENSEUR




HAUTEUR MANOMETRIÛUE TOTALE (MCE)


-2, OO

19 Oo

16, OO

VO 00

55 1.10

J7, 00

2, 12

¿055, 5e.

i, 1.11.»

FOD

74 Oi.i

55. ÙO

11. OO

2. 00

3. lo

10. 00

i

iL^tau 5-9-b-I


ENERGIE UTILE TOTALE :


ENERGIE UTILE PAC

ENERGIE ELECTRIQUE TAC


ELECTRICITE TOTALE

ENERGIE TRADITIONNELLE (PCI)

EQUIVALENCE

EQUIVALENCE

PUISSANCE THERMIQUE DU CONDKNSKUlt

COP MOYKN ANNUKl, (:;ANS AMXILIAinKS)

COP MOYKN ANNUKL(AVRC AUXILIAIRES)

VOLUME POMPE

TEMPERATURE MOYENNE DE HEJET


TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES

TEP ECONOMISEES

COEFFICIENT DK SUBSTITUTION

81.91 MWH UTILES

20.06 MWH UTILES

61.85

15.93

.57

16.49

11J.68

9.52

11.12

11.47

3.88

3.75

14187.53

8.22

45.92

75.51

7.19

3.06

4.36

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

M3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

t

TH/KWH

T *£eat'. 5-9-b-?

Tableau 5-9 ; Comparaison des logiciels BILAN, BTPAC, PERCHEa - caractéristiques du projetb - bilan énergétique du projet

3 Lfl¿icle(:


m » ««««»««*»««««

TEMPERATURE DE BASE :

TEMPERATURE DE CONSIGNE :

TEMPERATURE DE NON CHAUFFAGE :

TEMPERATURE DE DEPART :

TEMPERATURE DE RETOUR :

PUISSANCE MAXIMALE DE CHAUFFAGE (KW) :

DEBIT DU CIRCUIT PRIMAIRE (M3/H) :

COEFFICIENT GV (WATT/. OC)

FACTEUR DE REDUCTION DE REGIME (H) :

COMBUSTIBLE :

RENDEMENT DE COMBUSTION (») :

TEMP. MAXI DE SORTIE DU CONDENSEUR :

TEMPERATURE DU FORAGE :

TEMPERATURE LIMITE DE REJET :

DEBIT DU FORAGE (M3/H) :

HAUTEUR MANOMETRIQUE TOTALE (MCE) :

NOMBRE DE FORAGE (S) :

PERCHE

-2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

37.00

2.12

2055.56

1.00

FOD

74.00

70.00

11.00

2.00

3.10

10.00

1

Tableau 5-9- c-1


ENERGIE UTILE TOTALE


ENERGIE UTILE PAC


ELECTRECITE DES AUXILIAIRES

ELECTRECITE TOTALE


EQUIVALENCE

EQUIVALENCE

PUISSANCE TIIEIIMIQUK DU CONDENUEUR

COP MOYEN ANNUEL(SANS AUXILIAIRES)

CÜP MOYKN ANNUEL (AVEC AUXILIAIRES)

VOLUME POMPE

TEMPERATURE MÜYENNE DE REJET


TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES

TEP ECONOMISEES


81.91

0.00

81.91

22.01

.63

22.64

110.68

9.52

11.12

35.67

3.72

1.62

15772.80

7.73

59.90

100.00

9.52

3.86

4. 20

MWH UTILES

MWH UTILES

HWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

M3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

t

TH/KWH

Tableau 5-9- c- 2

/ LogicJ.el BILAN 2 'L-oglclel BTPAC


TtMPfcIsATURË Lib BAit:

TEMPERATURE DE L-ONS.lONt

TEMPERATURE DE NON CHAUf-pALifc



PUISSANCE MAXIMALE Ut. LHAUFHAGE < KW >

DEBIT DU CIRCUÍ r PRIMAIRE <n3./H)

COEFFICIENT &V (WATT/ UC)

FACTEUR DE REDUCTION DE RtülME (H)

COMBUSTIBLE

RENDEMENT DE COMBUSTION ( >. )

TEMP, MAXI DE SORTIE DU CÚNDENÍ.EUR



DEBIT DU FORAGE (f\3/H)

HAUTEUR MANOMETRIOUE TOTALE (MCE)


19. 00

16, I.II.1

70 00

55, 1.11.1

j7. 00

2, 12

2055, St.

1, 01.I

FOD

74 ùti

55. 00

11, 00

2, 00

3, 10

10, Ou

1

tableau 5-9-a-1


KKX3KSSMSMSKXSSSSXBS«SSSaiMS



ENERGIE UTILE PAC :



ELECTRICITE TOTALE !



COP MOYEN ANNUELiSANS AUXILIAIRES) :


VOLUME POMPE :



TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES :

TEP ECONOMISEES :

COEFFICICNT DB SUBSTITUTION :

81.91

20.06

MWH UTILES

MWH UTILES

2.72COMBUS REF.

61.85

15.93

.57

16.49

110.68

9.52

11.12

14.47

3.88

3.75

14187.53

8.19

45.92

75.51

7,19

3.06

4.36

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

M3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

%

TH/KWH

Tableau 5-9- a- 2


=r:£:=:--=^=- = :r = :: :: :: -:: =:: =, = = =: :^:: :=a:

TEMPERmIURE Dt. BrtbE

TEMPERATURE DE CONSIONE

TEMPERATURE DE NON CHAUFFHLjfc



PUISSANCE MAXIMALE DE LHAUf^l- AôE (KW)

DEBIT DU CIRCUIT PRIMAIRE (M3.'H)

COEFFICIENT OV (WATT/.LiC)


COMBUSTIBLE

RENDEMENT DE COMBUSTION O. )

TEMP, MAXI DE SORTIE DU CONDENSEUR




HAUTEUR MANOMETRIÛUE TOTALE (MCE)


-2, OO

19 Oo

16, OO

VO 00

55 1.10

J7, 00

2, 12

¿055, 5e.

i, 1.11.»

FOD

74 Oi.i

55. ÙO

11. OO

2. 00

3. lo

10. 00

i

iL^tau 5-9-b-I


ENERGIE UTILE TOTALE :


ENERGIE UTILE PAC

ENERGIE ELECTRIQUE TAC


ELECTRICITE TOTALE


EQUIVALENCE

EQUIVALENCE

PUISSANCE THERMIQUE DU CONDKNSKUlt

COP MOYKN ANNUKl, (:;ANS AMXILIAinKS)

COP MOYKN ANNUKL(AVRC AUXILIAIRES)

VOLUME POMPE

TEMPERATURE MOYENNE DE HEJET


TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES

TEP ECONOMISEES

COEFFICIENT DK SUBSTITUTION

81.91 MWH UTILES

20.06 MWH UTILES

61.85

15.93

.57

16.49

11J.68

9.52

11.12

11.47

3.88

3.75

14187.53

8.22

45.92

75.51

7.19

3.06

4.36

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

M3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

t

TH/KWH

T *£eat'. 5-9-b-?

Tableau 5-9 ; Comparaison des logiciels BILAN, BTPAC, PERCHEa - caractéristiques du projetb - bilan énergétique du projet

3 Lfl¿icle(:


m » ««««»««*»««««

TEMPERATURE DE BASE :

TEMPERATURE DE CONSIGNE :

TEMPERATURE DE NON CHAUFFAGE :

TEMPERATURE DE DEPART :

TEMPERATURE DE RETOUR :



COEFFICIENT GV (WATT/. OC)


COMBUSTIBLE :

RENDEMENT DE COMBUSTION (») :

TEMP. MAXI DE SORTIE DU CONDENSEUR :

TEMPERATURE DU FORAGE :

TEMPERATURE LIMITE DE REJET :



NOMBRE DE FORAGE (S) :

PERCHE

-2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

37.00

2.12

2055.56

1.00

FOD

74.00

70.00

11.00

2.00

3.10

10.00

1

Tableau 5-9- c-1


ENERGIE UTILE TOTALE


ENERGIE UTILE PAC


ELECTRECITE DES AUXILIAIRES

ELECTRECITE TOTALE


EQUIVALENCE

EQUIVALENCE

PUISSANCE TIIEIIMIQUK DU CONDENUEUR


CÜP MOYKN ANNUEL (AVEC AUXILIAIRES)

VOLUME POMPE

TEMPERATURE MÜYENNE DE REJET


TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES

TEP ECONOMISEES


81.91

0.00

81.91

22.01

.63

22.64

110.68

9.52

11.12

35.67

3.72

1.62

15772.80

7.73

59.90

100.00

9.52

3.86

4. 20

MWH UTILES

MWH UTILES

HWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

M3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

t

TH/KWH

Tableau 5-9- c- 2

Figure 5-10 : Comparaison des logiciels : BILAN,BTPAC, PERCHE

70.

50.

50. h-

Ci)-c

'S? 40.

<.§^30.

ts sO-I20,

::! I 1 1 I ! \ 1 I I I I iT-

T [ =température départ)

L

J

[=température retourQ^..^ ^- temperatura

en sortie du -\condenseur'.

1-

10.

_L J I L J I I L J 1 L 1

-2.-1. 0. 1. 2. 3. 4. 5. B. 7. 8. 9. 10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.

Température extérieure (°C)

Figure 5-10-a ; Evolution des températures du circuit dediauffage en fonction de la températureextérlzurz.

^^- ] I \ \ ! I I 1 I \ I i I I I 1 r 1 \ r

H

._ iournle ipan la PAC )

^ 12. r ' ': ,, '^^^.f, y^ñ Pn .sourcL froide) ^i p£5F f = puASSance . prej:.e.v^<i- --^ I

-2.-1. 0. 1. 2. 2. 4. 5. 6. 7. 3. 9. 10.11.12.13.14.15.16.17.13.19.22.

Température extérlzurz (°C)

Flgurz 5-1 û-b Evolution des bzsolns dz la puissance fourniepar la pompe à clialeur [ PPAC ) , et de celleprélevée à la source froide (PESF) en fonctionde la température exténleure.

1 : Logiciel BILAN

Figure 5-10 : Comparaison des logiciels : BILAN,BTPAC, PERCHE

70.

50.

50. h-

Ci)-c

'S? 40.

<.§^30.

ts sO-I20,

::! I 1 1 I ! \ 1 I I I I iT-

T [ =température départ)

L

J

[=température retourQ^..^ ^- temperatura

en sortie du -\condenseur'.

1-

10.

_L J I L J I I L J 1 L 1

-2.-1. 0. 1. 2. 3. 4. 5. B. 7. 8. 9. 10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.

Température extérieure (°C)

Figure 5-10-a ; Evolution des températures du circuit dediauffage en fonction de la températureextérlzurz.

^^- ] I \ \ ! I I 1 I \ I i I I I 1 r 1 \ r

H

._ iournle ipan la PAC )

^ 12. r ' ': ,, '^^^.f, y^ñ Pn .sourcL froide) ^i p£5F f = puASSance . prej:.e.v^<i- --^ I

-2.-1. 0. 1. 2. 2. 4. 5. 6. 7. 3. 9. 10.11.12.13.14.15.16.17.13.19.22.

Température extérlzurz (°C)

Flgurz 5-1 û-b Evolution des bzsolns dz la puissance fourniepar la pompe à clialeur [ PPAC ) , et de celleprélevée à la source froide (PESF) en fonctionde la température exténleure.

1 : Logiciel BILAN


papier


papier

figure 5-10 : Compara-tson des logiciels : BILAN,BTPAC, PERCHE

fl.

i si»

'^ ^ AA

<i c'üw'Z ver

^ ,

^'ijT IT*!" 1 r 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 I 0 II

(=íc,'r!pá'T.aíuA£ -teío7^?Sii^^^^fc^ - , ^ - ^

^^**^^^^^ condenseur

':

k^% Sk U a» )k 4» S. a; 7. H 8. lB,lU12.l3.lA.l5.l8.l7Ae.iaja,

Température extérieure i °C )

F-LQure 5-10-a ; Evolution des températures du coicu^t dechauffage en fonction de la températureextérieure.

^ \ i| \ ï i 1 i| I I I I I I I I I I I I I r

nuhv\^\(^ pn^ Pa. PAC )

eSü ^n hource. fro^Láe)

' ' ' 'I '' ' I " 'L->il. % 11. ^ 3. -H. 3. as. TZ. S. 9. liaLllllJ12Jl3L24Jl3.lS.17.119ja.2S.

Température extérieure Í°C!

'Lgure 5-1 Q-b Evolution des besoins de la puissance /^ou-rn-tepar la pompe à clialeur i'PPAC), et de celleprélevée à la sourcz froide iPESf' en konctA.onde la température extérLCure.

1 : Logiciel BILAN

1 : Loalclei BTPAC

3 : Logiciel PERCHE

figure 5-10 : Compara-tson des logiciels : BILAN,BTPAC, PERCHE

fl.

i si»

'^ ^ AA

<i c'üw'Z ver

^ ,

^'ijT IT*!" 1 r 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 I 0 II

(=íc,'r!pá'T.aíuA£ -teío7^?Sii^^^^fc^ - , ^ - ^

^^**^^^^^ condenseur

':

k^% Sk U a» )k 4» S. a; 7. H 8. lB,lU12.l3.lA.l5.l8.l7Ae.iaja,

Température extérieure i °C )

F-LQure 5-10-a ; Evolution des températures du coicu^t dechauffage en fonction de la températureextérieure.

^ \ i| \ ï i 1 i| I I I I I I I I I I I I I r

nuhv\^\(^ pn^ Pa. PAC )

eSü ^n hource. fro^Láe)

' ' ' 'I '' ' I " 'L->il. % 11. ^ 3. -H. 3. as. TZ. S. 9. liaLllllJ12Jl3L24Jl3.lS.17.119ja.2S.

Température extérieure Í°C!

'Lgure 5-1 Q-b Evolution des besoins de la puissance /^ou-rn-tepar la pompe à clialeur i'PPAC), et de celleprélevée à la sourcz froide iPESf' en konctA.onde la température extérLCure.

1 : Logiciel BILAN

1 : Loalclei BTPAC

3 : Logiciel PERCHE

7§.

40.

sa.

20.

10.

IIIIIII I g I B II

i I i '''''«' lililí-2.-1. 0.1. 2.I.4.S.6L7. 0.0. 10.ll.12.ia.KlS.18.17.ia.lfl.2aL

42.>

»30.

24.

18.

12.

8.

1.-2

1 1 1 1' I 1 1 1 1 i ' I 1 1 '1 1 1 1 1 "1 1 1

-\

- \.

^\.PESf^""--^^,,^^ >v

" L'^^ >N, "^^^

1 1 1 1 1 I I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 r» 1 1 1 1

.-1. 0. 1. 2. 3. 4. S. 8. 7. 8. 9. 10.11. 12.l3.U.lS.lS.l7.It.ia.2I L

1 : Logiciel BTPAC

3 : Logiciel PERCHE

7§.

40.

sa.

20.

10.

IIIIIII I g I B II

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»30.

24.

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12.

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-\

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^\.PESf^""--^^,,^^ >v

" L'^^ >N, "^^^

1 1 1 1 1 I I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 r» 1 1 1 1

.-1. 0. 1. 2. 3. 4. S. 8. 7. 8. 9. 10.11. 12.l3.U.lS.lS.l7.It.ia.2I L

1 : Logiciel BTPAC

3 : Logiciel PERCHE

187

Les caractéristiques de l'installation consiciérée sont présentées dans

les tableaux (5-9-a-l) , (5-9-a-2), (5-9-a-3) correspondant respectivement aux

trois logiciels.

La valeur de 11°C retenue pour la température de la source froide

correspond à la moyenne des valeurs courantes des aquifères superficiels

(10 à 12°C).

Les logiciels BTPAC et BILAN, prenant en compte les caractéristiques

de la pompe à chaleur conduisent aux mêmes résultats (tableaux (5-9-b-i:) et (5-9-b )).

Le léger écart (0,4 %) entre les valeurs des températures moyennes

de rejet obtenues par le logiciel BTPAC et le logiciel BILAN provient des

arrondis lors de calculs différents.

Le logiciel BTPAC calcule la valeur moyenne de. la température

de rejet à partir des résultats globaux (énergie prélevée sur la nappe ou

le sous-sol et du volume pompé). Le logiciel BILAN fait la moyenne des tempé¬

ratures de rejet calculées chaque jour, ce qui est nécessaire pour une instal¬

lation avec un dispositif CORAIL dont la température évolue au cours de la f!PÍ«?on.

Le logiciel PERCHE caractérisant la pompe à chaleur par la formule

(4.14) aboutit à des résultats nettement plus optimistes (taux de couverture

des besoins de 100 %) (tableau (5-9-b-3)) . Par ailleurs, les figures (5-10-a(l,2,3) )

(évolution des températures dans le circuit de chauffage en fonction de la

température extérieure) et (3-10-b(l,2,3)) (évolution des besoins en chauffageen fonction de la température extérieure) montrent que pour les trois logiciels :

- les températures de départ et de retour du circuit de chauffage sont

identiques,

- les besoins sont égaux.

L'observation simultanée de ces figures (5-10-a et 5-10-b) pour

chaque logiciel montre la cohérence des résultats :

- d'après BTPAC et BILAN la pompe à chaleur peut couvrir la totalité des

besoins dès que la température est égale ou supérieure à 9,3°C (figures (5-10-b(l,2) ) ,

simultanément (figures (5-10-a(l,2) ) la température en sortie de condenseur

devient supérieure à celle requise en départ du circuit de chauffage ;

187

Les caractéristiques de l'installation consiciérée sont présentées dans

les tableaux (5-9-a-l) , (5-9-a-2), (5-9-a-3) correspondant respectivement aux

trois logiciels.

La valeur de 11°C retenue pour la température de la source froide

correspond à la moyenne des valeurs courantes des aquifères superficiels

(10 à 12°C).

Les logiciels BTPAC et BILAN, prenant en compte les caractéristiques

de la pompe à chaleur conduisent aux mêmes résultats (tableaux (5-9-b-i:) et (5-9-b )).

Le léger écart (0,4 %) entre les valeurs des températures moyennes

de rejet obtenues par le logiciel BTPAC et le logiciel BILAN provient des

arrondis lors de calculs différents.

Le logiciel BTPAC calcule la valeur moyenne de. la température

de rejet à partir des résultats globaux (énergie prélevée sur la nappe ou

le sous-sol et du volume pompé). Le logiciel BILAN fait la moyenne des tempé¬

ratures de rejet calculées chaque jour, ce qui est nécessaire pour une instal¬

lation avec un dispositif CORAIL dont la température évolue au cours de la f!PÍ«?on.

Le logiciel PERCHE caractérisant la pompe à chaleur par la formule

(4.14) aboutit à des résultats nettement plus optimistes (taux de couverture

des besoins de 100 %) (tableau (5-9-b-3)) . Par ailleurs, les figures (5-10-a(l,2,3) )

(évolution des températures dans le circuit de chauffage en fonction de la

température extérieure) et (3-10-b(l,2,3)) (évolution des besoins en chauffageen fonction de la température extérieure) montrent que pour les trois logiciels :

- les températures de départ et de retour du circuit de chauffage sont

identiques,

- les besoins sont égaux.

L'observation simultanée de ces figures (5-10-a et 5-10-b) pour

chaque logiciel montre la cohérence des résultats :

- d'après BTPAC et BILAN la pompe à chaleur peut couvrir la totalité des

besoins dès que la température est égale ou supérieure à 9,3°C (figures (5-10-b(l,2) ) ,

simultanément (figures (5-10-a(l,2) ) la température en sortie de condenseur

devient supérieure à celle requise en départ du circuit de chauffage ;

- 188 -

1^10 J5-;; 15-12 15-1 15-2 15-3 15-4 Í5-5 tfafr- í<ori/i. nrUA)

FJQuKZ 5- 1 1 : Bitan ineAgitiquz dz ¿' ¿mtatlatton globcJ.z"dz KzfiiLZncz" : données méXzoïologiquziuttLiizzi.

riCHItll Dti CABACTCRISTIOUES

COKI,:!.

2i ¿\ it

ClikTTSJJS

RC

TEEHl»

TCCKAX

PASC

TEEtTSC

'2.HH»

. COP

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COP

t.iiif

COP

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COP

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COP

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COP

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12.«4J««

4.C2J4*

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S.«7«l«

14.9«(«*

S.14««*

li.U**'

S.4S««*

I«.*«4«*

S.454«*

1T.4JJJ*

i.titi*

RC

DE LA PAC

- *.èH4

TSCHIN 2S.M4a

TSCHAX - ii.êêti

PASC

IS.IfK*

t.iêtt*

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«.»t««*

3.S4«**

11.3f«f*

J.77*»«

12.3I***

l.*TI**

13.SI4«*

4.22«f*

14.3««f*

4.33J**

1S.3IM*

4.5(11*

K.2ÍI»*

4.63ÍJ*

1C.9MJ*

4.t3ft*

H.iiSI

4S.««t4*

t.êiëf

2.77««*

«.34i«*

3.f«<i*

1I.SI««*

3.2ia«*

11.4(l«>

3.3S4(*

X2.»tl«*

3. Stat*

13. sata*

3.S7aa*

X4.saaa*

3.12a**

IS. saaa*

3.97aa*

ic.3aat*

4.a(aa*

ss.aaaa*

7.4a«a*

2.3914*

t.caaa*

2.ciaa*

9.9aaa*

2.S3aa*

ia.7jj**

2.t9(a*

I2.2aaa*

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i3.aaaa*

3.i7aa*

i3.7aaa*

3.2caa*

14. aaaa*

3.44aa*

is.saaa*

3.S2«a*

nCHIL'H UONNCES CEOTHCRnlQUES (CORAIL)

CORA I L

21 IJ 84

DEBIT OE LA SOURCE PHOIDE <n)/H)

(CIRCULATION DS DISPOSITIF CORAIL) : 1.1

TEMPERATURE LlnlTE DE REJET (OC) 2.1

HAUTEUR IIANOHETRIOUE TOTALE (H) lé.i

TEMPERATURE EN SURPACE (Z>«H) (OC) : 12. <

KART OE T. CXPLOITC PAR COIUIL(OC|l 2.4

PROPONOEUR DU poRACE (H) t laj.aa

GRADIENT CEOTHCRHIQUE (OC/H) l .a2

CONO. THERMIOUE DE LA ROCHE (H/H/K)l 3.24

CAPACITE CALORiPiouE ROCHE (J/H3/K): 22aaaaa.a(

CAPACITE CALORiriQUE CAu (J/H3/IC) : 4iaaaa4.a«

RAYON ou FORACE (H) t .1*

MOHMC DE rORACECS) CORAIL l 1

Tabteai5-15 : Bilan êrtAgitiefii di ViMAallaXJm.gttíbaiz de. AêÂémnci -. Uchien. dzi canactí.-KUtÁDueJk dzt'éómaewi COML ICÛRAIC)

Tableau 5-12 : Bilan inuigbtÁífie. de. l'dni-XaJUaUon gtobale. dz Áffinsrce. .- ^ùjvlde¿ ca/iaauüUitüfxu de.tapampiàdxOsuK (CIAT TBB n* 65)

riCHICR DES

CORAIL

21 la S4

TCMPCRATURE

TENPCIUTURE

TCHPEHATUIIE

TCMPERATURE

TCHPCIUTURE

OONNCeS TBERHIOUeS

DE CONSIGNE

DE BASE

DE NON CHAUFFAGE

OE DEPART PAR .2.*

DE RETOUR PAR .2.a

PUISSANCE MAXIMALE (KW)

FACTEUR DE REDUCTICH DE RCCIHS

COMBUSTIBLE OE RBFERENCE

POUVOIR CALORIPIOUE INFCRICUR

RtNOEMEHT DU SYSTEME OE CHAUrFACE

TEHpeRATURE MAXI OU CONDENSEUR

19. aa

-2.aa

ic.aa

7(.aa

5S. aa

47. aa

a. sa

FOO

99 sa. ta

.sa

ss.a*

Tabgeaa 5-M : Bilan én&igétù^ de. ViïibtoUaXion.ojtikoJiJL de. néiknsjKe. : iichien. de¿ canactérnlitùfje/, di otAoùt dz évuifpgi {QORMU

- 188 -

1^10 J5-;; 15-12 15-1 15-2 15-3 15-4 Í5-5 tfafr- í<ori/i. nrUA)

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nCHIL'H UONNCES CEOTHCRnlQUES (CORAIL)

CORA I L

21 IJ 84

DEBIT OE LA SOURCE PHOIDE <n)/H)

(CIRCULATION DS DISPOSITIF CORAIL) : 1.1

TEMPERATURE LlnlTE DE REJET (OC) 2.1

HAUTEUR IIANOHETRIOUE TOTALE (H) lé.i

TEMPERATURE EN SURPACE (Z>«H) (OC) : 12. <

KART OE T. CXPLOITC PAR COIUIL(OC|l 2.4

PROPONOEUR DU poRACE (H) t laj.aa

GRADIENT CEOTHCRHIQUE (OC/H) l .a2

CONO. THERMIOUE DE LA ROCHE (H/H/K)l 3.24

CAPACITE CALORiPiouE ROCHE (J/H3/K): 22aaaaa.a(

CAPACITE CALORiriQUE CAu (J/H3/IC) : 4iaaaa4.a«

RAYON ou FORACE (H) t .1*

MOHMC DE rORACECS) CORAIL l 1

Tabteai5-15 : Bilan êrtAgitiefii di ViMAallaXJm.gttíbaiz de. AêÂémnci -. Uchien. dzi canactí.-KUtÁDueJk dzt'éómaewi COML ICÛRAIC)

Tableau 5-12 : Bilan inuigbtÁífie. de. l'dni-XaJUaUon gtobale. dz Áffinsrce. .- ^ùjvlde¿ ca/iaauüUitüfxu de.tapampiàdxOsuK (CIAT TBB n* 65)

riCHICR DES

CORAIL

21 la S4

TCMPCRATURE

TENPCIUTURE

TCHPEHATUIIE

TCMPERATURE

TCHPCIUTURE

OONNCeS TBERHIOUeS

DE CONSIGNE

DE BASE

DE NON CHAUFFAGE

OE DEPART PAR .2.*

DE RETOUR PAR .2.a

PUISSANCE MAXIMALE (KW)

FACTEUR DE REDUCTICH DE RCCIHS

COMBUSTIBLE OE RBFERENCE

POUVOIR CALORIPIOUE INFCRICUR

RtNOEMEHT DU SYSTEME OE CHAUrFACE

TEHpeRATURE MAXI OU CONDENSEUR

19. aa

-2.aa

ic.aa

7(.aa

5S. aa

47. aa

a. sa

FOO

99 sa. ta

.sa

ss.a*

Tabgeaa 5-M : Bilan én&igétù^ de. ViïibtoUaXion.ojtikoJiJL de. néiknsjKe. : iichien. de¿ canactérnlitùfje/, di otAoùt dz évuifpgi {QORMU

- 189

- d'après PERCHE la pompe à chaleur couvre toujours les besoins et

la température du condenseur (TCOND) est égale à la température nécessaire

en départ de circuit de chauffage (Tq).

5.3 - SIMULATION DE REFERENCE

Elle correspond à l'installation projetée à l'école maternelle du

RUSQUET (Lannion) avec l'échangeur CORAIL de "référence" défini au chapitre 3

(§ 3.3.1, p. 103)..

5.3.1 - Données utilisées

Les données météorologiques sont celles de Brest (du 15 octobre

1982 au 15 mai 1983 - fioure (5-11).

Les données sur la pompe à clialeur : sont celles de la pompe à

chaleur type TBB n° 35 de marque CIAT (tableau (5-12),fichier CIAT TBB n° 35).

La partie souterraine est constituée par un dispositif CORAIL

exploité de façon discontinue, la température en sortie d'échangeur étant

la moyenne des extremums (équation 5-02) ; les caractéristiques de cet

echangeur sont présentées tableau (5-13) ( fichier CORAIC).

Le diauffage est caractérisé par les températures du circuit de

distribution, sa puissance maximale, son rendement, le facteur H (tableau (5-14),

fichier CORAIl). Du fait de l'intermittence du chauffage et de l'inertie du

bâtiment on est obligé de tenir compte soit :

- d'une puissance maximale plus élevée,

- d'un fonctionnement pendant plus de 12 heures (H > 0,5) pour

arriver à des besoins correspondants à la réalité.

0)ucmtnin

3G.

PMAX

PMAX

\:Besoins pour 1 chauffagefonctionnant pendant 12heures(H = 0,5) à PMAX,

B: Besoins pour 1 chauffagefonctionnant à PMAX pen¬dant plus de 12h (H > 0,5)

B

Temps

- 189

- d'après PERCHE la pompe à chaleur couvre toujours les besoins et

la température du condenseur (TCOND) est égale à la température nécessaire

en départ de circuit de chauffage (Tq).

5.3 - SIMULATION DE REFERENCE

Elle correspond à l'installation projetée à l'école maternelle du

RUSQUET (Lannion) avec l'échangeur CORAIL de "référence" défini au chapitre 3

(§ 3.3.1, p. 103)..

5.3.1 - Données utilisées

Les données météorologiques sont celles de Brest (du 15 octobre

1982 au 15 mai 1983 - fioure (5-11).

Les données sur la pompe à clialeur : sont celles de la pompe à

chaleur type TBB n° 35 de marque CIAT (tableau (5-12),fichier CIAT TBB n° 35).

La partie souterraine est constituée par un dispositif CORAIL

exploité de façon discontinue, la température en sortie d'échangeur étant

la moyenne des extremums (équation 5-02) ; les caractéristiques de cet

echangeur sont présentées tableau (5-13) ( fichier CORAIC).

Le diauffage est caractérisé par les températures du circuit de

distribution, sa puissance maximale, son rendement, le facteur H (tableau (5-14),

fichier CORAIl). Du fait de l'intermittence du chauffage et de l'inertie du

bâtiment on est obligé de tenir compte soit :

- d'une puissance maximale plus élevée,

- d'un fonctionnement pendant plus de 12 heures (H > 0,5) pour

arriver à des besoins correspondants à la réalité.

0)ucmtnin

3G.

PMAX

PMAX

\:Besoins pour 1 chauffagefonctionnant pendant 12heures(H = 0,5) à PMAX,

B: Besoins pour 1 chauffagefonctionnant à PMAX pen¬dant plus de 12h (H > 0,5)

B

Temps

190

CARACTCII ISTIOUES DC PROJET i

TEHPERATURE DE BASE (oC)

TEMPERATURE DE CONSIGNE (oC)

TEMPERATURE DE NON CHAUFFACE (oC)

TEHPERATURE OE DEPART (eC)

TEHPERATURE OE RETOUR (oC)


DEBIT DU CIRCUIT PRIMAIRE (Hl/H)

COEFFICIENT CV (WATT/.OC)


COMBUSTIBLE

RENDEMENT OE COMBUSTION (t)

T. MAXI DE SORTIE DU CONDENSEUR (eC)

TEMPERATURE LIMITE DE REJET (oC)

DEBIT DU FORACE (H3/H)


PROFONDEUR DU FORACE (H)

RAYON DU FORACE (M)

ECART DE TEMPERATURE EXPLOITE (OC)

NOHBRE OE FORACE(S) CORAIL i

REFERENCE DE LA PAC UTILISEE i

I -2. 44

19.44

16.44

74.44

SS.44

47.44

2.69

26 1 1 . 1 1

: .S4

FOD

t 74.44

SS.44

2.44

1.14

14.44

144.44

.14

2.44

1

CIATTBB3S

BILAN ENERGETIQUE OU PROJET :

ENERGIE UTILE TOTALE FOURNIE t


ENERGIE UTILE PAC

KHKHCIE KLECTRIOUt PAC I

ELECTRICITE DES AUXILIAIRES l

ELECTRICITE TOTALE 1

ENEHUIK THAIIITIOHNELLE (PCI) 1

PUISSANCE THERMIOUE DU CONDENSEUR i

COP MOYEN ANNUELISANS AUXILIAIRES)

COP MOYEN ANNUELIAVEC AUXILIAIRES) l

VOLUME POMPE :

TEMPERATURE MOYENNE DE HEJET l

ENERGIE PRELEVEE SUR LA HAPPE l

TAUX OE COUVERTURE i

TEP DEPLACEES

TEP ECONOMISEES

coErriciENT OE substitution

2S

14

l

14

}

4

34

2

]

11

]

1

1(61

i

14

SB

1

4

63

74

MWH UTILES

MWH UTILES

46COMBUS REF.

*9

«S

IS

14

63

4a

46

6

77

63

SI

4S

94

49

73

74

22

MWH UTILES

HWH UTILES

MWH UTILES

HWII UTILES

HWII

TEP

H] DE FOO

KW

H)

OC

HWH

t

TH/KWH

Figjne. 5-15 -.Bilan éymgétique de.

(OnsMlation g^bolje "de référence":ficlüjín. des canactéristiûues ai pnojet

Fiçijrc 5-16 iBUm énerojétiifxii de l' installation

olûbalz "de néférence": ficiû^r des nésultûts.

49.

42.

35.

15-10 ;5-ÎI I5-;Z 15-1 15-2 15-3 15-4 15-5

Vatz {jour, mo¿6]

Figure. 5-17

1 : besoins

2 : PPAC

3 : PESF

Bilan de l' installatlan globalz de "nzfénenaz":évolution des besoins, ck la puissance fourniepan. la pompe à clnFcur [PPAC) zt de la ipuissance

pnélevée par l'édiangeur (PESF) au couns de ^asaison de diauffage .

190

CARACTCII ISTIOUES DC PROJET i



TEMPERATURE DE NON CHAUFFACE (oC)

TEHPERATURE OE DEPART (eC)

TEHPERATURE OE RETOUR (oC)


DEBIT DU CIRCUIT PRIMAIRE (Hl/H)

COEFFICIENT CV (WATT/.OC)


COMBUSTIBLE

RENDEMENT OE COMBUSTION (t)

T. MAXI DE SORTIE DU CONDENSEUR (eC)


DEBIT DU FORACE (H3/H)


PROFONDEUR DU FORACE (H)

RAYON DU FORACE (M)


NOHBRE OE FORACE(S) CORAIL i

REFERENCE DE LA PAC UTILISEE i

I -2. 44

19.44

16.44

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SS.44

47.44

2.69

26 1 1 . 1 1

: .S4

FOD

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SS.44

2.44

1.14

14.44

144.44

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2.44

1

CIATTBB3S

BILAN ENERGETIQUE OU PROJET :

ENERGIE UTILE TOTALE FOURNIE t


ENERGIE UTILE PAC

KHKHCIE KLECTRIOUt PAC I

ELECTRICITE DES AUXILIAIRES l

ELECTRICITE TOTALE 1

ENEHUIK THAIIITIOHNELLE (PCI) 1

PUISSANCE THERMIOUE DU CONDENSEUR i

COP MOYEN ANNUELISANS AUXILIAIRES)

COP MOYEN ANNUELIAVEC AUXILIAIRES) l

VOLUME POMPE :

TEMPERATURE MOYENNE DE HEJET l

ENERGIE PRELEVEE SUR LA HAPPE l

TAUX OE COUVERTURE i

TEP DEPLACEES

TEP ECONOMISEES

coErriciENT OE substitution

2S

14

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MWH UTILES

MWH UTILES

46COMBUS REF.

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MWH UTILES

HWH UTILES

MWH UTILES

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TEP

H] DE FOO

KW

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OC

HWH

t

TH/KWH

Figjne. 5-15 -.Bilan éymgétique de.

(OnsMlation g^bolje "de référence":ficlüjín. des canactéristiûues ai pnojet

Fiçijrc 5-16 iBUm énerojétiifxii de l' installation

olûbalz "de néférence": ficiû^r des nésultûts.

49.

42.

35.

15-10 ;5-ÎI I5-;Z 15-1 15-2 15-3 15-4 15-5

Vatz {jour, mo¿6]

Figure. 5-17

1 : besoins

2 : PPAC

3 : PESF

Bilan de l' installatlan globalz de "nzfénenaz":évolution des besoins, ck la puissance fourniepan. la pompe à clnFcur [PPAC) zt de la ipuissance

pnélevée par l'édiangeur (PESF) au couns de ^asaison de diauffage .

191

Ceci traduit l'appel de puissance à la remise en route du chauffage le matin

et le fait qu'une utilisation sur 12 heures (au lieu de 24 heures) du chauffage

ne conduit pas à une économie de 50 % sur la consommation (figure &-11)).

Pour l'école du Rusquet, la prise en compte de

(- PMAX = 47 kW et H = 0,5

(- PMAX = 37 kW et H = 0,64

conduit respectivement à des besoins utiles de :

Í - 25,63 MWh

] (écart inférieur à 1 %){- 25,83 MWh

alors que la consommation réelle de l'école (3 528 litres de F.O.D.) correspond

à des besoins utiles de 25,98 MWh. L'écart entre les valeurs calculées et

la valeur réelle ne dépasse pas 1,4 %.

Dans la suite la solution retenue sera PMAX = 47 kWh et H = 0,5.

Les caractéristiques du projet sont présentées tableaui5-15!) .

5.3.2 - Résultats

Les résultats du bilan énergétique sont présentés dans le tableau (5-16)

Les courbes d'évolution au cours de la saison de chauffage de la puissance

des besoins, de la puissance prélevée par l'échangeur CORAIL (PESF) et de

la puissance fournie par la pompe à chaleur (PPAC) sont tracées fiqure (5-17) .

5.3.3 - Commentaires

Les coefficients moyens de performance annuels avec et sans prise

en compte des auxiliaires atteignent des valeurs de 3,63 et 3,77 (les valeurs

quotidiennes qui ne tiennent pas compte des auxiliaires varient entre 3,06

et 4,57). Ces valeurs sans doute un peu fortes sont liées au calcul du

coefficient de performance basé sur la seule puissance du groupe moto-compresseur.

Le taux de couverture s'élève à 58,09 %, valeur intéressante

qu'on peut espérer augmenter par l'utilisation d'une pompe à chaleur plus

puissante (cf. paragraphe suivant).

191

Ceci traduit l'appel de puissance à la remise en route du chauffage le matin

et le fait qu'une utilisation sur 12 heures (au lieu de 24 heures) du chauffage

ne conduit pas à une économie de 50 % sur la consommation (figure &-11)).

Pour l'école du Rusquet, la prise en compte de

(- PMAX = 47 kW et H = 0,5

(- PMAX = 37 kW et H = 0,64

conduit respectivement à des besoins utiles de :

Í - 25,63 MWh

] (écart inférieur à 1 %){- 25,83 MWh

alors que la consommation réelle de l'école (3 528 litres de F.O.D.) correspond

à des besoins utiles de 25,98 MWh. L'écart entre les valeurs calculées et

la valeur réelle ne dépasse pas 1,4 %.

Dans la suite la solution retenue sera PMAX = 47 kWh et H = 0,5.

Les caractéristiques du projet sont présentées tableaui5-15!) .

5.3.2 - Résultats

Les résultats du bilan énergétique sont présentés dans le tableau (5-16)

Les courbes d'évolution au cours de la saison de chauffage de la puissance

des besoins, de la puissance prélevée par l'échangeur CORAIL (PESF) et de

la puissance fournie par la pompe à chaleur (PPAC) sont tracées fiqure (5-17) .

5.3.3 - Commentaires

Les coefficients moyens de performance annuels avec et sans prise

en compte des auxiliaires atteignent des valeurs de 3,63 et 3,77 (les valeurs

quotidiennes qui ne tiennent pas compte des auxiliaires varient entre 3,06

et 4,57). Ces valeurs sans doute un peu fortes sont liées au calcul du

coefficient de performance basé sur la seule puissance du groupe moto-compresseur.

Le taux de couverture s'élève à 58,09 %, valeur intéressante

qu'on peut espérer augmenter par l'utilisation d'une pompe à chaleur plus

puissante (cf. paragraphe suivant).

- 192

Figure 5-18 : Evolution de latempe/tature en sortie d' éclian¬geur [TGTH] au cours de lasaison de diauffage [projetde néfénence.)il] : TGTH = moifinne. dei extne-

mjm, [éqiation (5.02)1(2) ; TGTH = minimm

[éj:pation [3.74)).

Figure 5-19 : Evolution de latempénature. de rejet [TREJET)

en sortie, d' évaponateur de. lapompe à dnleur au cours dela saison de dwiufffige

( 1 ) pnojet de néfénence Q

calculée avec l'équatxon[5.02)

(2) pwjet de néfénence Q

caiadée. avec l'éajoÂon[3.74).

12.

o

Températureense

d'échangeur

h'

- *

/5-;o ;5-;/ ]5-n

***>-*- .4*'- -V^-*{2)

15-1 15-2 15-3 15-4 15-5

Date (yOUA, .moli]

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^ 12.

4J

03U

03 ^O

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r

/5-Jo ;s-;; /5-;z

-

*^-r*^ J^^f/^^ %Vv-"*(Z)_

/s-; ;5-Z /5-3 75-4 ;5-5

datz [jouji, mo¿i\

Tableau 5-20 : Bilan énengétique(h. pnojet dit de "néfénence"avec 0=0 [calculez par

s minl'équation [3.74)).

1

aiLAN ENERCETIQUC DU PROJET :



ENeHCIE UTILE PAC



ELtXTRICITK TOTALE


PUISSANCE TIlEliMIUUE DU CONUENSEUH :


CÜP MOYEN ANNUELIAVEC AUXILIAIRES) :

VOLUME POMPE

TEMPERATURE MOYENNE DE REJET

ENERGIE PUKl.EVEE ¡îUR LA NAPPE

TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES

TEP ECONOMISEES

COEFFICIENT DE SUBSTITUTION :

25

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1

14

3

4

14

1

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3

3

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1

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MWH UTILES

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MWll UTILEÜ

MWH UTILES

MWll UTILES

MWH UTILES

MWll

M3 DE FOD

KW

M3

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MWll

%

TH/KWH

- 192

Figure 5-18 : Evolution de latempe/tature en sortie d' éclian¬geur [TGTH] au cours de lasaison de diauffage [projetde néfénence.)il] : TGTH = moifinne. dei extne-

mjm, [éqiation (5.02)1(2) ; TGTH = minimm

[éj:pation [3.74)).

Figure 5-19 : Evolution de latempénature. de rejet [TREJET)

en sortie, d' évaponateur de. lapompe à dnleur au cours dela saison de dwiufffige

( 1 ) pnojet de néfénence Q

calculée avec l'équatxon[5.02)

(2) pwjet de néfénence Q

caiadée. avec l'éajoÂon[3.74).

12.

o

Températureense

d'échangeur

h'

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***>-*- .4*'- -V^-*{2)

15-1 15-2 15-3 15-4 15-5

Date (yOUA, .moli]

CJ

^ 12.

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*^-r*^ J^^f/^^ %Vv-"*(Z)_

/s-; ;5-Z /5-3 75-4 ;5-5

datz [jouji, mo¿i\

Tableau 5-20 : Bilan énengétique(h. pnojet dit de "néfénence"avec 0=0 [calculez par

s minl'équation [3.74)).

1

aiLAN ENERCETIQUC DU PROJET :



ENeHCIE UTILE PAC



ELtXTRICITK TOTALE


PUISSANCE TIlEliMIUUE DU CONUENSEUH :


CÜP MOYEN ANNUELIAVEC AUXILIAIRES) :

VOLUME POMPE


ENERGIE PUKl.EVEE ¡îUR LA NAPPE

TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES

TEP ECONOMISEES


25

U

1

14

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MWH UTILES

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62

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MWll UTILEÜ

MWH UTILES

MWll UTILES

MWH UTILES

MWll

M3 DE FOD

KW

M3

OC

MWll

%

TH/KWH

- 193

Le nombre de tonnes-équivalent-pétrole déplacées s'élève à 1,73

et le nombre de tonnes-équivalent-pétrole économisées à 0,70, soit respec¬

tivement 58 % et 23 % de la consommation antérieure.

Le coefficient de substitution (nombre de tonnes-équivalent-pétrole

déplacées/énergie électrique nécessaire au fonctionnement du nouveau système

de chauffage) s'élève à 4,22 th/kWh. Plus il est fort, plus la substitution

des formes d'énergies est intéressante.

La puissance de la pompe à chaleur varie entre 11,31 et 13,86 kW

au cours du temps, en fonction de la température disponible à la source froide

qui est liée aux périodes de fonctionnement du dispositif CORAIL dépendant de

l'utilisation du chauffage (fiqure (5-17)).

La diminution de la puissance fournie par la pompe à chaleur n'est

pas régulière au cours de la saison de chauffage du fait des arrêts (vacances

et jours non scolaires). A cause de ceux-ci la température disponible en

sortie d'échangeur (0 ) ne diminue pas régulièrement (cf. fiqure (5-18)). Donc

la puissance exploitable et la puissance fournie par la pompe à chaleur

suivent des variations irrégulières (diminution et augmentation) au cours

de la saison de chauffage.

La température de rejet (en sortie d'évaporateur) évolue elle-aussi

irrégulièrement entre 7,87 et 4,27°C, la valeur la plus basse étant atteinte

en fin de saison de chauffage.

Une simulation avec prise en compte du minimum (éq. (3.74)) et non

de la moyenne des extremums (éq. (5.02)) comme température de la source froide

conduit à des résultats moins bons (tableau (5-20)) ; le taux de couverture

est un peu plus faible (54,92 %) les tep économisées (0,62) et déplacées (1,64)

le sont également. La température de la source froide étant plus faible (figure

(5-18)).la puissance fournie par la pompe à chaleur diminue ainsi que la

température de rejet (fiqure (5-19.) ) .

Dans ce cas moins favorable la température de rejet n'atteint cependant

pas le seuil de 2°C à partir duquel la pompe à chaleur est mise hors circuit

pour éviter les problèmes de gel.

- 193

Le nombre de tonnes-équivalent-pétrole déplacées s'élève à 1,73

et le nombre de tonnes-équivalent-pétrole économisées à 0,70, soit respec¬

tivement 58 % et 23 % de la consommation antérieure.

Le coefficient de substitution (nombre de tonnes-équivalent-pétrole

déplacées/énergie électrique nécessaire au fonctionnement du nouveau système

de chauffage) s'élève à 4,22 th/kWh. Plus il est fort, plus la substitution

des formes d'énergies est intéressante.

La puissance de la pompe à chaleur varie entre 11,31 et 13,86 kW

au cours du temps, en fonction de la température disponible à la source froide

qui est liée aux périodes de fonctionnement du dispositif CORAIL dépendant de

l'utilisation du chauffage (fiqure (5-17)).

La diminution de la puissance fournie par la pompe à chaleur n'est

pas régulière au cours de la saison de chauffage du fait des arrêts (vacances

et jours non scolaires). A cause de ceux-ci la température disponible en

sortie d'échangeur (0 ) ne diminue pas régulièrement (cf. fiqure (5-18)). Donc

la puissance exploitable et la puissance fournie par la pompe à chaleur

suivent des variations irrégulières (diminution et augmentation) au cours

de la saison de chauffage.

La température de rejet (en sortie d'évaporateur) évolue elle-aussi

irrégulièrement entre 7,87 et 4,27°C, la valeur la plus basse étant atteinte

en fin de saison de chauffage.

Une simulation avec prise en compte du minimum (éq. (3.74)) et non

de la moyenne des extremums (éq. (5.02)) comme température de la source froide

conduit à des résultats moins bons (tableau (5-20)) ; le taux de couverture

est un peu plus faible (54,92 %) les tep économisées (0,62) et déplacées (1,64)

le sont également. La température de la source froide étant plus faible (figure

(5-18)).la puissance fournie par la pompe à chaleur diminue ainsi que la

température de rejet (fiqure (5-19.) ) .

Dans ce cas moins favorable la température de rejet n'atteint cependant

pas le seuil de 2°C à partir duquel la pompe à chaleur est mise hors circuit

pour éviter les problèmes de gel.

194 -

1

MSPOSITII

IDO >70,55nt S5

MX!70,55m 50

10070,55TU 65

10070,55

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10070,55TK !5

1

; 10070,55

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75 1.

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1 75 r70,55TBB 65

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! 70,5:1 TBB 50

1 ' '15070,55TSe 65

15C70,55TBB 75

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' 100 w

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10070,55TBB 50

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' 10C ir

70,55TBE 35

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lOC rt;,3cTBB 65

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0,î

< 0,2MAXaATkW

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0.2mAX»47 kW

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« 0,2mAir*47 ku

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c 0,2P>«x«23,5

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kk'

t 0,2ptiA*Kn,75

kU

t 0,2P«AX«'1,75

ku

t 0,2mA]i»¿7k^«tj,7«'f

Batoinsuni

25.63

25,^3

25.63

25,63

25,63

25,63

25,63

25,63

25,63

25.63

25,63

25,63

25,63

25,63

25,63

25,63

25,63

52,02

52,02

52,02

26,01

26,01

25,63

Aeeoint

10,74

7,»3

6,72

13,«2

11,S7

e,7o

11,71

10,93

16,41

ï,32

6,47

4,19

1,99

10,11

7,2E

11,26

21,41

20,65

21,94

n,t7

0,07

C,0D

e,46

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14,B9

17,70

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11,71

14,26

16,93

14,02

14,70

9,15

16,31

19,16

21,44

23,64

15,52

16,35

14,35

4,22

31,37

3G,oe

32,15

25,94

26,01

17,17

Ciiiiiniii iaréltetriaue

WK Wh

5,95

4,73

5,45

3,66

J,»»

4,73

S,i6

4,14

2,73

4,10

4,91

5,74

6,S7

3,40

4,21

3,46

1,06

9,59

9,22

9,5B

6,20

6,36

4,13

Efwrgicfournie

par COUIL

10,94

12,«B

13,47

S,05

10,37

12,20

10,15

10,56

6,42

12,21

14,25

15,70

16,77

12,12

14,13

10,SE

3,17

21,78

20,66

22,57

17,74

17,64

13,04

Tmik OccouvvrtufT

X

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«9,07

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45,70

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«6,04

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63,63

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13,66

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60,30

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61,(0

99,73

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67,00

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3,77

5,75

3,47

3,20

3,67

3,5«

S,i3

3,55

3,35

3,98

3,90

5,74

3,44

4,56

4,35

4,14

3,99

3,27

3,26

3,26

3,17

3,11

4,16

3,6!

3,6!

3,39

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3,(3

3,79

3,65

3,«

4,36

4,20

4,03

3,91

3,17

3,19

3.23

3,06

3,02

4,02

TtP

1,73

2,06

2,2

1.S6

1,66

1,97

1,63

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1,06

1,90

2,33

2,49

2,75

1,80

2,13

1,67

0,49

3,65

3,5

3,74

5,01

5,02

2,00

Tt»ECO

0,70

0,(4

0,8

0,43

0,65

0,75

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0,83

0,96

1,02

1,00

0,91

1,04

0,76

0,22

1,17

1,13

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0,87

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:,55

3,52

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Tableau 5-21 : Résultats des différentes variantessimulées par le programme BILAN

194 -

1

MSPOSITII

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13,04

Tmik OccouvvrtufT

X

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3,19

3.23

3,06

3,02

4,02

TtP

1,73

2,06

2,2

1.S6

1,66

1,97

1,63

1,71

1,06

1,90

2,33

2,49

2,75

1,80

2,13

1,67

0,49

3,65

3,5

3,74

5,01

5,02

2,00

Tt»ECO

0,70

0,(4

0,8

0,43

0,65

0,75

0,62

0,64

0.36

0,83

0,96

1,02

1,00

0,91

1,04

0,76

0,22

1,17

1,13

1,24

0,8?

0,87

0,95

COSIBth/KUh

4,22

4,22

3,94

3,65

..

'"

4,05

4,00

3,(0

4,45

4,40

4,24

3,9J

5,07

4,89

4,69

4,55

3,69

3,70

3,75

:,55

3,52

4,67

Tableau 5-21 : Résultats des différentes variantessimulées par le programme BILAN

- 195

5.4 - VARIANTES

Différentes variantes d'installation ont été envisagées suivant :

- la géométrie de l'échangeur CORAIL (profondeur et diamètre),

- la pompe à chaleur retenue (puissance différente),

- le système de chauffage (répartition continue des mêmes besoins, système

d'émission de la chaleur).

Les projets examinés sont les suivants :

- un echangeur de 100 m et de diamètre 0,1 m,


- un echangeur de 150 m et de diamètre 0,2 m ,

- utilisation de la pompe à chaleur CIAT type TBB n"^ 35,

- utilisation de la pompe à chaleur CIAT type TBB n° 50,



- émission de la chaleur à température plus basse (Tp, = 45°C, T^ = 30°C),Uo "o

- répartition des mêmes besoins sur toute la saison (puissance maximale des

déperditions plus faibles).

Les résultats essentiels des simulations de ces différents projets

(avec le programme BILAN à partir des données météorologiques de la saison

1982/1983) sont rassemblés dans le tableau (5-21).

Les bilans complets de ces simulations sont donnés en annexe n° 6.

Nous commencerons par commenter le choix de la pompe à chaleur qui a été

testée pour chaque variation des autres paramètres (géométrie de l'échangeur,

besoins, émetteurs de chaleur).

5.4.1 - Choix de la ponnge à clialeur

Nous examinerons plus précisément les résultats obtenus pour le pro¬

jet de référence, les conclusions qu'on peut en déduire seront confirmées

par l'examen des résultats des autres projets.

- 195

5.4 - VARIANTES

Différentes variantes d'installation ont été envisagées suivant :

- la géométrie de l'échangeur CORAIL (profondeur et diamètre),

- la pompe à chaleur retenue (puissance différente),

- le système de chauffage (répartition continue des mêmes besoins, système

d'émission de la chaleur).

Les projets examinés sont les suivants :



- un echangeur de 150 m et de diamètre 0,2 m ,

- utilisation de la pompe à chaleur CIAT type TBB n"^ 35,




- émission de la chaleur à température plus basse (Tp, = 45°C, T^ = 30°C),Uo "o

- répartition des mêmes besoins sur toute la saison (puissance maximale des

déperditions plus faibles).

Les résultats essentiels des simulations de ces différents projets

(avec le programme BILAN à partir des données météorologiques de la saison

1982/1983) sont rassemblés dans le tableau (5-21).

Les bilans complets de ces simulations sont donnés en annexe n° 6.

Nous commencerons par commenter le choix de la pompe à chaleur qui a été

testée pour chaque variation des autres paramètres (géométrie de l'échangeur,

besoins, émetteurs de chaleur).

5.4.1 - Choix de la ponnge à clialeur

Nous examinerons plus précisément les résultats obtenus pour le pro¬

jet de référence, les conclusions qu'on peut en déduire seront confirmées

par l'examen des résultats des autres projets.

196

5.4.1.1 - Projet de référence

L'augmentation de la puissance de la pompe à chaleur du type

TBB n° 35 au type TBB n° 65, permet une meilleure exploitation du dispositif

CORAIL : l'énergie prélevée augmente de 10,94 MWh à 13,47 MWh. Ceci conduit

à un meilleur taux de couverture des besoins (58,09 % à 73,79 %) .

La pompe à chaleur type TBB n° 75 encore plus puissante provoque

par contre une diminution importante du taux de couverture qui ne vaut plus

alors que 45,70 %. Cette pompe à chaleur par l'exploitation d'un écart de

température élevé conduit à une diminution rapide de la température de

rejet. Celle-ci, atteignant trop souvent le seuil fixé, limite l'utilisation

de la pompe à chaleur, donc l'exploitation du dispositif CORAIL.

On pourrait donc conclure que la pompe à chaleur CIAT TBB n° 65

est la mieux adaptée mais l'observation du nombre de tep économisées, les

valeurs des COP moyen et du coefficient de substitution va réviser ce jugement

un peu hâtif.

En effet, les COP moyens meilleurs pour la pompe à chaleur TBB n° 50

(3,75 et 3,63) que pour la pompe à chaleur TBB n° 65 (3,47 et 3,39), tendent à

prouver que la première (n'^ 50) présente un fonctionnement plus performant.

Le nombre de tep économisées (0,84 au lieu de 0,80) et le coefficient de

substitution (4,22 au lieu de 3,94) confirment ceci. Les données économiques

(chapitre 6) confrontées à ces résultats permettront une prise de décision.

Ces résultats montrent :

- qu'il ne faut ni sous-dimensionner (sous-exploitation du dispositif

CORAIL),

ni surdimensionner la pompe à chaleur (limite technologique de la

pompe à chaleur sur la température de rejet),

- que le taux de couverture n'est pas le seul critère de choix (la couver¬

ture des derniers besoins étant beaucoup plus difficile et onéreuse à

assurer - cf. courbe monotone, figure (4-18), p.l58) et que le nombre de

tep économisées et le coefficient de substitution sont des éléments

à ne pas négliger.

196

5.4.1.1 - Projet de référence

L'augmentation de la puissance de la pompe à chaleur du type

TBB n° 35 au type TBB n° 65, permet une meilleure exploitation du dispositif

CORAIL : l'énergie prélevée augmente de 10,94 MWh à 13,47 MWh. Ceci conduit

à un meilleur taux de couverture des besoins (58,09 % à 73,79 %) .

La pompe à chaleur type TBB n° 75 encore plus puissante provoque

par contre une diminution importante du taux de couverture qui ne vaut plus

alors que 45,70 %. Cette pompe à chaleur par l'exploitation d'un écart de

température élevé conduit à une diminution rapide de la température de

rejet. Celle-ci, atteignant trop souvent le seuil fixé, limite l'utilisation

de la pompe à chaleur, donc l'exploitation du dispositif CORAIL.

On pourrait donc conclure que la pompe à chaleur CIAT TBB n° 65

est la mieux adaptée mais l'observation du nombre de tep économisées, les

valeurs des COP moyen et du coefficient de substitution va réviser ce jugement

un peu hâtif.

En effet, les COP moyens meilleurs pour la pompe à chaleur TBB n° 50

(3,75 et 3,63) que pour la pompe à chaleur TBB n° 65 (3,47 et 3,39), tendent à

prouver que la première (n'^ 50) présente un fonctionnement plus performant.

Le nombre de tep économisées (0,84 au lieu de 0,80) et le coefficient de

substitution (4,22 au lieu de 3,94) confirment ceci. Les données économiques

(chapitre 6) confrontées à ces résultats permettront une prise de décision.

Ces résultats montrent :

- qu'il ne faut ni sous-dimensionner (sous-exploitation du dispositif

CORAIL),

ni surdimensionner la pompe à chaleur (limite technologique de la

pompe à chaleur sur la température de rejet),

- que le taux de couverture n'est pas le seul critère de choix (la couver¬

ture des derniers besoins étant beaucoup plus difficile et onéreuse à

assurer - cf. courbe monotone, figure (4-18), p.l58) et que le nombre de

tep économisées et le coefficient de substitution sont des éléments

à ne pas négliger.

- 197

5.4.1.2 -Les autres projets

Ils conduisent aux mêmes résultats :

- une augmentation de la puissance de la pompe à chaleur retenue provoque ,

dans un premier temps, une amélioration des performances de l'installation,

puis une diminution de celles-ci.

5.4.1.3 - Recommandations pour le choix de la pompe à chaleur

La pompe à chaleur ne doit être ni sous-dimensionnée, ni surdimension-

née, dans les deux cas l'installation a de mauvaises performances.

5.4.2 - Géométrie de l'échangeur

Les variations de profondeur et de diamètre ont été étudiées.


Les trois profondeurs 75, 100 et 150 m ont été simulées.

Pour la profondeur de 75 m

Le nombre de tep économisées pratiquement équivalent pour l'utilisa¬

tion de la pompe à chaleur type TBB n° 35 (0,62 pour un taux de couverture

de 54,7 %) ou type TBB n° 50 (0,64 pour un taux de couverture de 57,34 %) dimi¬

nue fortement avec l'emploi de la pompe à chaleur type TBB n° 65 (0,36 pour

un taux de couverture de 29,10 %) .


Les performances des installations sont meilleures. L'énergie prélevée

par le dispositif CORAIL est supérieure, donc le nombre de tep déplacées et

économisées est plus important.

- 197

5.4.1.2 -Les autres projets

Ils conduisent aux mêmes résultats :

- une augmentation de la puissance de la pompe à chaleur retenue provoque ,

dans un premier temps, une amélioration des performances de l'installation,

puis une diminution de celles-ci.

5.4.1.3 - Recommandations pour le choix de la pompe à chaleur

La pompe à chaleur ne doit être ni sous-dimensionnée, ni surdimension-

née, dans les deux cas l'installation a de mauvaises performances.

5.4.2 - Géométrie de l'échangeur

Les variations de profondeur et de diamètre ont été étudiées.


Les trois profondeurs 75, 100 et 150 m ont été simulées.


Le nombre de tep économisées pratiquement équivalent pour l'utilisa¬

tion de la pompe à chaleur type TBB n° 35 (0,62 pour un taux de couverture

de 54,7 %) ou type TBB n° 50 (0,64 pour un taux de couverture de 57,34 %) dimi¬

nue fortement avec l'emploi de la pompe à chaleur type TBB n° 65 (0,36 pour

un taux de couverture de 29,10 %) .


Les performances des installations sont meilleures. L'énergie prélevée

par le dispositif CORAIL est supérieure, donc le nombre de tep déplacées et

économisées est plus important.

198


Les performances sont encore meilleures, le dispositif CORAIL

prélevant alors une énergie beaucoup plus importante sur le sous-sol.

L'utilisation de la pompe à chaleur type TBB n° 75 est envisageable.

L'augmentation de la profondeur améliore les performances de l'échan¬

geur (chapitre 3 § 3.3.2, p. 107), ceci permet l'utilisation d'une pompe à

chaleur plus puissante et le bilan de l'installation complète n'en est que

meilleur.


» Un diamètre d' écliangeur de 0,05 m conduit à des résultats moins

favorables qu'un diamètre d'échangeur de 0,1 m : le nombre de tep économisées

est de 0,65 à 0,75 au lieu de 0,70 à 0,84 (respectivement avec la pompe

à chaleur type TBB n° 35 et type TBB n° 50).

Cette différence relativement faible dans ce cas est liée à l'exploitation

discontinue du chauffage (les vacances scolaires durant le mois de février

masquant une des périodes les plus froides de la saison).

5.4.2.3 - Recommandations sur la géométrie du dispositif

Le projet du dispositif CORAIL de 150 m de profondeur et 0,2 m de

diamètre, associé à la pompe à chaleur type TBB n° 65 (ou éventuellement 75)

présente les meilleures performances pour assurer le chauffage de l'école

du Rusquet.

L'investissement qu'il nécessite (cf. chapitre 6) rend sa réalisation

délicate. Le projet d'un echangeur CORAIL de 100 m de profondeur et 0,2 m

de diamètre relié à la pompe à chaleur type TBB n° 50 pour assurer le

chauffage de l'école du Rusquet est tout à fait réalisable.

198


Les performances sont encore meilleures, le dispositif CORAIL

prélevant alors une énergie beaucoup plus importante sur le sous-sol.

L'utilisation de la pompe à chaleur type TBB n° 75 est envisageable.

L'augmentation de la profondeur améliore les performances de l'échan¬

geur (chapitre 3 § 3.3.2, p. 107), ceci permet l'utilisation d'une pompe à

chaleur plus puissante et le bilan de l'installation complète n'en est que

meilleur.


» Un diamètre d' écliangeur de 0,05 m conduit à des résultats moins

favorables qu'un diamètre d'échangeur de 0,1 m : le nombre de tep économisées

est de 0,65 à 0,75 au lieu de 0,70 à 0,84 (respectivement avec la pompe

à chaleur type TBB n° 35 et type TBB n° 50).

Cette différence relativement faible dans ce cas est liée à l'exploitation

discontinue du chauffage (les vacances scolaires durant le mois de février

masquant une des périodes les plus froides de la saison).

5.4.2.3 - Recommandations sur la géométrie du dispositif

Le projet du dispositif CORAIL de 150 m de profondeur et 0,2 m de

diamètre, associé à la pompe à chaleur type TBB n° 65 (ou éventuellement 75)

présente les meilleures performances pour assurer le chauffage de l'école

du Rusquet.

L'investissement qu'il nécessite (cf. chapitre 6) rend sa réalisation

délicate. Le projet d'un echangeur CORAIL de 100 m de profondeur et 0,2 m

de diamètre relié à la pompe à chaleur type TBB n° 50 pour assurer le

chauffage de l'école du Rusquet est tout à fait réalisable.

199 -

5.4.3 - Variation des émetteurs de chaleur

L'utilisation d'émetteurs de chaleur à température plus basse

(Tp, = 45°C, T = 30°C) a été simulée.U o ri o

5.4.3.1 - Résultats

L'énergie prélevée sur le sous-sol par le dispositif CORAIL

(h = 100 m, 0 = 0,2 m) est alors supérieure à celle du projet de référence

(Tp^ = 70°C, Tp = 55°C) lors de l'utilisation de la pompe à chaleur type

TBB n° 35 ou type TBB n° 50 .

L'utilisation de la pompe à chaleur type TBB n° 65 ou type TBB n° 75

conduit à une exploitation plus faible du dispositif CORAIL que dans le cas

du projet de référence. La pompe à chaleur fonctionnant dans de meilleures

conditions peut fournir une puissance plus élevée mais en contrepartie

exploite un écart de température plus important à la source froide. La tempé¬

rature de rejet qui diminue alors rapidement limite l'utilisation de la pompe

à chaleur et donc l'exploitation du dispositif CORAIL.

Malgré un taux de couverture des besoins plus faible que dans le cas

du projet de référence (55,97 % au lieu de 73,79 %) , le nombre de tep écono¬

misées est pratiquement équivalent (0,78 au lieu de 0,80) et le coefficient

de substitution supérieur (4,69 au lieu de 4,22 th/kWh) lors de l'utilisation

de la pompe à chaleur TBB n° 65.

L'augmentation des COP moyens consécutive à l'amélioration des condi¬

tions de fonctionnement de la pompe à chaleur conduit à des consommations

électriques plus faibles pour des taux de couverture plus importants.

Ces résultats à rapprocher des conclusions exprimées au chapitre 3

(§ 3.2.1.3, p. 89) quant à la meilleure exploitation d'un dispositif CORAIL

à puissance constante suggèrent d'augmenter le débit de circulation du

fluide dans l'échangeur.

199 -

5.4.3 - Variation des émetteurs de chaleur

L'utilisation d'émetteurs de chaleur à température plus basse

(Tp, = 45°C, T = 30°C) a été simulée.U o ri o


L'énergie prélevée sur le sous-sol par le dispositif CORAIL

(h = 100 m, 0 = 0,2 m) est alors supérieure à celle du projet de référence

(Tp^ = 70°C, Tp = 55°C) lors de l'utilisation de la pompe à chaleur type

TBB n° 35 ou type TBB n° 50 .

L'utilisation de la pompe à chaleur type TBB n° 65 ou type TBB n° 75

conduit à une exploitation plus faible du dispositif CORAIL que dans le cas

du projet de référence. La pompe à chaleur fonctionnant dans de meilleures

conditions peut fournir une puissance plus élevée mais en contrepartie

exploite un écart de température plus important à la source froide. La tempé¬

rature de rejet qui diminue alors rapidement limite l'utilisation de la pompe

à chaleur et donc l'exploitation du dispositif CORAIL.

Malgré un taux de couverture des besoins plus faible que dans le cas

du projet de référence (55,97 % au lieu de 73,79 %) , le nombre de tep écono¬

misées est pratiquement équivalent (0,78 au lieu de 0,80) et le coefficient

de substitution supérieur (4,69 au lieu de 4,22 th/kWh) lors de l'utilisation

de la pompe à chaleur TBB n° 65.

L'augmentation des COP moyens consécutive à l'amélioration des condi¬

tions de fonctionnement de la pompe à chaleur conduit à des consommations

électriques plus faibles pour des taux de couverture plus importants.

Ces résultats à rapprocher des conclusions exprimées au chapitre 3

(§ 3.2.1.3, p. 89) quant à la meilleure exploitation d'un dispositif CORAIL

à puissance constante suggèrent d'augmenter le débit de circulation du

fluide dans l'échangeur.

200

5.4.3.2 - Augmentation du débit du fluide caloporteur

Une simulation au débit de 3,7 m'h , avec la pompe à chaleur type

TBB n° 65, a été réalisée.

L'amélioration des performances de l'installation est nette : le

fonctionnement du dispositif CORAIL et de la pompe à chaleur sont meilleurs

(énergie prélevée, COP, tep économisées, cf. tableau (5-21) ) .

5.4.4 - Répartition des besoins

Une installation avec un chauffage continu, dont les besoins seraient

les mêmes que ceux du projet de Lannion, mais répartis dans le temps, a été

simulée. Il a donc fallu considérer :

- des déperditions maximales quatre fois moindre,

- un coefficient d'intermittence H égal à 1,

- l'exploitation du dispositif CORAIL en continu (0g suit l'équation (5.01)),

- une saison de chauffage sans vacances scolaires.


Les performances d'une telle installation sont supérieures à celles

du projet de référence :

- avec une pompe à clialeur typz TBB n° 35 : 99,73 % des besoins sont

couverts à partir de 17,64 MWh prélevés sur le sous-sol ; 0,87 tep sont

économisées. Par rapport aux autres simulations, les COP moyens sont relati¬

vement faibles (de l'ordre de 3) ce qui indique des conditions de fonctionne¬

ment moins favorables pour la pompe à chaleur. Celle-ci, surdimensionnée

pour les puissances à fournir, ne permet pas de réaliser des économies

beaucoup plus importantes que dans le cas du projet de référence.

Un tel projet nécessite donc l'utilisation d'une pompe à chaleur moins

puissante.

200

5.4.3.2 - Augmentation du débit du fluide caloporteur

Une simulation au débit de 3,7 m'h , avec la pompe à chaleur type

TBB n° 65, a été réalisée.

L'amélioration des performances de l'installation est nette : le

fonctionnement du dispositif CORAIL et de la pompe à chaleur sont meilleurs

(énergie prélevée, COP, tep économisées, cf. tableau (5-21) ) .

5.4.4 - Répartition des besoins

Une installation avec un chauffage continu, dont les besoins seraient

les mêmes que ceux du projet de Lannion, mais répartis dans le temps, a été

simulée. Il a donc fallu considérer :

- des déperditions maximales quatre fois moindre,

- un coefficient d'intermittence H égal à 1,

- l'exploitation du dispositif CORAIL en continu (0g suit l'équation (5.01)),

- une saison de chauffage sans vacances scolaires.


Les performances d'une telle installation sont supérieures à celles

du projet de référence :

- avec une pompe à clialeur typz TBB n° 35 : 99,73 % des besoins sont

couverts à partir de 17,64 MWh prélevés sur le sous-sol ; 0,87 tep sont

économisées. Par rapport aux autres simulations, les COP moyens sont relati¬

vement faibles (de l'ordre de 3) ce qui indique des conditions de fonctionne¬

ment moins favorables pour la pompe à chaleur. Celle-ci, surdimensionnée

pour les puissances à fournir, ne permet pas de réaliser des économies

beaucoup plus importantes que dans le cas du projet de référence.

Un tel projet nécessite donc l'utilisation d'une pompe à chaleur moins

puissante.

201

La simulation d'une puissance des déperditions égale à la moitié

de celle du projet de référence a également été réalisée (besoins doubles

répartis dans le temps). La pompe à chaleur type TBB n° 35 est alors la mieux

adaptée parmi les trois pompes à chaleur simulées, bien que peut-être un

peu surdimensionnée.

Le dispositif CORAIL dans ce cas prélève sur le sous-sol plus du

double d'énergie que dans le cas du projet de référence. La température

moyenne de rejet est de l'ordre de 3°C.

5.4.4.2 - Interprétation des résultats

Les résultats des simulations montrent que l'exploitation en discon¬

tinu est défavorable (même si les besoins sont moindres du fait des arrêts)

pour un dispositif CORAIL par des appels de puissance plus forts lors des

remises en route.

5.4.5 - Conclusions sur l'étude des variantes

Lors du dimensionnement d'un projet, il faudra tenir compte des

recommandations suivantes :

- ne pas surdimensionner, ni sous-dimensionner la pompe à chaleur,

- dans la mesure où cela n'entraîne pas de pertes de charges trop importantes

augmenter le débit de circulation du fluide dans l'échangeur CORAIL, surtout

en cas d'émetteurs à basse température,

- ne pas considérer uniquement le taux de couverture des besoins comme critère

de choix d'une installation en particulier quand celui-ci est élevé, car

les dépenses d'électricité sont alors importantes, et le projet est économi¬

quement moins intéressant,

- préférer les exploitations continues plutôt que discontinues du dispositif

CORAIL.

201

La simulation d'une puissance des déperditions égale à la moitié

de celle du projet de référence a également été réalisée (besoins doubles

répartis dans le temps). La pompe à chaleur type TBB n° 35 est alors la mieux

adaptée parmi les trois pompes à chaleur simulées, bien que peut-être un

peu surdimensionnée.

Le dispositif CORAIL dans ce cas prélève sur le sous-sol plus du

double d'énergie que dans le cas du projet de référence. La température

moyenne de rejet est de l'ordre de 3°C.

5.4.4.2 - Interprétation des résultats

Les résultats des simulations montrent que l'exploitation en discon¬

tinu est défavorable (même si les besoins sont moindres du fait des arrêts)

pour un dispositif CORAIL par des appels de puissance plus forts lors des

remises en route.

5.4.5 - Conclusions sur l'étude des variantes

Lors du dimensionnement d'un projet, il faudra tenir compte des

recommandations suivantes :

- ne pas surdimensionner, ni sous-dimensionner la pompe à chaleur,

- dans la mesure où cela n'entraîne pas de pertes de charges trop importantes

augmenter le débit de circulation du fluide dans l'échangeur CORAIL, surtout

en cas d'émetteurs à basse température,

- ne pas considérer uniquement le taux de couverture des besoins comme critère

de choix d'une installation en particulier quand celui-ci est élevé, car

les dépenses d'électricité sont alors importantes, et le projet est économi¬

quement moins intéressant,

- préférer les exploitations continues plutôt que discontinues du dispositif

CORAIL.

202

5.5 - CONCLUSION

Le logiciel BILAN créé, décrit ici, calcule le bilan énergétique

d'une installation complète : echangeur CORAIL, pompe à chaleur, circuit

de distribution de la chaleur.

Il envisage différents types de sources froides : température constante,

stockage, echangeur CORAIL avec différents modes de fonctionnement.

La comparaison des résultats de ce logiciel avec ceux obtenus par

un calcul rapide dans un cas simple, et avec ceux obtenus par deux logiciels

correspondant à l'étude de projet de pompe à chaleur sur aquifère, permet

d'en contrôler la teneur.

Appliqué au projet de Lannion, il prévoit que l'échangeur CORAIL

retenu précédemment (chapitre 3) de 100 m de profondeur et de 0,2 m de diamètre

pourrait fournir 51 % de l'énergie utile lorsqu'il est relié à la pompe à

chaleur CIAT TBB n'' 50.

L'étude de différentes variantes par rapport au projet de référence

montre que :

- l'utilisation du dispositif CORAIL liée à des besoins en

continu est préférable à celle liée à des besoins intermittents de chauffage,

- le dimensionnement de la PAC est un élément important,

- l'utilisation d'émetteurs de chaleur à bas niveau thermique

améliore les performances de l'installation.

Ce sont les aspects économiques de telles réalisations, élément

important pour les décisions à prendre que nous allons aborder maintenant.

202

5.5 - CONCLUSION

Le logiciel BILAN créé, décrit ici, calcule le bilan énergétique

d'une installation complète : echangeur CORAIL, pompe à chaleur, circuit

de distribution de la chaleur.

Il envisage différents types de sources froides : température constante,

stockage, echangeur CORAIL avec différents modes de fonctionnement.

La comparaison des résultats de ce logiciel avec ceux obtenus par

un calcul rapide dans un cas simple, et avec ceux obtenus par deux logiciels

correspondant à l'étude de projet de pompe à chaleur sur aquifère, permet

d'en contrôler la teneur.

Appliqué au projet de Lannion, il prévoit que l'échangeur CORAIL

retenu précédemment (chapitre 3) de 100 m de profondeur et de 0,2 m de diamètre

pourrait fournir 51 % de l'énergie utile lorsqu'il est relié à la pompe à

chaleur CIAT TBB n'' 50.

L'étude de différentes variantes par rapport au projet de référence

montre que :

- l'utilisation du dispositif CORAIL liée à des besoins en

continu est préférable à celle liée à des besoins intermittents de chauffage,

- le dimensionnement de la PAC est un élément important,

- l'utilisation d'émetteurs de chaleur à bas niveau thermique

améliore les performances de l'installation.

Ce sont les aspects économiques de telles réalisations, élément

important pour les décisions à prendre que nous allons aborder maintenant.

CHAPITRE 6

ASPECTS ECONOMIQUES

CHAPITRE 6

ASPECTS ECONOMIQUES

- 207

L'analyse du comportement thermique de chaque élément de

l'installation, à savoir l'échangeur, la pompe à chaleur, le circuit de

distribution et le bâtiment, a permis d'en réaliser le bilan. Celui-ci calcule

notamment l'énergie fournie par l'échangeur et celle apportée par l'appoint,

ainsi que le nombre de tep déplacées et le nombre de tep économisées. Le

premier nombre traduit la substitution des énergies et le second nombre

correspond aux économies d'énergie réalisées grâce à l'utilisation du

dispositif.

Les aspects économiques et financiers, éléments essentiels dans

une perspective de réalisation, seront envisagés ici.

La recherche des coûts relatifs aux différents éléments de l'ins¬

tallation a permis d'estimer l'investissement nécessaire.

Les économies énergétiques influant sur le taux d'indépendance

énergétique nationale conduisent à des économies financières appréciables par

l'utilisateur. Suivant leur valeur estimée à partir des résultats du logiciel

BILAN mis en oeuvre pour différentes variantes et du coût des combustibles, le

temps de retour brut de l'investissement varie.

Tous ces éléments ont été envisagés ici pour les différentes

variantes du projet de Lannion.

L'étude de faisabilité technico-économique du dispositif de

Lannion, présentée ici, a déjà donné matière à un rapport [3-3].

Des éléments de comparaison du dispositif CORAIL à d'autres

systèmes de chauffage plus traditionnels seront apportés, ainsi que des

données sur les possibilités d'aide au financement.

- 207

L'analyse du comportement thermique de chaque élément de

l'installation, à savoir l'échangeur, la pompe à chaleur, le circuit de

distribution et le bâtiment, a permis d'en réaliser le bilan. Celui-ci calcule

notamment l'énergie fournie par l'échangeur et celle apportée par l'appoint,

ainsi que le nombre de tep déplacées et le nombre de tep économisées. Le

premier nombre traduit la substitution des énergies et le second nombre

correspond aux économies d'énergie réalisées grâce à l'utilisation du

dispositif.

Les aspects économiques et financiers, éléments essentiels dans

une perspective de réalisation, seront envisagés ici.

La recherche des coûts relatifs aux différents éléments de l'ins¬

tallation a permis d'estimer l'investissement nécessaire.

Les économies énergétiques influant sur le taux d'indépendance

énergétique nationale conduisent à des économies financières appréciables par

l'utilisateur. Suivant leur valeur estimée à partir des résultats du logiciel

BILAN mis en oeuvre pour différentes variantes et du coût des combustibles, le

temps de retour brut de l'investissement varie.

Tous ces éléments ont été envisagés ici pour les différentes

variantes du projet de Lannion.

L'étude de faisabilité technico-économique du dispositif de

Lannion, présentée ici, a déjà donné matière à un rapport [3-3].

Des éléments de comparaison du dispositif CORAIL à d'autres

systèmes de chauffage plus traditionnels seront apportés, ainsi que des

données sur les possibilités d'aide au financement.

- 208

Tablzau 6-1 : Devis des fonages

[tedmijque manteau fond de

inou) [Société FORAFRME -

juin 1983)

' _Di amèt re ( mm)

opération "" _

Foration (Le nètre linéaire)

0- 50 m

- 50-100 m

- 100-150 m

Traversée des terrains

(le mètre linéaire)

Fourniture et pose de tubagemétallique ép. 3 i 4 mm

Cimentation :

-for-fait de mise en oeuvre..

-100 litres de laitier de

Régie arrêt :

115

2000

110

135

160

110

extiUnm)

135

3800

200

800

AOO

150

2000

UO

160

180

130

¡i -ext

121 m)

145

3800

200

800

400

200

2000

190

235

280

230

ext16Sim)

160

3800

200

800

400

250

4000

380

480

590

375

'*ext- <

2i9m¡

195

3800

200

800

400

300

4000

420

520

640

440

rt .ext

24*na¡

250

3800

200

800

400

CoXUi in iinancji H.T.

Tableau 6-2 : Coût de fonàtion dirrètne. linéalne [H.T. ) en fonction

du diairètne foné

[données FORAFRANe)

tía)

V

^_E t-a a:'

= 3o c

o

ol

o

7BU.

600.

500.

400.

300.

200.

100.

0.

-

-

-

1

,1^ 2'iO tm -

-

,^1ñn rm -

,1 1 c/1 i_ -,

'ik ns imi

PKoiondzuK M 1

0. 50. 100. 150. 200.

Tableau 6-3 : Evolution du câJt de

fonàtion [H.T.) en fonction de

la pnofondeur et du diamètne.

[données FCdfiFRAN)

Sc

^cCJ

l3

o

7S000.

60000.

4S000.

30000.

15000. '^

1 1

,^300 mm

/\.^250 mm

//

y^ ^^200 rm

j^^ ^'^ ^,^150 mm

^ ^--''C.--<î:^^*"5 mm

P/iojÇoncieu/i (m)

0. 50. 100. 150. -¿m.

- 208

Tablzau 6-1 : Devis des fonages

[tedmijque manteau fond de

inou) [Société FORAFRME -

juin 1983)

' _Di amèt re ( mm)

opération "" _

Foration (Le nètre linéaire)

0- 50 m

- 50-100 m

- 100-150 m

Traversée des terrains

(le mètre linéaire)

Fourniture et pose de tubagemétallique ép. 3 i 4 mm

Cimentation :

-for-fait de mise en oeuvre..

-100 litres de laitier de

Régie arrêt :

115

2000

110

135

160

110

extiUnm)

135

3800

200

800

AOO

150

2000

UO

160

180

130

¡i -ext

121 m)

145

3800

200

800

400

200

2000

190

235

280

230

ext16Sim)

160

3800

200

800

400

250

4000

380

480

590

375

'*ext- <

2i9m¡

195

3800

200

800

400

300

4000

420

520

640

440

rt .ext

24*na¡

250

3800

200

800

400

CoXUi in iinancji H.T.

Tableau 6-2 : Coût de fonàtion dirrètne. linéalne [H.T. ) en fonction

du diairètne foné

[données FORAFRANe)

tía)

V

^_E t-a a:'

= 3o c

o

ol

o

7BU.

600.

500.

400.

300.

200.

100.

0.

-

-

-

1

,1^ 2'iO tm -

-

,^1ñn rm -

,1 1 c/1 i_ -,

'ik ns imi

PKoiondzuK M 1

0. 50. 100. 150. 200.

Tableau 6-3 : Evolution du câJt de

fonàtion [H.T.) en fonction de

la pnofondeur et du diamètne.

[données FCdfiFRAN)

Sc

^cCJ

l3

o

7S000.

60000.

4S000.

30000.

15000. '^

1 1

,^300 mm

/\.^250 mm

//

y^ ^^200 rm

j^^ ^'^ ^,^150 mm

^ ^--''C.--<î:^^*"5 mm

P/iojÇoncieu/i (m)

0. 50. 100. 150. -¿m.

209 -

6.1 - EVALUATION DU COUT DU DISPOSITIF CORAIL

Les éléments financiers concernant le forage, la pompe à chaleur,

l'installation les reliant, l'énergie, rassemblés ici correspondent au projet

CORAIL envisagé à Lannion. Suivant la dimension et les caractéristiques

d'autres projets, ces données seront utilisables ou devront être complétées.

6.1.1 - L'échangeur

Dans un souci de participation régionale, le Service Géologique de

Bretagne a recherché une entreprise de forages bretonne compétente et

disponible pour l'exécution du dispositif CORAIL à Lannion. Son choix s'est

porté sur la société FORAFRANCE. Celle-ci pour l'exécution de forages dans le

granite avec la technique du marteau fond de trou (rotation + percussion)

appliquait en juin 1983 les tarifs présentés tableau (6-1).

D'autres sociétés proposent peut-être des tarifs a priori plus

intéressants, mais la qualité des travaux est un facteur essentiel et

l'obligation de recommencer un forage - même bon marché - rend l'opération

plus onéreuse que la réalisation d'un seul forage a priori plus cher.

Ce devis met en évidence l'influence du diamètre, de la profondeur

du forage et de la nature du sous-sol sur le coût d'un dispositif CORAIL.

Pour un même diamètre, le coût du mètre foré augmente en

fonction de trois gammes de profondeur : 0-50 m, 50-100 m, 100-150 m, et ceci

d'autant plus que le diamètre est fort (cf. figure (6-2)).

Le coût de foration croît en fonction du diamètre, ce phénomène

est accentué au-delà du seuil de 200 millimètres par l'utilisation de machines

de forage plus importantes (cf. fiqure (6-3)).

La nature du terrain est également un facteur important. Une

formation saine permet la réalisation d'un forage en trou nu, la première

dizaine de mètres étant éventuellement tubée dans le cas d'un recouvrement de

surface plus meuble, tandis qu'une formation altérée nécessite la pose d'un

tubage pour maintenir le terrain et éviter les effondrements dans le forage.

Il en résulte un surcoût dû au tubage lui-même, à sa pose et cimentation, et à

la nécessité de forer en diamètre supérieur pour avoir un dispositif de la

taille de celui initialement prévu.

209 -

6.1 - EVALUATION DU COUT DU DISPOSITIF CORAIL

Les éléments financiers concernant le forage, la pompe à chaleur,

l'installation les reliant, l'énergie, rassemblés ici correspondent au projet

CORAIL envisagé à Lannion. Suivant la dimension et les caractéristiques

d'autres projets, ces données seront utilisables ou devront être complétées.

6.1.1 - L'échangeur

Dans un souci de participation régionale, le Service Géologique de

Bretagne a recherché une entreprise de forages bretonne compétente et

disponible pour l'exécution du dispositif CORAIL à Lannion. Son choix s'est

porté sur la société FORAFRANCE. Celle-ci pour l'exécution de forages dans le

granite avec la technique du marteau fond de trou (rotation + percussion)

appliquait en juin 1983 les tarifs présentés tableau (6-1).

D'autres sociétés proposent peut-être des tarifs a priori plus

intéressants, mais la qualité des travaux est un facteur essentiel et

l'obligation de recommencer un forage - même bon marché - rend l'opération

plus onéreuse que la réalisation d'un seul forage a priori plus cher.

Ce devis met en évidence l'influence du diamètre, de la profondeur

du forage et de la nature du sous-sol sur le coût d'un dispositif CORAIL.

Pour un même diamètre, le coût du mètre foré augmente en

fonction de trois gammes de profondeur : 0-50 m, 50-100 m, 100-150 m, et ceci

d'autant plus que le diamètre est fort (cf. figure (6-2)).

Le coût de foration croît en fonction du diamètre, ce phénomène

est accentué au-delà du seuil de 200 millimètres par l'utilisation de machines

de forage plus importantes (cf. fiqure (6-3)).

La nature du terrain est également un facteur important. Une

formation saine permet la réalisation d'un forage en trou nu, la première

dizaine de mètres étant éventuellement tubée dans le cas d'un recouvrement de

surface plus meuble, tandis qu'une formation altérée nécessite la pose d'un

tubage pour maintenir le terrain et éviter les effondrements dans le forage.

Il en résulte un surcoût dû au tubage lui-même, à sa pose et cimentation, et à

la nécessité de forer en diamètre supérieur pour avoir un dispositif de la

taille de celui initialement prévu.

- 210

Diamètre extérieuren mm

32

40

45

50

63

75

80

90

100

110

125

140

160

200

250

Tableau 6-4

i

Diamètre Prix H.T.INT. X EXT. ! du mètre linéaire

30,5 X 32 î 2,7526 X 32 1 7,00

38,5 X 40 i 3,2034 X 40 1 8,65

1

PoidsKo/m

0,1300,419

0,1630,535

42 X 45 4,75 i 0,3211 i

44 X 50 11, PO

57 X 63

72 X 7569 X 75

14,45

8,7016,30

77 X 80 1 8,6069 X 80 13,60

84 X 90 j 19,55

96,2 X 100 1 13,6094 X ion 19,90

105,6 X 110 1 18,30

120 X 125119 X 125

134 X 140

153,6 X 160153 X 160

192,2 X 200190,6 X 200

237,8 X 250

0,680

0,3590,870

0,5601,050

0,5800,920

1,260

0,9201,410

1,180

"' " i 23,4525,95

29,20

34,5537,50

52,0062,00

i25,no

1,5101,770

1,990

2,4502,660

3,6804,400

:Coûts des tubes nlgldes d'évacuationzn PVC .

[référence P.I.C Olivet 45)

Te

OIAM. EXTERIEUREN MM

12

16

20

25

32

40

50

63

75

90

110

125

140

160

200

225

250

315

ibleau 6-5 :Co

DIAH. INT. X EXT.EN MM

9,2 X 12

12,4 X 16

15,4 X 20

19,4 X 25

27,2 X 3224,8 X 32

34,0 X 4031 ,0 X 40

42,6 X 5038,8 X 50

53,6 X 63

64,0 X 75

81 ,4 X 9076,8 X 90

99,4 X 11093,8 X 110

113x0 X 125106,6 X 125

126/6 X 140

144,6 X 160

187,6 X 200180,8 X 200

203/4 , 225

234,6 X 250226,2 X 250

295,6 X 315285,0 X 315

ûts [H.T] des

PRIX H.T.OU METRE LINEAIRE

2,87

3,83

5,67

5.69

6,629 J2

9,6713,55

14,6321,08

22,56

31/49

30,6545,13

44,8665/44

57,3434,27

70/93

93,46

95,07141,48

219,58

193,04269^5

310,80s/demande

tubes d'ad-duction zn PVC.

données HURSIN-CWPÛ)

- 210

Diamètre extérieuren mm

32

40

45

50

63

75

80

90

100

110

125

140

160

200

250

Tableau 6-4

i

Diamètre Prix H.T.INT. X EXT. ! du mètre linéaire

30,5 X 32 î 2,7526 X 32 1 7,00

38,5 X 40 i 3,2034 X 40 1 8,65

1

PoidsKo/m

0,1300,419

0,1630,535

42 X 45 4,75 i 0,3211 i

44 X 50 11, PO

57 X 63

72 X 7569 X 75

14,45

8,7016,30

77 X 80 1 8,6069 X 80 13,60

84 X 90 j 19,55

96,2 X 100 1 13,6094 X ion 19,90

105,6 X 110 1 18,30

120 X 125119 X 125

134 X 140

153,6 X 160153 X 160

192,2 X 200190,6 X 200

237,8 X 250

0,680

0,3590,870

0,5601,050

0,5800,920

1,260

0,9201,410

1,180

"' " i 23,4525,95

29,20

34,5537,50

52,0062,00

i25,no

1,5101,770

1,990

2,4502,660

3,6804,400

:Coûts des tubes nlgldes d'évacuationzn PVC .

[référence P.I.C Olivet 45)

Te

OIAM. EXTERIEUREN MM

12

16

20

25

32

40

50

63

75

90

110

125

140

160

200

225

250

315

ibleau 6-5 :Co

DIAH. INT. X EXT.EN MM

9,2 X 12

12,4 X 16

15,4 X 20

19,4 X 25

27,2 X 3224,8 X 32

34,0 X 4031 ,0 X 40

42,6 X 5038,8 X 50

53,6 X 63

64,0 X 75

81 ,4 X 9076,8 X 90

99,4 X 11093,8 X 110

113x0 X 125106,6 X 125

126/6 X 140

144,6 X 160

187,6 X 200180,8 X 200

203/4 , 225

234,6 X 250226,2 X 250

295,6 X 315285,0 X 315

ûts [H.T] des

PRIX H.T.OU METRE LINEAIRE

2,87

3,83

5,67

5.69

6,629 J2

9,6713,55

14,6321,08

22,56

31/49

30,6545,13

44,8665/44

57,3434,27

70/93

93,46

95,07141,48

219,58

193,04269^5

310,80s/demande

tubes d'ad-duction zn PVC.

données HURSIN-CWPÛ)

211

Dans des argiles un forage de 100 à 150 mètres de profondeur, de

20 cm de diamètre avec un bouchon en ciment à la base, et équipé de tubes PVC

coûte de 120 à 150 000 francs (H.T.). Dans le granite un tel forage coûte

environ 31 500 à 45 000 francs (H.T.) pour un forage tube seulement sur les

10 premiers mètres et de 82 000 à 125 000 francs (H.T.) pour un forage tube

sur toute sa hauteur.

Le tubage Interne

Pour le coût du tubage interne, les prix communiqués par deux

entreprises orléanaises (P.I.C* et CM. P.O.**) en juin 1983, sont présentés

dans les tableaux (6-4) et (6-5). Le prix augmente en fonction du diamètre

extérieur et de l'épaisseur du tubage.

La pompe hydraullquz

Le débit d'eau envisagé dans le dispositif CORAIL à Lannion est

faible, de l'ordre de 3 m'h ^ ; les pertes de charge dans le forage sont donc

peu importantes, la formule de Colebrook conduit à des valeurs négligeables.

Dans ce cas, des pertes de charges singulières, mêmes élevées, n'empêcheront

pas l'utilisation d'une pompe en surface pour assurer la circulation de l'eau.

Le coût d'une telle pompe est relativement modeste. Un circulateur

type Salmson C III 5 tri coûtait 1 376 francs (H.T.) en mai 1983.

A Lannion dans le forage de reconnaissance F2 (voir chapitre 2) le

niveau piézométrique se trouve à 10 mètres sous le sol (7 jours après la

foration) .

Une pompe de surface ne peut pas remonter l'eau de 10 mètres ;

l'utilisation d'une telle pompe nécessite donc une mise en charge par rapport

au niveau piézométrique. Il en résultera des pertes hydrauliques vers le

terrain.

Une pompe immergée peut être utilisée. Une pompe de marque

Jeumont-Schneider type 22 FR coûte 2 930 francs (H.T.) et nécessite l'achat de

200 mètres de câble qui engendre une dépense de l'ordre de 2 600 francs

(H.T.).

* Plastique Industriel du Centre

** Caoutchouc Manufacture et Plastique Orléanais.

211

Dans des argiles un forage de 100 à 150 mètres de profondeur, de

20 cm de diamètre avec un bouchon en ciment à la base, et équipé de tubes PVC

coûte de 120 à 150 000 francs (H.T.). Dans le granite un tel forage coûte

environ 31 500 à 45 000 francs (H.T.) pour un forage tube seulement sur les

10 premiers mètres et de 82 000 à 125 000 francs (H.T.) pour un forage tube

sur toute sa hauteur.

Le tubage Interne

Pour le coût du tubage interne, les prix communiqués par deux

entreprises orléanaises (P.I.C* et CM. P.O.**) en juin 1983, sont présentés

dans les tableaux (6-4) et (6-5). Le prix augmente en fonction du diamètre

extérieur et de l'épaisseur du tubage.

La pompe hydraullquz

Le débit d'eau envisagé dans le dispositif CORAIL à Lannion est

faible, de l'ordre de 3 m'h ^ ; les pertes de charge dans le forage sont donc

peu importantes, la formule de Colebrook conduit à des valeurs négligeables.

Dans ce cas, des pertes de charges singulières, mêmes élevées, n'empêcheront

pas l'utilisation d'une pompe en surface pour assurer la circulation de l'eau.

Le coût d'une telle pompe est relativement modeste. Un circulateur

type Salmson C III 5 tri coûtait 1 376 francs (H.T.) en mai 1983.

A Lannion dans le forage de reconnaissance F2 (voir chapitre 2) le

niveau piézométrique se trouve à 10 mètres sous le sol (7 jours après la

foration) .

Une pompe de surface ne peut pas remonter l'eau de 10 mètres ;

l'utilisation d'une telle pompe nécessite donc une mise en charge par rapport

au niveau piézométrique. Il en résultera des pertes hydrauliques vers le

terrain.

Une pompe immergée peut être utilisée. Une pompe de marque

Jeumont-Schneider type 22 FR coûte 2 930 francs (H.T.) et nécessite l'achat de

200 mètres de câble qui engendre une dépense de l'ordre de 2 600 francs

(H.T.).

* Plastique Industriel du Centre

** Caoutchouc Manufacture et Plastique Orléanais.

213

6.1.2 - L'installation reliant le forage et la ponijge à chaleur

Il sera question ici du coût du raccordement du forage à la pompe

à chaleur qui nécessite le creusement d'une tranchée et la pose de tuyaux

d'évacuation des eaux.

Ce coût est fonction :

- de la distance forage - pompe à chaleur,

- de la nature du sous-sol qui influe sur le mode de

réalisation de la tranchée.

Dans un souci d'économie et lorsque les conditions géologiques et

hydrogéologiques le permettent, le forage sera réalisé le plus près possible

de la pompe à chaleur.

Coût de réalisation de la tranchée

Ce coût va dépendre de la nature du sous-sol et de la longueur de

la tranchée.

Le coût du mètre linéaire qui, pour un terrain peu dur varie entre

180 et 250 F, peut doubler à tripler dans un terrain rocheux.

Mais de manière générale, la tranchée sera réalisée dans les

couches superficielles du sol qui sont le plus souvent relativement meubles.

A Lannion la tranchée qui relie le forage à la pompe à chaleur

représente un coût de 11 373 F (H.T.) (chiffrage et réalisation des services

techniques municipaux).

Coût des tubes zn PVC

Des ordres de grandeur des coûts de ces matériels ont été

présentés plus haut dans les tableaux (6-A) et (6-5).

213

6.1.2 - L'installation reliant le forage et la ponijge à chaleur

Il sera question ici du coût du raccordement du forage à la pompe

à chaleur qui nécessite le creusement d'une tranchée et la pose de tuyaux

d'évacuation des eaux.

Ce coût est fonction :

- de la distance forage - pompe à chaleur,

- de la nature du sous-sol qui influe sur le mode de

réalisation de la tranchée.

Dans un souci d'économie et lorsque les conditions géologiques et

hydrogéologiques le permettent, le forage sera réalisé le plus près possible

de la pompe à chaleur.

Coût de réalisation de la tranchée

Ce coût va dépendre de la nature du sous-sol et de la longueur de

la tranchée.

Le coût du mètre linéaire qui, pour un terrain peu dur varie entre

180 et 250 F, peut doubler à tripler dans un terrain rocheux.

Mais de manière générale, la tranchée sera réalisée dans les

couches superficielles du sol qui sont le plus souvent relativement meubles.

A Lannion la tranchée qui relie le forage à la pompe à chaleur

représente un coût de 11 373 F (H.T.) (chiffrage et réalisation des services

techniques municipaux).

Coût des tubes zn PVC

Des ordres de grandeur des coûts de ces matériels ont été

présentés plus haut dans les tableaux (6-A) et (6-5).

- 214 -

Pompe àchaleur n°

TBB-23Mono ....Tri

TBB-25

TBB-35

TBB-50

TBB-65

TBB-75

TBB-100

TBB-125

TBB-200

TK-250-6

TK-300-6

TK-350-7

TK-400-7

TK-500-8

TK-600-8

TK-700-9

TK-800-10

TK-1 000-10

TK-1 000-2-8

TK-1 200-10

TK-1 200-2-8

TK-1 400-2-9

TK-1 600-2-10TK-1 800-2-10

TK-2000-2-10

TK-2200-2-11

TK-2400-2-1 1

Puissance calorifi¬que en kU pour unesource froide à 10°Cune source chaudeà 55''C

7,7

8,9

12,2

15,5

18,9

24,6

30/5

37,2

43/6

63

74

99

111

137

158

203

228

277

274

316

320

397

438

499

548

592

639

Prix public enfrancs (H.T.)

17 81017 490

19 320

20 500

22 495

26 660

31 925

36 465

38 620

42 320

57 100

60 000

71 115

75 270

85 545

90 950

116 690

125 205

138 070

169 225

155 725

179 820

215 9-ÎO

244 600

276 565

285 910

312 280

331 585

Coût d'uneisolationphonique

supplémentaire(francs)

>4 160

/ 7 835

( 8 570

Mise en routepar

installateur(francs)

)2 675

> 3 360

{ 3 560

Figure 6-6 : Prix public des pompes à dialeur CIAT - série. TBB et série TK[octabne 1983)

3ZBBZB.

3£

s 2BWBSI.

Coûtiroaae.

^0.

1

1

se.

1

1

l.

1

isa.

1

1

zae.

1 1 1

1 1 1

zse. saa. asa.

1

1

40a.

lllll

lllll

4SB. saa. 550. eaa. esa. 700.

Figure 6-7 : Evolution àx. coût des pompes à dialeur EALi/EAU

CIAT série TBB etTK[données CIAT - octobne 1983]

- 214 -

Pompe àchaleur n°

TBB-23Mono ....Tri

TBB-25

TBB-35

TBB-50

TBB-65

TBB-75

TBB-100

TBB-125

TBB-200

TK-250-6

TK-300-6

TK-350-7

TK-400-7

TK-500-8

TK-600-8

TK-700-9

TK-800-10

TK-1 000-10

TK-1 000-2-8

TK-1 200-10

TK-1 200-2-8

TK-1 400-2-9

TK-1 600-2-10TK-1 800-2-10

TK-2000-2-10

TK-2200-2-11

TK-2400-2-1 1

Puissance calorifi¬que en kU pour unesource froide à 10°Cune source chaudeà 55''C

7,7

8,9

12,2

15,5

18,9

24,6

30/5

37,2

43/6

63

74

99

111

137

158

203

228

277

274

316

320

397

438

499

548

592

639

Prix public enfrancs (H.T.)

17 81017 490

19 320

20 500

22 495

26 660

31 925

36 465

38 620

42 320

57 100

60 000

71 115

75 270

85 545

90 950

116 690

125 205

138 070

169 225

155 725

179 820

215 9-ÎO

244 600

276 565

285 910

312 280

331 585

Coût d'uneisolationphonique

supplémentaire(francs)

>4 160

/ 7 835

( 8 570

Mise en routepar

installateur(francs)

)2 675

> 3 360

{ 3 560

Figure 6-6 : Prix public des pompes à dialeur CIAT - série. TBB et série TK[octabne 1983)

3ZBBZB.

3£

s 2BWBSI.

Coûtiroaae.

^0.

1

1

se.

1

1

l.

1

isa.

1

1

zae.

1 1 1

1 1 1

zse. saa. asa.

1

1

40a.

lllll

lllll

4SB. saa. 550. eaa. esa. 700.

Figure 6-7 : Evolution àx. coût des pompes à dialeur EALi/EAU

CIAT série TBB etTK[données CIAT - octobne 1983]

- 215 -

6.1.3 - La pompe à chaleur

La Société CIAT (Compagnie Industrielle d'Applications Thermiques)

retenue par les services techniques municipaux de Lannion comme fournisseur

local, propose deux séries de pompe à chaleur EAU/EAU :

- la série TBB pour des puissances calorifiques de 5 à 60 kW,

- la série TK pour des puissances calorifiques de 80 à 700 kW.

Dans le cas du projet de Lannion la série TBB est envisagée.

Le tableau (6-6) présente les coûts de ces pompes à chaleur,

pratiqués à la date d'octobre 1983. Il s'agit de prix publics donnés par le

fabricant, départ usine, les tarifs pratiqués par les installateurs régionaux

pouvant être légèrement différents.

Ces coûts augmentent en fonction de la puissance calorifique que

peut fournir la pompe à chaleur (cf. fiqure (6-7)).

6.1.4 - Installation de chauffage

Des émetteurs de chaleur de grande surface conduisent à des

températures de distribution plus basses. Ceci, d'une part améliore le

coefficient de performance de la pompe à chaleur (chapitre 4), d'autre part

permet une exploitation plus favorable de l'échangeur CORAIL à un débit (Q)

plus fort et un écart de température (AG) plus faible (chapitre 5).

Globalement le bilan énergétique de l'installation est amélioré.

Dans le cas où le procédé CORAIL sera mis en oeuvre pour chauffer

des locaux neufs, l'on devra préférer des émetteurs à basse température. Dans

le cas de locaux anciens, le système existant sera utilisé. S'il est

totalement inadapté à l'utilisation de pompe à chaleur, le dispositif CORAIL

n'est pas à envisager.

Afin d'optimiser l'utilisation du dispositif CORAIL, il convient

d'installer un système de régulation programmable en fonction du temps ou/et

en fonction de la température. Dans le cas où un tel système existait avec

l'ancien dispositif de chauffage, il suffit de l'adapter. Le coût de ces

systèmes de régulation tels que les horloges programmables est relativement

faible (de l'ordre de 500 à 1 000 francs). Il est amorti dès la première année

de mise en service.

- 215 -

6.1.3 - La pompe à chaleur

La Société CIAT (Compagnie Industrielle d'Applications Thermiques)

retenue par les services techniques municipaux de Lannion comme fournisseur

local, propose deux séries de pompe à chaleur EAU/EAU :

- la série TBB pour des puissances calorifiques de 5 à 60 kW,

- la série TK pour des puissances calorifiques de 80 à 700 kW.

Dans le cas du projet de Lannion la série TBB est envisagée.

Le tableau (6-6) présente les coûts de ces pompes à chaleur,

pratiqués à la date d'octobre 1983. Il s'agit de prix publics donnés par le

fabricant, départ usine, les tarifs pratiqués par les installateurs régionaux

pouvant être légèrement différents.

Ces coûts augmentent en fonction de la puissance calorifique que

peut fournir la pompe à chaleur (cf. fiqure (6-7)).

6.1.4 - Installation de chauffage

Des émetteurs de chaleur de grande surface conduisent à des

températures de distribution plus basses. Ceci, d'une part améliore le

coefficient de performance de la pompe à chaleur (chapitre 4), d'autre part

permet une exploitation plus favorable de l'échangeur CORAIL à un débit (Q)

plus fort et un écart de température (AG) plus faible (chapitre 5).

Globalement le bilan énergétique de l'installation est amélioré.

Dans le cas où le procédé CORAIL sera mis en oeuvre pour chauffer

des locaux neufs, l'on devra préférer des émetteurs à basse température. Dans

le cas de locaux anciens, le système existant sera utilisé. S'il est

totalement inadapté à l'utilisation de pompe à chaleur, le dispositif CORAIL

n'est pas à envisager.

Afin d'optimiser l'utilisation du dispositif CORAIL, il convient

d'installer un système de régulation programmable en fonction du temps ou/et

en fonction de la température. Dans le cas où un tel système existait avec

l'ancien dispositif de chauffage, il suffit de l'adapter. Le coût de ces

systèmes de régulation tels que les horloges programmables est relativement

faible (de l'ordre de 500 à 1 000 francs). Il est amorti dès la première année

de mise en service.

- 216

Figure 6-8 tEvolution du prix des énergiespour le secteur domestique de 1973 à1981 : IndlcesINSEE à monnaie const¬ante base 100 en 1973 .

[d'après EPF [6-1] ) >

su .

2K -

200

KC - /

//

"m ^ ^ ^^

-«

t

'.'

ff

1

1

//~.,^

FIO'VL

CH*R«0N

GAC

ELECT! ICHE

1173 n77 Wtl 1BS5

Tableau 6-9:Tableau récapitulatifde l'évolution du prix des éner¬gies [en francs courants)- >-

Figure 6-10:Prlx de l'énergie dom¬

estique T.T.C. [maison Indlvidu-

ProduitENER¬GETI¬

QUE

ANNEE

1960

1965

1970

1971

1972

1973

1974

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

Charbon usagedoeiestique

(1)cts/th cts/kWhPCI PCI

3/34 2,87

3,52 3/03

4,24 3,65

4,45 3/83

4,77 4,10

5,04 4,33

5,08 4,37

6,78 5,83

7/42 6,3E

7,96 6,86

9,50 6,17

12,32 10,59

.55 12,5

15/9^p, "'Ip,

Electricitécentines/kuh

hor.«> ta.il'taxes comprises

18,89

16/72

19,37

20,01

20,47

20,75 25,59

23,27

25,22

27,17

28,98

30,50 35,73

33,33 45,59

40,06 53,25

43,99 60,93

Fiouldomestique

T.T.C.

F/it'cts/kWhpc:

24 2,41

27 2/71

29 2/91

30 3,02

55 5,53

59 5/93

69 6/93

78 7,84

85 8,54

108 10,85

159 15,98

204 20,50

240 24,12

Fioul lourd n 2départ raffi¬nerie (H.T.)

F^t' ets/kWh

PCI

96 0,85

118 1/04

124 1/10

117 1,04

246 2,18

334 2,96

336 2,97

389 3,44

404 3,58

540 4,78

790 6,99

1102 9,75

1261 11,16

6a2 usagedonestiquehors taxes

PCS

"HPCI

7,49 6,81

6,12 5,5t

5,62 5,11

5,91 5,37

5,99 5,44

5,99 5,44

6/92 6,29

8,48 7,71

8,69 7,90

9,08 8,25

9,53 8,66

9,96 9,05

12,79 11,63

16,08 14,62

19,52 17,74

elle] dans la région parls-tenne (p) : provisoire

[Versailles] au 7 5 avril 1983. [^ ; \Zll T" '"""'" '"' " "*''"" " '''""'"[données Energie plus [6-2]) (3) : source Annales des «ines

(4) : Moyenne annuelle, source Agence Française pour la Maîtrise de l'Energie(5) : Moyenne annuelle, source 6a2 Oe France.

chaubontu NATUREL

FUa DOMESTIQUE

PROPANE

UniiÉoc

lanumisn

kWti/PCS

ÉUCTRICITÍ

Tmi éltarieuc (omiuc mil)Ipni mrpnil (1) Imita crctuei)

kwntkWt»

Pni rrndi'

F/UniU

1650.000,237

257.10433S.15

0.S9E0.321

Foimitf citoTiiiauFvilfriiur apwoiimiti!

kWh/Uniie

I8D1O90S

99Í12 790

r II. laiiB.! ; . . I

t/kWliPD ,5/03^,583

11

IB.S2C.1

25.833.3

59.B32.1

-H.t7,8

+ 9.7+ 9.E

(bMr 100 cr. I I

. 15731 ¡

47i,e4E3,<

I023,£519,1

389,£521, S

Ul un

L«i pni retenu» corresponoeni aux conaiiions oe Itvraison/icnfs applicables a une maiaon infliviouelle tres bi«n isolseliype laoel nauic isolationicnauttsc par cnacune o«s Iprmei a enargic inoiQueeî

Cnarsen : antnracine 20 ou Noro Pas 0« Calais Livraison 1 s 2 t. par sacs oe 50 koGai naturel : tiril 3 Gd inomiaucl, pour consommation oe 25 000 klArn PCS.'anFuel demeitiQuc : livraison par camion citerne, comprise entre 2000 et 4999 litres (tarit CI Zone D}PrODane : livraison oar camion citerne Livraison unitaire 701 a 1300 kg . ¿one BEleetrlcne ; Tant ET tout électrioue, oouDie laril (compteurs naurea pleines et heures creuses) Puissance souscrite 12 kVA Consommation

13 000 ktvn/an, dont 5 OOO en heures creuset. Le taux oes uxes municipales et depanemenule verient selon les localités (resoectivemeni entre Oe-I BV e! 0 et 4V sur 80S. cu pri. total hors tva). elles sont ici prises égaies a leur valeur a versatiles, bo>: 2 fi = lOV Aim oe tenir compte oe lej oossioiiiie oe prooucnon o eeu criauoe sanitaire en heures creuses. le prix eu ktwn corresponoani a également ete inotoue

- 216

Figure 6-8 tEvolution du prix des énergiespour le secteur domestique de 1973 à1981 : IndlcesINSEE à monnaie const¬ante base 100 en 1973 .

[d'après EPF [6-1] ) >

su .

2K -

200

KC - /

//

"m ^ ^ ^^

-«

t

'.'

ff

1

1

//~.,^

FIO'VL

CH*R«0N

GAC

ELECT! ICHE

1173 n77 Wtl 1BS5

Tableau 6-9:Tableau récapitulatifde l'évolution du prix des éner¬gies [en francs courants)- >-

Figure 6-10:Prlx de l'énergie dom¬

estique T.T.C. [maison Indlvidu-

ProduitENER¬GETI¬

QUE

ANNEE

1960

1965

1970

1971

1972

1973

1974

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

Charbon usagedoeiestique

(1)cts/th cts/kWhPCI PCI

3/34 2,87

3,52 3/03

4,24 3,65

4,45 3/83

4,77 4,10

5,04 4,33

5,08 4,37

6,78 5,83

7/42 6,3E

7,96 6,86

9,50 6,17

12,32 10,59

.55 12,5

15/9^p, "'Ip,

Electricitécentines/kuh

hor.«> ta.il'taxes comprises

18,89

16/72

19,37

20,01

20,47

20,75 25,59

23,27

25,22

27,17

28,98

30,50 35,73

33,33 45,59

40,06 53,25

43,99 60,93

Fiouldomestique

T.T.C.

F/it'cts/kWhpc:

24 2,41

27 2/71

29 2/91

30 3,02

55 5,53

59 5/93

69 6/93

78 7,84

85 8,54

108 10,85

159 15,98

204 20,50

240 24,12

Fioul lourd n 2départ raffi¬nerie (H.T.)

F^t' ets/kWh

PCI

96 0,85

118 1/04

124 1/10

117 1,04

246 2,18

334 2,96

336 2,97

389 3,44

404 3,58

540 4,78

790 6,99

1102 9,75

1261 11,16

6a2 usagedonestiquehors taxes

PCS

"HPCI

7,49 6,81

6,12 5,5t

5,62 5,11

5,91 5,37

5,99 5,44

5,99 5,44

6/92 6,29

8,48 7,71

8,69 7,90

9,08 8,25

9,53 8,66

9,96 9,05

12,79 11,63

16,08 14,62

19,52 17,74

elle] dans la région parls-tenne (p) : provisoire

[Versailles] au 7 5 avril 1983. [^ ; \Zll T" '"""'" '"' " "*''"" " '''""'"[données Energie plus [6-2]) (3) : source Annales des «ines

(4) : Moyenne annuelle, source Agence Française pour la Maîtrise de l'Energie(5) : Moyenne annuelle, source 6a2 Oe France.

chaubontu NATUREL

FUa DOMESTIQUE

PROPANE

UniiÉoc

lanumisn

kWti/PCS

ÉUCTRICITÍ

Tmi éltarieuc (omiuc mil)Ipni mrpnil (1) Imita crctuei)

kwntkWt»

Pni rrndi'

F/UniU

1650.000,237

257.10433S.15

0.S9E0.321

Foimitf citoTiiiauFvilfriiur apwoiimiti!

kWh/Uniie

I8D1O90S

99Í12 790

r II. laiiB.! ; . . I

t/kWliPD ,5/03^,583

11

IB.S2C.1

25.833.3

59.B32.1

-H.t7,8

+ 9.7+ 9.E

(bMr 100 cr. I I

. 15731 ¡

47i,e4E3,<

I023,£519,1

389,£521, S

Ul un

L«i pni retenu» corresponoeni aux conaiiions oe Itvraison/icnfs applicables a une maiaon infliviouelle tres bi«n isolseliype laoel nauic isolationicnauttsc par cnacune o«s Iprmei a enargic inoiQueeî

Cnarsen : antnracine 20 ou Noro Pas 0« Calais Livraison 1 s 2 t. par sacs oe 50 koGai naturel : tiril 3 Gd inomiaucl, pour consommation oe 25 000 klArn PCS.'anFuel demeitiQuc : livraison par camion citerne, comprise entre 2000 et 4999 litres (tarit CI Zone D}PrODane : livraison oar camion citerne Livraison unitaire 701 a 1300 kg . ¿one BEleetrlcne ; Tant ET tout électrioue, oouDie laril (compteurs naurea pleines et heures creuses) Puissance souscrite 12 kVA Consommation

13 000 ktvn/an, dont 5 OOO en heures creuset. Le taux oes uxes municipales et depanemenule verient selon les localités (resoectivemeni entre Oe-I BV e! 0 et 4V sur 80S. cu pri. total hors tva). elles sont ici prises égaies a leur valeur a versatiles, bo>: 2 fi = lOV Aim oe tenir compte oe lej oossioiiiie oe prooucnon o eeu criauoe sanitaire en heures creuses. le prix eu ktwn corresponoani a également ete inotoue

- 217

6.1.5 - L'énergie

Depuis 1973, le coût de l'énergie, notamment d'origine pétrolière a

largement augmenté : le prix en francs constants* (1973) du fuel a triplé

entre 1973 et 1983 alors que celui de l'électricité n'a que peu évolué. Ceci à

cause de l'augmentation de production d'électricité d'origine nucléaire (cf.

fiqure (6-B) d'après EDF [ô-l])-

Les données publiées par différents organismes (Gaz de France,

Direction des Hydrocarbures, ...) sur le coût des différentes énergies ne sont

pas homogènes : les taxes ne sont pas systématiquement prises en compte et les

unités de facturation sont variables (m', tonne, kWh,...). Néanmoins la

consultation des différentes données [1-4, 1-5] a permis de réunir leséléments intéressants dans le tableau (6-9). Rappelons que le kWh PCI ne tient

pas compte du rendement du système de chauffage envisagé et que dans le calcul

du coût c'est un élément à ne pas oublier.

Les données de coût utilisées sont celles publiées mensuellement

par la revue "Energie plus" [6-2J. Il s'agit du coût de l'énergie domestique

pour les particuliers, dans la région parisienne (cf. fiqure (6-lD)). Ces

tarifs ne sont pas exactement ceux pratiqués en Bretagne (en particulier pour

le fioul domestique) mais les différences n'introduisent pas de variationsignificative dans les calculs économiques réalisés.

Lorsque le chauffage est assuré par électricité ou gaz naturel, le

montant de l'abonnement, fonction de la puissance souscrite, intervient dans

les dépenses. Dans le cas d'un chauffage électrique le coût de l'abonnement

peut être mis en parallèle avec l'investissement lié à la chaudière d'un

chauffage par combustion (FOD, charbon). Pour le projet CORAIL à Lannion,

l'installation de la pompe à chaleur ne nécessite pas de changer de type

d'abonnement, on ne tiendra donc pas compte du coût de ce dernier.

* Francs constants : valeur de la monnaire ramenée à une date t, en tenant

compte du taux d'actualisation.

- 217

6.1.5 - L'énergie

Depuis 1973, le coût de l'énergie, notamment d'origine pétrolière a

largement augmenté : le prix en francs constants* (1973) du fuel a triplé

entre 1973 et 1983 alors que celui de l'électricité n'a que peu évolué. Ceci à

cause de l'augmentation de production d'électricité d'origine nucléaire (cf.

fiqure (6-B) d'après EDF [ô-l])-

Les données publiées par différents organismes (Gaz de France,

Direction des Hydrocarbures, ...) sur le coût des différentes énergies ne sont

pas homogènes : les taxes ne sont pas systématiquement prises en compte et les

unités de facturation sont variables (m', tonne, kWh,...). Néanmoins la

consultation des différentes données [1-4, 1-5] a permis de réunir leséléments intéressants dans le tableau (6-9). Rappelons que le kWh PCI ne tient

pas compte du rendement du système de chauffage envisagé et que dans le calcul

du coût c'est un élément à ne pas oublier.

Les données de coût utilisées sont celles publiées mensuellement

par la revue "Energie plus" [6-2J. Il s'agit du coût de l'énergie domestique

pour les particuliers, dans la région parisienne (cf. fiqure (6-lD)). Ces

tarifs ne sont pas exactement ceux pratiqués en Bretagne (en particulier pour

le fioul domestique) mais les différences n'introduisent pas de variationsignificative dans les calculs économiques réalisés.

Lorsque le chauffage est assuré par électricité ou gaz naturel, le

montant de l'abonnement, fonction de la puissance souscrite, intervient dans

les dépenses. Dans le cas d'un chauffage électrique le coût de l'abonnement

peut être mis en parallèle avec l'investissement lié à la chaudière d'un

chauffage par combustion (FOD, charbon). Pour le projet CORAIL à Lannion,

l'installation de la pompe à chaleur ne nécessite pas de changer de type

d'abonnement, on ne tiendra donc pas compte du coût de ce dernier.

* Francs constants : valeur de la monnaire ramenée à une date t, en tenant

compte du taux d'actualisation.

219

Les systèmes de chauffage traditionnels utilisent une source

d'énergie : combustible solide, liquide ou gazeux, électricité. Le dispositif

CORAIL consomme de l'électricité pour le fonctionnement de la pompe à chaleur

et des auxiliaires, et éventuellement du combustible en appoint.

L'utilisation du dispositif CORAIL présente un double intérêt :

- financier qui dépend des performances de l'installation (COP

de la pompe à chaleur, taux de couverture),

- énergétique qui est lié au nombre de tep déplacées ; dans la

mesure où l'électricité, qui substitue le combustible précédemment utilisé,

est d'origine française, le taux d'indépendance énergétique augmente.

6.2 - LE PROJET DE LANNION

En premier lieu, rappelons que le projet étudié présente un

caractère expérimental.

6.2.1 - Coût de la réalisation

Une installation appelée de référence a été définie (chapitre 3,

p.l03). La prévision des performances de celle-ci et des variantes envisagées a

été réalisée par la mise en oeuvre du logiciel BILAN (chapitre 5).Par ailleurs, les conditions géologiques et hydrogéologiques

(chapitre 2), en particulier le niveau piézométrique mesuré dans le forage Fj

(- 10 mètres sous le sol), ont conduit à envisager 3 dispositifs :

- un forage tube sur les premiers mètres avec une pompe de surface,

- un forage tube sur les premiers mètres et une pompe immergée,

- un forage tube sur toute sa hauteur avec une pompe de surface.

Le choix parmi ces dispositifs, a priori difficile, pourra être

retenu après la réalisation du forage définitif (prévue le premier semestre

1985).

219

Les systèmes de chauffage traditionnels utilisent une source

d'énergie : combustible solide, liquide ou gazeux, électricité. Le dispositif

CORAIL consomme de l'électricité pour le fonctionnement de la pompe à chaleur

et des auxiliaires, et éventuellement du combustible en appoint.

L'utilisation du dispositif CORAIL présente un double intérêt :

- financier qui dépend des performances de l'installation (COP

de la pompe à chaleur, taux de couverture),

- énergétique qui est lié au nombre de tep déplacées ; dans la

mesure où l'électricité, qui substitue le combustible précédemment utilisé,

est d'origine française, le taux d'indépendance énergétique augmente.

6.2 - LE PROJET DE LANNION

En premier lieu, rappelons que le projet étudié présente un

caractère expérimental.

6.2.1 - Coût de la réalisation

Une installation appelée de référence a été définie (chapitre 3,

p.l03). La prévision des performances de celle-ci et des variantes envisagées a

été réalisée par la mise en oeuvre du logiciel BILAN (chapitre 5).Par ailleurs, les conditions géologiques et hydrogéologiques

(chapitre 2), en particulier le niveau piézométrique mesuré dans le forage Fj

(- 10 mètres sous le sol), ont conduit à envisager 3 dispositifs :

- un forage tube sur les premiers mètres avec une pompe de surface,

- un forage tube sur les premiers mètres et une pompe immergée,

- un forage tube sur toute sa hauteur avec une pompe de surface.

Le choix parmi ces dispositifs, a priori difficile, pourra être

retenu après la réalisation du forage définitif (prévue le premier semestre

1985).

- 220 -

Dispositi f

Opération

- Tubage central

- Pompe hydrau-

TOTAL H.T.Dispositif CORAIL

- Raccordementavec La PAC

- Pompe à cha-

TOTAL H.T.

TOTAL T.T.C.

Forage non tubeet pompe en

surface

31 500

2 150''-'''

1 336

34 986

11 373

21 935

68 294

81 000

Forage non tubeet pompeimmerqée

31 500

5 000*

2 9302 600

42 030

11 373

21 935

75 338

89 350

Forage tubeet pompe en

surface

82 000*

2 150''-'''

1 336

85 486

11 373

29 977*

126 836

150 428

* estimatif

(1) P.V.C. de diamètre 38,8 x 50 mm (coût CM. P.O.)

Tableau 6-11 : Coût des trois dispositifs envisagés.

- 220 -

Dispositi f

Opération

- Tubage central

- Pompe hydrau-

TOTAL H.T.Dispositif CORAIL

- Raccordementavec La PAC

- Pompe à cha-

TOTAL H.T.

TOTAL T.T.C.

Forage non tubeet pompe en

surface

31 500

2 150''-'''

1 336

34 986

11 373

21 935

68 294

81 000

Forage non tubeet pompeimmerqée

31 500

5 000*

2 9302 600

42 030

11 373

21 935

75 338

89 350

Forage tubeet pompe en

surface

82 000*

2 150''-'''

1 336

85 486

11 373

29 977*

126 836

150 428

* estimatif

(1) P.V.C. de diamètre 38,8 x 50 mm (coût CM. P.O.)

Tableau 6-11 : Coût des trois dispositifs envisagés.

221

Fonage non tube, pompe hydraulique de surface

Le forage, tube seulement sur les premiers mètres (une dizaine),

est rempli d'eau. Les pertes de charges étant faibles, la circulation de l'eau

est maintenue par un simple circulateur de surface.

La mise en charge par rapport au niveau piézométrique (-10 mètres)

va provoquer des pertes hydrauliques vers le terrain qu'il faudra compenser

par un apport d'eau (du réseau par exemple). Dans un granite peu altéré et non

fracturé les valeurs de conductivité hydraulique s'établissent entre 10"^ et

10 ^^ m s ' ; le débit des pertes sera donc faible : de l'ordre du litre à lavingtaine de litres par heure. Ce débit, faible dans le cas présent, peut être

beaucoup plus fort dans le cas d'un granite altéré et/ou fissuré.

Le montant de la réalisation d'un tel dispositif s'élève

à 81 000 francs (T.T.C.) (détail tableau (6-11)).

Forage non tube et pompe immergez

Le pompe immergée de type 22 FR de Jeumont-Schneider par exemple,

permet de relever l'eau jusqu'à la surface. Le montant de la réalisation d'un

tel dispositif est de l'ordre de 90 000 francs (T.T.C.) (détail

tableau (6-11)).

Fonagz tube et pompz zn surface

Pour éviter le problème des pertes hydrauliques, le forage sera

équipé d'un tubage cimenté. La cimentation nécessaire pour la bonne tenue du

forage améliore également le contact thermique entre le terrain et le fluide.

Dans ces conditions d'étanchéité, l'utilisation d'eau glycolée est possible.

Autorisant une température plus basse en sortie d'évaporateur de la pompe à

chaleur, elle permet une meilleure exploitation de celle-ci, et le bilan

énergétique de l'installation globale est meilleur.

Le montant de la réalisation de ce dispositif est de l'ordre de

150 500 francs (T.T.C.) (détail tableau (6-11)).

Remarque

Dans le montant relativement élevé (80 000 à 150 000 francs TTC)des dispositifs envisagés ici, la part de l'investissement liée au foragereprésente 42 à 65 ?ó, et celle de la pompe à chaleur 24 à 32 %. Lesimportances relatives de ces deux éléments sont indépendantes.

221

Fonage non tube, pompe hydraulique de surface

Le forage, tube seulement sur les premiers mètres (une dizaine),

est rempli d'eau. Les pertes de charges étant faibles, la circulation de l'eau

est maintenue par un simple circulateur de surface.

La mise en charge par rapport au niveau piézométrique (-10 mètres)

va provoquer des pertes hydrauliques vers le terrain qu'il faudra compenser

par un apport d'eau (du réseau par exemple). Dans un granite peu altéré et non

fracturé les valeurs de conductivité hydraulique s'établissent entre 10"^ et

10 ^^ m s ' ; le débit des pertes sera donc faible : de l'ordre du litre à lavingtaine de litres par heure. Ce débit, faible dans le cas présent, peut être

beaucoup plus fort dans le cas d'un granite altéré et/ou fissuré.

Le montant de la réalisation d'un tel dispositif s'élève

à 81 000 francs (T.T.C.) (détail tableau (6-11)).

Forage non tube et pompe immergez

Le pompe immergée de type 22 FR de Jeumont-Schneider par exemple,

permet de relever l'eau jusqu'à la surface. Le montant de la réalisation d'un

tel dispositif est de l'ordre de 90 000 francs (T.T.C.) (détail

tableau (6-11)).

Fonagz tube et pompz zn surface

Pour éviter le problème des pertes hydrauliques, le forage sera

équipé d'un tubage cimenté. La cimentation nécessaire pour la bonne tenue du

forage améliore également le contact thermique entre le terrain et le fluide.

Dans ces conditions d'étanchéité, l'utilisation d'eau glycolée est possible.

Autorisant une température plus basse en sortie d'évaporateur de la pompe à

chaleur, elle permet une meilleure exploitation de celle-ci, et le bilan

énergétique de l'installation globale est meilleur.

Le montant de la réalisation de ce dispositif est de l'ordre de

150 500 francs (T.T.C.) (détail tableau (6-11)).

Remarque

Dans le montant relativement élevé (80 000 à 150 000 francs TTC)des dispositifs envisagés ici, la part de l'investissement liée au foragereprésente 42 à 65 ?ó, et celle de la pompe à chaleur 24 à 32 %. Lesimportances relatives de ces deux éléments sont indépendantes.

222

6.2.2 - Etude de faisabilité

Dans un premier temps, l'étude de faisabilité du projet de Lannion

a été réalisée de façon simple.

On détermine, dans les conditions de fonctionnement définies pour

l'école du Rusquet :

- l'énergie fournie par le dispositif CORAIL à l'évaporateur

de la pompe à chaleur,

- l'énergie délivrée par la pompe à chaleur compte tenu de

son coefficient de performance,

- la consommation d'électricité,

- la consommation de FOD d'appoint.

Compte tenu du coût des combustibles, l'économie financière

annuelle, par rapport à l'ancien dispositif de chauffage, est immédiate.

L'investissement étant connu grâce aux éléments présentés dans le

paragraphe 6.1, on détermine alors le temps de retour brut.

Ce terme, défini par le rapport du montant des investissements (I)aux économies annuelles (B), mesure le délai à l'issue duquel les économies

d'exploitation engendrées par l'investissement sont égales au montant de cet

investissement.

Ce temps de retour est qualifié de "brut" car il ne tient pas

compte :

des charges liées à l'investissement telles que le

remboursement des emprunts (ce qui revient à considérer l'investissement

effectué en globalité à l'année zéro),

- du taux d'actualisation*.

Les dépenses liées à l'entretien et au renouvellement du matériel

ne sont pas non plus considérées. A Lannion, les services techniques

municipaux qui s'occupent du système actuel de chauffage, assureront

l'entretien du futur dispositif.

* Le taux d'actualisation traduit le fait qu'une somme 5 d'argent n'a pas même

valeur à l'année t qu'à l'année t+n. Il permet de comparer des sommes

d'argent perçues ou versées à différentes dates. S=\l. à l'année t équivaut à

S(l+a) = V. , à l'année t+1 et S(l+a) = V. à l'année t+n. la valeur d'unet+1 t+n

somme à l'année t+n est ramenée à l'année t par : V. /(1+a) = V,. -,. .

222

6.2.2 - Etude de faisabilité

Dans un premier temps, l'étude de faisabilité du projet de Lannion

a été réalisée de façon simple.

On détermine, dans les conditions de fonctionnement définies pour

l'école du Rusquet :

- l'énergie fournie par le dispositif CORAIL à l'évaporateur

de la pompe à chaleur,

- l'énergie délivrée par la pompe à chaleur compte tenu de

son coefficient de performance,

- la consommation d'électricité,

- la consommation de FOD d'appoint.

Compte tenu du coût des combustibles, l'économie financière

annuelle, par rapport à l'ancien dispositif de chauffage, est immédiate.

L'investissement étant connu grâce aux éléments présentés dans le

paragraphe 6.1, on détermine alors le temps de retour brut.

Ce terme, défini par le rapport du montant des investissements (I)aux économies annuelles (B), mesure le délai à l'issue duquel les économies

d'exploitation engendrées par l'investissement sont égales au montant de cet

investissement.

Ce temps de retour est qualifié de "brut" car il ne tient pas

compte :

des charges liées à l'investissement telles que le

remboursement des emprunts (ce qui revient à considérer l'investissement

effectué en globalité à l'année zéro),

- du taux d'actualisation*.

Les dépenses liées à l'entretien et au renouvellement du matériel

ne sont pas non plus considérées. A Lannion, les services techniques

municipaux qui s'occupent du système actuel de chauffage, assureront

l'entretien du futur dispositif.

* Le taux d'actualisation traduit le fait qu'une somme 5 d'argent n'a pas même

valeur à l'année t qu'à l'année t+n. Il permet de comparer des sommes

d'argent perçues ou versées à différentes dates. S=\l. à l'année t équivaut à

S(l+a) = V. , à l'année t+1 et S(l+a) = V. à l'année t+n. la valeur d'unet+1 t+n

somme à l'année t+n est ramenée à l'année t par : V. /(1+a) = V,. -,. .

223

Le dispositif CORAIL fonctionne au débit de 3,1 m^ h ^ durant

1620 heures (durée de fonctionnement du chauffage de l'école du Rusquet).

L'énergie fournie à l'évaporateur de la pompe à chaleur qui exploite un écart

de 2°C, s'élève alors à :

X 4,18.10^ X 2 X 1620 = 11 662 kWh3600

- 1 - -3.,-l^s J m K K heuresm s

La pompe à chaleur, d'un coefficient de performance moyen de 3,

fournit donc : 17 493 kWh , soit 67 % des besoins de l'école (= 26 000 kWh

d'énergie utile couverts par 3528 litres de FOD consommés durant l'hiver

1982-1983).

L'économie annuelle réalisée est de 2 376 litres de FOD.

Le fonctionnement de la pompe à chaleur nécessite 5 831 kWh

électriques.

La prise en compte des coûts (à la date du 15 avril 1983) :

- de l'hectolitre de FOD : 257,10 francs,

- du kilowattheure électrique : 0,598 francs

conduit à une économie financière annuelle de :

23,76 X 257,10 - 5831 x 0,598 = 2 622 francs

Ceci pour un investissement de 81 000 à 90 000 francs T.T.C. (dispositifs 1 et

2). Le temps de retour brut du projet s'élève alors de 30,9 à 34,3 ans.

Le 3ème dispositif (forage tube et utilisation de la pompe à

chaleur CIAT TBB n° 75 avec eau glycolée) permet de couvrir complètement les

besoins. On peut donc considérer l'achat de la pompe à chaleur, remplaçant

totalement la chaudière, comme un renouvellement de celle-ci et

l'investissement propre au projet s'élève alors à 115 000 francs (T.T.C).

Les 3 528 litres de FOD sont économisés et 8 660 kWh sont dépensés

pour le fonctionnement de la pompe à chaleur.

L'économie financière annuelle est donc de :

35,28 X 257,10 - 8660 x 0,598 = 3892 francs,

ce qui conduit à un temps de retour brut de 29,5 ans.

Cette étude de faisabilité rapide conduit à des temps de retour

bruts, de l'ordre de 30 ans, relativement importants pour un projet de cette

envergure. Dans le paragraphe suivant les résultats du chapitre 5 seront

utilisés pour comparer les différentes variantes.

223

Le dispositif CORAIL fonctionne au débit de 3,1 m^ h ^ durant

1620 heures (durée de fonctionnement du chauffage de l'école du Rusquet).

L'énergie fournie à l'évaporateur de la pompe à chaleur qui exploite un écart

de 2°C, s'élève alors à :

X 4,18.10^ X 2 X 1620 = 11 662 kWh3600

- 1 - -3.,-l^s J m K K heuresm s

La pompe à chaleur, d'un coefficient de performance moyen de 3,

fournit donc : 17 493 kWh , soit 67 % des besoins de l'école (= 26 000 kWh

d'énergie utile couverts par 3528 litres de FOD consommés durant l'hiver

1982-1983).

L'économie annuelle réalisée est de 2 376 litres de FOD.

Le fonctionnement de la pompe à chaleur nécessite 5 831 kWh

électriques.

La prise en compte des coûts (à la date du 15 avril 1983) :

- de l'hectolitre de FOD : 257,10 francs,

- du kilowattheure électrique : 0,598 francs

conduit à une économie financière annuelle de :

23,76 X 257,10 - 5831 x 0,598 = 2 622 francs

Ceci pour un investissement de 81 000 à 90 000 francs T.T.C. (dispositifs 1 et

2). Le temps de retour brut du projet s'élève alors de 30,9 à 34,3 ans.

Le 3ème dispositif (forage tube et utilisation de la pompe à

chaleur CIAT TBB n° 75 avec eau glycolée) permet de couvrir complètement les

besoins. On peut donc considérer l'achat de la pompe à chaleur, remplaçant

totalement la chaudière, comme un renouvellement de celle-ci et

l'investissement propre au projet s'élève alors à 115 000 francs (T.T.C).

Les 3 528 litres de FOD sont économisés et 8 660 kWh sont dépensés

pour le fonctionnement de la pompe à chaleur.

L'économie financière annuelle est donc de :

35,28 X 257,10 - 8660 x 0,598 = 3892 francs,

ce qui conduit à un temps de retour brut de 29,5 ans.

Cette étude de faisabilité rapide conduit à des temps de retour

bruts, de l'ordre de 30 ans, relativement importants pour un projet de cette

envergure. Dans le paragraphe suivant les résultats du chapitre 5 seront

utilisés pour comparer les différentes variantes.

- 224 -

Energie j= E \payante j

Energie ]rratuite j

Energie ut i i e '¡-urnie "ar L'arnoint(EAPD

Energie électrique (EELEC+EAUX)

Energie prélevée par le dispositif

CORAIL (ESF)

> 1-X

Figure 6-12 : Représentation qualitative schématiquedu bilan énergétique de l' installation.

[énergie utile)

- 224 -

Energie j= E \payante j

Energie ]rratuite j

Energie ut i i e '¡-urnie "ar L'arnoint(EAPD

Energie électrique (EELEC+EAUX)

Energie prélevée par le dispositif

CORAIL (ESF)

> 1-X

Figure 6-12 : Représentation qualitative schématiquedu bilan énergétique de l' installation.

[énergie utile)

- 225 -

6.3 - ECONOMIES REALISEES PAR LES DIFFERENTES VARIANTES ENVISAGEES

Après quelques remarques générales sur les dépenses et économies

liées au fonctionnement du dispositif CORAIL, les résultats du bilan de

l'installation globale, présentés au chapitre 5, seront utilisés pour comparer

d'un point de vue économique les différentes variantes envisagées.

6.3.1 - Rennargues générales

En cas d'utilisation du dispositif CORAIL, le chauffage est

assuré par :

- l'énergie fournie par la pompe à chaleur, somme de l'énergie

prélevée par le dispositif CORAIL sur le sous-sol et de l'énergie électrique

consommée par la pompe à chaleur (hors pertes), soit :

^PAC = ^SF * hlEC ^^-^l^

avec Ep.p : énergie délivrée par la pompe à chaleur,

E_p : énergie prélevée par le dispositif CORAIL,

Er-, pp : énergie électrique consommée par la pompe à chaleur.

- l'énergie éventuellement produite par le combustible d'appoint.

soit E^pp.

Le fonctionnement des auxiliaires (pompe de circulation) nécessite

une consommation d'électricité, soit E!...y.

Le logiciel BILAN calcule ces différents éléments (Ep.p, E_|_,

Ej-. pp, E.pp, E...y) dont la fiqure (6-12) donne une représentation qualitative,

sans aucune notion quantitative quant aux performances de l'installation.

La démarche présentée ci-dessous pour caractériser les dépenses

liées à l'utilisation du dispositif CORAIL correspond à une analyse du

problème à partir des éléments calculés par le logiciel BILAN. D'autres

manières de procéder sont possibles : er, particulier en tenant compte du COP

de 1' installaion. Pour Lannion, celui-ci n'est pour l'instant pas connu par

des mesures, tandis que le rendement du chauffage d'appoint l'est.

- 225 -

6.3 - ECONOMIES REALISEES PAR LES DIFFERENTES VARIANTES ENVISAGEES

Après quelques remarques générales sur les dépenses et économies

liées au fonctionnement du dispositif CORAIL, les résultats du bilan de

l'installation globale, présentés au chapitre 5, seront utilisés pour comparer

d'un point de vue économique les différentes variantes envisagées.

6.3.1 - Rennargues générales

En cas d'utilisation du dispositif CORAIL, le chauffage est

assuré par :

- l'énergie fournie par la pompe à chaleur, somme de l'énergie

prélevée par le dispositif CORAIL sur le sous-sol et de l'énergie électrique

consommée par la pompe à chaleur (hors pertes), soit :

^PAC = ^SF * hlEC ^^-^l^

avec Ep.p : énergie délivrée par la pompe à chaleur,

E_p : énergie prélevée par le dispositif CORAIL,

Er-, pp : énergie électrique consommée par la pompe à chaleur.

- l'énergie éventuellement produite par le combustible d'appoint.

soit E^pp.

Le fonctionnement des auxiliaires (pompe de circulation) nécessite

une consommation d'électricité, soit E!...y.

Le logiciel BILAN calcule ces différents éléments (Ep.p, E_|_,

Ej-. pp, E.pp, E...y) dont la fiqure (6-12) donne une représentation qualitative,

sans aucune notion quantitative quant aux performances de l'installation.

La démarche présentée ci-dessous pour caractériser les dépenses

liées à l'utilisation du dispositif CORAIL correspond à une analyse du

problème à partir des éléments calculés par le logiciel BILAN. D'autres

manières de procéder sont possibles : er, particulier en tenant compte du COP

de 1' installaion. Pour Lannion, celui-ci n'est pour l'instant pas connu par

des mesures, tandis que le rendement du chauffage d'appoint l'est.

226

Coût moyen

du kWh

C^/C£>R

Cft/Cg

C^/ Ce< R

C*"» rrrt relative de la consonmation électrique.

Figure 6-13 : Evolution du coût moyen du klOh en hnctlondes parts relatives des combustibles (X, J-X) suivant les valeuns rel.atlves

- du rendement du diauffage d'appoint [R) ,

- du coût du feW/i PCI du combustíblz d'appoint (C^),- du coût du izWh électrique (Cg).

226

Coût moyen

du kWh

C^/C£>R

Cft/Cg

C^/ Ce< R

C*"» rrrt relative de la consonmation électrique.

Figure 6-13 : Evolution du coût moyen du klOh en hnctlondes parts relatives des combustibles (X, J-X) suivant les valeuns rel.atlves

- du rendement du diauffage d'appoint [R) ,

- du coût du feW/i PCI du combustíblz d'appoint (C^),- du coût du izWh électrique (Cg).

- 227 -

Les dépenses annuelles, D, sont de la forme :

APP^ = ^ÊLEC * ÊAUX^- Ê "^ -R-' Â ^^°2)

avec Cp : coût du kilowattheure électrique,

C. : coût du kilowattheure PCI du combustible,

R : rendement du système de chauffage d'appoint,

(car E.pp correspond à l'énergie utile fournie par le combustible).

Soit E, l'énergie utile dépensée pour le chauffage des locaux :

^ = %LEC ^ ÂUX ^ ÂPP ^^'^^^

et X la part de l'énergie électrique dans l'énergie consommée :

X = 5lLELlÍAUX (,04)E

la part de l'énergie utile du combustible d'appoint vaut alors :

E,'APP

1 - A =-^

L'équation (6.02) peut alors s'écrire

(6.05)

D = E [X C +(idL) Ca ] (6.06)^ R

équivalent à :

D = E.C|^ (6.07)

avec C : coût moyen du kWh consommé

c,, évolue linéairement en fonction de X suivant les valeurs duM

paramètre C./Cp :

- si CJC^<s. R, alons C^ est croissant avec X, le coût moyen du kWh augmente

avec la part de l'électricité consommée ;

- si C^/C^ = R, Cj. est constant et Cf. = Cr ;

- si C./Cr)>R, Cj, est décroissant, le coût moyen du kWh augmente avec la partdu combustible d'appoint consommée.

C^, varie donc en fonction des coûts relatifs des combustibles

utilisés et de la valeur du paramètre C./Cp par rapport à R.

La fiqure (6-13) présente l'évolution de C en fonction de X pour

différentes valeurs de C./Cp.

- 227 -

Les dépenses annuelles, D, sont de la forme :

APP^ = ^ÊLEC * ÊAUX^- Ê "^ -R-' Â ^^°2)

avec Cp : coût du kilowattheure électrique,

C. : coût du kilowattheure PCI du combustible,

R : rendement du système de chauffage d'appoint,

(car E.pp correspond à l'énergie utile fournie par le combustible).

Soit E, l'énergie utile dépensée pour le chauffage des locaux :

^ = %LEC ^ ÂUX ^ ÂPP ^^'^^^

et X la part de l'énergie électrique dans l'énergie consommée :

X = 5lLELlÍAUX (,04)E

la part de l'énergie utile du combustible d'appoint vaut alors :

E,'APP

1 - A =-^

L'équation (6.02) peut alors s'écrire

(6.05)

D = E [X C +(idL) Ca ] (6.06)^ R

équivalent à :

D = E.C|^ (6.07)

avec C : coût moyen du kWh consommé

c,, évolue linéairement en fonction de X suivant les valeurs duM

paramètre C./Cp :

- si CJC^<s. R, alons C^ est croissant avec X, le coût moyen du kWh augmente

avec la part de l'électricité consommée ;

- si C^/C^ = R, Cj. est constant et Cf. = Cr ;

- si C./Cr)>R, Cj, est décroissant, le coût moyen du kWh augmente avec la partdu combustible d'appoint consommée.

C^, varie donc en fonction des coûts relatifs des combustibles

utilisés et de la valeur du paramètre C./Cp par rapport à R.

La fiqure (6-13) présente l'évolution de C en fonction de X pour

différentes valeurs de C./Cp.

- 229

Les rendements (R) des installations de chauffage sont le plus

souvent compris entre 0,6 et 0,8 et le rapport du coût du kWh PCI au coût du

KWh électrique variait, entre 1970 et 1982 :

- entre 0,20 et 0,24 pour le gaz,

- entre 0,10 et 0,33 pour le FOD,

- entre 0,15 et 0,23 pour le charbon,

(d'après les données présentées dans le tableau (6-9), p. 216).

Donc dans la réalité économique française actuelle, C./Zr- est

toujours inférieur à R. Ce qui veut dire que pour ce qui nous intéresse ici,

plus la part d'électricité consommée sera grande, plus le coût moyen du kWh

défini plus haut par C sera élevé. Ceci pour une installation nécessitant une

consommation d'énergie E (équation (6.03)) fixée.

Comparons maintenant deux installations (variantes de pompe à

chaleur par exemple) assurant le chauffage de locaux équivalents.

Soit D, , les dépenses relatives à l'installation n° 1 :

ÂD^ = E^ [ X^C^ + (1 - X^) ]

R

(équation (6.06))

Âposons = a (6.09)C^R

alors : D^ = E^.C^ [ a (1 - X^) + X^ ] (6.10)

de même pour l'installation n'' 2 :

^2 " ^2'Ê [a Ü - X2) + X2] (6.11)

En fonction des valeurs E,, et E_ et de X,, X_, D, et D_ seront égales ou

différentes :

I - X.,) + X.,

=* D^ < D2 (6.12)

- si

si

^1

h

hh

fl4

a

a

a

a

a

a

(1

(1

(1

(1

(1

(1

- X2) + X2

- X^) + X^

- X2) + X2

- xp + X^

- X2) + X2

- X^) + X^

D^ r D2 (6.13)

D^ > D2 (6.14)

- 229

Les rendements (R) des installations de chauffage sont le plus

souvent compris entre 0,6 et 0,8 et le rapport du coût du kWh PCI au coût du

KWh électrique variait, entre 1970 et 1982 :

- entre 0,20 et 0,24 pour le gaz,

- entre 0,10 et 0,33 pour le FOD,

- entre 0,15 et 0,23 pour le charbon,

(d'après les données présentées dans le tableau (6-9), p. 216).

Donc dans la réalité économique française actuelle, C./Zr- est

toujours inférieur à R. Ce qui veut dire que pour ce qui nous intéresse ici,

plus la part d'électricité consommée sera grande, plus le coût moyen du kWh

défini plus haut par C sera élevé. Ceci pour une installation nécessitant une

consommation d'énergie E (équation (6.03)) fixée.

Comparons maintenant deux installations (variantes de pompe à

chaleur par exemple) assurant le chauffage de locaux équivalents.

Soit D, , les dépenses relatives à l'installation n° 1 :

ÂD^ = E^ [ X^C^ + (1 - X^) ]

R

(équation (6.06))

Âposons = a (6.09)C^R

alors : D^ = E^.C^ [ a (1 - X^) + X^ ] (6.10)

de même pour l'installation n'' 2 :

^2 " ^2'Ê [a Ü - X2) + X2] (6.11)

En fonction des valeurs E,, et E_ et de X,, X_, D, et D_ seront égales ou

différentes :

I - X.,) + X.,

=* D^ < D2 (6.12)

- si

si

^1

h

hh

fl4

a

a

a

a

a

a

(1

(1

(1

(1

(1

(1

- X2) + X2

- X^) + X^

- X2) + X2

- xp + X^

- X2) + X2

- X^) + X^

D^ r D2 (6.13)

D^ > D2 (6.14)

- 230 -

INSTALLATION

100 », t ' 0,2 m

Référence"CIAT TBB 35

100 n, t ^ 0,2 m

CIAT TBB 50

100 n, e ° 0,2CIAT TBB 65

100 m, t ' 0,2 m

CIAT TBB 75

75 n, « 0,2 m

CIAT TBB 3S

75 «1, « » 0,2 1»

CIAT TBB 50

75 m, e s 0,2 in

CIAT TBB 65

150 m, S 0,2 nCIAT TBB 35

150 «, e 0,2 nCIAT TBB 50

150 m, e c n,2CIAT TBB 65

ISO m, « 0,2 nCIAT TBB 75

100 n, g < 0,1 aCIAT TBB 35

100 , « « 0,1CIAT TBB 50

PIANCHERS CHAUFFANTS 1BESOINS CONTINUSion », t ' 0,2CIAT TBB 35

100 », » * 0,2 >CIAT TBB 50

100 m, Í 0,2 m

CIAT TBB 65

100 n, 0,2 m

CIAT TBB 65(3,7 »3 h"l)

100 m, C s 0,2 m

CIAT TBB 35

100 n, t * 0,2 nCIAT TB8 50

100 m, ( > 0,2CIAT TBB 65

CONSOnNATIONANTERIEURE

DE FIOUL (in^)

3,*8

3,*8

3,48

3,48

3,48

3,48

3,48

3,48

3,48

3,48

3,48

3,48

3,48

3,48

3,48

3,48

3,48

7,07

7,07

7,07

DEPENSESANNUELLES

ANTERIEURES (FRS)

8 947

8 947

8 947

8 947

8 947

8 947

8 947

8 947

8 947

B 947

8 947

8 947

8 947

8 947

8 947

8 947

B 947

18 177

18 177

18 177

TAUX DE

COUVERTUREZ

58,9

69,07

73,79

45,70

54,70

57,34

35,69

63,63

74,76

83,66

92,25

55,65

66,04

60,57

71,59

55,97

67,00

61,80

60,30

57,82

CONSOMMATION

FIOUL

1.46

1,08

0,91

1,89

1,58

1,48

2,24

1,27

0,88

0,57

0,27

1,54

1,18

1,37

0,99

1,53

1,15

2,70

2,80

2,98

ELECTR.

NWh

4.10

4,88

5,58

3,73

4,02

4,27

2,80

4,25

5,06

5,88

7,00

4,05

4,88

3,56

4,36

3,56

4,27

9,97

9,89

9,44

DEPENSESANNUELLES(FRANCS)

6 205

5 695

5 676

7 089

6 466

6 359

7 433

5 807

5 288

4 491

4 880

6 381

5 952

S 651

5 153

6 062

5 510

12 904

13 lis

13 307

ECONOMIESANNUELLES(FRANCS)

2 741

3 252

3 271

1 857

2 481

2 588

1 514

3 140

3 659

4 456

4 067

2 566

2 995

3 296

3 794

2 884

3 437

5 273

5 064

4 870

COUT DU

DISPOSITIF

81 000

81 661

86 000

90 297

55 072

57 438

62 378

79 978

94 130

99 070

105 314

64 053

66 419

81 000

SI 661

86 noo

86 000

81 000

81 661

86 000

TEMPS DE

RETOUR BRUT(ANS)

29,5

25,1

26,3

48,6

22,2

22,2

41,2

25,5

25,7

22,2

25,9

25,0

22,2

24,6

21,5

29,8

25,0

15,4

16,1

17,7

Tableau 6-14 : Résultats économiques des différentes variantes

- 230 -

INSTALLATION

100 », t ' 0,2 m

Référence"CIAT TBB 35

100 n, t ^ 0,2 m

CIAT TBB 50

100 n, e ° 0,2CIAT TBB 65

100 m, t ' 0,2 m

CIAT TBB 75

75 n, « 0,2 m

CIAT TBB 3S

75 «1, « » 0,2 1»

CIAT TBB 50

75 m, e s 0,2 in

CIAT TBB 65

150 m, S 0,2 nCIAT TBB 35

150 «, e 0,2 nCIAT TBB 50

150 m, e c n,2CIAT TBB 65

ISO m, « 0,2 nCIAT TBB 75

100 n, g < 0,1 aCIAT TBB 35

100 , « « 0,1CIAT TBB 50

PIANCHERS CHAUFFANTS 1BESOINS CONTINUSion », t ' 0,2CIAT TBB 35

100 », » * 0,2 >CIAT TBB 50

100 m, Í 0,2 m

CIAT TBB 65

100 n, 0,2 m

CIAT TBB 65(3,7 »3 h"l)

100 m, C s 0,2 m

CIAT TBB 35

100 n, t * 0,2 nCIAT TB8 50

100 m, ( > 0,2CIAT TBB 65

CONSOnNATIONANTERIEURE

DE FIOUL (in^)

3,*8

3,*8

3,48

3,48

3,48

3,48

3,48

3,48

3,48

3,48

3,48

3,48

3,48

3,48

3,48

3,48

3,48

7,07

7,07

7,07

DEPENSESANNUELLES

ANTERIEURES (FRS)

8 947

8 947

8 947

8 947

8 947

8 947

8 947

8 947

8 947

B 947

8 947

8 947

8 947

8 947

8 947

8 947

B 947

18 177

18 177

18 177

TAUX DE

COUVERTUREZ

58,9

69,07

73,79

45,70

54,70

57,34

35,69

63,63

74,76

83,66

92,25

55,65

66,04

60,57

71,59

55,97

67,00

61,80

60,30

57,82

CONSOMMATION

FIOUL

1.46

1,08

0,91

1,89

1,58

1,48

2,24

1,27

0,88

0,57

0,27

1,54

1,18

1,37

0,99

1,53

1,15

2,70

2,80

2,98

ELECTR.

NWh

4.10

4,88

5,58

3,73

4,02

4,27

2,80

4,25

5,06

5,88

7,00

4,05

4,88

3,56

4,36

3,56

4,27

9,97

9,89

9,44

DEPENSESANNUELLES(FRANCS)

6 205

5 695

5 676

7 089

6 466

6 359

7 433

5 807

5 288

4 491

4 880

6 381

5 952

S 651

5 153

6 062

5 510

12 904

13 lis

13 307

ECONOMIESANNUELLES(FRANCS)

2 741

3 252

3 271

1 857

2 481

2 588

1 514

3 140

3 659

4 456

4 067

2 566

2 995

3 296

3 794

2 884

3 437

5 273

5 064

4 870

COUT DU

DISPOSITIF

81 000

81 661

86 000

90 297

55 072

57 438

62 378

79 978

94 130

99 070

105 314

64 053

66 419

81 000

SI 661

86 noo

86 000

81 000

81 661

86 000

TEMPS DE

RETOUR BRUT(ANS)

29,5

25,1

26,3

48,6

22,2

22,2

41,2

25,5

25,7

22,2

25,9

25,0

22,2

24,6

21,5

29,8

25,0

15,4

16,1

17,7

Tableau 6-14 : Résultats économiques des différentes variantes

- 231

A priori donc, le taux de couverture des besoins par la pompe à

chaleur est un critère insuffisant pour déterminer l'installation qui est la

plus intéressante financièrement, cela dépend des parts relatives des

différents combustibles dans l'énergie consommée pour assurer le chauffage.

Dans la suite on verra que des taux de couverture supérieurs

peuvent conduire à des dépenses plus fortes (en cas d'appoint faible et de

dépenses électriques importantes).

6.3.2 - Résultats des variantes envisagées

Plusieurs variantes ont été examinées au chapitre 5 :

- choix de la pompe à chaleur,

- dimensionnement de l'échangeur CORAIL,

- mode d'émission de la chaleur,

- répartition des besoins dans le temps et mode de chauffage

(continu ou discontinu).

Les éléments du bilan de ces installations qui ont une incidence

économique (taux de couverture, consommation électrique et en FOD) sont

rassemblés dans le tableau (6-14).

6.3.3 - Choix de la pomj^e à chaleur utilisée

L'utilisation de 4 types de pompe à chaleur EAU/EAU de la série

TBB (marque CIAT) a été simulée (chapitre 5), il s'agit des pompes à chaleur

n° 35, n° 50, n° 65, n° 75.

On détaillera plus particulièrement les résultats obtenus pour le

projet de référence (profondeur 100 m, diamètre 200 mm). Les conclusions

qu'ils suggèrent seront confirmées par les projets dont le dimensionnement ou

le système d'émission de la chaleur varie.

- 231

A priori donc, le taux de couverture des besoins par la pompe à

chaleur est un critère insuffisant pour déterminer l'installation qui est la

plus intéressante financièrement, cela dépend des parts relatives des

différents combustibles dans l'énergie consommée pour assurer le chauffage.

Dans la suite on verra que des taux de couverture supérieurs

peuvent conduire à des dépenses plus fortes (en cas d'appoint faible et de

dépenses électriques importantes).

6.3.2 - Résultats des variantes envisagées

Plusieurs variantes ont été examinées au chapitre 5 :

- choix de la pompe à chaleur,

- dimensionnement de l'échangeur CORAIL,

- mode d'émission de la chaleur,

- répartition des besoins dans le temps et mode de chauffage

(continu ou discontinu).

Les éléments du bilan de ces installations qui ont une incidence

économique (taux de couverture, consommation électrique et en FOD) sont

rassemblés dans le tableau (6-14).

6.3.3 - Choix de la pomj^e à chaleur utilisée

L'utilisation de 4 types de pompe à chaleur EAU/EAU de la série

TBB (marque CIAT) a été simulée (chapitre 5), il s'agit des pompes à chaleur

n° 35, n° 50, n° 65, n° 75.

On détaillera plus particulièrement les résultats obtenus pour le

projet de référence (profondeur 100 m, diamètre 200 mm). Les conclusions

qu'ils suggèrent seront confirmées par les projets dont le dimensionnement ou

le système d'émission de la chaleur varie.

232 -

Pour Iz projzt dz référzncz, le temps de retour brut varie entre

25 et 30 ans pour les 3 pompes à chaleur les plus faibles (TBB n° 35, n° 50,

et n° 75), ce qui est déjà relativement long pour une réalisation de cette

envergure.

Le temps de retour le plus faible étant obtenu pour la pompe à

chaleur intermédiaire (TBB n° 50) qui permet pourtant de réaliser des

économies annuelles légèrement plus faibles que la TBB n° 65, mais à partir

d'un investissement moins important. Le surdimenslonnement de la pompe à

chaleur est donc à éviter du point de vue économique (comme du point de vue du

fonctionnement de l'installation d'ailleurs). La valeur du temps de retour de

48,6 ans correspondant à l'utilisation de la pompe à chaleur TBB n° 75

confirme ceci. Cette valeur est simplement donnée à cet effet car les

résultats du bilan thermique (chapitre 5, tabL (5-21-), p. 194) ont déjà montré que

ce projet est à rejeter, à cause du seuil limite en sortie d'évaporateur trop

souvent atteint.

Le fait que le dispositif avec la pompe à chaleur TBB n° 50 soit

plus rentable économiquement que celui de la TBB n° 65 montre que le taux de

couverture n'est pas un critère de décision entre deux projets : il importe de

tenir compte des économies réalisées (voir remarques générales, paragraphe

précédent) et de l'investissement supplémentaire à assumer.

La pompe à chaleur TBB n° 50 semble donc la mieux adaptée au

dispostif CORAIL (de référence défini chapitre 3) pour assurer le chauffage de

l'école de LANNION.

232 -

Pour Iz projzt dz référzncz, le temps de retour brut varie entre

25 et 30 ans pour les 3 pompes à chaleur les plus faibles (TBB n° 35, n° 50,

et n° 75), ce qui est déjà relativement long pour une réalisation de cette

envergure.

Le temps de retour le plus faible étant obtenu pour la pompe à

chaleur intermédiaire (TBB n° 50) qui permet pourtant de réaliser des

économies annuelles légèrement plus faibles que la TBB n° 65, mais à partir

d'un investissement moins important. Le surdimenslonnement de la pompe à

chaleur est donc à éviter du point de vue économique (comme du point de vue du

fonctionnement de l'installation d'ailleurs). La valeur du temps de retour de

48,6 ans correspondant à l'utilisation de la pompe à chaleur TBB n° 75

confirme ceci. Cette valeur est simplement donnée à cet effet car les

résultats du bilan thermique (chapitre 5, tabL (5-21-), p. 194) ont déjà montré que

ce projet est à rejeter, à cause du seuil limite en sortie d'évaporateur trop

souvent atteint.

Le fait que le dispositif avec la pompe à chaleur TBB n° 50 soit

plus rentable économiquement que celui de la TBB n° 65 montre que le taux de

couverture n'est pas un critère de décision entre deux projets : il importe de

tenir compte des économies réalisées (voir remarques générales, paragraphe

précédent) et de l'investissement supplémentaire à assumer.

La pompe à chaleur TBB n° 50 semble donc la mieux adaptée au

dispostif CORAIL (de référence défini chapitre 3) pour assurer le chauffage de

l'école de LANNION.

233

Pour les autres profondeurs du dispositif CORAIL znvisagées (75

et 150 m) les résultats conduisent aux conclusions suivantes :

- Pour 75 m, l'exploitation du dispositif avec la pompe à chaleur TBB n° 35 ou

la pompe à chaleur TBB n° 50 sont pratiquement équivalentes du point de vue

temps de retour (22,2 ans). Dans la mesure où la pompe à chaleur TBB n° 50 est

plus puissante, on préférera la TBB n° 35 pour éviter de surexploiter le

dispositif CORAIL surtout qu'à terme son utilisation deviendra délicate

(dérive hebdomadaire et saisonnière chapitre 3).

De même que pour le projet de référence, on voit que

surdimensionner la pompe à chaleur est à éviter : la TBB n° 65 exploite un

écart de température plus important (même débit du fluide, mais puissance

prélevée à la source froide plus forte).

Ceci provoque une diminution de la température en sortie

d'évaporateur où le seuil limite souvent atteint diminue les potentialités

d'utilisation de la pompe à chaleur. Le dispositif CORAIL est alors

sous-estimé.

- Pour 150 m, la pompe à chaleur la plus puissante, TBB n° 75, assure un taux

de couverture des besoins de l'ordre de 92 % et permet une économie financière

annuelle de 4067 francs. La pompe à chaleur, TBB n° 65, assure un taux de

couverture de l'ordre de 84 % et une économie financière annuelle de 4456

francs.

Ces chiffres montrent :

- qu'il ne faut pas surdimensionner la pompe à chaleur,

- qu'un taux de couverture moindre des besoins peut donc assurer des

économies financières plus importantes.

Ce dernier point traduit l'utilisation de moins en moins

performante de la pompe à chaleur pour couvrir de plus en plus de besoins (leCOP diminue et la consommation d'électricité augmente). La courbe monotone

(fiqure (4-18) ; p.l58) l'avait déjà montré.

Les résultats correspondant à l'utilisation des pompes à chaleur

TBB n° 35 et TBB n° 50 prouvent que le sous-dimensionnement de la pompe à

chaleur est à éviter. Dans ce cas l'échangeur CORAIL, sous-utilisé, n'extrait

pas toute la puissance disponible dans le sous-sol.

233

Pour les autres profondeurs du dispositif CORAIL znvisagées (75

et 150 m) les résultats conduisent aux conclusions suivantes :

- Pour 75 m, l'exploitation du dispositif avec la pompe à chaleur TBB n° 35 ou

la pompe à chaleur TBB n° 50 sont pratiquement équivalentes du point de vue

temps de retour (22,2 ans). Dans la mesure où la pompe à chaleur TBB n° 50 est

plus puissante, on préférera la TBB n° 35 pour éviter de surexploiter le

dispositif CORAIL surtout qu'à terme son utilisation deviendra délicate

(dérive hebdomadaire et saisonnière chapitre 3).

De même que pour le projet de référence, on voit que

surdimensionner la pompe à chaleur est à éviter : la TBB n° 65 exploite un

écart de température plus important (même débit du fluide, mais puissance

prélevée à la source froide plus forte).

Ceci provoque une diminution de la température en sortie

d'évaporateur où le seuil limite souvent atteint diminue les potentialités

d'utilisation de la pompe à chaleur. Le dispositif CORAIL est alors

sous-estimé.

- Pour 150 m, la pompe à chaleur la plus puissante, TBB n° 75, assure un taux

de couverture des besoins de l'ordre de 92 % et permet une économie financière

annuelle de 4067 francs. La pompe à chaleur, TBB n° 65, assure un taux de

couverture de l'ordre de 84 % et une économie financière annuelle de 4456

francs.

Ces chiffres montrent :

- qu'il ne faut pas surdimensionner la pompe à chaleur,

- qu'un taux de couverture moindre des besoins peut donc assurer des

économies financières plus importantes.

Ce dernier point traduit l'utilisation de moins en moins

performante de la pompe à chaleur pour couvrir de plus en plus de besoins (leCOP diminue et la consommation d'électricité augmente). La courbe monotone

(fiqure (4-18) ; p.l58) l'avait déjà montré.

Les résultats correspondant à l'utilisation des pompes à chaleur

TBB n° 35 et TBB n° 50 prouvent que le sous-dimensionnement de la pompe à

chaleur est à éviter. Dans ce cas l'échangeur CORAIL, sous-utilisé, n'extrait

pas toute la puissance disponible dans le sous-sol.

- 234

La pompe à chaleur TBB n° 65 semble la mieux adaptée au projet de

150 m. Un volume de sous-sol mis en jeu plus important que dans le cas du

projet de 100 m permet l'extraction d'une puissance également plus importante

et donc l'utilisation d'une pompe à chaleur plus puissante.

En résumé, ces résultats montrent l'intérêt d'un bon choix pour la

pompe à chaleur. La sous-exploitation des potentialités du sous-sol résulte :

- de la faiblesse de la pompe à chaleur en cas de sous-dimensionnement,

- de ses limites technologiques (seuil de température en sortie

d'évaporateur) en cas de surdimenslonnement.

6.3.4 - Dimensionnement de l'échangeur CORAIL


Les économies réalisées augmentent avec la profondeur du forage et

un meilleur dimensionnement de la pompe à chaleur, mais l'investissement,

fonction de la profondeur du forage et de la puissance de la pompe à chaleur

augmente corrélativement.

L'augmentation de la profondeur de l'échangeur permet

l'utilisation d'une pompe à chaleur plus puissante. Et du point de vue des

temps de retour bruts :

- pour un forage de 75 m, la mise en oeuvre de la pompe à chaleur TBB n° 35

et celle de la TBB n° 50 sont pratiquement équivalentes,

- pour l'échangeur de 100 m, l'utilisation de la pompe à chaleur TBB n° 50

est pratiquement équivalente à celle de la TBB n°65,

- pour la profondeur de 150 m, la pompe à chaleur TBB n° 65 conduit aux

meilleurs résultats.

L'on sait (chapitre 3, § 3.3.2.1, p.l07) qu'un echangeur de 75 m

risque de pose des problèmes d'exploitation à terme.

L'investissement nécessaire pour un echangeur de 150 m est

relativement supérieur à celui lié à un forage de 100 m.

Donc malgré les valeurs plus faibles des temps de retour bruts des

projets de 75 m et 150 m (de 22 à 26 ans), la profondeur de 100 m sera

retenue pour la réalisation de Lannion.

- 234

La pompe à chaleur TBB n° 65 semble la mieux adaptée au projet de

150 m. Un volume de sous-sol mis en jeu plus important que dans le cas du

projet de 100 m permet l'extraction d'une puissance également plus importante

et donc l'utilisation d'une pompe à chaleur plus puissante.

En résumé, ces résultats montrent l'intérêt d'un bon choix pour la

pompe à chaleur. La sous-exploitation des potentialités du sous-sol résulte :

- de la faiblesse de la pompe à chaleur en cas de sous-dimensionnement,

- de ses limites technologiques (seuil de température en sortie

d'évaporateur) en cas de surdimenslonnement.

6.3.4 - Dimensionnement de l'échangeur CORAIL


Les économies réalisées augmentent avec la profondeur du forage et

un meilleur dimensionnement de la pompe à chaleur, mais l'investissement,

fonction de la profondeur du forage et de la puissance de la pompe à chaleur

augmente corrélativement.

L'augmentation de la profondeur de l'échangeur permet

l'utilisation d'une pompe à chaleur plus puissante. Et du point de vue des

temps de retour bruts :

- pour un forage de 75 m, la mise en oeuvre de la pompe à chaleur TBB n° 35

et celle de la TBB n° 50 sont pratiquement équivalentes,

- pour l'échangeur de 100 m, l'utilisation de la pompe à chaleur TBB n° 50

est pratiquement équivalente à celle de la TBB n°65,

- pour la profondeur de 150 m, la pompe à chaleur TBB n° 65 conduit aux

meilleurs résultats.

L'on sait (chapitre 3, § 3.3.2.1, p.l07) qu'un echangeur de 75 m

risque de pose des problèmes d'exploitation à terme.

L'investissement nécessaire pour un echangeur de 150 m est

relativement supérieur à celui lié à un forage de 100 m.

Donc malgré les valeurs plus faibles des temps de retour bruts des

projets de 75 m et 150 m (de 22 à 26 ans), la profondeur de 100 m sera

retenue pour la réalisation de Lannion.

235


Un echangeur de diamètre plus petit (0,1 m au lieu de 0,2 m)

exploite une puissance plus faible du sous-sol. Il conduit alors à des

économies de combustible et financières moins importantes.

L'investissement relatif à ce projet étant également plus faible,

les temps de retour bruts sont plus faibles que pour un echangeur de 0,2 m

de diamètre. Ils présentent les valeurs suivantes :

- 25 ans pour l'utilisation de la pompe à chaleur TBB n° 35,

- 22,2 ans pour l'utilisation de la pompe à chaleur TBB n° 50.

Dans ce cas, l'utilisation d'une pompe à chaleur plus puissante

conduit à une augmentation du taux de couverture et des économies financières

réalisées (remarques générales § 6.3.1, relation (6.14)).

L'exploitation à terme d'un dispositif de ce diamètre risque de

devenir délicate suite aux dérives hebdomadaires et saisonnières de la

température en sortie d'échangeur (chapitre 3, § 3.3.2.1, p.lOS. Le dispositif

de diamètre supérieur sera préféré pour assurer le chauffage de l'école du

Rusquet.

6.3.5 - Variation du système d'émission de la chaleur dans les locaux

Des émetteurs à plus basse température que les radiateurs

(planchers chauffants par exemple) ont été envisagés.

La température à la source chaude est plus basse. Corrélativement,

la pompe à chaleur peut fournir une puissance plus forte, et son COP est

meilleur.

Ceci peut entraîner, à cause des limites technologiques

d'utilisation de la pompe à chaleur, une diminution du taux de couverture par

rapport au dispositif avec radiateurs (chapitre 5, pJ.99). L'augmentation de la

puissance de la pompe à chaleur provoque une augmentation de l'écart de

température ( aG) exploité à débit constant. Le seuil limite de température en

sortie d'évaporateur, alors plus souvent atteint, conduit à une mauvaise

utilisation de l'échangeur. Ce phénomène est surtout sensible avec les pompes

à chaleur TBB n° 65 et n° 75. Les taux de couverture sont alors beaucoup plus

faibles qu'avec les radiateurs.

235


Un echangeur de diamètre plus petit (0,1 m au lieu de 0,2 m)

exploite une puissance plus faible du sous-sol. Il conduit alors à des

économies de combustible et financières moins importantes.

L'investissement relatif à ce projet étant également plus faible,

les temps de retour bruts sont plus faibles que pour un echangeur de 0,2 m

de diamètre. Ils présentent les valeurs suivantes :

- 25 ans pour l'utilisation de la pompe à chaleur TBB n° 35,

- 22,2 ans pour l'utilisation de la pompe à chaleur TBB n° 50.

Dans ce cas, l'utilisation d'une pompe à chaleur plus puissante

conduit à une augmentation du taux de couverture et des économies financières

réalisées (remarques générales § 6.3.1, relation (6.14)).

L'exploitation à terme d'un dispositif de ce diamètre risque de

devenir délicate suite aux dérives hebdomadaires et saisonnières de la

température en sortie d'échangeur (chapitre 3, § 3.3.2.1, p.lOS. Le dispositif

de diamètre supérieur sera préféré pour assurer le chauffage de l'école du

Rusquet.

6.3.5 - Variation du système d'émission de la chaleur dans les locaux

Des émetteurs à plus basse température que les radiateurs

(planchers chauffants par exemple) ont été envisagés.

La température à la source chaude est plus basse. Corrélativement,

la pompe à chaleur peut fournir une puissance plus forte, et son COP est

meilleur.

Ceci peut entraîner, à cause des limites technologiques

d'utilisation de la pompe à chaleur, une diminution du taux de couverture par

rapport au dispositif avec radiateurs (chapitre 5, pJ.99). L'augmentation de la

puissance de la pompe à chaleur provoque une augmentation de l'écart de

température ( aG) exploité à débit constant. Le seuil limite de température en

sortie d'évaporateur, alors plus souvent atteint, conduit à une mauvaise

utilisation de l'échangeur. Ce phénomène est surtout sensible avec les pompes

à chaleur TBB n° 65 et n° 75. Les taux de couverture sont alors beaucoup plus

faibles qu'avec les radiateurs.

236

Par contre l'utilisation des émetteurs à basse température avec les

pompes à chaleur TBB n° 35 et n° 50 conduit à des taux de couverture

supérieurs, et des économies plus importantes. Donc les temps de retour bruts

sont moins forts :

- 24,6 au lieu de 29,5 ans avec la pompe à chaleur TBB n'' 35 (gain de

5 ans pratiquement),


3,6 ans).

L'augmentation des économies financières résulte ici :

- d'une consommation moindre de combustible d'appoint liée à l'amélioration du

taux de couverture des besoins par la pompe à chaleur,

- et d'une consommation également moindre d'électricité, conséquence de

l'amélioration du COP de la pompe à chaleur.

Les résultats du chapitre 3 et du chapitre 5 ont montré que

l'exploitation du dispositif CORAIL, à puissance constante par circulation

d'un débit (Q) plus fort et prélèvement d'un écart de température (A© ) plus

faible, est préférable à l'inverse. Ceci dans la mesure où un tel

fonctionnement ne provoque pas des pertes de charges hydrauliques trop

importantes. D'où l'idée d'augmenter le débit de circulation (Q) dans

l'échangeur pour les projets avec des émetteurs calorifiques à basse

température.

La circulation d'un débit de 3,7 m'h dans l'échangeur relié à la

pompe à chaleur TBB n° 65 conduit à un taux de couverture et à des économies

financières supérieurs à ceux de projets, avec planchers chauffants ou

radiateurs, au débit de 3,1 m'h

6.3.6 - Répartition des besoins de chauffa^ dans le tenips

On considère ici un bâtiment qui aurait les mêmes besoins mais

répartis de façon continue dans le temps.

Les taux de couverture sont très bons :

- 99,73 % pour la pompe à chaleur TBB n° 35,

- 100 % pour la pompe à chaleur TBB n° 50.

Les fortes consommations d'électricité limitent les économies

financières (cf. remarques générales). Il est probable que des pompes à

chaleur moins puissantes conviendraient mieux à ces projets. Alors les temps

de retour envisageables seraient inférieurs à ceux trouvés ici, qui sont de

l'ordre de la vingtaine d'années.

236

Par contre l'utilisation des émetteurs à basse température avec les

pompes à chaleur TBB n° 35 et n° 50 conduit à des taux de couverture

supérieurs, et des économies plus importantes. Donc les temps de retour bruts

sont moins forts :


5 ans pratiquement),


3,6 ans).

L'augmentation des économies financières résulte ici :

- d'une consommation moindre de combustible d'appoint liée à l'amélioration du

taux de couverture des besoins par la pompe à chaleur,

- et d'une consommation également moindre d'électricité, conséquence de

l'amélioration du COP de la pompe à chaleur.

Les résultats du chapitre 3 et du chapitre 5 ont montré que

l'exploitation du dispositif CORAIL, à puissance constante par circulation

d'un débit (Q) plus fort et prélèvement d'un écart de température (A© ) plus

faible, est préférable à l'inverse. Ceci dans la mesure où un tel

fonctionnement ne provoque pas des pertes de charges hydrauliques trop

importantes. D'où l'idée d'augmenter le débit de circulation (Q) dans

l'échangeur pour les projets avec des émetteurs calorifiques à basse

température.

La circulation d'un débit de 3,7 m'h dans l'échangeur relié à la

pompe à chaleur TBB n° 65 conduit à un taux de couverture et à des économies

financières supérieurs à ceux de projets, avec planchers chauffants ou

radiateurs, au débit de 3,1 m'h

6.3.6 - Répartition des besoins de chauffa^ dans le tenips

On considère ici un bâtiment qui aurait les mêmes besoins mais

répartis de façon continue dans le temps.

Les taux de couverture sont très bons :

- 99,73 % pour la pompe à chaleur TBB n° 35,

- 100 % pour la pompe à chaleur TBB n° 50.

Les fortes consommations d'électricité limitent les économies

financières (cf. remarques générales). Il est probable que des pompes à

chaleur moins puissantes conviendraient mieux à ces projets. Alors les temps

de retour envisageables seraient inférieurs à ceux trouvés ici, qui sont de

l'ordre de la vingtaine d'années.

237

Un bâtiment qui aurait des besoins doubles répartis de façon

continue dans le temps a également été envisagé.

Les temps de retour sont alors de l'ordre de la quinzaine

d'années pour l'utilisation de la pompe à chaleur TBB n° 35 qui est la mieux

adaptée de celles testées (TBB n° 35, n° 50, n° 65).

L'exploitation continue du dispositif CORAIL conduit donc à des

résultats énergétiques (chapitre 5) et économiques beaucoup plus intéressants

qu'une exploitation discontinue comme celle prévue à l'école du Rusquet.

6.4 - ELEMENTS DE COMPARAISON AVEC D'AUTRES SYSTEMES DE CHAUFFAGE

PLUS TRADITIONNELS

6.4.1 - Comparaison d'un point de vue énerpétiq^ue

Le dispositif CORAIL, en substituant l'électricité aux

combustibles pétroliers, améliore le taux d'indépendance énergétique national.

Même si l'électricité provient en partie de la combustion de ces

mêmes produits pétroliers, le coefficient moyen annuel de performance de

l'installation (de l'ordre de 3 à 4 suivant les variantes envisagées) permet

de "regagner" ce qui est "perdu" lors de la transformation fioul-électricité.

En effet EDF considère que cette transformation à un rendement moyen de 35 %.

2,9 MWh thermiques d'énergie primaire sont donc nécessaires à la production de

1 MWh électrique. Dans ces conditions un COP de 3 suffit à revenir au niveau

d'énergie primaire du départ.

A partir de ces éléments, une tep équivalant, par ailleurs, à

45000 kWh électriques, on peut comparer la consommation (en tep) de différents

systèmes de chauffage ; l'électricité consommée étant considérée d'origine non

nucléaire. Pour établir cette comparaison, on a également supposé que le

chauffage électrique consommerait la même énergie que les autres systèmes.

Cette hypothèse néglige l'isolation thermique des bâtiments réalisée dans

toute installation de chauffage électrique intégré, et surestime alors la

consommation d'énergie primaire.

237

Un bâtiment qui aurait des besoins doubles répartis de façon

continue dans le temps a également été envisagé.

Les temps de retour sont alors de l'ordre de la quinzaine

d'années pour l'utilisation de la pompe à chaleur TBB n° 35 qui est la mieux

adaptée de celles testées (TBB n° 35, n° 50, n° 65).

L'exploitation continue du dispositif CORAIL conduit donc à des

résultats énergétiques (chapitre 5) et économiques beaucoup plus intéressants

qu'une exploitation discontinue comme celle prévue à l'école du Rusquet.

6.4 - ELEMENTS DE COMPARAISON AVEC D'AUTRES SYSTEMES DE CHAUFFAGE

PLUS TRADITIONNELS

6.4.1 - Comparaison d'un point de vue énerpétiq^ue

Le dispositif CORAIL, en substituant l'électricité aux

combustibles pétroliers, améliore le taux d'indépendance énergétique national.

Même si l'électricité provient en partie de la combustion de ces

mêmes produits pétroliers, le coefficient moyen annuel de performance de

l'installation (de l'ordre de 3 à 4 suivant les variantes envisagées) permet

de "regagner" ce qui est "perdu" lors de la transformation fioul-électricité.

En effet EDF considère que cette transformation à un rendement moyen de 35 %.

2,9 MWh thermiques d'énergie primaire sont donc nécessaires à la production de

1 MWh électrique. Dans ces conditions un COP de 3 suffit à revenir au niveau

d'énergie primaire du départ.

A partir de ces éléments, une tep équivalant, par ailleurs, à

45000 kWh électriques, on peut comparer la consommation (en tep) de différents

systèmes de chauffage ; l'électricité consommée étant considérée d'origine non

nucléaire. Pour établir cette comparaison, on a également supposé que le

chauffage électrique consommerait la même énergie que les autres systèmes.

Cette hypothèse néglige l'isolation thermique des bâtiments réalisée dans

toute installation de chauffage électrique intégré, et surestime alors la

consommation d'énergie primaire.

238

Tableau 6-15 : Consommation en énergie primaire pourdifférents systèmes dz chauffagz. >-

Tableau 6-16 :Companalson du coût d' exploitationde différents systèmes de chauffage,

[base avril 1983]

Systèmedc

chauf'fage

cci.'-»^fuel

C.C.I.^'^

CORAIL

-couverture:100 2

-couverture :65 i

-couverture :50 X

Rcndeaent

0,74

1

COP « 2

COP ' 3

COP « 4

COP 2

COP ' 3

COP « 4

COP « Z

COP = 3

COP 4

Consoaaatlond'Enerflle

priHire (tep)

3,6

6

1

2

1,5

3,22,6

2,2

5,3

2,82,6

(11 Chauffage central individuel

(2) Chauffage électrique intégré.

Système dechauffage

Chaudièreau fioul

Chaudièreau gaz

Chauffageélectrique

DISPOSITIF CORAIL

- avec la PACCIAT-TBB n*35

taux de eouverture:58X


taux de couverture :69Z

- avec la PAC

CIAT-TBB n«65taux de couverture: 742

- avec la PACCIAT-TBB n»75


Coût del'énergie ,

cent 1 nés /kWh(15-4-1983)

25,8

26,1

59,8 HP32,1 HC

59,8

25,8

59,8

25,8

59,8

25,8

59,8

25,8

Rendementdu

système

0,74

0,80

1

0,74

0,74

0,74

0,74

Energieutileen nuh

25,63

25,63

25,63

4,10

10,74

4,88

5,58

3,73

Coûtd'exploitation

en Francs

8940

8270

15330 il)12960 (2>11780 (i)

2450

3750

2920

2770

3340

2340

2230

4860

6200

5690

5680

7090

(*) coOt du AMTi PCI pour les combustibles (Fioul, Caz).(1) Tarif heures pleines

(2) 2/S tarif heures pleines1/3 tarif heures creuses

(i) 1/2 tarif heures pleines1/2 tarif heures creuses

coût minimum

238

Tableau 6-15 : Consommation en énergie primaire pourdifférents systèmes dz chauffagz. >-

Tableau 6-16 :Companalson du coût d' exploitationde différents systèmes de chauffage,

[base avril 1983]

Systèmedc

chauf'fage

cci.'-»^fuel

C.C.I.^'^

CORAIL

-couverture:100 2

-couverture :65 i

-couverture :50 X

Rcndeaent

0,74

1

COP « 2

COP ' 3

COP « 4

COP 2

COP ' 3

COP « 4

COP « Z

COP = 3

COP 4

Consoaaatlond'Enerflle

priHire (tep)

3,6

6

1

2

1,5

3,22,6

2,2

5,3

2,82,6

(11 Chauffage central individuel

(2) Chauffage électrique intégré.

Système dechauffage

Chaudièreau fioul

Chaudièreau gaz

Chauffageélectrique

DISPOSITIF CORAIL


taux de eouverture:58X



- avec la PAC

CIAT-TBB n«65taux de couverture: 742

- avec la PACCIAT-TBB n»75


Coût del'énergie ,

cent 1 nés /kWh(15-4-1983)

25,8

26,1

59,8 HP32,1 HC

59,8

25,8

59,8

25,8

59,8

25,8

59,8

25,8

Rendementdu

système

0,74

0,80

1

0,74

0,74

0,74

0,74

Energieutileen nuh

25,63

25,63

25,63

4,10

10,74

4,88

5,58

3,73

Coûtd'exploitation

en Francs

8940

8270

15330 il)12960 (2>11780 (i)

2450

3750

2920

2770

3340

2340

2230

4860

6200

5690

5680

7090

(*) coOt du AMTi PCI pour les combustibles (Fioul, Caz).(1) Tarif heures pleines

(2) 2/S tarif heures pleines1/3 tarif heures creuses

(i) 1/2 tarif heures pleines1/2 tarif heures creuses

coût minimum

239 -

Les résultats de cette comparaison menée pour l'école du Rusquet

(26 000 kWh d'énergie utile avec une chaudière au rendement de 74 %) sont

présentés dans le tableau (6-15). Plusieurs valeurs du COP de l'installation,

pour différentes valeurs du taux de couverture des besoins par le dispositif

CORAIL, ont été envisagées.

Dans tous les cas, la consommation en énergie primaire liée à

l'utilisation du dispositif CORAIL est inférieure à celle des autres systèmes

de chauffage considérés : chauffage central au fioul et chauffage électrique

intégré. Ceci sous réserve de l'hypothèse considérée plus haut.

6.4.2 - Comparaison d'un point de vue coût d'exploitation

Cette comparaison estimative est établie à partir :

- des coûts de l'énergie à la date du 15 avril 1983 (donnés

dans Energie plus [6-2]),- des rendements moyens d'installation.

Elle utilise les résultats du modèle disponibles pour le

dispositif CORAIL.

L'hypothèse sur la consommation du chauffage électrique reste la

même qu'au paragraphe précédent.

Cette comparaison est résumée dans le tableau (6-16).

Le coût d'exploitation le plus faible correspond au dispositif

CORAIL couvrant 74 % des besoins.

La réalisation du projet CORAIL à Lannion peut être envisagée avec

une exploitation continue du dispositif dont le fonctionnement nocturne sera

ralenti (puissance exploitée moins forte) mais non interrompu.L'avantage de ce type de fonctionnement est double. Sur le plan

thermique, il résulte de l'absence de périodes d'arrêt et de remise en route

qui entraînent des appels de puissance plus importante. Sur le plan

économique, il réside dans le fait de pouvoir bénéficier du tarif heures

creuses pour l'électricité.

239 -

Les résultats de cette comparaison menée pour l'école du Rusquet

(26 000 kWh d'énergie utile avec une chaudière au rendement de 74 %) sont

présentés dans le tableau (6-15). Plusieurs valeurs du COP de l'installation,

pour différentes valeurs du taux de couverture des besoins par le dispositif

CORAIL, ont été envisagées.

Dans tous les cas, la consommation en énergie primaire liée à

l'utilisation du dispositif CORAIL est inférieure à celle des autres systèmes

de chauffage considérés : chauffage central au fioul et chauffage électrique

intégré. Ceci sous réserve de l'hypothèse considérée plus haut.

6.4.2 - Comparaison d'un point de vue coût d'exploitation

Cette comparaison estimative est établie à partir :

- des coûts de l'énergie à la date du 15 avril 1983 (donnés

dans Energie plus [6-2]),- des rendements moyens d'installation.

Elle utilise les résultats du modèle disponibles pour le

dispositif CORAIL.

L'hypothèse sur la consommation du chauffage électrique reste la

même qu'au paragraphe précédent.

Cette comparaison est résumée dans le tableau (6-16).

Le coût d'exploitation le plus faible correspond au dispositif

CORAIL couvrant 74 % des besoins.

La réalisation du projet CORAIL à Lannion peut être envisagée avec

une exploitation continue du dispositif dont le fonctionnement nocturne sera

ralenti (puissance exploitée moins forte) mais non interrompu.L'avantage de ce type de fonctionnement est double. Sur le plan

thermique, il résulte de l'absence de périodes d'arrêt et de remise en route

qui entraînent des appels de puissance plus importante. Sur le plan

économique, il réside dans le fait de pouvoir bénéficier du tarif heures

creuses pour l'électricité.

240 -

20

18

15

10

«J

ÛjouI domestlquz, fLzndemznt 0,5

CO?' 2

COP' 3

CCP'4COP'S

heiViZiIIIIIII

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

DuAíe annuzLLz d'ut¿í¿&aôn

en fFigure 6-17 ; Coût du feW/i thermique produit par pompe à dialeuronction du nombre d'heures d'utilisation [documentation EOF, 7987;

[d'après F. JAUPÎN, 1985, [Ó-3]).

Combustible

Fioul lourdn» 2

FioulDonestique

Gaz naturel

Electricité*

CoOt du kUhPCI

(en centimes)

12,2

26,1

25,8

59,8

RENDEMENT DE L'INSTALLATION

0,5 0,6 0,7 0,8

2,45

1,15

1,16

2,94

1,37

1,39

3,43

1,60

1,62

3,92

1,83

1,85

* Ouel que soit Je eoût de l 'électricité, la PAC fonctionnant ¡t l'électricité, un COP

égal à 1 conduit à an même coût d 'exploitation pour un C.E.I. et une PAC (en fait,il faut 1 COP légèrement supérieur à un, Je fonctionnement de la pompe hydrauliquenécessitant une dépense électrique).

Tableau 6-18 ; COP minimum assurant la compétitivité en coût d' exploitationavec dlffére.nts systèmes de ciiouffaaz.

240 -

20

18

15

10

«J

ÛjouI domestlquz, fLzndemznt 0,5

CO?' 2

COP' 3

CCP'4COP'S

heiViZiIIIIIII

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

DuAíe annuzLLz d'ut¿í¿&aôn

en fFigure 6-17 ; Coût du feW/i thermique produit par pompe à dialeuronction du nombre d'heures d'utilisation [documentation EOF, 7987;

[d'après F. JAUPÎN, 1985, [Ó-3]).

Combustible

Fioul lourdn» 2

FioulDonestique

Gaz naturel

Electricité*

CoOt du kUhPCI

(en centimes)

12,2

26,1

25,8

59,8

RENDEMENT DE L'INSTALLATION

0,5 0,6 0,7 0,8

2,45

1,15

1,16

2,94

1,37

1,39

3,43

1,60

1,62

3,92

1,83

1,85

* Ouel que soit Je eoût de l 'électricité, la PAC fonctionnant ¡t l'électricité, un COP

égal à 1 conduit à an même coût d 'exploitation pour un C.E.I. et une PAC (en fait,il faut 1 COP légèrement supérieur à un, Je fonctionnement de la pompe hydrauliquenécessitant une dépense électrique).

Tableau 6-18 ; COP minimum assurant la compétitivité en coût d' exploitationavec dlffére.nts systèmes de ciiouffaaz.

241

De plus, de manière générale, on peut considérer que le coût

horaire de fonctionnement d'une pompe à chaleur diminue avec le nombre

d'heures d'utilisation, la figure (6-17) tracée par EDF [6-3] le prouve. Ce

graphique présente à l'heure actuelle une valeur qualitative plus que

quantitative car :

- il date de 1981 et les coûts de l'électricité et des pompes

à chaleur ont évolué,

- le rendement considéré pour le chauffage au fioul domestique

est un peu sous-estimé.

La comparaison suivante est basée sur le seul coût des différents

combustibles.

Le tableau (6-18) rassemble les COP minimums pour que

l'installation du dispositif CORAIL soit compétitive, au niveau du coût

d'exploitation, avec d'autres systèmes de chauffage. Différents rendements ont

été envisagés pour ces systèmes de chauffage.

Sauf dans le cas du fioul lourd n° 2, où les COP minimums requis

sont de l'ordre de 3 à 4, l'installation CORAIL se révèle compétitive, au

niveau des coûts d'exploitation, pour des COP inférieurs à 2.

Le dispositif CORAIL présente un intérêt du point de vue

énergétique et du point de vue coût d'exploitation. Cependant sa réalisation

nécessite un investissement relativement important. Diverses aides au

financement dans le cadre de réalisations de travaux en vue d'une meilleure

utilisation de l'énergie existent.

241

De plus, de manière générale, on peut considérer que le coût

horaire de fonctionnement d'une pompe à chaleur diminue avec le nombre

d'heures d'utilisation, la figure (6-17) tracée par EDF [6-3] le prouve. Ce

graphique présente à l'heure actuelle une valeur qualitative plus que

quantitative car :

- il date de 1981 et les coûts de l'électricité et des pompes

à chaleur ont évolué,

- le rendement considéré pour le chauffage au fioul domestique

est un peu sous-estimé.

La comparaison suivante est basée sur le seul coût des différents

combustibles.

Le tableau (6-18) rassemble les COP minimums pour que

l'installation du dispositif CORAIL soit compétitive, au niveau du coût

d'exploitation, avec d'autres systèmes de chauffage. Différents rendements ont

été envisagés pour ces systèmes de chauffage.

Sauf dans le cas du fioul lourd n° 2, où les COP minimums requis

sont de l'ordre de 3 à 4, l'installation CORAIL se révèle compétitive, au

niveau des coûts d'exploitation, pour des COP inférieurs à 2.

Le dispositif CORAIL présente un intérêt du point de vue

énergétique et du point de vue coût d'exploitation. Cependant sa réalisation

nécessite un investissement relativement important. Diverses aides au

financement dans le cadre de réalisations de travaux en vue d'une meilleure

utilisation de l'énergie existent.

- 242

6.4.3 - Eléments sur les possibilités d'aides financières

Ces aides financières [6-4] interviennent à différents niveaux

depuis le diagnostic thermique, à l'aval de toute réalisation, jusqu'aux

travaux et équipements effectivement retenus.

Elles prennent les 4 formes suivantes :

- subventions,

- primes diverses,

- déductions fiscales,

- prêts à taux raisonnables sur plusieurs années,

et elles sont allouées par différents organismes (AFME*, ANAH**, DDE***,

EDF****, Trésor Public, Caisse d'Epargne, banques et établissements

parabancaires. . . ) .

Pour le diagnostic thermique, les subventions accordées soit par

l'AFME, soit par l'ANAH, représentent 70 % du coût de l'opération dans la

limite d'un plafond variant suivant le type de logement, et sous réserve que

le diagnostic soit effectué par un organisme compétent et agréé.

Les travaux :

- d'isolation thermique,

- d'amélioration, de régulation et transformations éventuelles

du système de chauffage,

- à des fins d'utilisation des énergies renouvelables et de

substitution,

peuvent bénéficier de subventions de la part de l'ANAH.

Celles-ci sont attribuées en fonction du type des travaux et des

caractéristiques du logement.

Leur montant, en moyenne de l'ordre de 40 %, plafonne à 70 % du

coût des travaux.

Pour des travaux de même type, les caisses de retraite peuvent

accorder des subventions aux retraités disposant de ressources inférieures à

un seuil donné.

* AFME : Agence Française pour la Maîtrise de l'Energie,** ANAH : Agence Nationale pour l'Amélioration de l'Habitat,*** DDE : Direction Départementale de l'Equipement,**** EDF : Electricité De France.

- 242

6.4.3 - Eléments sur les possibilités d'aides financières

Ces aides financières [6-4] interviennent à différents niveaux

depuis le diagnostic thermique, à l'aval de toute réalisation, jusqu'aux

travaux et équipements effectivement retenus.

Elles prennent les 4 formes suivantes :

- subventions,

- primes diverses,

- déductions fiscales,

- prêts à taux raisonnables sur plusieurs années,

et elles sont allouées par différents organismes (AFME*, ANAH**, DDE***,

EDF****, Trésor Public, Caisse d'Epargne, banques et établissements

parabancaires. . . ) .

Pour le diagnostic thermique, les subventions accordées soit par

l'AFME, soit par l'ANAH, représentent 70 % du coût de l'opération dans la

limite d'un plafond variant suivant le type de logement, et sous réserve que

le diagnostic soit effectué par un organisme compétent et agréé.

Les travaux :

- d'isolation thermique,

- d'amélioration, de régulation et transformations éventuelles

du système de chauffage,

- à des fins d'utilisation des énergies renouvelables et de

substitution,

peuvent bénéficier de subventions de la part de l'ANAH.

Celles-ci sont attribuées en fonction du type des travaux et des

caractéristiques du logement.

Leur montant, en moyenne de l'ordre de 40 %, plafonne à 70 % du

coût des travaux.

Pour des travaux de même type, les caisses de retraite peuvent

accorder des subventions aux retraités disposant de ressources inférieures à

un seuil donné.

* AFME : Agence Française pour la Maîtrise de l'Energie,** ANAH : Agence Nationale pour l'Amélioration de l'Habitat,*** DDE : Direction Départementale de l'Equipement,**** EDF : Electricité De France.

243

Pour les immeubles construits depuis plus de 20 ans, les DDE

peuvent accorder des primes aux propriétaires dont les ressources sont

inférieures à 80 % du plafond prévu par les prêts d'accession à la propriété.

Le montant de ces primes varie avec la nature des travaux effectués.

Dans le cas de logements neufs, dont au moins la moitié du

chauffage est assurée par pompe à chaleur ou dont l'isolation répond à

certains critères, les propriétaires peuvent être exemptés de "l'avance

remboursable EDF".

Les dépenses entraînées par les opérations d'amélioration du

système de chauffage dans les logements existants, et celles engagées en vue

d'utiliser les énergies nouvelles dans les locaux neufs peuvent être déduites

des revenus imposables.

Ces déductions sont cumulables avec celles autorisées au titre des

intérêts d'emprunts d'accession à la propriété. Les opérations de diagnostic

thermique bénéficient aussi de ces mesures.

Différents prêts à des taux intéressants sont également consentis

pour les travaux d'économie d'énergie.

Les prêts conventionnés "économies d'énergie" sont soumis à

l'obligation de diagnostic thermique préalable et à une économie résultant des

travaux égale à 10 % de la consommation antérieure. Ils peuvent couvrir 90 %

du montant des travaux à des taux de 14,5 % sur une durée de 5 à 12 ans.

Les bénéficiaires d'un plan épargne-logement ou d'un compte

épargne logement peuvent obtenir un prêt à faible taux d'intérêt (3,5 à 7 %)

pour financer les travaux visant une meilleure utilisation de l'énergie.

Les bénéficiaires de prêts d'aide à l'accession à la propriété

peuvent obtenir des prêts pour les travaux d'économie d'énergie pour les

logements neufs et l'habitat existant. Les logements neufs doivent satisfaire

les conditions d'attribution d'un des deux labels haute performance

énergétique ou solaire.

Les Caisses d'Epargne consentent des prêts pour le financement des

travaux. Le montant de ces prêts est plafonné à 80 % du coût des travaux

engagés et ne peut dépasser 175 000 francs. Leur durée varie de 1 à 20 ans

pour un taux actuariel de 15,1 %.

Certaines banques et établissements parabancaires proposent des

prêts spéciaux pour financer les travaux réalisés à des fins d'économie

d'énergie. Leurs taux, montant et durée varient suivant les organismes.

243

Pour les immeubles construits depuis plus de 20 ans, les DDE

peuvent accorder des primes aux propriétaires dont les ressources sont

inférieures à 80 % du plafond prévu par les prêts d'accession à la propriété.

Le montant de ces primes varie avec la nature des travaux effectués.

Dans le cas de logements neufs, dont au moins la moitié du

chauffage est assurée par pompe à chaleur ou dont l'isolation répond à

certains critères, les propriétaires peuvent être exemptés de "l'avance

remboursable EDF".

Les dépenses entraînées par les opérations d'amélioration du

système de chauffage dans les logements existants, et celles engagées en vue

d'utiliser les énergies nouvelles dans les locaux neufs peuvent être déduites

des revenus imposables.

Ces déductions sont cumulables avec celles autorisées au titre des

intérêts d'emprunts d'accession à la propriété. Les opérations de diagnostic

thermique bénéficient aussi de ces mesures.

Différents prêts à des taux intéressants sont également consentis

pour les travaux d'économie d'énergie.

Les prêts conventionnés "économies d'énergie" sont soumis à

l'obligation de diagnostic thermique préalable et à une économie résultant des

travaux égale à 10 % de la consommation antérieure. Ils peuvent couvrir 90 %

du montant des travaux à des taux de 14,5 % sur une durée de 5 à 12 ans.

Les bénéficiaires d'un plan épargne-logement ou d'un compte

épargne logement peuvent obtenir un prêt à faible taux d'intérêt (3,5 à 7 %)

pour financer les travaux visant une meilleure utilisation de l'énergie.

Les bénéficiaires de prêts d'aide à l'accession à la propriété

peuvent obtenir des prêts pour les travaux d'économie d'énergie pour les

logements neufs et l'habitat existant. Les logements neufs doivent satisfaire

les conditions d'attribution d'un des deux labels haute performance

énergétique ou solaire.

Les Caisses d'Epargne consentent des prêts pour le financement des

travaux. Le montant de ces prêts est plafonné à 80 % du coût des travaux

engagés et ne peut dépasser 175 000 francs. Leur durée varie de 1 à 20 ans

pour un taux actuariel de 15,1 %.

Certaines banques et établissements parabancaires proposent des

prêts spéciaux pour financer les travaux réalisés à des fins d'économie

d'énergie. Leurs taux, montant et durée varient suivant les organismes.

244

6-5 - CONCLUSION

Le projet défini pour Lannion : echangeur de 100 m de profondeur

et de 0,2 m de diamètre associé à la pompe à chaleur TBB n° 50, simulé par le

logiciel BILAN, conduit à 2,06 tep déplacées et 0,84 tep économisées par an.

Le nombre de tep déplacées rend compte de la quantité de produits pétroliers

substitués et donc de l'incidence du dispositif au niveau de l'indépendance

énergétique. Le nombre de tep économisées rend compte de l'énergie réellement

économisée par l'utilisation de ce dispositif.

L'investissement nécessaire à ce projet est relativement important

81 661 francs TTC.

L'économie annuelle prévue à partir des résultats du modèle BILAN

s'élève à 3 252 francs.

Le temps de retour brut, alors de 25 ans comme pour l'ensemble des

variantes envisagées, est assez important.

Le coût de l'échangeur est un élément important du montant global

de la réalisation.

Il en représente 42 à 65 % pour le projet de Lannion.

Les facteurs locaux, influant sur le forage et responsables de son

coût élevé sont :

- les caractéristiques géologique et hydrogéologique,

- le mode de chauffage de l'école du Rusquet.

Ils conduisent :

- à l'implantation d'un forage de 0,2 m de diamètre à 25 mètres de la

chaufferie qui nécessite la réalisation d'une tranchée raccordant

l'échangeur à la pompe à chaleur,

- au tubage du forage au moins sur les 10 premiers mètres,

et donc surenchérissent le coût du projet.

Cependant, cette réalisation révèle des aspects positifs

difficilement estimables sur un plan strictement financier.

Elle aura valeur d'exemple et permettra de suivre le

fonctionnement d'un dispositif CORAIL notamment par des relevés de température

dans l'échangeur et dans le forage F2 qui constituera alors un point

d'observation de l'influence du dispositif sur le massif granitique

environnant. Ceci permettra d'acquérir une expérience en la matière

d'utilisation de tels dispositifs.

244

6-5 - CONCLUSION

Le projet défini pour Lannion : echangeur de 100 m de profondeur

et de 0,2 m de diamètre associé à la pompe à chaleur TBB n° 50, simulé par le

logiciel BILAN, conduit à 2,06 tep déplacées et 0,84 tep économisées par an.

Le nombre de tep déplacées rend compte de la quantité de produits pétroliers

substitués et donc de l'incidence du dispositif au niveau de l'indépendance

énergétique. Le nombre de tep économisées rend compte de l'énergie réellement

économisée par l'utilisation de ce dispositif.

L'investissement nécessaire à ce projet est relativement important

81 661 francs TTC.

L'économie annuelle prévue à partir des résultats du modèle BILAN

s'élève à 3 252 francs.

Le temps de retour brut, alors de 25 ans comme pour l'ensemble des

variantes envisagées, est assez important.

Le coût de l'échangeur est un élément important du montant global

de la réalisation.

Il en représente 42 à 65 % pour le projet de Lannion.

Les facteurs locaux, influant sur le forage et responsables de son

coût élevé sont :

- les caractéristiques géologique et hydrogéologique,

- le mode de chauffage de l'école du Rusquet.

Ils conduisent :

- à l'implantation d'un forage de 0,2 m de diamètre à 25 mètres de la

chaufferie qui nécessite la réalisation d'une tranchée raccordant

l'échangeur à la pompe à chaleur,

- au tubage du forage au moins sur les 10 premiers mètres,

et donc surenchérissent le coût du projet.

Cependant, cette réalisation révèle des aspects positifs

difficilement estimables sur un plan strictement financier.

Elle aura valeur d'exemple et permettra de suivre le

fonctionnement d'un dispositif CORAIL notamment par des relevés de température

dans l'échangeur et dans le forage F2 qui constituera alors un point

d'observation de l'influence du dispositif sur le massif granitique

environnant. Ceci permettra d'acquérir une expérience en la matière

d'utilisation de tels dispositifs.

- 245 -

De plus, la Bretagne est une région favorable au procédé CORAIL

par la prépondérance des granites et par la qualité de son climat. Son choix

paraît donc tout à fait judicieux pour une expérimentation.

Dans les conditions suivantes :

- forage réalisé près de la chaufferie,

- diamètre du forage de 0,115 m,

- tubage du forage sur 5 m au maximum,

- utilisation de la pompe à chaleur TBB n° 23,

le coût du dispositif est alors de l'ordre de 47 000 francs TTC.

Rappelons, enfin, que de tels dispositifs sont couramment

commercialisés, notarmnent par des sociétés suisses et suédoises depuis

quelques temps déjà et que les résultats sont probants.

- 245 -

De plus, la Bretagne est une région favorable au procédé CORAIL

par la prépondérance des granites et par la qualité de son climat. Son choix

paraît donc tout à fait judicieux pour une expérimentation.

Dans les conditions suivantes :

- forage réalisé près de la chaufferie,

- diamètre du forage de 0,115 m,

- tubage du forage sur 5 m au maximum,

- utilisation de la pompe à chaleur TBB n° 23,

le coût du dispositif est alors de l'ordre de 47 000 francs TTC.

Rappelons, enfin, que de tels dispositifs sont couramment

commercialisés, notarmnent par des sociétés suisses et suédoises depuis

quelques temps déjà et que les résultats sont probants.

CHAPITRE 7

CONCLUSIONS

CHAPITRE 7

CONCLUSIONS

- 249

Le contexte d'approvisionnement national en énergie révèle toute

l'importance des objectifs d'économie et d'indépendance. Il justifie l'expan¬

sion de l'utilisation d'énergies dites "nouvelles". L'étude du dispositif

CORAIL, echangeur enterré vertical de type concentrique, prévu pour l'exploi¬

tation des calories à bas niveau thermique du sous-sol s'inscrit dans ce

contexte.

L'analyse bibliographique montre que dans le cadre de la

géothermie dite de "très basse énergie", divers procédés exploitent l'énergie

thermique du sous-sol au moyen de pompes à chaleur à des fins de chauffage

et/ou climatisation. Ainsi des dispositifs analogues à l'échangeur CORAIL

sont commercialisés, notamment par des sociétés suisses et suédoises, et

mis en oeuvre dans différents types de roches. Ils sont également utilisés

pour le stockage d'énergie.

La recherche présentée ici, développe deux aspects :

- l'étude générale théorique d'un echangeur CORAIL et du dispositif

dans son ensemble : echangeur, pompe à chaleur, circuit de distribution

de la chaleur, bâtiment,

- l'étude d'un projet de réalisation à Lannion (Côtes-du-Nord) afin

d'assurer le chauffage de l'école maternelle du Rusquet. Pour cela, la

reconnaissance géologique et hydrogéologique du site, des mesures - en

laboratoire - de conductivité thermique sur des échantillons du sous-sol

et l'acquisition des caractéristiques thermiques des locaux ont été

réalisées. Les aspects économiques ont également été envisagés.

- 249

Le contexte d'approvisionnement national en énergie révèle toute

l'importance des objectifs d'économie et d'indépendance. Il justifie l'expan¬

sion de l'utilisation d'énergies dites "nouvelles". L'étude du dispositif

CORAIL, echangeur enterré vertical de type concentrique, prévu pour l'exploi¬

tation des calories à bas niveau thermique du sous-sol s'inscrit dans ce

contexte.

L'analyse bibliographique montre que dans le cadre de la

géothermie dite de "très basse énergie", divers procédés exploitent l'énergie

thermique du sous-sol au moyen de pompes à chaleur à des fins de chauffage

et/ou climatisation. Ainsi des dispositifs analogues à l'échangeur CORAIL

sont commercialisés, notamment par des sociétés suisses et suédoises, et

mis en oeuvre dans différents types de roches. Ils sont également utilisés

pour le stockage d'énergie.

La recherche présentée ici, développe deux aspects :

- l'étude générale théorique d'un echangeur CORAIL et du dispositif

dans son ensemble : echangeur, pompe à chaleur, circuit de distribution

de la chaleur, bâtiment,

- l'étude d'un projet de réalisation à Lannion (Côtes-du-Nord) afin

d'assurer le chauffage de l'école maternelle du Rusquet. Pour cela, la

reconnaissance géologique et hydrogéologique du site, des mesures - en

laboratoire - de conductivité thermique sur des échantillons du sous-sol

et l'acquisition des caractéristiques thermiques des locaux ont été

réalisées. Les aspects économiques ont également été envisagés.

250 -

L'étude théorique du comportement thermique de l'échangeur

CORAIL proprement dit est menée suivant deux modes de résolution des équations

des transferts thermiques : analytique et numérique.

L'échangeur CORAIL peut fonctionner suivant différents modes :

injection du fluide caloporteur à température constante , exploitation à

puissance constante, exploitation à puissance variable. Les deux sens de

circulation du fluide sont envisageables, de l'annulaire vers le tube central

ou l'inverse.

Le modèle numérique créé envisage tous ces types de fonctionnement.

Pour un fonctionnement à température constante, il a été testé par une solution

analytique existante [3-l]. D'autres solutions analytiques, dérivant de laprécédente, et établies dans le cadre d'une étude générale du dispositif CORAIL

[3-2, 3-12], ont été utilisées pour tester le modèle pour les autres types de

fonctionnement .

L'exploitation de l'échangeur à des fins de chauffage est plus

facilement réalisable à puissance constante qu'à température d'injection

constante. Les résultats obtenus montrent que ce type d'exploitation est

amélioré par un fonctionnement à débit du fluide caloporteur (Q) élevé et à

faible écart de température ( A0).A partir de la modélisation numérique et des résultats de

diverses simulations, on a retenu pour l'échangeur projeté à Lannion le

dimensionnement suivant : 100 mètres de profondeur, 0,2 mètres de diamètre,

et équipement d'un tubage interne de 50 x 38,8 mm de diamètre.

L'installation complète est composée de l'échangeur enterré,

d'une pompe à chaleur EAU/EAU, et du réseau de distribution de la chaleur

dans les bâtiments .

La connaissance de données essentielles sur les pompes à

chaleur et la thermique du bâtiment a permis une approche des besoins de

chauffage à Lannion et un premier choix de la pompe à chaleur.

250 -

L'étude théorique du comportement thermique de l'échangeur

CORAIL proprement dit est menée suivant deux modes de résolution des équations

des transferts thermiques : analytique et numérique.

L'échangeur CORAIL peut fonctionner suivant différents modes :

injection du fluide caloporteur à température constante , exploitation à

puissance constante, exploitation à puissance variable. Les deux sens de

circulation du fluide sont envisageables, de l'annulaire vers le tube central

ou l'inverse.

Le modèle numérique créé envisage tous ces types de fonctionnement.

Pour un fonctionnement à température constante, il a été testé par une solution

analytique existante [3-l]. D'autres solutions analytiques, dérivant de laprécédente, et établies dans le cadre d'une étude générale du dispositif CORAIL

[3-2, 3-12], ont été utilisées pour tester le modèle pour les autres types de

fonctionnement .

L'exploitation de l'échangeur à des fins de chauffage est plus

facilement réalisable à puissance constante qu'à température d'injection

constante. Les résultats obtenus montrent que ce type d'exploitation est

amélioré par un fonctionnement à débit du fluide caloporteur (Q) élevé et à

faible écart de température ( A0).A partir de la modélisation numérique et des résultats de

diverses simulations, on a retenu pour l'échangeur projeté à Lannion le

dimensionnement suivant : 100 mètres de profondeur, 0,2 mètres de diamètre,

et équipement d'un tubage interne de 50 x 38,8 mm de diamètre.

L'installation complète est composée de l'échangeur enterré,

d'une pompe à chaleur EAU/EAU, et du réseau de distribution de la chaleur

dans les bâtiments .

La connaissance de données essentielles sur les pompes à

chaleur et la thermique du bâtiment a permis une approche des besoins de

chauffage à Lannion et un premier choix de la pompe à chaleur.

251

Chaque élément de l'installation globale étant ainsi carac¬

térisé, l'analyse du bilan énergétique en a été réalisée. A l'aide de l'auto¬

matisation du calcul de ce bilan sur ordinateur, on a pu envisager différentes

variantes du projet. Les résultats obtenus conduisent aux conclusions suivantes

- L'utilisation intermittente du dispositif CORAIL liée à

des besoins de chauffage discontinus, comme ceux d'une école, n'est pas favorable

au bilan énergétique. L'échangeur (100 m de profondeur, 0,2 m de diamètre)

relié à la pompe à chaleur CIAT TBB n° 50 prélève sur le sous-sol pratiquement

68 % de l'énergie utile quand la répartition des besoins est continue, contre

environ 51 % quand les besoins sont intermittents.

- Le dimensionnement de la pompe à chaleur est un facteur

important dans les performances énergétiques de l'installation. L'échangeur

envisagé à Lannion associé à la pompe à chaleur :

- CIAT TBB n° 35, fournit 43 % de l'énergie utile,



- CIAT TBB n° 75, fournit 31 % de l'énergie utile.

- L'utilisation d'émetteurs calorifiques à basse température,

type planchers chauffants, est recommandée. La part de l'énergie prélevée parl'échangeur sur le sous-sol est alors supérieure dans l 'énergie utile au chauffage:

- 47 % contre 53 % pour la pompe à chaleur

CIAT TBB n° 35,


CIAT TBB n° 50, lorsque des émetteurs à température (45/30) inférieure à

celle des radiateurs (70/55) sont utilisés.

Le COP ds l'installation globale est également meilleur :

- de l'ordre de 4,3 au lieu de 3,6 pour la pompe à

chaleur CIAT TBB n° 35,


chaleur CIAT TBB n° 50.

251

Chaque élément de l'installation globale étant ainsi carac¬

térisé, l'analyse du bilan énergétique en a été réalisée. A l'aide de l'auto¬

matisation du calcul de ce bilan sur ordinateur, on a pu envisager différentes

variantes du projet. Les résultats obtenus conduisent aux conclusions suivantes

- L'utilisation intermittente du dispositif CORAIL liée à

des besoins de chauffage discontinus, comme ceux d'une école, n'est pas favorable

au bilan énergétique. L'échangeur (100 m de profondeur, 0,2 m de diamètre)

relié à la pompe à chaleur CIAT TBB n° 50 prélève sur le sous-sol pratiquement

68 % de l'énergie utile quand la répartition des besoins est continue, contre

environ 51 % quand les besoins sont intermittents.

- Le dimensionnement de la pompe à chaleur est un facteur

important dans les performances énergétiques de l'installation. L'échangeur

envisagé à Lannion associé à la pompe à chaleur :




- CIAT TBB n° 75, fournit 31 % de l'énergie utile.

- L'utilisation d'émetteurs calorifiques à basse température,

type planchers chauffants, est recommandée. La part de l'énergie prélevée parl'échangeur sur le sous-sol est alors supérieure dans l 'énergie utile au chauffage:


CIAT TBB n° 35,


CIAT TBB n° 50, lorsque des émetteurs à température (45/30) inférieure à

celle des radiateurs (70/55) sont utilisés.

Le COP ds l'installation globale est également meilleur :


chaleur CIAT TBB n° 35,


chaleur CIAT TBB n° 50.

252 -

Dans une perspective de réalisation pratique, l'aspect

économique est essentiel. La recherche du coût des différents éléments du

dispositif montre l'importance du forage dans l'investissement total. Ainsi,

dans le projet étudié celui-ci peut, selon les variantes, représenter 42 à

65 % du coût total.

Des paramètres locaux peuvent également modifier le coût

moyen global. Pour le projet de Lannion, la distance entre le forage et la

chaufferie (25 à 30 m), la nécessité de tuber le forage sur les 10 premiers

mètres, et le diamètre du forage de 0,2 mètre constituent trois facteurs de

renchérissement .

La réalisation effective de ce projet, prévue pour 1985,

aura valeur d'exemple et permettra :

- de contrôler le fonctionnement réel d'un dispositif CORAIL

par un suivi du comportement thermique de l'échangeur et du forage de recon¬

naissance F2 (par des relevés de température notamment),

- de vérifier par ces mesures les résultats théoriques

présentés ici et donc d'en valider le champ d'application.

252 -

Dans une perspective de réalisation pratique, l'aspect

économique est essentiel. La recherche du coût des différents éléments du

dispositif montre l'importance du forage dans l'investissement total. Ainsi,

dans le projet étudié celui-ci peut, selon les variantes, représenter 42 à

65 % du coût total.

Des paramètres locaux peuvent également modifier le coût

moyen global. Pour le projet de Lannion, la distance entre le forage et la

chaufferie (25 à 30 m), la nécessité de tuber le forage sur les 10 premiers

mètres, et le diamètre du forage de 0,2 mètre constituent trois facteurs de

renchérissement .

La réalisation effective de ce projet, prévue pour 1985,

aura valeur d'exemple et permettra :

- de contrôler le fonctionnement réel d'un dispositif CORAIL

par un suivi du comportement thermique de l'échangeur et du forage de recon¬

naissance F2 (par des relevés de température notamment),

- de vérifier par ces mesures les résultats théoriques

présentés ici et donc d'en valider le champ d'application.

ANNEXESANNEXES

A3

UNITES UTILISEES

On pourra pour plus de compléments se reporter, entre autres, au

guide pratique pour le système international d'unités (S.I.) [A1-1].

A. 1.1 - Unités du système international

- le kelvin (K) : unité de température thermodynamique

(défini à partir du point triple de l'eau) également utilisée

pour exprimer un intervalle de température.

- le joule (J) : unité de travail (produit par une force de 1 newton

se déplaçant d'un mètre), d'énergie et de quantité de chaleur

(dimension ML'T~^ ) .

- le watt (W) : unité de puissance qui représente la puissance

d'un système énergétique dans lequel est transféré uniformément

une énergie de un joule par seconde.

1W = 1s

- On devra conjointement utiliser la seconde et le mètre respectivement

comme unité de temps et de longueur.

A. 1.2 - Autres unités utilisées en thermique

Dans la pratique les unités du système international ne sont

pas toujours adaptées et les termes de degrés-Celsius, calories, wattheure

et leurs multiples, ainsi que thermies et tonnes-équivalent-pétrole sont

souvent employées.

- Le degré-Celsius (°C) : unité de température qui exprime latempérature Celsius définie par la différence t = T - T^ entre

deux températures thermodynamiques T et T avec T = 273,15 kelvins.

Un intervalle de température s'exprime soit en kelvins,

soit en degrés-Celsius.

A3

UNITES UTILISEES

On pourra pour plus de compléments se reporter, entre autres, au

guide pratique pour le système international d'unités (S.I.) [A1-1].

A. 1.1 - Unités du système international

- le kelvin (K) : unité de température thermodynamique

(défini à partir du point triple de l'eau) également utilisée

pour exprimer un intervalle de température.

- le joule (J) : unité de travail (produit par une force de 1 newton

se déplaçant d'un mètre), d'énergie et de quantité de chaleur

(dimension ML'T~^ ) .

- le watt (W) : unité de puissance qui représente la puissance

d'un système énergétique dans lequel est transféré uniformément

une énergie de un joule par seconde.

1W = 1s

- On devra conjointement utiliser la seconde et le mètre respectivement

comme unité de temps et de longueur.

A. 1.2 - Autres unités utilisées en thermique

Dans la pratique les unités du système international ne sont

pas toujours adaptées et les termes de degrés-Celsius, calories, wattheure

et leurs multiples, ainsi que thermies et tonnes-équivalent-pétrole sont

souvent employées.

- Le degré-Celsius (°C) : unité de température qui exprime latempérature Celsius définie par la différence t = T - T^ entre

deux températures thermodynamiques T et T avec T = 273,15 kelvins.

Un intervalle de température s'exprime soit en kelvins,

soit en degrés-Celsius.

1 calorie

1 thermie

1 joule

1 wattheure

1 kilowattheure

1 tep

1 tec

calorie

1

10"

0,23892

860

860 10'

10"

7,0022 10'

thermie

10-1

0,23892 lO"'

860 IQ-*

0,86

10*

7,0022 10'

joule

4,1855

4,1855 10*

1

3600

3600 10'

4,1855 10"

2,93076 10"

wattheure

1,1626 10"'1,1626 10 '

2,77 10"*

1

10'

1,1626 10^

8,141 10*

ki lowattheure

1,1626 IQ-'1,1626

2,77 10-^

10-'

1

1,1626 10*

8,141 10'

tep *

10-"10-*

0,23892 lO""-10

860 10

860 IQ-'

1

0, 70022

tec **

142,81 IQ-"142,81 10"*

34,1208 10-"

0,122835 10-'

0,122835 IQ-'

1,4281

1

>

Tableau A1-1 : Tableau de correspondance entre les unités d'énergie-4

(lecture du tableau - exemple : 1 joule (colonne de gauche) = 0,23892 calorie ou 2,77 10 Wh)

* tep : tonne-équivalent-pétrole.

** tec : tonne-équivalent-charbon.

1 calorie

1 thermie

1 joule

1 wattheure

1 kilowattheure

1 tep

1 tec

calorie

1

10"

0,23892

860

860 10'

10"

7,0022 10'

thermie

10-1

0,23892 lO"'

860 IQ-*

0,86

10*

7,0022 10'

joule

4,1855

4,1855 10*

1

3600

3600 10'

4,1855 10"

2,93076 10"

wattheure

1,1626 10"'1,1626 10 '

2,77 10"*

1

10'

1,1626 10^

8,141 10*

ki lowattheure

1,1626 IQ-'1,1626

2,77 10-^

10-'

1

1,1626 10*

8,141 10'

tep *

10-"10-*

0,23892 lO""-10

860 10

860 IQ-'

1

0, 70022

tec **

142,81 IQ-"142,81 10"*

34,1208 10-"

0,122835 10-'

0,122835 IQ-'

1,4281

1

>

Tableau A1-1 : Tableau de correspondance entre les unités d'énergie-4

(lecture du tableau - exemple : 1 joule (colonne de gauche) = 0,23892 calorie ou 2,77 10 Wh)

* tep : tonne-équivalent-pétrole.

** tec : tonne-équivalent-charbon.

- A5

- la calorie (cal.) : unité d'énergie, de quantité de chaleur.

Une calorie représente la quantité de chaleur nécessaire pour

élever la température d'un gramme d'eau d'un degré Celsius.

Ses multiples sont le kilocalorie et la thermie. Une calorie

équivaut à 4,18 joules.

- la thermie (th.) : équivaut à un million de calories

1 th = 10' kcal = 10^ cal.

- le wattheure (Wh) : unité d'énergie, correspond à un système

qui a fourni un watt pendant une heure.

Les multiples souvent utilisés sont le kilowattheure (kWh : 10' Wh)

et le mégawattheure (MWh = 10^ Wh = 10' kWh).

- la thermie par heure (th/h) : unité de puissance, correspond

à un système qui délivre une énergie d'une thermie chaque heure.

- la tonne-équivalent-gétrole ( tep) : unité qui permet de comparer

différents produits énergétiques.

Une tep correspond au pouvoir calorifique moyen d'une tone de

pétrole brut, soit 11 600 kWh d'énergie calorifique. Elle est

égale à 10 000 thermies du produit énergétique considéré, calcu¬

lées sur la base de son produit calorifique inférieur (P.C.I.).

- la tonne-éguivalent-charbon ( tec) : correspond à 6 670 thermies

ou 0,67 tep.

A. 1.3 - Equivalence entre les différentes unités

1 calorie = 4,1855 joules

1 joule = 0,24 calorie

1 thermie = 10^ calories = 4,18 10^ joules1 watt = 1 J/s = 0,24 cal/s

1 wattheure = 3600 joules

1 thermie/heure = 10^ cal/h = 1,163 kW

1 kWh = 860 kcal =0,86 thermie

Le tableau (Al-1) permet de passer d'une unité à l'autre.

- A5

- la calorie (cal.) : unité d'énergie, de quantité de chaleur.

Une calorie représente la quantité de chaleur nécessaire pour

élever la température d'un gramme d'eau d'un degré Celsius.

Ses multiples sont le kilocalorie et la thermie. Une calorie

équivaut à 4,18 joules.

- la thermie (th.) : équivaut à un million de calories

1 th = 10' kcal = 10^ cal.

- le wattheure (Wh) : unité d'énergie, correspond à un système

qui a fourni un watt pendant une heure.

Les multiples souvent utilisés sont le kilowattheure (kWh : 10' Wh)

et le mégawattheure (MWh = 10^ Wh = 10' kWh).

- la thermie par heure (th/h) : unité de puissance, correspond

à un système qui délivre une énergie d'une thermie chaque heure.

- la tonne-équivalent-gétrole ( tep) : unité qui permet de comparer

différents produits énergétiques.

Une tep correspond au pouvoir calorifique moyen d'une tone de

pétrole brut, soit 11 600 kWh d'énergie calorifique. Elle est

égale à 10 000 thermies du produit énergétique considéré, calcu¬

lées sur la base de son produit calorifique inférieur (P.C.I.).

- la tonne-éguivalent-charbon ( tec) : correspond à 6 670 thermies

ou 0,67 tep.

A. 1.3 - Equivalence entre les différentes unités

1 calorie = 4,1855 joules

1 joule = 0,24 calorie

1 thermie = 10^ calories = 4,18 10^ joules1 watt = 1 J/s = 0,24 cal/s

1 wattheure = 3600 joules

1 thermie/heure = 10^ cal/h = 1,163 kW

1 kWh = 860 kcal =0,86 thermie

Le tableau (Al-1) permet de passer d'une unité à l'autre.

ANNEXE 2

PRESENTATION DE QUELQUES REALISATIONS

D'ECHANGEURS ENTERRES

ANNEXE 2

PRESENTATION DE QUELQUES REALISATIONS

D'ECHANGEURS ENTERRES

- A8

con

r"

dens1

ô

évap

x>°c/

/5/-31

orati

zur \ Ny

" \ptancke.'is \

R \ \(5>--'

m _, .\, P(^lT<'''i1[]CUfl'f\ \.^ênterrés \.

H) m ^ \,u-^ pompe de circulation \ \

Figure A2-7 .- Schéma simplifié de l' installation de chauffage[mTERKOTTE - [1-32]).

- A8

con

r"

dens1

ô

évap

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/5/-31

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" \ptancke.'is \

R \ \(5>--'

m _, .\, P(^lT<'''i1[]CUfl'f\ \.^ênterrés \.

H) m ^ \,u-^ pompe de circulation \ \

Figure A2-7 .- Schéma simplifié de l' installation de chauffage[mTERKOTTE - [1-32]).

A9 -

PRESENTATION DE QUELQUES REALISATIONS D'ECHANGEURS ENTERRES

Cette partie rédigée à partir d'une étude bibliographique présente

les caractéristiques (dimensions et résultats) de quelques installations

d'échangeurs enterrés.

Pour plus de compléments, le lecteur pourra se reporter aux publi¬

cations consultées (liste bibliographique donnée en fin du mémoire).

A.2.1 - Les échangeurs enterrés horizontaux

A.2. 1.1 - Ijista_llati_on dJ é_chan_geurs enterrés horizontaux seuls

WATERKOTTE (1972) [l-30] présente l'installation schématisée

fiqure (A2-1). Cette installation destinée à chauffer une maison individuelle

est composée de :

- un echangeur : - enterré è 1,5 m,

- circulation d'eau glycolée,

- une pompe à chaleur : EAU/EAU,

- des planchers chauffants.

La puissance extraite varie entre 25 et 35 Wm ^ de surface occupée

par l'échangeur.

A9 -

PRESENTATION DE QUELQUES REALISATIONS D'ECHANGEURS ENTERRES

Cette partie rédigée à partir d'une étude bibliographique présente

les caractéristiques (dimensions et résultats) de quelques installations

d'échangeurs enterrés.

Pour plus de compléments, le lecteur pourra se reporter aux publi¬

cations consultées (liste bibliographique donnée en fin du mémoire).

A.2.1 - Les échangeurs enterrés horizontaux

A.2. 1.1 - Ijista_llati_on dJ é_chan_geurs enterrés horizontaux seuls

WATERKOTTE (1972) [l-30] présente l'installation schématisée

fiqure (A2-1). Cette installation destinée à chauffer une maison individuelle

est composée de :

- un echangeur : - enterré è 1,5 m,


- une pompe à chaleur : EAU/EAU,

- des planchers chauffants.

La puissance extraite varie entre 25 et 35 Wm ^ de surface occupée

par l'échangeur.

- All

DE HOE, GEERAERT (1982) [l-22] présentent une installation réaliséeen Belgique destinée à chauffer :

- un centre de recherches : -de 500 m^ ,

-de 1510 m',

-de besoins = 42 kW (pour - 10°C),

-et occupé 5 jours par semaine.

L'installation est composée de :

- un echangeur : - en polyethylene,

- de diamètre 27/32 mm,

- constitué de 3 circuits indépendants de :

4 "boucles" de 100 m (en 2 nappes à 0,6 m et

1,2 m de profondeur),

- circulation d'eau glycolée (33 %) :

au débit de 5 m' h ^ dans les 1er et 2ème circuits,au débit de 3 m' h ^ dans le 3ème circuit;

- une pompe à chaleur : - EAU/EAU

- puissance nominale du condenseur :

3,7 kW pour le 1er circuit,

5 kW pour les 2ème et 3ème circuits,

- de radiateurs.

Les résultats sont les suivants pour la saison 1980/1981 :

- COP saisonnier : 2,27 et COP = 3,01 pour PAC 1,

COP =2,86 pour PAC 2,


- l'énergie fournie : - 1er circuit : 18259 kWh pour 1740 heures

de fonctionnement,

- 2ème circuit : 9309 kWh pour 642 heures de

fonctionnement,


fonctionnement ;

- soit une puissance moyenne extraite : - 1er circuit : 7 kW,

- 2ème circuit : 9,4 kW,

- 3ème circuit : 8,2 kW.

- All

DE HOE, GEERAERT (1982) [l-22] présentent une installation réaliséeen Belgique destinée à chauffer :

- un centre de recherches : -de 500 m^ ,

-de 1510 m',

-de besoins = 42 kW (pour - 10°C),

-et occupé 5 jours par semaine.



- de diamètre 27/32 mm,

- constitué de 3 circuits indépendants de :

4 "boucles" de 100 m (en 2 nappes à 0,6 m et

1,2 m de profondeur),

- circulation d'eau glycolée (33 %) :

au débit de 5 m' h ^ dans les 1er et 2ème circuits,au débit de 3 m' h ^ dans le 3ème circuit;

- une pompe à chaleur : - EAU/EAU

- puissance nominale du condenseur :

3,7 kW pour le 1er circuit,

5 kW pour les 2ème et 3ème circuits,

- de radiateurs.

Les résultats sont les suivants pour la saison 1980/1981 :

- COP saisonnier : 2,27 et COP = 3,01 pour PAC 1,



- l'énergie fournie : - 1er circuit : 18259 kWh pour 1740 heures

de fonctionnement,


fonctionnement,


fonctionnement ;

- soit une puissance moyenne extraite : - 1er circuit : 7 kW,

- 2ème circuit : 9,4 kW,

- 3ème circuit : 8,2 kW.

Locallsationdes Instal¬lations

M F0 R

R A

V N

"a"r

S

E F

S R

d N'- Cto E

S F

U R

D A

d N

l fa

m.

to

w

N5

Pl

P2

P3

El

E2

E3

E4

SI

S2

S3

S4

S5

S6

Besoins du

bit latent(W)

1660O

17300

8600

22000

ijaoo

13200

TBao

leeoo

9220

10«D

0960

13040

12600

6610

15510

14250

8720

10433

therMlqiieentralte

(Hl

12375

12975

6375

16300

lo,o

9900

5680

lasoo

6915

7600

6720

9780

9«0

&157

11633

1C687

66<n

7815

PuissanceInstalléede la POC

(W)

2x3.0

2x3.0

2x1.5

2x3.5

2x2.9

2x2.5

2x1.5

2x3.0

2x1.5

2x1.6

2x1.5

2x2.3

2x2.5

2x1.5

2x2.5

2x2.5

2x1.5

2x1.5

lon-9ieur

deséchan

geurs

(n)

600

650

320

600

500

500

300

eoo

350

400

350

50O

450

350

800

5B0

400

400

forffe del'échan¬

geur

t .

, .

....

% »

. . .

:

*

, ,

'

::..

«

«

OegrésJour»

772A

25G6

2693

2693

2C07

2/164

2406

2660

2406

2600

2666

2464

1465

1396

1790

2B70

1796

2Bro

fJature duSous-sol

snble boueux

calcnlre + boue

mlcBlrp + boue

sable boueux

oiqlle+ nalcBire

Terre vegetóle

terre végitnle

alluvions

poudl nguc

argile

aigile

argile

pable irU'í»Ii"i'+ fer

'>mixi te

ralcalre

marne

marne

schistes

le«ï>éralucedu sol («c)

début 1 finde la saisonchauffante

12

13

13

12

12

14

14

14

14

15

14

14

W

14

.15

12

14

12

4

4

3

4

5

8

3

6

6

6

7

7

7

6

6

5

7

5

Conscvnnatlonélectrique du

système(KVH)

12900

ICGCD

5200

14520

9150

8110

4810

10932

5212

6992

5230

7912

5234

3410

7010

7331

3417

rtmsoiwnat Ionen clisuffageafnKiel(KW<)

29125

22B50

uaro

30710

16245

169B5

9666

23271

11537

14566

12065

16605

11961

77B9

17990

21201

7866

3860 15603

C.O.Pmoyen

2.25

3.24

2.26

2.12

2

2.08

2

2.13

2.21

2.09

2.3

2.1

2.28

2.28

2.56

2.89

2.31

4

Durée (le

fonction¬nement (H)

3110

2460

2ceo

3105

2525

2240

18TO

2634

2025

zrxb

2030

2165

1445

1325

1940

20

1330

1510

(X)

53.5

42.3

34.8

53.5

43.5

36.6

32.2

45.4

34.9

46.7

34.9

37.6

25

22.8

33.4

34.8

22.9

29

I

3>

Tableau A 2- 2 : donné,çji, expérimentales de 18 installations {d'après CARD! (J.M) , NOLAV [P.], VAVDE [G.], 1983,\l-2'^^])

Locallsationdes Instal¬lations

M F0 R

R A

V N

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S

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S F

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D A

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Pl

P2

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E2

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E4

SI

S2

S3

S4

S5

S6

Besoins du

bit latent(W)

1660O

17300

8600

22000

ijaoo

13200

TBao

leeoo

9220

10«D

0960

13040

12600

6610

15510

14250

8720

10433

therMlqiieentralte

(Hl

12375

12975

6375

16300

lo,o

9900

5680

lasoo

6915

7600

6720

9780

9«0

&157

11633

1C687

66<n

7815

PuissanceInstalléede la POC

(W)

2x3.0

2x3.0

2x1.5

2x3.5

2x2.9

2x2.5

2x1.5

2x3.0

2x1.5

2x1.6

2x1.5

2x2.3

2x2.5

2x1.5

2x2.5

2x2.5

2x1.5

2x1.5

lon-9ieur

deséchan

geurs

(n)

600

650

320

600

500

500

300

eoo

350

400

350

50O

450

350

800

5B0

400

400

forffe del'échan¬

geur

t .

, .

....

% »

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:

*

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«

OegrésJour»

772A

25G6

2693

2693

2C07

2/164

2406

2660

2406

2600

2666

2464

1465

1396

1790

2B70

1796

2Bro

fJature duSous-sol

snble boueux

calcnlre + boue

mlcBlrp + boue

sable boueux

oiqlle+ nalcBire

Terre vegetóle

terre végitnle

alluvions

poudl nguc

argile

aigile

argile

pable irU'í»Ii"i'+ fer

'>mixi te

ralcalre

marne

marne

schistes

le«ï>éralucedu sol («c)

début 1 finde la saisonchauffante

12

13

13

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7

5

Conscvnnatlonélectrique du

système(KVH)

12900

ICGCD

5200

14520

9150

8110

4810

10932

5212

6992

5230

7912

5234

3410

7010

7331

3417

rtmsoiwnat Ionen clisuffageafnKiel(KW<)

29125

22B50

uaro

30710

16245

169B5

9666

23271

11537

14566

12065

16605

11961

77B9

17990

21201

7866

3860 15603

C.O.Pmoyen

2.25

3.24

2.26

2.12

2

2.08

2

2.13

2.21

2.09

2.3

2.1

2.28

2.28

2.56

2.89

2.31

4

Durée (le

fonction¬nement (H)

3110

2460

2ceo

3105

2525

2240

18TO

2634

2025

zrxb

2030

2165

1445

1325

1940

20

1330

1510

(X)

53.5

42.3

34.8

53.5

43.5

36.6

32.2

45.4

34.9

46.7

34.9

37.6

25

22.8

33.4

34.8

22.9

29

I

3>

Tableau A 2- 2 : donné,çji, expérimentales de 18 installations {d'après CARD! (J.M) , NOLAV [P.], VAVDE [G.], 1983,\l-2'^^])

A13

MENJOZ (1982) Ll-20] présente l'installation réalisée à Crève-Coeur

en Auge (Calvados)^ destinée à chauffer :

- une maison individuelle : - 213 m'

- besoins 7 kW (par - 7°C)

Cette installation est composée de :

- un echangeur : - en PVC,

- en boucles de 63 mètres environ sur 3 nappes

dm, 1,5m, 2m de profondeur),

- circulation d'eau glycolée au débit de 1 m'h ^;

- une pompe à chaleur : - EAU/EAU,

- à 2 étages de compression,

- puissance utile 10 kW,

- planchers chauffants.

La puissance extraite est de 5,4 Wm~^.

La Société générale de Fonderie (MASSER) [l-23] commercialise

depuis 1979 le dispositif suivant :

-un echangeur:- polyethylene,

- diamètre 26/32 mm,

- en boucles de 100 à 200 m (1 ou 2 nappes) ;

- une pompe à chaieur : - EAU/EAU,

- à deux étages de compression,


dont les résultats sont :

- COP > 2,

- puissance extraite : 16 à 21 watts par mètre linéaire d'échangeur,

- temps de retour : 6 à 10 ans.

Le tableau (A2-2) résume les caractéristiques de 18 installations

de ce type réalisées en France.

A13

MENJOZ (1982) Ll-20] présente l'installation réalisée à Crève-Coeur

en Auge (Calvados)^ destinée à chauffer :

- une maison individuelle : - 213 m'

- besoins 7 kW (par - 7°C)

Cette installation est composée de :

- un echangeur : - en PVC,

- en boucles de 63 mètres environ sur 3 nappes

dm, 1,5m, 2m de profondeur),

- circulation d'eau glycolée au débit de 1 m'h ^;


- à 2 étages de compression,

- puissance utile 10 kW,


La puissance extraite est de 5,4 Wm~^.

La Société générale de Fonderie (MASSER) [l-23] commercialise

depuis 1979 le dispositif suivant :

-un echangeur:- polyethylene,

- diamètre 26/32 mm,

- en boucles de 100 à 200 m (1 ou 2 nappes) ;

- une pompe à chaieur : - EAU/EAU,

- à deux étages de compression,


dont les résultats sont :

- COP > 2,

- puissance extraite : 16 à 21 watts par mètre linéaire d'échangeur,

- temps de retour : 6 à 10 ans.

Le tableau (A2-2) résume les caractéristiques de 18 installations

de ce type réalisées en France.

A14

10000

9000

8000

7OO0

so-

u'&I

w

QkOiTOv

' II "

uuccn021} WK

fllu

QkQv

Coefficient de performanceCSialeur restituée par le condenseur (diaufiage)Chaleur absorbée par l'évaporateur (accumulateursouterrain)

FigurzA2-3 : Valeuns mznsuzlles moyznnzs du cozfflclzntde pzrfonmance de la pompe à chalzur[pénlodz dz chauffagz 1980/81)

[d'après (tIERNER, 1982 - [1-28]).

A14

10000

9000

8000

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so-

u'&I

w

QkOiTOv

' II "

uuccn021} WK

fllu

QkQv

Coefficient de performanceCSialeur restituée par le condenseur (diaufiage)Chaleur absorbée par l'évaporateur (accumulateursouterrain)

FigurzA2-3 : Valeuns mznsuzlles moyznnzs du cozfflclzntde pzrfonmance de la pompe à chalzur[pénlodz dz chauffagz 1980/81)

[d'après (tIERNER, 1982 - [1-28]).

A15 -

A. 2. 1.2 - Echangeurs_horizontaux reliés_à des_installations solaires

WERNER (1982) [l-25] présente la réalisation destinée à chauffer :

- une maison individuelle : - 400 m^,

- 1000 m',

- besoins 25 kW (par - 11°C);



- 2 boucles de 150 m à 1,8 m de profondeur,

- 2 autres boucles de 150 m à 0,4 m de

profondeur (inutilisées pendant la saison

1980/1981);.


- à 2 étages de compressions

(Pe = 3,5 kW),

- de puissance disponible 22 kW (à 55°C

au condenseur);

- 16 m^ de capteur solaires installés sur le toit pour la

fourniture d'eau chaude sanitaire et éventuellement régénérer

le potentiel du sol pendant la saison de chauffage.

- L'énergie fournie est de : 2100 kWh à 8500 kWh pour une énergie

extraite respectivement de 1500 kWh à 5000 kWh (octobre

1980 et janvier 1981) (fioure (A2-3)).

A.2. 2 - Les échangeurs enterrés verticaux

A.2. 2-1 - Echangeurs verticaux concentrigues

- DRAFZ (1982) [l-^^J présente l'installation destinée à assurer :

- le chauffage et la fourniture d'eau chaude sanitaire

d'une maison individuelle.

A15 -

A. 2. 1.2 - Echangeurs_horizontaux reliés_à des_installations solaires

WERNER (1982) [l-25] présente la réalisation destinée à chauffer :


- 1000 m',

- besoins 25 kW (par - 11°C);



- 2 boucles de 150 m à 1,8 m de profondeur,

- 2 autres boucles de 150 m à 0,4 m de

profondeur (inutilisées pendant la saison

1980/1981);.


- à 2 étages de compressions

(Pe = 3,5 kW),

- de puissance disponible 22 kW (à 55°C

au condenseur);

- 16 m^ de capteur solaires installés sur le toit pour la

fourniture d'eau chaude sanitaire et éventuellement régénérer

le potentiel du sol pendant la saison de chauffage.

- L'énergie fournie est de : 2100 kWh à 8500 kWh pour une énergie

extraite respectivement de 1500 kWh à 5000 kWh (octobre

1980 et janvier 1981) (fioure (A2-3)).

A.2. 2 - Les échangeurs enterrés verticaux

A.2. 2-1 - Echangeurs verticaux concentrigues

- DRAFZ (1982) [l-^^J présente l'installation destinée à assurer :


d'une maison individuelle.

A16 -

. . . .\

i \r*"~

Vzau glycoléz { . .R

tubz zxtérlzur i-r

[acler.)

tubz lnt.érlzur ;:_

[matlzrz plastlquz) :\:

ii

48 m

Flgunz A2-4 : Coupz du dispositifprésenté pan VRAFl [1-38].

A16 -

. . . .\

i \r*"~

Vzau glycoléz { . .R

tubz zxtérlzur i-r

[acler.)

tubz lnt.érlzur ;:_

[matlzrz plastlquz) :\:

ii

48 m

Flgunz A2-4 : Coupz du dispositifprésenté pan VRAFl [1-38].

- A17 -


- un echangeur : - 4 sondes de 48 mètres tube extérieur acier

(fiqure (A2-4))(f ^A9 /l^^ ((^ 59/63,5 mm),' fiqure (A2-4) )

tube intérieur en

matière plastique

(0 22,7/15 mm),

- circulation d'eau glycolée (20 %) ,

- dans un terrain sableaux (eau à 6-7 m

sous le sol);

une pompe à chaleur : - EAU/EAU,

- puissance du compresseur : 5,5 kW,

planchers chauffants.

La puissance minimale extraite est de 65 watts par mètre de sonde

(en janvier et février 1981).

GALINDO [l-2l] présente l'installation destinée à chauffer :


- 435 m'.


- un echangeur : - 4 sondes tube extérieur tôle ondulée,

tube intérieur PVC,



- puissance : 14,3 kW.

La puissance extraite s'élève à 71,6 Wm ^ de sonde et le temps

de retour est compris entre 7 et 8 ans.

- A17 -


- un echangeur : - 4 sondes de 48 mètres tube extérieur acier

(fiqure (A2-4))(f ^A9 /l^^ ((^ 59/63,5 mm),' fiqure (A2-4) )

tube intérieur en

matière plastique

(0 22,7/15 mm),

- circulation d'eau glycolée (20 %) ,

- dans un terrain sableaux (eau à 6-7 m

sous le sol);

une pompe à chaleur : - EAU/EAU,

- puissance du compresseur : 5,5 kW,

planchers chauffants.

La puissance minimale extraite est de 65 watts par mètre de sonde

(en janvier et février 1981).

GALINDO [l-2l] présente l'installation destinée à chauffer :


- 435 m'.


- un echangeur : - 4 sondes tube extérieur tôle ondulée,

tube intérieur PVC,



- puissance : 14,3 kW.

La puissance extraite s'élève à 71,6 Wm ^ de sonde et le temps

de retour est compris entre 7 et 8 ans.

A18 -

Figure A 2- 5 .- Dispositif d' écliangeur enterrévertical [\I0H AGTHOl/EN, mSKIE,1983 - [7-37] ).

A18 -

Figure A 2- 5 .- Dispositif d' écliangeur enterrévertical [\I0H AGTHOl/EN, mSKIE,1983 - [7-37] ).

- A19-

A.2.2.2 - Echangeurs verticaux en_"U"

AGTHOUEN et WISKIE [l-3l] décrivent l'installation destinée à

chauf f er :

- une maison individuelle : - 1340 m',

- besoins 18 kW .


- un echangeur : 30 "épingles" de 10 m de profondeur et distantes

de 5 m les unes des autres, mises en place à

partir d'une tranchée (1,25 m) et d'un forage

($ = 150 mm), et reliées par un collecteur

horizontal,


- puissance 32,5 kW,


La couverture des besoins est totale.

Près de Stockholm [l-35] depuis 1981, une installation prévue

pour assurer :


d'une maison individuelle de 410 m^,

est composée de :

- un echangeur : - tube coudé en matière plastique dans 1 forage

de 150 m rempli d'eau souterraine,



- puissance : 11 -kW.

Elle permet une économie de 50 % sur la consommation antérieure

de fioul (qui était de 7000 litres environ).

- A19-

A.2.2.2 - Echangeurs verticaux en_"U"

AGTHOUEN et WISKIE [l-3l] décrivent l'installation destinée à

chauf f er :

- une maison individuelle : - 1340 m',

- besoins 18 kW .


- un echangeur : 30 "épingles" de 10 m de profondeur et distantes

de 5 m les unes des autres, mises en place à

partir d'une tranchée (1,25 m) et d'un forage

($ = 150 mm), et reliées par un collecteur

horizontal,


- puissance 32,5 kW,


La couverture des besoins est totale.

Près de Stockholm [l-35] depuis 1981, une installation prévue

pour assurer :


d'une maison individuelle de 410 m^,

est composée de :

- un echangeur : - tube coudé en matière plastique dans 1 forage

de 150 m rempli d'eau souterraine,



- puissance : 11 -kW.

Elle permet une économie de 50 % sur la consommation antérieure

de fioul (qui était de 7000 litres environ).

- A20

Figure A2-6 : Dispositif d'échangeurs enterrésverticaux

[d'après GALINDO, 1982 - [1-21]

- A20

Figure A2-6 : Dispositif d'échangeurs enterrésverticaux

[d'après GALINDO, 1982 - [1-21]

- A21

GALINDO [1-21] présente l'installation suivante :

- un echangeur : composé de 30 épingles :

(fiqure(A2-6)) - de 5 à 7 m de profondeur,

- mises en place par des techniques de

percussion, les épingles sont inclinées de

15°C par rapport à la verticale,


- puissance électrique : 2 kW,

- puissance au condenseur : 5,7 kW.

L'énergie extraite pendant 1 mois (fonctionnement continu) est

de 4100 kWh, soit une puissance de 14,35 W m" .

A. 2. 2. 3 - Echangeurs verticaux couplés à des_collecteurs_solaires

FORDSMAND L^-^^] présente l'installation destinée à chauffer :


- besoins 9 kW (pour - 12°C),

et composée de :

- un echangeur : - 4 tubes concentriques de 31 m ,


- des collecteurs solaires : - 14 m^ pour reconstituer le

potentiel énergétique du sol.

- A21

GALINDO [1-21] présente l'installation suivante :

- un echangeur : composé de 30 épingles :

(fiqure(A2-6)) - de 5 à 7 m de profondeur,

- mises en place par des techniques de

percussion, les épingles sont inclinées de

15°C par rapport à la verticale,


- puissance électrique : 2 kW,

- puissance au condenseur : 5,7 kW.

L'énergie extraite pendant 1 mois (fonctionnement continu) est

de 4100 kWh, soit une puissance de 14,35 W m" .

A. 2. 2. 3 - Echangeurs verticaux couplés à des_collecteurs_solaires

FORDSMAND L^-^^] présente l'installation destinée à chauffer :


- besoins 9 kW (pour - 12°C),

et composée de :

- un echangeur : - 4 tubes concentriques de 31 m ,


- des collecteurs solaires : - 14 m^ pour reconstituer le

potentiel énergétique du sol.

ANNEXE 3

MESURES DE CONDUCTIVITE THERMIQUE

ANNEXE 3


A2A -

échantillon <:^*

"X'1/Til chauffant

thermocouple

Figure (A. 3-1) : Principe de la mesure

C),

p1

61

ii- _- '^.^^^'^y^

^ 1 . '^

' ! 1 ^

("04

15

10

5

0

^région où la conductivitéest mesurée

^ r^ 1

r^

(.

1

1

t1

!

,

\\

\

\

^^

' ^t. |sec) 10 100 (sec)

Figure (A. 3-2): Relation temps-température Figure (A. 3-3): Relation log( temps)-température

A2A -

échantillon <:^*

"X'1/Til chauffant

thermocouple

Figure (A. 3-1) : Principe de la mesure

C),

p1

61

ii- _- '^.^^^'^y^

^ 1 . '^

' ! 1 ^

("04

15

10

5

0

^région où la conductivitéest mesurée

^ r^ 1

r^

(.

1

1

t1

!

,

\\

\

\

^^

' ^t. |sec) 10 100 (sec)

Figure (A. 3-2): Relation temps-température Figure (A. 3-3): Relation log( temps)-température

A25


L'appareil utilisé (Shoterm QTM-Dl - fabriqué par Showa Denko KK)

permet de faire des mesures de conductivité thermique en régime transitoire,

dans une gamme de 0, 02 à 12 W m ^K \

A.3.1 - Principe de la mesure

(fiqure (A. 3-1))

Si on chauffe un fil chauffant tendu sur l'axe d'un échantillon

cyclindrique considéré infini, la température du fil croît exponentiellement

avec le temps (fiqures (A3-2)et (A3-3)).

La conductivité thermique de l'échantillon est alors obtenue par

la formule :

ln (t;/t, )

N 4 XTTX (02/Gi )

avec q : chaleur par unité de longueur du fil chauffant (kcal m h )

tel que

n Q£. V X Iq = U,a6 X .

U : voltage (V)

I : intensité du courant (A)

L : longueur du fil (m)

tl, t2 : temps en secondes

01, 0j : température en degré respectivement à ti et tj.

A25


L'appareil utilisé (Shoterm QTM-Dl - fabriqué par Showa Denko KK)

permet de faire des mesures de conductivité thermique en régime transitoire,

dans une gamme de 0, 02 à 12 W m ^K \

A.3.1 - Principe de la mesure

(fiqure (A. 3-1))

Si on chauffe un fil chauffant tendu sur l'axe d'un échantillon

cyclindrique considéré infini, la température du fil croît exponentiellement

avec le temps (fiqures (A3-2)et (A3-3)).

La conductivité thermique de l'échantillon est alors obtenue par

la formule :

ln (t;/t, )

N 4 XTTX (02/Gi )

avec q : chaleur par unité de longueur du fil chauffant (kcal m h )

tel que

n Q£. V X Iq = U,a6 X .

U : voltage (V)

I : intensité du courant (A)

L : longueur du fil (m)

tl, t2 : temps en secondes

01, 0j : température en degré respectivement à ti et tj.

, 0_o1 Wm-'''C-'' I '

Tl Mf HEOTÏJt MODS'

^0' ^' W

- A26

ÇjTT^

réglagezéro ^CL#échantillon

TIME = Sélection du pas de temps (20-30-40s)HEATER = Sélection du mode de chauffage ) ^^^^ tableau (A-3-4)

MODE = Sélection parallèle au mode de chauffage »

Fiqure (A. 3-3 ) : Schéma du conductivimètre

Conductivité thermique(W m"'°c"')

< 0,10,1 - 0,3

0,3 - 2,0

> 2,0

Position du boutonHEATER

0,5 ou 1

2

4

8

Position du boutonMODE

Low

Low ou High

High

High

Tableau (A.3 -4): Positions des boutons HEATER et MODE

, 0_o1 Wm-'''C-'' I '

Tl Mf HEOTÏJt MODS'

^0' ^' W

- A26

ÇjTT^

réglagezéro ^CL#échantillon

TIME = Sélection du pas de temps (20-30-40s)HEATER = Sélection du mode de chauffage ) ^^^^ tableau (A-3-4)

MODE = Sélection parallèle au mode de chauffage »

Fiqure (A. 3-3 ) : Schéma du conductivimètre

Conductivité thermique(W m"'°c"')

< 0,10,1 - 0,3

0,3 - 2,0

> 2,0

Position du boutonHEATER

0,5 ou 1

2

4

8

Position du boutonMODE

Low

Low ou High

High

High

Tableau (A.3 -4): Positions des boutons HEATER et MODE

A27 -

Dans la pratique on mesure la conductivité sur un demi- cylindre.Le demi-cyclindre supérieur de la fiqure (A. 3-1) est remplacé par une pièce

en matériel adiabatique de conductivité connue et la conductivité de

l'échantillon est obtenue par la formule :

(V2- V, )

avec K, H : constantes spécifiques du matériel,

I : courant électrique passant dans le fil (A),V, ,\li: voltage du termocouple (U),

t, ,t2: temps de la mesure.

A.3. 2 - Schéma de l'appareil (figure(A.3-3))

S est la pièce de matériel adiabatique de conductivité connue,

sous laquelle est fixée le fil chauffant et le thermocouple.

Le mode d'utilisation des boutons "TIME", "HEATER" et

"MODE", qui dépend de la gamme de la conductivité thermique de l'échantillon

est présenté dans le tableau (A. 3-4) .

A27 -

Dans la pratique on mesure la conductivité sur un demi- cylindre.Le demi-cyclindre supérieur de la fiqure (A. 3-1) est remplacé par une pièce

en matériel adiabatique de conductivité connue et la conductivité de

l'échantillon est obtenue par la formule :

(V2- V, )

avec K, H : constantes spécifiques du matériel,

I : courant électrique passant dans le fil (A),V, ,\li: voltage du termocouple (U),

t, ,t2: temps de la mesure.

A.3. 2 - Schéma de l'appareil (figure(A.3-3))

S est la pièce de matériel adiabatique de conductivité connue,

sous laquelle est fixée le fil chauffant et le thermocouple.

Le mode d'utilisation des boutons "TIME", "HEATER" et

"MODE", qui dépend de la gamme de la conductivité thermique de l'échantillon

est présenté dans le tableau (A. 3-4) .

ANNEXE 4

DEVELOPPEMENT DES EQUATIONS

DU CHAPITRE 3

ANNEXE 4

DEVELOPPEMENT DES EQUATIONS

DU CHAPITRE 3

S.30

H^r

FAugure A. 4-1 : Système d'axes considéré poux lanésolutlon des équations

S.30

H^r

FAugure A. 4-1 : Système d'axes considéré poux lanésolutlon des équations

- A31 r

DEVELOPPEMENT DES EQUATIONS DU CHAPITRE 3

Dans cette annexe sont rassemblés les enchaînements d'une équation

à une autre non développés dans le chapitre 3 afin de l'alléger.

A. 4.1 - Ecriture des équations aux dérivées partielles (3.06) et (3.10) á partir de

l'équation de la chaleur

Equation de la chaleur :

Y -TT = div (X grad 0) - v (grad {yê)) + x (3.05)

L'écriture en coordonnées cylindriques du gradient et du

divergent est :

div A = -^ + - d (^) + - (-^ )9A;3z 3r r 9a

IgradB = e^i^^ e^d^^^ e3(i 9 fe9z 9r r 9a^

(le système de coordonnées est représenté fiqure A4-1),

Dans l'encaissant :

(3.05)

on considère les phénomènes conductifs uniquement,

du fait de la symétrie autour de l'axe de l'échangeur et de la

constance des propriétés thermiques dans l'espace et le

temps les isothermes sont des cercles.

90Y xr = div (X grad 0)

= 0 car les isothermes sont des cercles90 .. r, , 90 90 1 ae'.T

y ^= div [X (-37-^ 37 -H j^)]9t

90ñt

90

-90 90s^ Ldiv (-3^+97)] car X est constante

dû , r9^0 1 9(r90/9r)-^ 9t " ^9z^

+r 9r

90 _ ^ r9^0 ^ ifG^.! M]9t 9z' gr^' r 9r

(3.06)

- A31 r

DEVELOPPEMENT DES EQUATIONS DU CHAPITRE 3

Dans cette annexe sont rassemblés les enchaînements d'une équation

à une autre non développés dans le chapitre 3 afin de l'alléger.

A. 4.1 - Ecriture des équations aux dérivées partielles (3.06) et (3.10) á partir de

l'équation de la chaleur

Equation de la chaleur :

Y -TT = div (X grad 0) - v (grad {yê)) + x (3.05)

L'écriture en coordonnées cylindriques du gradient et du

divergent est :

div A = -^ + - d (^) + - (-^ )9A;3z 3r r 9a

IgradB = e^i^^ e^d^^^ e3(i 9 fe9z 9r r 9a^

(le système de coordonnées est représenté fiqure A4-1),

Dans l'encaissant :

(3.05)

on considère les phénomènes conductifs uniquement,

du fait de la symétrie autour de l'axe de l'échangeur et de la

constance des propriétés thermiques dans l'espace et le

temps les isothermes sont des cercles.

90Y xr = div (X grad 0)

= 0 car les isothermes sont des cercles90 .. r, , 90 90 1 ae'.T

y ^= div [X (-37-^ 37 -H j^)]9t

90ñt

90

-90 90s^ Ldiv (-3^+97)] car X est constante

dû , r9^0 1 9(r90/9r)-^ 9t " ^9z^

+r 9r

90 _ ^ r9^0 ^ ifG^.! M]9t 9z' gr^' r 9r

(3.06)

A32 -

« Dans l'échangeur

pour l'annulaire

. les échanges considérés sont convectifs,

. les isothermes sont des cercles,

. sur une section la température (0a) est constante (0a est fonction


(3.05) <=> 7^ = - ~ (gradCyeâ)) + x

flux échangé avecl'encaissant et le tube central

pour la surface Sade l'annulaire etsur une hauteur dz de forage

'>'|f^-(Tgrad(aa)') = [ Z'^Vo T? | ^S ^^ (6 c - 6 ¿)]/5 s

(7 constante) o

= 0 car a =0 car lesconstante sur isothermesune section sont des cercles

7% Sa + Q%] = ^^¿^ Oc-ea) + 27rXn ro ôO I (3.07 et 3.08)^ ^ ôr Ij,

o

A32 -

« Dans l'échangeur

pour l'annulaire

. les échanges considérés sont convectifs,

. les isothermes sont des cercles,

. sur une section la température (0a) est constante (0a est fonction


(3.05) <=> 7^ = - ~ (gradCyeâ)) + x

flux échangé avecl'encaissant et le tube central

pour la surface Sade l'annulaire etsur une hauteur dz de forage

'>'|f^-(Tgrad(aa)') = [ Z'^Vo T? | ^S ^^ (6 c - 6 ¿)]/5 s

(7 constante) o

= 0 car a =0 car lesconstante sur isothermesune section sont des cercles

7% Sa + Q%] = ^^¿^ Oc-ea) + 27rXn ro ôO I (3.07 et 3.08)^ ^ ôr Ij,

o

A33 -

pour_le tube central :

les hypothèses sont les mêmes que pour l'annulaire

(3.05) <=> Y ||-c = -- (grad (yQ'c))+ X

flux échangé avec l'annulaire

Y 11^ + V (Y grad (0c)) = [X.^!!l_ (0a - 0e)]/S,

90r r .90r 90'C 1 90cao ^^ 2TTrT , ,. ,Y 3t^+ v/ Ly(-37^-h 37-^7^^)] = {^I± (0a- e-c)]/S^

= 0 car 0[; = 0 carconstante isothermes

sur une sont dessection cercles

Y [f ^Sc - q||^ = X^2^T (0 3- 0e) (3.09)

Usens decirculation dufluide inverse

A. 4.2 - Solution analytique de Ramey

Descente gar l'annulaire :

cp (z,t) .^^XR(0o.gz-0p(z,t)) ^^_2^^

[ln(4Dt/rè) - r]

Dans une tranche dz de forage :

30 47rXR(0o + gz - 0|r(z,t))QYp gr = ^ (3.27)

[ln(4Dt/r^) - r]

on va intégrer par rapport à z

4ttXrP°^°"^ "^ = QYp[ln(4Dt/rJ) - rJ ^^'^^^

90p

9z(3.27) ^ + K 0^ = K (00 + gz) (A. 4.1)

A33 -

pour_le tube central :

les hypothèses sont les mêmes que pour l'annulaire

(3.05) <=> Y ||-c = -- (grad (yQ'c))+ X

flux échangé avec l'annulaire

Y 11^ + V (Y grad (0c)) = [X.^!!l_ (0a - 0e)]/S,

90r r .90r 90'C 1 90cao ^^ 2TTrT , ,. ,Y 3t^+ v/ Ly(-37^-h 37-^7^^)] = {^I± (0a- e-c)]/S^

= 0 car 0[; = 0 carconstante isothermes

sur une sont dessection cercles

Y [f ^Sc - q||^ = X^2^T (0 3- 0e) (3.09)

Usens decirculation dufluide inverse

A. 4.2 - Solution analytique de Ramey

Descente gar l'annulaire :

cp (z,t) .^^XR(0o.gz-0p(z,t)) ^^_2^^

[ln(4Dt/rè) - r]

Dans une tranche dz de forage :

30 47rXR(0o + gz - 0|r(z,t))QYp gr = ^ (3.27)

[ln(4Dt/r^) - r]

on va intégrer par rapport à z

4ttXrP°^°"^ "^ = QYp[ln(4Dt/rJ) - rJ ^^'^^^

90p

9z(3.27) ^ + K 0^ = K (00 + gz) (A. 4.1)

A34 -

0p = Ce

avec C : constante

La résolution de cette équation sans second membre

.90p(-g^ + K0p = 0) conduit à :

Kz (A. 4. 2)

La résolution de l'équation avec second membre permet de

calculer la constante C :

(A. 4.1)

(A. 4. 2) C Ke"*^^ + ^ e~^^ + KCe"*^^ = K (0o + gz)

i = MGo - gz)e^^ (A. 4. 3)

l'intégration de cette équation (A. 4. 3) par rapport à z conduit à C :

/^ Q\ KzC = (Gq + gz - ^)e -H B (A. 4. 4)

et B = constante

(A. 4. 2)

(A. 4. 4) 0p = [(00 + gz - J)e^^ + B]e-^K'

Les conditions aux limites permettent de déterminer B

à z = 0 % = ©i

et 0p = 0^ = 0^ _ £ + B

B = 00 - 0i - -aK

donc

soit pour

Of = 0, + gz - a ^ (0i - 0^ . f )e-Kz

z = h :

03 = 0^ . gh - f . (0. - 0^ . ^)e-^h

(3.29)

(3.30)

A34 -

0p = Ce

avec C : constante

La résolution de cette équation sans second membre

.90p(-g^ + K0p = 0) conduit à :

Kz (A. 4. 2)

La résolution de l'équation avec second membre permet de

calculer la constante C :

(A. 4.1)

(A. 4. 2) C Ke"*^^ + ^ e~^^ + KCe"*^^ = K (0o + gz)

i = MGo - gz)e^^ (A. 4. 3)

l'intégration de cette équation (A. 4. 3) par rapport à z conduit à C :

/^ Q\ KzC = (Gq + gz - ^)e -H B (A. 4. 4)

et B = constante

(A. 4. 2)

(A. 4. 4) 0p = [(00 + gz - J)e^^ + B]e-^K'

Les conditions aux limites permettent de déterminer B

à z = 0 % = ©i

et 0p = 0^ = 0^ _ £ + B

B = 00 - 0i - -aK

donc

soit pour

Of = 0, + gz - a ^ (0i - 0^ . f )e-Kz

z = h :

03 = 0^ . gh - f . (0. - 0^ . ^)e-^h

(3.29)

(3.30)

A35

0 Descente par le tube central

Le sens de circulation du fluide est inversé et l'équation de

départ est

90J, 4ïïXr (0F(z,t) - 00 - gz)^ "^f" ÏÏT " Lln(4Dt/rp - r] (3.31)

La procédure est la même que précédemment et la résolution

de l'équation sans second membre conduit à :

0p = C'e*^^ (A. 4. 5)

puis celle de l'équation avec second membre à

r*^^ (00 + gz + J) + B' (A. 4. 6)

donc 0^ = 0 = gz + -a + B'e*^^r O ^ K

(A. 4. 7)

La condition aux limites 0[-(z = h,t) = 0. amène

0. =0 +gh+§+B'e1 o ^ K

Kh

B' = (0. - 0^ - gh - a)e-'<h

donc 0P = 0^ . gz . f . (0. - 0^ - gh - f)e^(-^)

pour z = 0 , 0^ = 0r s

0 =0 +S+(0. _0S 0 K 1 0

donc :

^, q^ -Kh- gh - ^)e (3.33)

A35

0 Descente par le tube central

Le sens de circulation du fluide est inversé et l'équation de

départ est

90J, 4ïïXr (0F(z,t) - 00 - gz)^ "^f" ÏÏT " Lln(4Dt/rp - r] (3.31)

La procédure est la même que précédemment et la résolution

de l'équation sans second membre conduit à :

0p = C'e*^^ (A. 4. 5)

puis celle de l'équation avec second membre à

r*^^ (00 + gz + J) + B' (A. 4. 6)

donc 0^ = 0 = gz + -a + B'e*^^r O ^ K

(A. 4. 7)

La condition aux limites 0[-(z = h,t) = 0. amène

0. =0 +gh+§+B'e1 o ^ K

Kh

B' = (0. - 0^ - gh - a)e-'<h

donc 0P = 0^ . gz . f . (0. - 0^ - gh - f)e^(-^)

pour z = 0 , 0^ = 0r s

0 =0 +S+(0. _0S 0 K 1 0

donc :

^, q^ -Kh- gh - ^)e (3.33)

A36

A.4.3 - Solutions analytiques pour d'autres types de fonctionnement [3-2,3-12]

A. 4. 3.1 - Fonctionnement à puissance constante

0 Descente par l'annulaire

On a : 0 =0 + gh - -^ -i- (0. - 0 + ^)es 0 ^ Kl o K

et 0. = 0 - A01 s

-Kh (3.30)

(3.34)

qui conduisent à

®s = ®o ^ 9h - ^ - (03 - A0 - 0, -. f )e-^^

/, -Kh^ rs r^ -Khs q /, -Kh-. . -Kh<==> 0 (1-e )=0 (1-e )--^(l-e )- A0e

s 0 K

0 = 0 _ %., aÎL- ^ A0es

Kh

0 K -Kh1 - e 1 - e

-Kh

0 = 0 - g + q^ ^. +s o K 1 -Kh

1 - e

A0n Kh.(1 - e )

qh

1 - e-Kh

u Kh- qh e

n Khs(1 - e )

u M Kh.qh (1 - e ) -n Kh.(1 - e )

qh

qh

M Kh.(1 - e )

Kh(multiplication par "JTít)

donc 0 Q - a . gh - 3h_:i-^O K ^ ,., K

(1Kh.

e )

(3.35)

A36

A.4.3 - Solutions analytiques pour d'autres types de fonctionnement [3-2,3-12]

A. 4. 3.1 - Fonctionnement à puissance constante

0 Descente par l'annulaire

On a : 0 =0 + gh - -^ -i- (0. - 0 + ^)es 0 ^ Kl o K

et 0. = 0 - A01 s

-Kh (3.30)

(3.34)

qui conduisent à

®s = ®o ^ 9h - ^ - (03 - A0 - 0, -. f )e-^^

/, -Kh^ rs r^ -Khs q /, -Kh-. . -Kh<==> 0 (1-e )=0 (1-e )--^(l-e )- A0e

s 0 K

0 = 0 _ %., aÎL- ^ A0es

Kh

0 K -Kh1 - e 1 - e

-Kh

0 = 0 - g + q^ ^. +s o K 1 -Kh

1 - e

A0n Kh.(1 - e )

qh

1 - e-Kh

u Kh- qh e

n Khs(1 - e )

u M Kh.qh (1 - e ) -n Kh.(1 - e )

qh

qh

M Kh.(1 - e )

Kh(multiplication par "JTít)

donc 0 Q - a . gh - 3h_:i-^O K ^ ,., K

(1Kh.

e )

(3.35)

- A37 -

Descente par le tube central

On a Q=Q+^+iQ.-e-Qh- ^)es 0 K 1 0 ^ K

-Kh

et 0. = 0 - A01 s

(3.33)

(3.34)

qui conduisent à

0 =0 +^+(0 _A0s o K s

n u a^ -Kh0^ - gh - g)e

-Kh- -Kh,0g (1 - e-'^'') = 0^ (1 - e-'^^ + f (1 - ^ ) - (A0 + gh)e

-Kh

-Kh

0 = 0 ^ £ . (A0 ^ qh)es 0 K ( ^ _ ^-Kh )

0 = 0 ^ a ^ A0 ^ qhs 0 K (^ _ ^Kh ) (3.36)

A. 4. 3. 2 - Fonctionnement à puissance variable

On utilise le principe de superposition (Q étant constant etA0 variable).

Et à partir de l'équation (3.35) :

®s^t) - ®o - "îT -^9^gh - A0 n-1 A0. - A0. ,

f, K' h. "^ A-- , K'.h(1 - e 0 ) 1=1 1 - e 1

03(t) = 0 -0

r 1

0

h _!.

1 -

h n-1"1 -u V

K' h ^ * í¿-- e 0 1=0

A0. - A0. ,1 1-1

, K' .h1 - e 1

(3.37)

- A37 -


On a Q=Q+^+iQ.-e-Qh- ^)es 0 K 1 0 ^ K

-Kh

et 0. = 0 - A01 s

(3.33)

(3.34)

qui conduisent à

0 =0 +^+(0 _A0s o K s

n u a^ -Kh0^ - gh - g)e

-Kh- -Kh,0g (1 - e-'^'') = 0^ (1 - e-'^^ + f (1 - ^ ) - (A0 + gh)e

-Kh

-Kh

0 = 0 ^ £ . (A0 ^ qh)es 0 K ( ^ _ ^-Kh )

0 = 0 ^ a ^ A0 ^ qhs 0 K (^ _ ^Kh ) (3.36)

A. 4. 3. 2 - Fonctionnement à puissance variable

On utilise le principe de superposition (Q étant constant etA0 variable).

Et à partir de l'équation (3.35) :

®s^t) - ®o - "îT -^9^gh - A0 n-1 A0. - A0. ,

f, K' h. "^ A-- , K'.h(1 - e 0 ) 1=1 1 - e 1

03(t) = 0 -0

r 1

0

h _!.

1 -

h n-1"1 -u V

K' h ^ * í¿-- e 0 1=0

A0. - A0. ,1 1-1

, K' .h1 - e 1

(3.37)

A38

A.4.4 - Paramètres adimensionnels [[3-2,3-12]

A. 4. 4.1 - Puissance constante

Descente du flulde caloporteur par l'annulaire

Soit l'équation (3.35) :0 =0 -ngh-a. ^h - A0^ = " ^ K ,, Kh.s 0 / , r\i I.

(1 - e )

et les paramètres adimensionnels définis ainsi :

tr = 4Dt/r^ , 0^ = Qs - (0o ^ gh/2)o

A0

G = gh/A0 ,

P = QYp/4^Xph

d'après ces définitions : K

.4TTXp/QYp 1/Ph

[ln(4Dt/r=) - T] [ln(4Dt/r') - r]o ' o

et : 0 = 0J.A0 H- (0 + gh/2)

donc (3.35) < > 0rA0 + (0 + gh/2) = 0 + gh - -^ - ^^ ~ ^go 0 K ^ _ gKh^

Pl - lah a qh - A0 1

^ " U - ^ - (I . e^^J/

0, = G[i-P(ln(t^)-r .-_i-^].-L

®r = G i - ^ - , \h I -^ -H<hL 1-e Jl-e

Kh

K h =1/P

(ln(t_) - D - Z

avec Z = P [ln(t ) - r]r

donc «r = 77^*=[i-Z--i-j7,] (3.43)

A38

A.4.4 - Paramètres adimensionnels [[3-2,3-12]

A. 4. 4.1 - Puissance constante

Descente du flulde caloporteur par l'annulaire

Soit l'équation (3.35) :0 =0 -ngh-a. ^h - A0^ = " ^ K ,, Kh.s 0 / , r\i I.

(1 - e )

et les paramètres adimensionnels définis ainsi :

tr = 4Dt/r^ , 0^ = Qs - (0o ^ gh/2)o

A0

G = gh/A0 ,

P = QYp/4^Xph

d'après ces définitions : K

.4TTXp/QYp 1/Ph

[ln(4Dt/r=) - T] [ln(4Dt/r') - r]o ' o

et : 0 = 0J.A0 H- (0 + gh/2)

donc (3.35) < > 0rA0 + (0 + gh/2) = 0 + gh - -^ - ^^ ~ ^go 0 K ^ _ gKh^

Pl - lah a qh - A0 1

^ " U - ^ - (I . e^^J/

0, = G[i-P(ln(t^)-r .-_i-^].-L

®r = G i - ^ - , \h I -^ -H<hL 1-e Jl-e

Kh

K h =1/P

(ln(t_) - D - Z

avec Z = P [ln(t ) - r]r

donc «r = 77^*=[i-Z--i-j7,] (3.43)

A39

« Desczntz du fluldz caloporteur par Iz tubz central

L'équation (3.36) 0 =0 + ^ + a- et les paramètress o K / . Kn .(1 - e )

adimensionnels définis précédemment conduisent à :

rA0 + 0 + gh/2 = 0 -^ ^ + ^^ "^ ^' 0 ^ o K /, K

= [0 - i_ ah + a + ^Q + qh°r-| 2 *K-(^_^Kh)_,

M Kh.(1 - e )

A0

^ 0 'r- ,, Kh.(1 - e )

1 - e

1 1/Z0r = ^^^r-nr- - G [t - ^ - TTTTz] "«'

Pour les temps longs

donc

et

et

t -* K donc t -> ir

Z = P lln(t ) - r] ^ 00

1/Z * 0

1/Ze ^1

et Q J, déterminé par les équations (3.43) et (3.45) tend vers une limite

indéterminée .

On utilise alors le développement limité de l'exponentielle :

2 n'^ 1 21 211 2L.

e ~ 1 -I- ^j + 2!'*"'***'^n!X -> 0

A39

« Desczntz du fluldz caloporteur par Iz tubz central

L'équation (3.36) 0 =0 + ^ + a- et les paramètress o K / . Kn .(1 - e )

adimensionnels définis précédemment conduisent à :

rA0 + 0 + gh/2 = 0 -^ ^ + ^^ "^ ^' 0 ^ o K /, K

= [0 - i_ ah + a + ^Q + qh°r-| 2 *K-(^_^Kh)_,

M Kh.(1 - e )

A0

^ 0 'r- ,, Kh.(1 - e )

1 - e

1 1/Z0r = ^^^r-nr- - G [t - ^ - TTTTz] "«'


donc

et

et

t -* K donc t -> ir

Z = P lln(t ) - r] ^ 00

1/Z * 0

1/Ze ^1

et Q J, déterminé par les équations (3.43) et (3.45) tend vers une limite

indéterminée .

On utilise alors le développement limité de l'exponentielle :

2 n'^ 1 21 211 2L.

e ~ 1 -I- ^j + 2!'*"'***'^n!X -> 0

- A40

En ne considérant que les deux premiers termes du développement

- Z

1 - e(1/Z)

1 - (1 + Y+ 2^") (1 +^)

puisque (1 H- c) - 1 -t- ne (quand e petit) :

1 - e(1/Z) Z (1-^)

équation (3.43 )

- Z (1 - ^) [l _ Z . Z (1 - i^)]

z + i.a[i-z.z-i]

^=> 0r ~ - Z +1

équation(3.45) :

z -I- Z (1

z -I- i-.[i-z.z-i]iz']

-z*f

- A40

En ne considérant que les deux premiers termes du développement

- Z

1 - e(1/Z)

1 - (1 + Y+ 2^") (1 +^)

puisque (1 H- c) - 1 -t- ne (quand e petit) :

1 - e(1/Z) Z (1-^)

équation (3.43 )

- Z (1 - ^) [l _ Z . Z (1 - i^)]

z + i.a[i-z.z-i]

^=> 0r ~ - Z +1

équation(3.45) :

z -I- Z (1

z -I- i-.[i-z.z-i]iz']

-z*f

- A41

A. 4. 4. 2 - Puissance variable

L'équation (3.37)

0^(t) = 0 - gs o ^

n-1 A0. - A0. ,1-1

fK^ - ^ ^ , ^ K'h] " I^ , ' K'.1 - e o

1 = 01 - e i

et les paramètres adimensionnels définis ainsi

A0. - A0.A0r. i-l

A0tr. = 4Dt/r=

1 o

0^(t) - 0^s o^

A0

conduisent à :

e,A0 = 0^ - 0^ - gh (z;^ 1 +1 - e

VZ, ' ) -^ Zn-1 A0^ - A0^_^

1 = 0 1 - e^^/î )

sachant que Z' 1/K! h1

donc : 0r = 2h (z> _ 1A0 ^ô ^

1 - e1/Z -)

n-1 A0. - A0. ,El 1-1

i=o M - - ^^1(1 - e ' 1 ) A0

0r = - G (Zô - 1 +

1

1

eVZi, -) -t-

n-1

i=o

A0r.1

(1 - e^/î )

A. 4. 4. 3 - Jîüpéja_tuj^ d' injection_ constante

Desczntz par l'annulairz

L'équation (3.30) : 0 =0 -h gh - -^ + (0. - 0 + %) e~^^^ so^KioK


0-00'.=..^-^ , Gr - 0. - 0

1 0

_gh_0.-0

1 o

t = 4Dt/r!,r 0

conduisent à 0 =0 -I- (0. - 0 ) 0'o = 0 -K gh - -a + (0. - 0 + S) e"*^*^s 01 oR o^ Kl oK

0'j, = G -g -Kh

K(0. - 0 ) " ^®i " ®o " K^ (0. - 0 )

0'r = G - GZ -H (1 -I- GZ)e-Kh

(Z = 1/Kh)

0'^ = e^-i/Z) ,G (1 -Z-.Z e-1/^) (3.55)

- A41

A. 4. 4. 2 - Puissance variable

L'équation (3.37)

0^(t) = 0 - gs o ^

n-1 A0. - A0. ,1-1

fK^ - ^ ^ , ^ K'h] " I^ , ' K'.1 - e o

1 = 01 - e i


A0. - A0.A0r. i-l

A0tr. = 4Dt/r=

1 o

0^(t) - 0^s o^

A0

conduisent à :

e,A0 = 0^ - 0^ - gh (z;^ 1 +1 - e

VZ, ' ) -^ Zn-1 A0^ - A0^_^

1 = 0 1 - e^^/î )

sachant que Z' 1/K! h1

donc : 0r = 2h (z> _ 1A0 ^ô ^

1 - e1/Z -)

n-1 A0. - A0. ,El 1-1

i=o M - - ^^1(1 - e ' 1 ) A0

0r = - G (Zô - 1 +

1

1

eVZi, -) -t-

n-1

i=o

A0r.1

(1 - e^/î )

A. 4. 4. 3 - Jîüpéja_tuj^ d' injection_ constante

Desczntz par l'annulairz

L'équation (3.30) : 0 =0 -h gh - -^ + (0. - 0 + %) e~^^^ so^KioK


0-00'.=..^-^ , Gr - 0. - 0

1 0

_gh_0.-0

1 o

t = 4Dt/r!,r 0

conduisent à 0 =0 -I- (0. - 0 ) 0'o = 0 -K gh - -a + (0. - 0 + S) e"*^*^s 01 oR o^ Kl oK

0'j, = G -g -Kh

K(0. - 0 ) " ^®i " ®o " K^ (0. - 0 )

0'r = G - GZ -H (1 -I- GZ)e-Kh

(Z = 1/Kh)

0'^ = e^-i/Z) ,G (1 -Z-.Z e-1/^) (3.55)

A42


L'équation (3.33) : 0 =0 +§+(0.0 _ gh _ 3) e"*^*^soKio^K

et les paramètres adimensionnels définis ci-dessus conduisent à

0 =0' (0. - 0 ) + 0 =0 -f a + (0. _ 0 _ gh - £)s loooK lo^K

(0 - 0 - gh - g/K)0- = G'Z -I- -^^ -^ r e^^^^'

(0. - 0^)

-Kh

> 0'j, = e~^^/^^ + G' I Z - e

0', = e-^'/'^

rz-e^-^/^)-Ze(-^/^)]

G' [e^-^/^) - Z . Z e^-^/^)] (3.54)


t -»- oo donc tr ^ °° donc z -> °°

donc 1/Z * o donc e~ -» ^ " T (développement limité de e(x)

quand x -» o)

L'équation (3.55) conduit alors à :

0 r ~ 1 i+ G Fl - Z + Z (1-7)]

0J, -l-y-i-G-GZ-i-GZ-G

0^.-1-^-^1 car J

L'équation (3.54) conduit à

0 '^ ~ 1 -i _ G'Fd -i) - Z -. Z (1 -^)J

0'j, ... 1 _ i _ G' -I- Y^ -h G'Z - G'Z -t- G'

0'r ~ 1 - Y + Y^ ^1 car Y -^ 0

A42


L'équation (3.33) : 0 =0 +§+(0.0 _ gh _ 3) e"*^*^soKio^K

et les paramètres adimensionnels définis ci-dessus conduisent à

0 =0' (0. - 0 ) + 0 =0 -f a + (0. _ 0 _ gh - £)s loooK lo^K

(0 - 0 - gh - g/K)0- = G'Z -I- -^^ -^ r e^^^^'

(0. - 0^)

-Kh

> 0'j, = e~^^/^^ + G' I Z - e

0', = e-^'/'^

rz-e^-^/^)-Ze(-^/^)]

G' [e^-^/^) - Z . Z e^-^/^)] (3.54)


t -»- oo donc tr ^ °° donc z -> °°

donc 1/Z * o donc e~ -» ^ " T (développement limité de e(x)

quand x -» o)

L'équation (3.55) conduit alors à :

0 r ~ 1 i+ G Fl - Z + Z (1-7)]

0J, -l-y-i-G-GZ-i-GZ-G

0^.-1-^-^1 car J

L'équation (3.54) conduit à

0 '^ ~ 1 -i _ G'Fd -i) - Z -. Z (1 -^)J

0'j, ... 1 _ i _ G' -I- Y^ -h G'Z - G'Z -t- G'

0'r ~ 1 - Y + Y^ ^1 car Y -^ 0

ANNEXE 5

MISE EN OEUVRE DES PROGRAMMES

ANNEXE 5


A47


(sur Zilog)

A.5.0.1 - Logiciels

THERM. S : Constitution du fichier des données thermiques.

METEOll.S : Constitution du fichier des données météorologiques.

GEOTHS.S : Constitution du fichier des données "géothermiques".

CARPAl.S : Constitution du fichier des caractéristiques de la PAC choisie.

BILAN. S : Calcul thermique avec les données lues sur les fichiers créés

par les logiciels précédents.

A.5.0.2 - Fichiers créés par les logiciels

TITREl : Données thermiques du projet.

TITREJ : Données météorologiques du projet ( courbe jour/jour).

TITRER : Données météorologiques classées du projet.

TITREC : Données géothermiques (version Corail) du projet.

TITRER : Données géothermiques (version stockage) du projet.

TITRET : Données géothermiques (version température constante) du projet.

NOM de PAC : Données caractéristiques de la PAC (Puissance, COP, en fonction de(10 carac- la température d'entrée de l'évaporateur et de la température deteres) sortie du condenseur).TITRE3 : Fichier des résultats thermiques de l'étude

TITRER : Fichier des températures, des besoins (kWh) et de la puissancede la PAC au cours de la saison de chauffage.

avec :

TITRE : 5 premiers caractères du titre de l'étude, que l'utilisateur

rentre à la console dans chaque logiciel.

Les données sont entrées à la console (mode conversationnel).

A47


(sur Zilog)

A.5.0.1 - Logiciels

THERM. S : Constitution du fichier des données thermiques.

METEOll.S : Constitution du fichier des données météorologiques.

GEOTHS.S : Constitution du fichier des données "géothermiques".

CARPAl.S : Constitution du fichier des caractéristiques de la PAC choisie.

BILAN. S : Calcul thermique avec les données lues sur les fichiers créés

par les logiciels précédents.

A.5.0.2 - Fichiers créés par les logiciels

TITREl : Données thermiques du projet.

TITREJ : Données météorologiques du projet ( courbe jour/jour).

TITRER : Données météorologiques classées du projet.

TITREC : Données géothermiques (version Corail) du projet.

TITRER : Données géothermiques (version stockage) du projet.

TITRET : Données géothermiques (version température constante) du projet.

NOM de PAC : Données caractéristiques de la PAC (Puissance, COP, en fonction de(10 carac- la température d'entrée de l'évaporateur et de la température deteres) sortie du condenseur).TITRE3 : Fichier des résultats thermiques de l'étude

TITRER : Fichier des températures, des besoins (kWh) et de la puissancede la PAC au cours de la saison de chauffage.

avec :

TITRE : 5 premiers caractères du titre de l'étude, que l'utilisateur

rentre à la console dans chaque logiciel.

Les données sont entrées à la console (mode conversationnel).

A46 -

I : Logiciel THERM. S

A.5.L1 - But

Constitue un fichier TITREl des caractéristiques thermiques de

l'étude.

A.5.I.2 - Mise en oeuvre (sur Zilog)

Les données suivantes sont demandées à l'utilisateur (en mode conver¬

sationnel) ; il les rentre alors à la console.

- Titre de l'étude.- T I T R E X X X X... (79 caractères maximum),

- Date DATE (79 caractères maximum),

- Température de consigne (en °C):TC,

- Température de base (en °C):TB,

- Température de non chauffage (en ''OcTNC,

- Température de départ du circuit chauffage (en °C) pour TB = TDO ,

- Température de retour du circuit chauffage (en "^C) pour TB = TR 0 ,

- Puissance maximale des besoins (en kW): PMAX,

- Facteur d'intermittencerH (= 1 si utilisation continue du chauffage),- Combustible de référence : COMBUS,

(le Pouvoir Calorifique Inférieur et le Rendement sont calculés par

le programme, PCI - REND),

- Température limite de rejet (en °C):TLIMIT,

(si TREJET < TLIMIT =^ arrêt du fonctionnement de la PAC)

- Température maximale du condenseur (en °C) : TCMAXI.

N.B. : Pour l'enregistrement des données, des questions sans ambiguïté sont

posées à l'utilisateur.

A46 -

I : Logiciel THERM. S

A.5.L1 - But

Constitue un fichier TITREl des caractéristiques thermiques de

l'étude.

A.5.I.2 - Mise en oeuvre (sur Zilog)

Les données suivantes sont demandées à l'utilisateur (en mode conver¬

sationnel) ; il les rentre alors à la console.

- Titre de l'étude.- T I T R E X X X X... (79 caractères maximum),

- Date DATE (79 caractères maximum),

- Température de consigne (en °C):TC,

- Température de base (en °C):TB,

- Température de non chauffage (en ''OcTNC,

- Température de départ du circuit chauffage (en °C) pour TB = TDO ,

- Température de retour du circuit chauffage (en "^C) pour TB = TR 0 ,

- Puissance maximale des besoins (en kW): PMAX,

- Facteur d'intermittencerH (= 1 si utilisation continue du chauffage),- Combustible de référence : COMBUS,

(le Pouvoir Calorifique Inférieur et le Rendement sont calculés par

le programme, PCI - REND),

- Température limite de rejet (en °C):TLIMIT,

(si TREJET < TLIMIT =^ arrêt du fonctionnement de la PAC)

- Température maximale du condenseur (en °C) : TCMAXI.

N.B. : Pour l'enregistrement des données, des questions sans ambiguïté sont

posées à l'utilisateur.

A49

2 : Logiciel METEOll.S

A.5.2.1 - But

-Constitution d'un fichier TITREJ (données météorologiques jour/jour)

et d'un fichier TITRER (données météorologiques classées par ordre croissant(= 1) ou décroissant (= -1) des températures.

-Après modification dans TITREJ, sous éditeur de texte, de valeurs

de température et/ou date et/ou indice de jour (= position dans la semaine)

constitution du nouveau TITREJ et du nouveau TITRER, tous les éléments étant corrigés.

A.5.2.2 - Mise en oeuvre

Les données suivantes sont rentrées par l'utilisateur à la console

(mode conversationnel) :

- Titre de l'étude : TITRE X (79 caractères maximum),

(= nom du fichier déjà existant, quand on veut le recréer après correction))

- Date : DATE (79 caractères maximum),

- Température de non chauffage (en °C):TNC,

- Température choisie pour le calcul des degrés-jour (°C):TDJU,

- IFICH 1/10 : fichier déjà existant ou non -

(1) (0)

A - IFICH = 0

- Choix du relevé de température à rentrer = - jour/jour: ITEM = 1,

- cumulé : ITEM = 0.

A.l - ITEM_=_1

- Nombre de jours de la saison de chauf fage:NT,

- rentrer la date, la température, l'indice du jour (= position dans la semaine).

JOUR(I), MOIS(I), T(I), IJOUR(I),

calcul de CHTNC, indice de chauffage :

= 0 si T > TNC,

= 1 si T < TNC,

et de TJCH = ZCHTNC

calcul des degrés-jours DJU par appel du sous-programme CALDJU.

A49

2 : Logiciel METEOll.S

A.5.2.1 - But

-Constitution d'un fichier TITREJ (données météorologiques jour/jour)

et d'un fichier TITRER (données météorologiques classées par ordre croissant(= 1) ou décroissant (= -1) des températures.

-Après modification dans TITREJ, sous éditeur de texte, de valeurs

de température et/ou date et/ou indice de jour (= position dans la semaine)

constitution du nouveau TITREJ et du nouveau TITRER, tous les éléments étant corrigés.




- Titre de l'étude : TITRE X (79 caractères maximum),

(= nom du fichier déjà existant, quand on veut le recréer après correction))


- Température de non chauffage (en °C):TNC,

- Température choisie pour le calcul des degrés-jour (°C):TDJU,

- IFICH 1/10 : fichier déjà existant ou non -

(1) (0)

A - IFICH = 0

- Choix du relevé de température à rentrer = - jour/jour: ITEM = 1,

- cumulé : ITEM = 0.

A.l - ITEM_=_1

- Nombre de jours de la saison de chauf fage:NT,

- rentrer la date, la température, l'indice du jour (= position dans la semaine).

JOUR(I), MOIS(I), T(I), IJOUR(I),

calcul de CHTNC, indice de chauffage :

= 0 si T > TNC,

= 1 si T < TNC,

et de TJCH = ZCHTNC

calcul des degrés-jours DJU par appel du sous-programme CALDJU.

A50

A.2 - ITEM_=_g

- Température minimale (°C) : TMINI,

- Température maximale (°C) : TMAXI,

- Le programme affiche à la console les températures (TCUM) de TMINI jusqu'à

TMAXI (incrément de 1°C), l'utilisateur rentre la fréquence (NCUM) de chaque

température.

calcul de CHAUR (indice de chauffage par rapport à TNC):

= 0 si TCUM > TNC,

= l^^NCUM si TCUM < TNC,

et de TJCH = Z CHAUR,

calcul des degrés- jours (DJU) par appel du sous-programme CALDJU.

B - IFICH = 1 ( il existe déjà un fichier )

- Lecture sur TITRER de NT, Jl -^ indice

nb de jours dela saison de chauffage

- Jl = 0 : lecture de la courbe classée (TCUM, NCUM) sur TITRER (TITREJ n'existe pas),

- Jl = 1 : chauffage continu \ ^^^,-, . ,I lecture sur TITREJ de la

- Jl = 2 : chauffage discontinu (4,5 jours/semaine) > courbe jour/jour- Jl = 3 ; chauffage discontinu et vacances scolaires / ^ ' '

calcul de CHTNC = 0 si T > TNC, TCUM > TNC

= 1 si T < TNC

= 1*NCUM si TCUM < TNC

calcul de DJU par appel du sous-programme CALDJU et de DJTNC.

Type d'utilisation du chauffage (pour courbe jour/jour seulement)

. ICH = 0 chauffage continu

. ICH = 1 chauffage "type école"

=î> appel du sous-programme ECOLE

( CHJOU = 1 lundi , mardi , jeudi , vendredi

CHJOU =0,5 mercredi, samedi

CHJOU = 0 dimanche

A50

A.2 - ITEM_=_g

- Température minimale (°C) : TMINI,

- Température maximale (°C) : TMAXI,

- Le programme affiche à la console les températures (TCUM) de TMINI jusqu'à

TMAXI (incrément de 1°C), l'utilisateur rentre la fréquence (NCUM) de chaque

température.

calcul de CHAUR (indice de chauffage par rapport à TNC):

= 0 si TCUM > TNC,

= l^^NCUM si TCUM < TNC,

et de TJCH = Z CHAUR,

calcul des degrés- jours (DJU) par appel du sous-programme CALDJU.

B - IFICH = 1 ( il existe déjà un fichier )

- Lecture sur TITRER de NT, Jl -^ indice

nb de jours dela saison de chauffage

- Jl = 0 : lecture de la courbe classée (TCUM, NCUM) sur TITRER (TITREJ n'existe pas),

- Jl = 1 : chauffage continu \ ^^^,-, . ,I lecture sur TITREJ de la

- Jl = 2 : chauffage discontinu (4,5 jours/semaine) > courbe jour/jour- Jl = 3 ; chauffage discontinu et vacances scolaires / ^ ' '

calcul de CHTNC = 0 si T > TNC, TCUM > TNC

= 1 si T < TNC

= 1*NCUM si TCUM < TNC

calcul de DJU par appel du sous-programme CALDJU et de DJTNC.

Type d'utilisation du chauffage (pour courbe jour/jour seulement)

. ICH = 0 chauffage continu

. ICH = 1 chauffage "type école"

=î> appel du sous-programme ECOLE

( CHJOU = 1 lundi , mardi , jeudi , vendredi

CHJOU =0,5 mercredi, samedi

CHJOU = 0 dimanche

A51

Prise en compte des vacances scolaires ou non:

IIVACAN = 0 > non prise en compte

IVACAN = 1 y prise en compte

. ICHOI = 0 dates des vacances fixées dans le programme

. ICHOI = 1 date des vacances choisies par l'utilisateur

=î> création de l'indice CHJF

ÍCHJF = 0 quand vacances scolaires

CHJF = 1 quand non vacances scolaires

=* Calcul de l'indice de chauffage CHAU = CHTNC*CHJOU*CHJF

Ecriture dans les fichiers TITREJ et TITRER à l'aide des sous-programmes

SORTO, SORTI, et SORTll .

N.B. ; Après chaque enregistrement du JOUR, MOIS, T, IJOUR, il y a possibilité

de les corriger.

La console affiche des questions sans ambiguïté avant l'entrée des données.

A51

Prise en compte des vacances scolaires ou non:

IIVACAN = 0 > non prise en compte

IVACAN = 1 y prise en compte

. ICHOI = 0 dates des vacances fixées dans le programme

. ICHOI = 1 date des vacances choisies par l'utilisateur

=î> création de l'indice CHJF

ÍCHJF = 0 quand vacances scolaires

CHJF = 1 quand non vacances scolaires

=* Calcul de l'indice de chauffage CHAU = CHTNC*CHJOU*CHJF

Ecriture dans les fichiers TITREJ et TITRER à l'aide des sous-programmes

SORTO, SORTI, et SORTll .

N.B. ; Après chaque enregistrement du JOUR, MOIS, T, IJOUR, il y a possibilité

de les corriger.

La console affiche des questions sans ambiguïté avant l'entrée des données.

A 52-

3 : Logiciel GEOTHS.S

A.5.3.1 - But

Constitution d'un fichier TITREC (version CORAIL des données

"géothermiques"), d'un fichier TITRES (version stockage des données "géother¬

miques"), ou d'un fichier TITRET (version température constante).



(mode conversationnel):

- Titre de l 'étude ^-TITREC \

TITRES > Fichiers crées

TITRET/

- Date : DATE (79 caractères maximum).

A - Données pour le fichier TITRES

- Débit du forage: DGTH (m'/h),

- Température limite de rejet : TLIMIT (°C),

- Hauteur manométrique totale :HMT (en m),

- Uolume stocké: VSTO (m'),

- Température du sous-sol :T50L (°C),

- Température d'injection du stock:TINSTO C^C),

. calcul de TETAI et TETAO = températures réduites correspondant à TINSTO

et TSOL,

- Température (réduite) après soutirage de tout le stock TETAVl

. calcul de TUI (°C),- Possibilité de coorriger ces données si erreur .

A 52-

3 : Logiciel GEOTHS.S

A.5.3.1 - But

Constitution d'un fichier TITREC (version CORAIL des données

"géothermiques"), d'un fichier TITRES (version stockage des données "géother¬

miques"), ou d'un fichier TITRET (version température constante).



(mode conversationnel):

- Titre de l 'étude ^-TITREC \

TITRES > Fichiers crées

TITRET/

- Date : DATE (79 caractères maximum).

A - Données pour le fichier TITRES

- Débit du forage: DGTH (m'/h),

- Température limite de rejet : TLIMIT (°C),

- Hauteur manométrique totale :HMT (en m),

- Uolume stocké: VSTO (m'),

- Température du sous-sol :T50L (°C),

- Température d'injection du stock:TINSTO C^C),

. calcul de TETAI et TETAO = températures réduites correspondant à TINSTO

et TSOL,

- Température (réduite) après soutirage de tout le stock TETAVl

. calcul de TUI (°C),- Possibilité de coorriger ces données si erreur .

A53 -

B - Données pour fichier TITREC

Débit du forage:DGTHC (mVh),

Température limite de rejet: TLIMC (°C),

Température manométrique totale : HMT (m),

Température du sous-sol à z = 0 : TSURF (°C),

Ecart de température exploité par le dispositif CORAIL : DELTAT (°C),

Profondeur du forage rPROF (m),

Gradient géothermique :GRAD C^C/m),

Conductivité thermique de la roche :RLAMDA (W/m/'^c),

Capacité calorifique de la roche :GAMAR (J/mV°C),Capacité calorifique de l'eau: GAMAF (J/mV°C),

Rayon du forage : RAYFOR (m),

Nombre de forage(s) CORAIL: NBF.

C - Données stockées dans le fichier TITRET

Débit du forage:DGTH (m'/h).

Température constante de la source froide :TGTH (°C),

Ecart de température exploité par la PAC:DELTAT (°C),

Température limite de rejet :TLIMIT (°C),

Hauteur manométrique totale :HMT (m).

N.B. : Possibilité de corriger les valeurs si erreur,

avant enregistrement des données, des questions sans ambiguïté

sont posées à l'utilisateur.

A53 -

B - Données pour fichier TITREC

Débit du forage:DGTHC (mVh),

Température limite de rejet: TLIMC (°C),

Température manométrique totale : HMT (m),

Température du sous-sol à z = 0 : TSURF (°C),

Ecart de température exploité par le dispositif CORAIL : DELTAT (°C),

Profondeur du forage rPROF (m),

Gradient géothermique :GRAD C^C/m),

Conductivité thermique de la roche :RLAMDA (W/m/'^c),

Capacité calorifique de la roche :GAMAR (J/mV°C),Capacité calorifique de l'eau: GAMAF (J/mV°C),

Rayon du forage : RAYFOR (m),

Nombre de forage(s) CORAIL: NBF.

C - Données stockées dans le fichier TITRET

Débit du forage:DGTH (m'/h).

Température constante de la source froide :TGTH (°C),

Ecart de température exploité par la PAC:DELTAT (°C),

Température limite de rejet :TLIMIT (°C),

Hauteur manométrique totale :HMT (m).

N.B. : Possibilité de corriger les valeurs si erreur,

avant enregistrement des données, des questions sans ambiguïté

sont posées à l'utilisateur.

A 54

4 : Logiciel CARPA I.S

A.5.4.1 - But

Constitution d'un fichier REFPAC des caractéristiques de la

pompea chaleur (. uissance calorifique, oefficient de erformance) en fonction

des températures d'entrée à l'évaporateur et de sortie au condenseur.


Les données suivantes sont fournies par l'utilisateur à la console


- Titre de l'étude : TITRE XX (79 caractères maximum),


- Références de la pompea chaleur (10 caractères maximum): REFPAC ^création du

=î> fichier REFPAC ),- Température minimale (°C) de sortie du condenseur ; TSCMIN,

- Température maximale (°C) de sortie du condenseur : TSCMAX,

- Température minimale (°C) d'entrée de l'évaporateur : TEEMIN,

- Température maximale (°C) d'entrée de l'évaporateur : TEEMAX,

- Ecart de température entre deux valeurs d'entrée de l'évaporateur (°C) : PASE

( > calcul des valeurs de TEE),

- Ecart de température entre deux valeurs de sortie du condenseur (°C) : PASC

(=^> calcul des valeurs de TSC),

- Pour chaque Jtempérature d'e^ntrée de l'é^vaporateur : TEE (°C)

rentrer :/- chaque _température de ¿ortie du £ondenseur (°C) : TSC

et <- la puissance calorifique de la PAC (kW) : DPPAC I correspondant à

^- le coefficient de performance : DCOP \ TSC et TEE

N.B. :

- Possibilité de corriger les données rentrées si erreur,

- Possibilité de rentrer plusieurs fichiers correspondant à différentes

pompes à chaleur.

A 54

4 : Logiciel CARPA I.S

A.5.4.1 - But

Constitution d'un fichier REFPAC des caractéristiques de la

pompea chaleur (. uissance calorifique, oefficient de erformance) en fonction

des températures d'entrée à l'évaporateur et de sortie au condenseur.


Les données suivantes sont fournies par l'utilisateur à la console


- Titre de l'étude : TITRE XX (79 caractères maximum),


- Références de la pompea chaleur (10 caractères maximum): REFPAC ^création du

=î> fichier REFPAC ),- Température minimale (°C) de sortie du condenseur ; TSCMIN,

- Température maximale (°C) de sortie du condenseur : TSCMAX,

- Température minimale (°C) d'entrée de l'évaporateur : TEEMIN,

- Température maximale (°C) d'entrée de l'évaporateur : TEEMAX,

- Ecart de température entre deux valeurs d'entrée de l'évaporateur (°C) : PASE

( > calcul des valeurs de TEE),

- Ecart de température entre deux valeurs de sortie du condenseur (°C) : PASC

(=^> calcul des valeurs de TSC),

- Pour chaque Jtempérature d'e^ntrée de l'é^vaporateur : TEE (°C)

rentrer :/- chaque _température de ¿ortie du £ondenseur (°C) : TSC

et <- la puissance calorifique de la PAC (kW) : DPPAC I correspondant à

^- le coefficient de performance : DCOP \ TSC et TEE

N.B. :

- Possibilité de corriger les données rentrées si erreur,

- Possibilité de rentrer plusieurs fichiers correspondant à différentes

pompes à chaleur.

A55

5 : Logiciel BILAN. S

A.5.5,1 - But

Calcul thermique de l'étude TITRE à partir des données lues dans

les fichiers :

ou

TITREl (données thermiques)

TITREJ (données météorologiques jour/jour)

ITRER (données météorologiques classées)

TITREC (données "géothermiques" version CORAIL)

TITRES (données "géothermiques" version Stockage)

ou <

U T]

TITRET (données "géothermiques" version Température constante)

REFPAC (données de la pompe à chaleur)


1 - Rentrer les données suivantes (mode conversationnel) :

- Titre de l'étude : TITRE (79 caractères maximum)

^ lecture sur les fichiers

- Date : DATE (79 caractères maximum)

- IDISPO : choix du dispositif étudié (Corail = 2)

(Stockage = 1 )

(Température constante = 3)

» lecture de TITREC ou TITRES ou TITRET

- REFPAC^-lecture sur fichier REFPAC (caractéristiques de la PAC)

Calculs effectués

2.1 - \/érification_ des données

TCMAXI < TC incompatibilité PAC - données thermiques

TNC < TB ]

TNC > TC ( incompatibilité données thermiques et« météorologiques

TC < TB I

2.2 - Calcul thermigue (appel du sous-programme THERM)

. Paramètres thermiques du projet

loi départ : AD et BD

loi retour : AR et BR

loi puissance : A et B

A55

5 : Logiciel BILAN. S

A.5.5,1 - But

Calcul thermique de l'étude TITRE à partir des données lues dans

les fichiers :

ou

TITREl (données thermiques)

TITREJ (données météorologiques jour/jour)

ITRER (données météorologiques classées)

TITREC (données "géothermiques" version CORAIL)

TITRES (données "géothermiques" version Stockage)

ou <

U T]

TITRET (données "géothermiques" version Température constante)

REFPAC (données de la pompe à chaleur)


1 - Rentrer les données suivantes (mode conversationnel) :

- Titre de l'étude : TITRE (79 caractères maximum)

^ lecture sur les fichiers

- Date : DATE (79 caractères maximum)

- IDISPO : choix du dispositif étudié (Corail = 2)

(Stockage = 1 )

(Température constante = 3)

» lecture de TITREC ou TITRES ou TITRET

- REFPAC^-lecture sur fichier REFPAC (caractéristiques de la PAC)

Calculs effectués

2.1 - \/érification_ des données

TCMAXI < TC incompatibilité PAC - données thermiques

TNC < TB ]

TNC > TC ( incompatibilité données thermiques et« météorologiques

TC < TB I

2.2 - Calcul thermigue (appel du sous-programme THERM)

. Paramètres thermiques du projet

loi départ : AD et BD

loi retour : AR et BR

loi puissance : A et B

A56 -

.Calcul jour/jour (boucle) pour chaque dispositif envisagé :

Dispositif Stockage : la température de la source froide varie en fonction

du volume prélevé sur le stock suivant la loi donnée (appel du sous-programme

TSTOCK)

- calcul de VPOMP : volume pompé,

- calcul de VR : VPOMP/USTO (VSTO = volume stocké),

- calcul de TGTH (température "de la source froide" utilisée par

la PAC) à partir de VR ,

- calcul des besoins P en fonction de la température extérieure

T(IND),

- calcul de PPAC (puissance de la pompe à chaleur), COP (coefficient

de performance de la pompe à chaleur) à l'aide du sous-programme

TETA à partir de TGTH, TR, TD, TCOND (température de la source froide,

de retour, de départ, du condenseur),- calcul de la durée de fonctionnement DUAUX de la pompe à chaleur,

et de l'appoint éventuel de la chaudière PAPP,

- calcul du volume effectivement pompé (DGTH *DUAUX) .

Ecriture sur fichier TITRER de : JOUR, T, P, PPAC, PESF, PAPP, COP,

TGTH, TREJET, DELTAT, QMFC, TCOND, TD, TR.

Dispositif Corail : suivant le type de fonctionnement : continu ou

discontinu, appel du sous-programme CORCON ou TCORAI


T(IND),

- calcul de TGTH = (TETAIN -i- TETASU)/2,

- appel de TETA pour calculer PPAC, COP (puissance et COP de la

pompe à chaleur) ,

- calcul de l'appoint éventuel PAPP, et de la durée de fonctionnement

des auxiliaires DUAUX,

- calcul du volume pompé VPOMP.

Ecriture sur le fichier TITRER de : JOUR, T, P, PPAC, PESF, COR, TGTH,

TREJET, DELTAT, QMFC, TCOND, TD, TR.

A56 -

.Calcul jour/jour (boucle) pour chaque dispositif envisagé :

Dispositif Stockage : la température de la source froide varie en fonction

du volume prélevé sur le stock suivant la loi donnée (appel du sous-programme

TSTOCK)

- calcul de VPOMP : volume pompé,

- calcul de VR : VPOMP/USTO (VSTO = volume stocké),

- calcul de TGTH (température "de la source froide" utilisée par

la PAC) à partir de VR ,


T(IND),

- calcul de PPAC (puissance de la pompe à chaleur), COP (coefficient

de performance de la pompe à chaleur) à l'aide du sous-programme

TETA à partir de TGTH, TR, TD, TCOND (température de la source froide,

de retour, de départ, du condenseur),- calcul de la durée de fonctionnement DUAUX de la pompe à chaleur,

et de l'appoint éventuel de la chaudière PAPP,

- calcul du volume effectivement pompé (DGTH *DUAUX) .

Ecriture sur fichier TITRER de : JOUR, T, P, PPAC, PESF, PAPP, COP,

TGTH, TREJET, DELTAT, QMFC, TCOND, TD, TR.

Dispositif Corail : suivant le type de fonctionnement : continu ou

discontinu, appel du sous-programme CORCON ou TCORAI


T(IND),

- calcul de TGTH = (TETAIN -i- TETASU)/2,

- appel de TETA pour calculer PPAC, COP (puissance et COP de la

pompe à chaleur) ,

- calcul de l'appoint éventuel PAPP, et de la durée de fonctionnement

des auxiliaires DUAUX,

- calcul du volume pompé VPOMP.

Ecriture sur le fichier TITRER de : JOUR, T, P, PPAC, PESF, COR, TGTH,

TREJET, DELTAT, QMFC, TCOND, TD, TR.

- A57

Dispositif à température constante :

- appel de T E T A pour le calcul de la puissance et du COP de la pompe à chaleur

- calcul de l'appoint éventuel PAPP.

Ecriture sur fichier TITRER de : JOUR, T, P, PPAC, PESF, COR, TGTH, TREJET,

DELTAT, QMFC, TCOND, TD, TR

2.3- Bilan énergétique de_l' opération

Calcul de :

SIM : énergie nécessaire

S2M : énergie d'appoint ((MWh)

S3M : énergie fournie par la PAC

S4M : énergie électrique consommée par la PAC

TEPDEP : tep déplacées

TERECO : tep économisées

COPl : COP moyen annuel (sans les auxiliaires)

C0P2 : COP moyen annuel (avec les auxiliaires)

Tableau du bilan énerqétique (impression à la console et sur l'imprimante)

Ecriture des résultats sur TITRE3

- A57

Dispositif à température constante :

- appel de T E T A pour le calcul de la puissance et du COP de la pompe à chaleur

- calcul de l'appoint éventuel PAPP.

Ecriture sur fichier TITRER de : JOUR, T, P, PPAC, PESF, COR, TGTH, TREJET,

DELTAT, QMFC, TCOND, TD, TR

2.3- Bilan énergétique de_l' opération

Calcul de :

SIM : énergie nécessaire

S2M : énergie d'appoint ((MWh)

S3M : énergie fournie par la PAC

S4M : énergie électrique consommée par la PAC

TEPDEP : tep déplacées

TERECO : tep économisées

COPl : COP moyen annuel (sans les auxiliaires)

C0P2 : COP moyen annuel (avec les auxiliaires)

Tableau du bilan énerqétique (impression à la console et sur l'imprimante)

Ecriture des résultats sur TITRE3

ANNEXE 6

RESULTATS DES SIMULATIONS

ANNEXE 6


- A61


Les caractéristiques des différents projets envisagés et présentés

au chapitre 5 sont rassemblées ici.

Leurs principaux résultats ont déjà été commentés, seuls les

tableaux des caractéristiques et des résultats de chaque projet seront donnés

ici .


TEMPERATURE DE BASE (oC)

TEHPERATURE DE CONSIGNE (oC)

TEHPERATURE DE NON CHAUFFAGE (oC)

TEHPERATURE DE DEPART (oC)

TEHPERATURE DE RETOUR (oC)

PUISSANCE HAXIMALE DE CHAUFFAGE (KW)

DEBIT DU CIRCUIT PRIMAIRE (M3/H)

COEFFICIENT GV (WATT/.OC)


COMBUSTIBLE

RENDEMENT DE COHBUSTION (t)

T. HAXI DE SORTIE DU CONDENSEUR (oC)



HAUTEUR MANOMETRI(}UE TOTALE (HCE)

PROFONDEUR DU FORAGE (H)

RAYON DU FORAGE (H)


NOMBRE DE FORAGE (S) CORAIL


-2.ee

19.00

16.00

70.00

55.00

47.00

2.69

2611.11

.52

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

' .10

2.00

1

CIATTBB50




ENERGIE UTILE PAC :

ENERGIE ELECTRIQUE FAC


ELECTRICITE TOTALE



COP MOYEN ANNUEL (SANS AUXILIAIRES)

COP HOYEN ANNUEL (AVEC AUXILIAIRES) :

VOLUME POMPE



TAUX DE COUVERTURE :

TEP DEPLACEES :

TEP ECONOMISEES


25.63

7.93

HWH UTILES

HWH UTILES

1.08COHBUS REF.

17.70

4.73

.15

4.88

34.63

2.98

3.48

17.81

3.75

3.63

3743.30

3.91

12.98

69.07

2.06

.84

4.22

HWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

M 3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

%

TH/KWH

- A61


Les caractéristiques des différents projets envisagés et présentés

au chapitre 5 sont rassemblées ici.

Leurs principaux résultats ont déjà été commentés, seuls les

tableaux des caractéristiques et des résultats de chaque projet seront donnés

ici .











COMBUSTIBLE

RENDEMENT DE COHBUSTION (t)




HAUTEUR MANOMETRI(}UE TOTALE (HCE)


RAYON DU FORAGE (H)




-2.ee

19.00

16.00

70.00

55.00

47.00

2.69

2611.11

.52

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

' .10

2.00

1

CIATTBB50




ENERGIE UTILE PAC :

ENERGIE ELECTRIQUE FAC


ELECTRICITE TOTALE





VOLUME POMPE




TEP DEPLACEES :

TEP ECONOMISEES


25.63

7.93

HWH UTILES

HWH UTILES

1.08COHBUS REF.

17.70

4.73

.15

4.88

34.63

2.98

3.48

17.81

3.75

3.63

3743.30

3.91

12.98

69.07

2.06

.84

4.22

HWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

M 3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

%

TH/KWH

- A62






TEMPERATURE DE RETOUR (oC)





COMBUSTIBLE

REHDEHENT DE COMBUSTION (%)

T. MAXI DE SORTIE DU CONDENSEUR (oC)



HAUTEUR HANOHETRIQUE TOTALE (HCE)


RAYON DU FORAGE (M)

ECART DE TEHPERATURE EXPLOITE (OC)

NOHBRE DE FORAGE (S) CORAIL


-2

19

16

70

55

47

2

2611

FOD

74

55

2

3

10

100

2

1

00

00

00

00

00

00

69

11

50

00

.00

00

10

00

00

10

.00

CIATTBB65




ENERGIE UTILE PAC



ELECTRICITE TOTALE :


PUISSANCE TUERHIQUE DU CONDENSEUR



VOLUHE POMPE

TEHPERATURE MOYENNE DE REJET


TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES

TEP ECONOMISEES :


25.63

6.72

MWH UTILES

HWH UTILES

.91C0nBUS REF.

18.91

5.45

.13

5.58

34.63

2.98

3.48

21.56

3.47

3.39

3318.90

2.65

13.47

73.79

2.20

.80

3.94

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH

TEP

M3 DE FOD

KW

H3

OC

HWH

%

TH/KWH

CARACTERISTIOUES DE PROJET



TEMPERATURE DE NON CHAUFFAGE (oC)

TEMPERATURE DE DEPART (oC)


PUISSANCE MAXIHALE OE CHAUFFAGE (KW)




COMBUSTIBLE

RENDEHENT DE COHBUSTION (%)


TEHPERATURE LIHITE DE REJET (oC)




RAYON DU FORAGE (M)




«2.00

19.00

: 16.00

70.00

55.00

47.00

2.69

2611.11

: .50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

.10

2.00

1

CIATTBB75

1 BILAN ENERGETIQUE DU PROJET :



ENERGIE UTILE PAC



ELECTRICITE TOTALE




COP HOYEN ANNUEL (AVEC AUXILIAIRES)

VOLUHE POHPE

TEHPERATURE HOYENNE DE REJET


TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES :

TEP ECONOHISEES


25.63

13.92

HWH UTILES

HWH UTILES

1.89COMBUS REF.

11.71

3.66

.07

3.73

34.63

2.98

3.48

27.63

3.20

3.14

1655.08

2.24

8.05

45.70

1.36

.43

3.65

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

MWH

TEP

M3 DE FOD

KW

H3

OC

HWH

%

TH/KWH

- A62











COMBUSTIBLE

REHDEHENT DE COMBUSTION (%)






RAYON DU FORAGE (M)




-2

19

16

70

55

47

2

2611

FOD

74

55

2

3

10

100

2

1

00

00

00

00

00

00

69

11

50

00

.00

00

10

00

00

10

.00

CIATTBB65




ENERGIE UTILE PAC





PUISSANCE TUERHIQUE DU CONDENSEUR



VOLUHE POMPE

TEHPERATURE MOYENNE DE REJET


TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES

TEP ECONOMISEES :


25.63

6.72

MWH UTILES

HWH UTILES

.91C0nBUS REF.

18.91

5.45

.13

5.58

34.63

2.98

3.48

21.56

3.47

3.39

3318.90

2.65

13.47

73.79

2.20

.80

3.94

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH

TEP

M3 DE FOD

KW

H3

OC

HWH

%

TH/KWH







PUISSANCE MAXIHALE OE CHAUFFAGE (KW)




COMBUSTIBLE







RAYON DU FORAGE (M)




«2.00

19.00

: 16.00

70.00

55.00

47.00

2.69

2611.11

: .50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

.10

2.00

1

CIATTBB75

1 BILAN ENERGETIQUE DU PROJET :



ENERGIE UTILE PAC



ELECTRICITE TOTALE





VOLUHE POHPE



TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES :

TEP ECONOHISEES


25.63

13.92

HWH UTILES

HWH UTILES

1.89COMBUS REF.

11.71

3.66

.07

3.73

34.63

2.98

3.48

27.63

3.20

3.14

1655.08

2.24

8.05

45.70

1.36

.43

3.65

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

MWH

TEP

M3 DE FOD

KW

H3

OC

HWH

%

TH/KWH

A63 -







PUISSANCE MAXIHALE DE CHAUFFAGE (I /)

DEBIT DU CIRCUIT PRIHAIRE (M3/H)



COHBUSTIBLE

RENDEHENT OE COMBUSTION (%)





PROFONDEUR DU FORAGE (M)

RAYON DU FORAGE (M)




-2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

150.00

.10

2.00

1

CIATTBB35


ENERGIE UTILE TOTALE FOURSIE


ENERGIE UTILE PAC :


ELECTRICITE DES AUXILIAIRES :




COP MOYEN ANNUEL (SANS AUXILIAIRES) :

COP MOYEN ANNUEL(AVEC AUXILIAIRES) :

VOLUHE POHPE :




TEP DEPLACEES :

TEP ECONOHISEES


25.63

9.32

MWH UTILES

HWH UTILES

1.27COMBUS REF.

16.31

4.10

.15

4.25

34.63

2.98

3.48

14.42

3.98

3.83

3823.93

7.22

12.21

63.63

1.90

.83

4.45

MWH UTILES

MWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH

TEP

M3 DE FOD

KW

H3

OC

MWH

%

TH/KWH










FACTEUR DE REDUCTION DE RËGIHE (H)

COHBUSTIBLE




DEBIT DU FORAGE (H3/H)



RAYON DU FORAGE (H)




-2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

150.00

.10

2.00

1

CIATTBB50


" > =-



ENERGIE UTILE PAC :





PUISSANCE THERHIQUE DU CONDENSEUR :



VOLUHE POMPE

TEHPERATURE MOYENNE DE REJET :

ENERGIE PRELEVEE SUR LA NAPPE :


TEP DEPLACEES

TEP ECONOMISEES :


25.63

6.47

HWH UTILES

HWH UTILES

.88COHBUS REF.

19.16

4.91

.15

5.06

34.63

2.98

3.48

18.62

3.90

3.79

3641.16

5.92

14.25

74.76

2.23

.96

4.40

MWH UTILES

MWH UTILES

HWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

M3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

%

TH/KWH

A63 -







PUISSANCE MAXIHALE DE CHAUFFAGE (I /)




COHBUSTIBLE

RENDEHENT OE COMBUSTION (%)






RAYON DU FORAGE (M)




-2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

150.00

.10

2.00

1

CIATTBB35


ENERGIE UTILE TOTALE FOURSIE


ENERGIE UTILE PAC :







COP MOYEN ANNUEL(AVEC AUXILIAIRES) :

VOLUHE POHPE :




TEP DEPLACEES :

TEP ECONOHISEES


25.63

9.32

MWH UTILES

HWH UTILES

1.27COMBUS REF.

16.31

4.10

.15

4.25

34.63

2.98

3.48

14.42

3.98

3.83

3823.93

7.22

12.21

63.63

1.90

.83

4.45

MWH UTILES

MWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH

TEP

M3 DE FOD

KW

H3

OC

MWH

%

TH/KWH










FACTEUR DE REDUCTION DE RËGIHE (H)

COHBUSTIBLE







RAYON DU FORAGE (H)




-2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

150.00

.10

2.00

1

CIATTBB50


" > =-



ENERGIE UTILE PAC :








VOLUHE POMPE




TEP DEPLACEES

TEP ECONOMISEES :


25.63

6.47

HWH UTILES

HWH UTILES

.88COHBUS REF.

19.16

4.91

.15

5.06

34.63

2.98

3.48

18.62

3.90

3.79

3641.16

5.92

14.25

74.76

2.23

.96

4.40

MWH UTILES

MWH UTILES

HWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

M3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

%

TH/KWH

- A64







PUISSANCE HAXIHALE DE CHAUFFAGE (KW)

DEBIT DU CIRCUIT PRIHAIRE (H3/H)


FACTEUR DE REDUCTION DE REG IHE (H)

COHBUSTIBLE

RENDEMENT DE COMBUSTION (%)


TEHPERATURE LIMITE DE REJET (oC)


HAUTEUR HANOHETRIQUE TOTALE (MCE)


RAYON DU FORAGE (M)




:

=

2.00

19.00

16.00

70.00

: 55.00

: 47.00

: 2.69

: 2611.11

: .50

: FOD

: 74.00

: 55.00

2.00

: 3.10

: 10.00

: 150.00

: .10

: 2.00

: 1

: CIATTBB65




ENERGIE UTILE PAC :




ENERGiE TRADITIONNELLE (PCI)




VOLUME POMPE :

TEMPERATURE HOYENNE DE REJET



TEP DEPLACEES :

TEP ECONOMISEES :


25.63

4.19

HWH UTILES

HWH UTILES

.57C0HBUS REF.

21.44

5.74

.14

5.88

34.63

2.98

3.48

22.55

3.74

3.65

3406.44

4.77

15.70

83.66

2.49

1.02

4.24

HWH UTILES

HWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

H3 DE FOD

KW

H3

OC

MWH

%

TH/KWH









COEFFICIENT GV (WATT/.OC) :


COMBUSTIBLE :

RENDEHENT DE COMBUSTION (%)

T. MAXI DE SORTIE DU CONDENSEUR (oC) :

TEMPERATURE LIMITE DE REJET (oC) :


HAUTEUR MANOMETRIQUE TOTALE (HCE) :

PROFONDEUR DU FORAGE (H) :

RAYON DU FORAGE (M)




-2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

150.00

.10

2.00

1

CIATTBB75


xs3«x«SKa»xxsvsss«sxx«sx»»K



ENERGIE UTILE PAC :




ENERGIE TRADITIONNELLE (P:!) :


COP HOYEN ANDUEL(SANS AUXILIAIRES) :

COP MOYEN ANNUEL (AVEC AUXILIAIRES)

VOLUHE POMPE

TEHPERATURE HOYENNE DE REJET :



TEP DEPLACEES :

TEP ECONOHISEES


25.63

1.99

MWH UTILES

HWH UTILES

.27C0MBUS REF.

23.64

6.87

.12

7.00

34.63

2.98

3.48

28.91

3.44

3.38

3066.70

3.34

16.77

92.25

2.75

1.00

3.93

HWH UTILES

HWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

HWH

TEP

M3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

%

TH/KWH

- A64










FACTEUR DE REDUCTION DE REG IHE (H)

COHBUSTIBLE







RAYON DU FORAGE (M)




:

=

2.00

19.00

16.00

70.00

: 55.00

: 47.00

: 2.69

: 2611.11

: .50

: FOD

: 74.00

: 55.00

2.00

: 3.10

: 10.00

: 150.00

: .10

: 2.00

: 1

: CIATTBB65




ENERGIE UTILE PAC :




ENERGiE TRADITIONNELLE (PCI)




VOLUME POMPE :

TEMPERATURE HOYENNE DE REJET



TEP DEPLACEES :

TEP ECONOMISEES :


25.63

4.19

HWH UTILES

HWH UTILES

.57C0HBUS REF.

21.44

5.74

.14

5.88

34.63

2.98

3.48

22.55

3.74

3.65

3406.44

4.77

15.70

83.66

2.49

1.02

4.24

HWH UTILES

HWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

H3 DE FOD

KW

H3

OC

MWH

%

TH/KWH











COMBUSTIBLE :





HAUTEUR MANOMETRIQUE TOTALE (HCE) :


RAYON DU FORAGE (M)




-2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

150.00

.10

2.00

1

CIATTBB75


xs3«x«SKa»xxsvsss«sxx«sx»»K



ENERGIE UTILE PAC :




ENERGIE TRADITIONNELLE (P:!) :


COP HOYEN ANDUEL(SANS AUXILIAIRES) :


VOLUHE POMPE




TEP DEPLACEES :

TEP ECONOHISEES


25.63

1.99

MWH UTILES

HWH UTILES

.27C0MBUS REF.

23.64

6.87

.12

7.00

34.63

2.98

3.48

28.91

3.44

3.38

3066.70

3.34

16.77

92.25

2.75

1.00

3.93

HWH UTILES

HWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

HWH

TEP

M3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

%

TH/KWH

A65 -







PUISSANCE MAXIHALE DE CHAUFFAGE (KW)

DEBIT DU CIRCUIT PRIMAIRE (H3/H)



COHBUSTIBLE

RENDEHENT DE COHBUSTION (t)



DEBIT DU FORAGE (M3/H) i



RAYON DU FORAGE (H) :

ECART DE TEHPERATURE EXPLOITE (OC) :

NOHBRE DE FORAGE (S) CORAIL :

REFERENCE DE LA PAC UTILISEE :

: «2.00

19.00

: 16.00

70.00

: 55.00

47.00

: 2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

75.00

.10

2.00

1

CIATTBB3 5




ENERGIE UTILE PAC :






COP HOYEN ANNUEL (SANS AUXILIAIRES)


VOLUHE POHPE




TEP DEPLACEES :

TEP ECONOMISEES


25.63

11.61

HWH UTILES

HWH UTILES

1.58COHBUS REF.

14.02

3.86

.16

4.02

34.63

2.98

3.48

13.35

3.63

3.49

3880.21

3.97

10.15

54.70

1.63

.62

4.05

HWH UTILES

MWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH

TEP

H3 DE FOD

KW

H3

OC

HWH

%

TH/KWH

CARACTERISTIOUES DE PROJET :


TEHPERATURE DE CONSIGNE (oC) :

TEHPERATURE DE NON CHAUFFAGE (oC) :



PUISSANCE HAXIHALE DE CHAUFFAGE (KW) :

DEBIT DU CIRCUIT PRIMAIRE (H3/H) :

COEFFICIENT GV CWATT/.OC) :

FACTEUR DE REDUCTION DE REGIHE (H) :

COMBUSTIBLE :

RENDEMENT DE COMBUSTION (%) :




HAUTEUR HANOHETRIQUE TOTALE (HCE) :


RAYON DU FORAGE (H)


NOMBRE DE FORAGE (S) CORAIL :


2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

75.00

.10

2.00 '

1

CIATTBB50


"



ENERGIE UTILE PAC :








VOLUHE POMPE :

TEMPERATURE HOYENNE DE REJET :


TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES

TEP ECONOHISEES :


25.63

10.93

MWH UTILES

MWH UTILES

1.48COHBUS REF.

14.70

4.14

.13

4.27

34.63

2.98

3.48

17.08

3.55

3.44

3328.18

2.44

10.56

57.34

1.71

.64

4.00

MWH UTILES

MWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

MWH

TEP

M3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

%

TH/KWH

A65 -








DEBIT DU CIRCUIT PRIMAIRE (H3/H)



COHBUSTIBLE




DEBIT DU FORAGE (M3/H) i







: «2.00

19.00

: 16.00

70.00

: 55.00

47.00

: 2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

75.00

.10

2.00

1

CIATTBB3 5




ENERGIE UTILE PAC :








VOLUHE POHPE




TEP DEPLACEES :

TEP ECONOMISEES


25.63

11.61

HWH UTILES

HWH UTILES

1.58COHBUS REF.

14.02

3.86

.16

4.02

34.63

2.98

3.48

13.35

3.63

3.49

3880.21

3.97

10.15

54.70

1.63

.62

4.05

HWH UTILES

MWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH

TEP

H3 DE FOD

KW

H3

OC

HWH

%

TH/KWH








DEBIT DU CIRCUIT PRIMAIRE (H3/H) :

COEFFICIENT GV CWATT/.OC) :


COMBUSTIBLE :

RENDEMENT DE COMBUSTION (%) :






RAYON DU FORAGE (H)




2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

75.00

.10

2.00 '

1

CIATTBB50


"



ENERGIE UTILE PAC :








VOLUHE POMPE :



TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES

TEP ECONOHISEES :


25.63

10.93

MWH UTILES

MWH UTILES

1.48COHBUS REF.

14.70

4.14

.13

4.27

34.63

2.98

3.48

17.08

3.55

3.44

3328.18

2.44

10.56

57.34

1.71

.64

4.00

MWH UTILES

MWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

MWH

TEP

M3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

%

TH/KWH


»......=ï.<.«....,......«

TEMPERATURE DE BASE (oC) :


TEMPERATURE DE NON CHAUFFAGE (oC) :

TEHPERATURE DE DEPART (oC) :

TEMPERATURE DE RETOUR (oC) :


DEBIT DU CIRCUIT PRIHAIRE (H3/H) :



COHBUSTIBLE :

RENDEHENT DE COHBUSTION (%) :

T. HAXI DE SORTIE DU CONDENSEUR (oC) :


DEBIT DU FORAGE {H3/H) :


PROFONDEUR DU FORAGE (M) :

RAYON DU FORAGE (M) :

ECART DE TEMPERATURE EXPLOITE (OC) :



2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

75.00

.10

2.00

1

CIATTBB65

A66 -BILAN ENERGETIQUE DU PROJET



EQUIVALENCE

ENERGIE UTILE PAC



ELECTRICITE TOTALE


EQUIVALENCE

EQUIVALENCE


COP MOYEN ANNUELiSANS AUXILIAIRES)


VOLUME POMPE



TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES

TEP ECONOHISEES


25

16

2

9

2

2

34.

2.

.63

.48

HWH

HWH

UTILES

UTILES

.24COHBUS REF.

15

73

07

80

63

98

HWH

MWH

MWH

MWH

MWH

TEP

UTILES

UTILES

UTILES

UTILES

3

20

3

3

1660

2

6

35

1.

3.

.48

.74

.35

.27

71

23

42

69

06

36

80

M3 DE FOD

KW

M3

OC

HWH

%

TH/KWH










FACTEUR DE REDUCTION DE REGIHE (H)

COMBUSTIBLE

RENDEMENT DE COHBUSTION (%)


TEMPERATURE LIHITE DE REJET (oC)




RAYON DU FORAGE (M)




-2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

: 3.10

10.00

100.00

: .05

2.00

: 1

CIATTBB35




EQUIVALENCE

ENERGIE UTILE PAC



ELECTRICITE TOTALE

ENERGIE TRADITIONNELLE (PCi;

EQUIVALENCE

EQUIVALENCE

PUISSANCE THERMIOUE DU CONDENSEUR



VOLUHE POMPE



TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES

TEP ECONOHISEES


25.63 HWH UTILES

11.37 HWH UTILES

1.54COMBUS REF.

14.26 HWH UTILES

3.89 HWH UTILES

.16 HWH UTILES

4.05 HWH UTILES

34.63 HWH

2.98 TEP

3.48 H3 DE FOD

13.29 KW

3.67

3.52

3876.26 H3

4.39 OC

12.37 HWH

55.65 *

1.66

.65

4.10 TH/KWH


»......=ï.<.«....,......«










COHBUSTIBLE :




DEBIT DU FORAGE {H3/H) :







2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

75.00

.10

2.00

1

CIATTBB65

A66 -BILAN ENERGETIQUE DU PROJET



EQUIVALENCE

ENERGIE UTILE PAC



ELECTRICITE TOTALE


EQUIVALENCE

EQUIVALENCE


COP MOYEN ANNUELiSANS AUXILIAIRES)


VOLUME POMPE



TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES

TEP ECONOHISEES


25

16

2

9

2

2

34.

2.

.63

.48

HWH

HWH

UTILES

UTILES

.24COHBUS REF.

15

73

07

80

63

98

HWH

MWH

MWH

MWH

MWH

TEP

UTILES

UTILES

UTILES

UTILES

3

20

3

3

1660

2

6

35

1.

3.

.48

.74

.35

.27

71

23

42

69

06

36

80

M3 DE FOD

KW

M3

OC

HWH

%

TH/KWH











COMBUSTIBLE



TEMPERATURE LIHITE DE REJET (oC)




RAYON DU FORAGE (M)




-2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

: 3.10

10.00

100.00

: .05

2.00

: 1

CIATTBB35




EQUIVALENCE

ENERGIE UTILE PAC



ELECTRICITE TOTALE

ENERGIE TRADITIONNELLE (PCi;

EQUIVALENCE

EQUIVALENCE




VOLUHE POMPE



TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES

TEP ECONOHISEES


25.63 HWH UTILES

11.37 HWH UTILES

1.54COMBUS REF.

14.26 HWH UTILES

3.89 HWH UTILES

.16 HWH UTILES

4.05 HWH UTILES

34.63 HWH

2.98 TEP

3.48 H3 DE FOD

13.29 KW

3.67

3.52

3876.26 H3

4.39 OC

12.37 HWH

55.65 *

1.66

.65

4.10 TH/KWH

- A67 -











COHBUSTIBLE



TEHPERATURE LIHITE DE REJET (oC) :

DEBIT DU FORAGE (H3/H) :

HAUTEUR HANOHETRIQUE TOTALE (MCE) :






-2.00

19.00

: 16.00

70.00

55.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

.05

2.00

1

CIATTBB50


sssaxsxKvtissassssassxxxBBSaEVS



ENERGIE UTILE PAC :








VOLUHE POHPE :




TEP DEPLACEES :

TEP ECONOHISEES :


25.63

8.70

MWH UTILES

HWH UTILES

1.18C0HBUS REF.

16.93

4.73

.15

4.88

34.63

2.98

3.48

17.01

3.58

3.47

3775.48

2.72

12.20

66.04

1.97

.75

4.03

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

M3 DE FOD

KW

M3

OC

HWH

%

TH/KWH


...........c,,.... =«.,




TEMPERATURE DE DEPART (oC) :

TEHPERATURE DE RETOUR (oC) :





COMBUSTIBLE :

RENDEMENT DE COHBUSTION (%) :










-2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

.05

2.00

1

CIATTBB65


= .« ==..« =



ENERGIE UTILE PAC








VOLUHE POHPE



TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES

TEP ECONOMISEES


25

15

2

10

3

3

34

2

3

20

3

3

1839

2

7

39

1

3

63

52

MWH UTILES

MWH UTILES

IICOMBUS REF.

11

02

07

10

63

98

48

67

35

27

99

19

09

46

18

40

80

MWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

M3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

%

TH/KWH

- A67 -











COHBUSTIBLE











-2.00

19.00

: 16.00

70.00

55.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

.05

2.00

1

CIATTBB50


sssaxsxKvtissassssassxxxBBSaEVS



ENERGIE UTILE PAC :








VOLUHE POHPE :




TEP DEPLACEES :

TEP ECONOHISEES :


25.63

8.70

MWH UTILES

HWH UTILES

1.18C0HBUS REF.

16.93

4.73

.15

4.88

34.63

2.98

3.48

17.01

3.58

3.47

3775.48

2.72

12.20

66.04

1.97

.75

4.03

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

M3 DE FOD

KW

M3

OC

HWH

%

TH/KWH


...........c,,.... =«.,










COMBUSTIBLE :

RENDEMENT DE COHBUSTION (%) :










-2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

.05

2.00

1

CIATTBB65


= .« ==..« =



ENERGIE UTILE PAC








VOLUHE POHPE



TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES

TEP ECONOMISEES


25

15

2

10

3

3

34

2

3

20

3

3

1839

2

7

39

1

3

63

52

MWH UTILES

MWH UTILES

IICOMBUS REF.

11

02

07

10

63

98

48

67

35

27

99

19

09

46

18

40

80

MWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

M3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

%

TH/KWH

A6B -



TEMPERATURE DE CONSIGNE (oC) :





DEBIT DU CIRCUIT PRIHAIRE (M3/H) :



COMBUSTIBLE :



TEHPERATURE LIMITE DE REJET (oC) :








-2.00

19.00

16.00

45.00

30.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

.10

2.00

1

CIATTBB35


-" ^, = = = === = =



ENERGIE UTILE PAC :






COP HOYEN ANNUEL (SANS AUXILIAIRES) :


VOLUHE POHPE




TEP DEPLACEES :

TEP ECONOHISEES :


25.63

10.11

HWH UTILES

HWH UTILES

1.37COHBUS REF.

15.52

3.40

.15

3.56

34.63

2.98

3.48

14.35

4.56

4.36

3856.54

4.73

12.12

60.57

1.80

.91

5.07

HWH UTILES

HWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

M3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

%

TH/KWH











COMBUSTIBLE







RAYON OU FORAGE (H)




: -2.00

: 19.00

: 16.00

45.00

: 30.00

47.00

: 2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

.10

2.00

1

CIATTBB50


XXCXaasxXKBSXBKSXKMKSSSWaSK



ENERGIE UTILE PAC :



ELECTRICITE TOTALE


EQUIVALENCE :



COP HOYEN ANNUEL(AVEC AUXILIAIRES) :

VOLUHE POMPE :




TEP DEPLACEES :

TEP ECONOMISEES


25.63

7.28

HWH UTILES

HWH UTILES

.99COHBUS REF.

18.35

4.21

.15

4.36

34.63

2.98

3.48

18.45

4.35

4.20

3727.22

3.14

14.13

71.59

2.13

1.04

4.89

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

H3 DE FOD

KW

H3

OC

HWH

%

TH/KWH

A6B -








DEBIT DU CIRCUIT PRIHAIRE (M3/H) :



COMBUSTIBLE :











-2.00

19.00

16.00

45.00

30.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

.10

2.00

1

CIATTBB35


-" ^, = = = === = =



ENERGIE UTILE PAC :








VOLUHE POHPE




TEP DEPLACEES :

TEP ECONOHISEES :


25.63

10.11

HWH UTILES

HWH UTILES

1.37COHBUS REF.

15.52

3.40

.15

3.56

34.63

2.98

3.48

14.35

4.56

4.36

3856.54

4.73

12.12

60.57

1.80

.91

5.07

HWH UTILES

HWH UTILES

MWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

M3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

%

TH/KWH











COMBUSTIBLE







RAYON OU FORAGE (H)




: -2.00

: 19.00

: 16.00

45.00

: 30.00

47.00

: 2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

.10

2.00

1

CIATTBB50


XXCXaasxXKBSXBKSXKMKSSSWaSK



ENERGIE UTILE PAC :



ELECTRICITE TOTALE


EQUIVALENCE :




VOLUHE POMPE :




TEP DEPLACEES :

TEP ECONOMISEES


25.63

7.28

HWH UTILES

HWH UTILES

.99COHBUS REF.

18.35

4.21

.15

4.36

34.63

2.98

3.48

18.45

4.35

4.20

3727.22

3.14

14.13

71.59

2.13

1.04

4.89

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

H3 DE FOD

KW

H3

OC

HWH

%

TH/KWH

A69











COMBUSTIBLE

RENDEMENT OE COMBUSTION (%)






RAYON DU FORAGE (H)




-2.00

19.00

16.00

45.00

30.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

.10

2.00

1

CIATTBB6 5




ENERGIE UTILE PAC :



ELECTRICITE TOTALE


PUISSANCE THERMIOUE DU CONDENSEUR :



VOLUME POMPE :




TEP DEPLACEES :

TEP ECONOHISEES :


25.63

11.28

HWH UTILES

HWH UTILES

I.53COHBUS REF.

14.35

3.46

.09

3.56

34.63

2.98

3.48

22.37

4.14

4.03

2354.10

2.28

10.88

55.97

1.67

.78

4.69

MWH UTILES

MWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH

TEP

M3 DE FOD

KW

M3

OC

HWH

%

TH/KWH











COMBUSTIBLE







RAYON DU FORAGE (M)




-2.00

: 19.00

: 16.00

45.00

30.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

.10

2.00

1

CIATTBB75




ENERGIE UTILE PAC



ELECTRICITE TOTALE





VOLUHE POHPE




TEP DEPLACEES :

TEP ECONOHISEES


25.63

21.41

HWH UTILES

HWH UTILES

2.91COHBUS REF.

4.22

1.06

.02

1.08

34.63

2.98

3.48

28.66

3.99

3.91

530.43

2.20

3.17

16.48

.49

.22

4.55

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH

TEP

H3 DE FOD

KW

H3

OC

HWH

%

TH/KWH

A69











COMBUSTIBLE

RENDEMENT OE COMBUSTION (%)






RAYON DU FORAGE (H)




-2.00

19.00

16.00

45.00

30.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

.10

2.00

1

CIATTBB6 5




ENERGIE UTILE PAC :



ELECTRICITE TOTALE


PUISSANCE THERMIOUE DU CONDENSEUR :



VOLUME POMPE :




TEP DEPLACEES :

TEP ECONOHISEES :


25.63

11.28

HWH UTILES

HWH UTILES

I.53COHBUS REF.

14.35

3.46

.09

3.56

34.63

2.98

3.48

22.37

4.14

4.03

2354.10

2.28

10.88

55.97

1.67

.78

4.69

MWH UTILES

MWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH

TEP

M3 DE FOD

KW

M3

OC

HWH

%

TH/KWH











COMBUSTIBLE







RAYON DU FORAGE (M)




-2.00

: 19.00

: 16.00

45.00

30.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

.10

2.00

1

CIATTBB75




ENERGIE UTILE PAC



ELECTRICITE TOTALE





VOLUHE POHPE




TEP DEPLACEES :

TEP ECONOHISEES


25.63

21.41

HWH UTILES

HWH UTILES

2.91COHBUS REF.

4.22

1.06

.02

1.08

34.63

2.98

3.48

28.66

3.99

3.91

530.43

2.20

3.17

16.48

.49

.22

4.55

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH

TEP

H3 DE FOD

KW

H3

OC

HWH

%

TH/KWH

- A70











COHBUSTIBLE







RAYON DU FORAGE (M)




-2.00

19.00

16.00

45.00

30.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.30

10.00

100.00

.10

2.00

1

CIATTBB6 5




ENERGIE UTILE PAC :








VOLUHE POHPE




TEP DEPLACEES :

TEP ECONOMISEES :


1

25.63

10.18

HWH UTILES

HWH UTILES

1.38COMBUS REF.

15.44

3.72

.11

3.83

34.63

2.98

3.48

22.24

4.15

4.23

2717.07

2.36

11.72

60.26

1.79

.84

4.68

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH

TEP

M3 DE FOD

KW

H3

OC

HWH

%

TH/KWH











COMBUSTIBLE :











: -2.00

: 19.00

16.00

45.00

30.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.50

10.00

100.00

.10

2.00

1

CIATTBB65




ENERGIE UTILE PAC :






COP HOYEN ANNUEL(SANS AUXILIAIRES) :


VOLUME POHPE :




TEP DEPLACEES :

TEP ECONOMISEES :


25.63

9.21

HWH UTILES

HWH UTILES

1.25COMBUS REF.

16.42

3.95

.12

4.08

34.63

2.98

3.48

22.11

4.15

4.03

3081.63

2.42

12.46

64.05

1.91

.89

4.68

MWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

H3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

%

TH/KWH

- A70











COHBUSTIBLE







RAYON DU FORAGE (M)




-2.00

19.00

16.00

45.00

30.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.30

10.00

100.00

.10

2.00

1

CIATTBB6 5




ENERGIE UTILE PAC :








VOLUHE POHPE




TEP DEPLACEES :

TEP ECONOMISEES :


1

25.63

10.18

HWH UTILES

HWH UTILES

1.38COMBUS REF.

15.44

3.72

.11

3.83

34.63

2.98

3.48

22.24

4.15

4.23

2717.07

2.36

11.72

60.26

1.79

.84

4.68

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH

TEP

M3 DE FOD

KW

H3

OC

HWH

%

TH/KWH











COMBUSTIBLE :











: -2.00

: 19.00

16.00

45.00

30.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.50

10.00

100.00

.10

2.00

1

CIATTBB65




ENERGIE UTILE PAC :






COP HOYEN ANNUEL(SANS AUXILIAIRES) :


VOLUME POHPE :




TEP DEPLACEES :

TEP ECONOMISEES :


25.63

9.21

HWH UTILES

HWH UTILES

1.25COMBUS REF.

16.42

3.95

.12

4.08

34.63

2.98

3.48

22.11

4.15

4.03

3081.63

2.42

12.46

64.05

1.91

.89

4.68

MWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

H3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

%

TH/KWH

A71


.....=.<. = = ..<>..=..=.=...»»






PUISSANCE MAXIHALE DE CHAUFFAGE (KW) :




COHBUSTIBLE :

RENDEHENT DE COMBUSTION (%) :










-2.00

19.00

16.00

45.00

30.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.70

10.00

100.00

.10

2.00

1

CIATTBB65


XXKSSXKSKXXWSSXSSSKXSXSXXKCS



ENERGIE UTILE PAC :



ELECTRICITE TOTALE





VOLUME POHPE :




TEP DEPLACEES

TEP ECf».OHTSEES :

COEFFICIENT »^E SUBSTITUTION :

25.63

8.46

HWH UTILES

HWH UTILES

1.15C0MBUS REF.

17.17

4.13

.14

4.27

34.63

2.98

3.48

21.98

4.16

4.02

3425.31

2.45

13.04

67.22

2.00

.93

4.67

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH

TEP

M3 DE FOD

KW

H3

OC

HWH

«

TH/KWH











COHBUSTIBLE







RAYON DU FORAGE (H)




-2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

23.50

: 1.35

1305.56

1.00

FOD

74.00

55.02

2.00

3.10

10.00

100.00

.10

2.00

1

CIATTBB35




ENERGIE UTILE PAC :



ELECTRICITE TOTALE





VOLUME POHPE :




TEP DEPLACEES

TEP ECONOHISEES :


52.02

19.87

HWH UTILES

HWH UTILES

2.70COHBUS REF.

32.15

9.58

.39

9.97

70.30

6.05

7.07

13.21

3.36

3.23

9637.91

3.01

22.57

61.80

3.74

1.24

3.75

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

MWH

TEP

H3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

%

TH/KWH

A71


.....=.<. = = ..<>..=..=.=...»»






PUISSANCE MAXIHALE DE CHAUFFAGE (KW) :




COHBUSTIBLE :

RENDEHENT DE COMBUSTION (%) :










-2.00

19.00

16.00

45.00

30.00

47.00

2.69

2611.11

.50

FOD

74.00

55.00

2.00

3.70

10.00

100.00

.10

2.00

1

CIATTBB65


XXKSSXKSKXXWSSXSSSKXSXSXXKCS



ENERGIE UTILE PAC :



ELECTRICITE TOTALE





VOLUME POHPE :




TEP DEPLACEES

TEP ECf».OHTSEES :

COEFFICIENT »^E SUBSTITUTION :

25.63

8.46

HWH UTILES

HWH UTILES

1.15C0MBUS REF.

17.17

4.13

.14

4.27

34.63

2.98

3.48

21.98

4.16

4.02

3425.31

2.45

13.04

67.22

2.00

.93

4.67

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH

TEP

M3 DE FOD

KW

H3

OC

HWH

«

TH/KWH











COHBUSTIBLE







RAYON DU FORAGE (H)




-2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

23.50

: 1.35

1305.56

1.00

FOD

74.00

55.02

2.00

3.10

10.00

100.00

.10

2.00

1

CIATTBB35




ENERGIE UTILE PAC :



ELECTRICITE TOTALE





VOLUME POHPE :




TEP DEPLACEES

TEP ECONOHISEES :


52.02

19.87

HWH UTILES

HWH UTILES

2.70COHBUS REF.

32.15

9.58

.39

9.97

70.30

6.05

7.07

13.21

3.36

3.23

9637.91

3.01

22.57

61.80

3.74

1.24

3.75

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

MWH

TEP

H3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

%

TH/KWH

A72











COMBUSTIBLE







RAYON DU FORAGE (H)




-2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

23.50

1.35

1305.56

1.00

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

.12

2.00

1

CIATTBB50




ENERGIE UTILE PAC :








VOLUHE POHPE




TEP DEPLACEES :

TEP ECONOHISEES :


52.02

20.65

HWH UTILES

HWH UTILES

2.80COMBUS REF.

31.37

9.59

.29

9.89

70.32

6.05

7.07

17.10

3.27

3.17

7328.45

3.02

21.78

60.30

3.65

1.17

3.69

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH

TEP

H3 DE FOD

KW

H3

OC

HWH

%

TH/KWH











COMBUSTIBLE :










ref<;rence de la pac utilisée :

2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

23.501.35

1305.56

1.00

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

.10

2.00

1

CIATTBB65




ENERGIE UTILE PAC



ELECTRICITE TOTALE


EQUIVALENCE




VOLUME POMPE




TEP DEPLACEES

TEP ECONOHISEES


52.02

21.94

MWH UTILES

MWH UTILES

2.98COHBUS REF.

30.08

9.22

.22

9.44

70.30

6.05

7.07

20.92

3.26

3.19

5563.37

3.02

20.86

57.82

3.50

1.13

3.70

HWH UTILES

HWH UTILES

MWH UTILES

HWH UTILES

HWH

TEP

M3 DE FOD

KW

H3

OC

HWH

%

TH/KWH

A72











COMBUSTIBLE







RAYON DU FORAGE (H)




-2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

23.50

1.35

1305.56

1.00

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

.12

2.00

1

CIATTBB50




ENERGIE UTILE PAC :








VOLUHE POHPE




TEP DEPLACEES :

TEP ECONOHISEES :


52.02

20.65

HWH UTILES

HWH UTILES

2.80COMBUS REF.

31.37

9.59

.29

9.89

70.32

6.05

7.07

17.10

3.27

3.17

7328.45

3.02

21.78

60.30

3.65

1.17

3.69

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH

TEP

H3 DE FOD

KW

H3

OC

HWH

%

TH/KWH











COMBUSTIBLE :










ref<;rence de la pac utilisée :

2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

23.501.35

1305.56

1.00

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

.10

2.00

1

CIATTBB65




ENERGIE UTILE PAC



ELECTRICITE TOTALE


EQUIVALENCE




VOLUME POMPE




TEP DEPLACEES

TEP ECONOHISEES


52.02

21.94

MWH UTILES

MWH UTILES

2.98COHBUS REF.

30.08

9.22

.22

9.44

70.30

6.05

7.07

20.92

3.26

3.19

5563.37

3.02

20.86

57.82

3.50

1.13

3.70

HWH UTILES

HWH UTILES

MWH UTILES

HWH UTILES

HWH

TEP

M3 DE FOD

KW

H3

OC

HWH

%

TH/KWH

A73


SMSXBSKBBXBS««3KSS9XMHBXX







DEBIT DU CIRCUITTRTMAIRE (Hr/ff) :



COHBUSTIBLE :











2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

11.75

.67

652.78

1.00

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

.10 ^

2.00

1

CIATTBB35




EQUIVALENCE

ENERGIE UTILE PAC



ELECTRICITE TOTALE


EQUIVALENCE

EQUIVALENCE




VOLUHE POHPE



TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES

TEP ECONOHISEES


26.01 HWH UTILES

.27 HWH UTILES

.01COHBUS REF.

25.94 HWH UTILES

8.20 HWH UTILES

.29 HWH UTILES

8.49 HWH UTILES

35.15 HWH

3.22 TEP

3.53 H3 DE FOD

13.76 KW

3.17

3.06

7308.53 M3

5.77 OC

17.74 HWH

99.73 »

3.01

.89

3.55 TH/KWH











COHBUSTIBLE







RAYON DU FORAGE (H)




-2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

11.75

.67

652.78

1.00

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

.10

2.00

1

CIATTBB50




ENERGIE UTILE PAC :



ELECTRICITE TOTALE


PUISSANCE THERHIQUE DU CONDENSEUR



VOLUHE POHPE :




TEP DEPLACEES

TEP ECONOHISEES :


26.01

0.00

HWH UTILES

HWH UTILES

0.00COHBUS REF.

26.01

8.37

.23

8.60

35.15

3.22

3.53

17.53

3.11

3.02

5700.41

5.60

17.64

120.00

3.02

.87

3.52

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

M3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

t

TH/KWH

A73


SMSXBSKBBXBS««3KSS9XMHBXX







DEBIT DU CIRCUITTRTMAIRE (Hr/ff) :



COHBUSTIBLE :











2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

11.75

.67

652.78

1.00

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

.10 ^

2.00

1

CIATTBB35




EQUIVALENCE

ENERGIE UTILE PAC



ELECTRICITE TOTALE


EQUIVALENCE

EQUIVALENCE




VOLUHE POHPE



TAUX DE COUVERTURE

TEP DEPLACEES

TEP ECONOHISEES


26.01 HWH UTILES

.27 HWH UTILES

.01COHBUS REF.

25.94 HWH UTILES

8.20 HWH UTILES

.29 HWH UTILES

8.49 HWH UTILES

35.15 HWH

3.22 TEP

3.53 H3 DE FOD

13.76 KW

3.17

3.06

7308.53 M3

5.77 OC

17.74 HWH

99.73 »

3.01

.89

3.55 TH/KWH











COHBUSTIBLE







RAYON DU FORAGE (H)




-2.00

19.00

16.00

70.00

55.00

11.75

.67

652.78

1.00

FOD

74.00

55.00

2.00

3.10

10.00

100.00

.10

2.00

1

CIATTBB50




ENERGIE UTILE PAC :



ELECTRICITE TOTALE


PUISSANCE THERHIQUE DU CONDENSEUR



VOLUHE POHPE :




TEP DEPLACEES

TEP ECONOHISEES :


26.01

0.00

HWH UTILES

HWH UTILES

0.00COHBUS REF.

26.01

8.37

.23

8.60

35.15

3.22

3.53

17.53

3.11

3.02

5700.41

5.60

17.64

120.00

3.02

.87

3.52

HWH UTILES

HWH UTILES

HWH UTILES

MWH UTILES

MWH

TEP

M3 DE FOD

KW

M3

OC

MWH

t

TH/KWH

BIBLIOGRAPHIEBIBLIOGRAPHIE

Bl -

BIBLIOGRAPHIE

Ouvrages cités dans le texte ou les annexes

Chapitre 1

[l-l] REGEF (A.) .- La pompe à chaleur aujourd'hui et demain. -Cahiers du C.S.T.B.*, livraison n° 249, CSTB Magazine, n° 246,

mai 1984, p. 2-9.

[1-2] DEPRÊTER (A.), GEERAERT (B.) .- L'utilisation du sol et de

collecteurs solaires non vitrés comme source de chaleur pour le

chauffage des bâtiments par pompe à chaleur.- 2ll Xlèmesjournées

d'étude des 4 et 5 décembre 1980, Versailles, 40 p.- Paris : C.F.E.,**

1980.

[1-3] AUER (F.), BALL (D.A.), FISCHER (R.D. ) , HODGETT (D.L.) .- Design

methods for ground source heat pompe.- Jjn : International conference

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Research, 1983.

[1-4] AGENCE FRANÇAISE POUR LA MAITRISE DE L'ENERGIE***. (Service études

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[1-5] MINISTERE RECHERCHE INDUSTRIE ENERGIE.- Les chiffres clés Energie

Edition 1982-1983.- Paris : Dunod, 1982, 153 p.

[I-6] GABLE (R.) .- Le flux de chaleur en France. Détermination etsynthèse.- Orléans : BRGM****, 1980, 22 p. (rapport n° 80 SGN 048 GTH),

* Centre Scientifique et Technique du Bâtiment : 4 avenue du recteur Poincaré75782 - PARIS CEDEX 16 - tél. (1) 524-43-02

** Comité Français d'Electrothermie : 79 rue de Miromesnil - 75008 PARIS -

*** A.f'.M.E. : 27 rue Louis Vicat - 75015 PARIS - tél. (1) 645-44-71**** B.R.G.M. : Bureau de Recherches Géologiques et Minières - BP 6009

45060 ORLEANS CEDEX - tél. (38) 64-34-34

Bl -

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collecteurs solaires non vitrés comme source de chaleur pour le

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** Comité Français d'Electrothermie : 79 rue de Miromesnil - 75008 PARIS -

*** A.f'.M.E. : 27 rue Louis Vicat - 75015 PARIS - tél. (1) 645-44-71**** B.R.G.M. : Bureau de Recherches Géologiques et Minières - BP 6009

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4-8 juin 1984.- Techniques et Sciences Municipales, octobre 1984,

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froide dans le bassin Loire-Bretagne. Etat des connaissances.

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- [3-12] AUSSEUR (J.Y.), SAUTY (J.P.) .- Pompe à chaleur sol-eau et stockage

par forage à double flux. 2ll Colloque : Transferts de chaleur

dans le sous-sol, applications à son exploitation thermique,

Paris, 14-15 novembre 1984.- Société Hydrotechnique de France,

Société Française des Thermiciens.- A paraître dans la Houille

Blanche.

B9

- [3-10] SAUTY (J.P.) .- Du comportement thermique des réservoirs aquifèresexploités pour le stockage d'eau chaude ou la géothermie basse

enthalpie.- Thèse d'état en Sciences Physiques : Grenoble : 1981 :

221 p. (document BRGM, n° 33).

- [3-11] ABRAMOWITZ (M.), STEGUN (l.A.) .- Handbook of mathematical functions.New-York, Dover, National Bureau of Standards, 1968. 1046 p.

- [3-12] AUSSEUR (J.Y.), SAUTY (J.P.) .- Pompe à chaleur sol-eau et stockage

par forage à double flux. 2ll Colloque : Transferts de chaleur

dans le sous-sol, applications à son exploitation thermique,

Paris, 14-15 novembre 1984.- Société Hydrotechnique de France,

Société Française des Thermiciens.- A paraître dans la Houille

Blanche.

BIO

Chapitre 4

- [4-I] BERNIER (J.) .-La pompe de chaleur mode d'emploi :

Tome 1 : de la théorie à la pratique, 372 p. Tome 2 : applica¬

tions pratiques, 556 p.- Paris. Pyc édition, 1979-1981.

- [4-2] FONTANEL (C.) .- La pompe à chaleur, ses principes simples, ses

applications pratiques.- Aix-en-Provence : Edisud/Energies

alternatives, 1980, 133 p.

- [4-3] AGENCE INTERNATIONALE DE L'ENERGIE - ORGANISATION DE COOPERATION

ET DE DEVELOPPEMENT ECONOMIQUES .- Les systèmes de pompes à

chaleur, examen technologique.- Paris : OCDE/AIE, 1983, 225 p.

- [4-4] DUMINIL (M.) .- Les diverses familles de pompe à chaleur. -Revue générale de thermique, n° 224/225, août-septembre 1980,

p. 653-675.

- [4-5] COMITE CONSULTATIF SUR L'UTILISATION DE L'ENERGIE (C.C.U.E.) .-Les pompes à chaleur : utilisation au chauffage des locaux

d'habitation.- Annales des mines, 183ème année, n*^ 11, novem¬

bre 1977, p. 5-100.

- [4-6] AGENCE FRANÇAISE POUR LA MAITRISE DE L'ENERGIE .- Les pompes

à chaleur : guide grand public habitat.- Edition décembre 1982,

21 p.

- [4-7] AGENCE FRANÇAISE POUR LA MAITRISE DE L'ENERGIE .- Les pompes à

chaleur : guide technique habitat.- Edition Novembre 1982, 29 p.

- [4-8] ASSOCIATION RHONE ALPES POUR L'UTILISATION DES POMPES A CHALEUR

(PACRA*) .- Document technique n° 2, 47 p.

* PACRA B.P. 6083 - 69604 Villeurbanne Cedex

BIO

Chapitre 4

- [4-I] BERNIER (J.) .-La pompe de chaleur mode d'emploi :

Tome 1 : de la théorie à la pratique, 372 p. Tome 2 : applica¬

tions pratiques, 556 p.- Paris. Pyc édition, 1979-1981.

- [4-2] FONTANEL (C.) .- La pompe à chaleur, ses principes simples, ses

applications pratiques.- Aix-en-Provence : Edisud/Energies

alternatives, 1980, 133 p.

- [4-3] AGENCE INTERNATIONALE DE L'ENERGIE - ORGANISATION DE COOPERATION

ET DE DEVELOPPEMENT ECONOMIQUES .- Les systèmes de pompes à

chaleur, examen technologique.- Paris : OCDE/AIE, 1983, 225 p.

- [4-4] DUMINIL (M.) .- Les diverses familles de pompe à chaleur. -Revue générale de thermique, n° 224/225, août-septembre 1980,

p. 653-675.

- [4-5] COMITE CONSULTATIF SUR L'UTILISATION DE L'ENERGIE (C.C.U.E.) .-Les pompes à chaleur : utilisation au chauffage des locaux

d'habitation.- Annales des mines, 183ème année, n*^ 11, novem¬

bre 1977, p. 5-100.

- [4-6] AGENCE FRANÇAISE POUR LA MAITRISE DE L'ENERGIE .- Les pompes

à chaleur : guide grand public habitat.- Edition décembre 1982,

21 p.

- [4-7] AGENCE FRANÇAISE POUR LA MAITRISE DE L'ENERGIE .- Les pompes à

chaleur : guide technique habitat.- Edition Novembre 1982, 29 p.

- [4-8] ASSOCIATION RHONE ALPES POUR L'UTILISATION DES POMPES A CHALEUR

(PACRA*) .- Document technique n° 2, 47 p.

* PACRA B.P. 6083 - 69604 Villeurbanne Cedex

Bll

- [4-9] CIAT* .- Conseils techniques pour l'installation d'une pompe

de chaleur EAU/EAU.- Dossier technique n° 2, février 1978, 6 p.

- [4-10] ANNEQUIN (R.), BOUTIGNY (J.) .- Thermodynamique.- 3ème édition. -Paris : Vuibert, 1976, 231 p.

- [4-II] DUMON (R.) .- Economies et conversions d'Energie .- Paris :

Masson, 1980, 165 p.

- [4-I2] OLIVET (J.) .- Le chauffage géothermique.- Paris : Eyrolles,1982, 282 p.

- [4-I3] CIAT*.- Pompes à chaleur monoblocs EAU/EAU, série TB-B.-

Notice technique n° 2713, février 1983, 11 p.

- [4-14] METEOROLOGIE NATIONALE .- Relevés mensuels du temps 1982-1983.

- [4-I5] WOLF (R.) .- Chauffage et conditionnement électrique des locaux. -Paris : Eyrolles, 1971, 225 p.

- [4-I6] Manuel CARRIER .- 1ère partie : Bilan thermique.- Paris : CarrierCorporation, 1960, 155 p.

- [4-17] RIETSCHEL (H.), RAISS (W.) .- Traité de chauffage et de climatisation.- Paris : Dunod, 1974, 2 tomes : 649 p., 678 p.

- [4-I8] Décret n° 82-269 du 24 Mars 1982 .- Ministère de l'Urbanismeet du Logement.

- [4-I9] FROEHLICH (R.) .- Fréquence des températures moyennes journalières, degrés-jours .- Gif-sur-Yvette : AMPERE** 82, 1983

(rapport interne AMP 82-06), 65 p.

* CIAT : COMPAGNIE INDUSTRIELLE D'APPLICATIONS THERMIQUES : 83 rue de Villiers92523 Neuilly-sur-Seine, tél. : 758-11-66

** AMPERE : ASSISTANCE POUR LA MAITRISE DES PROCEDES PAR L'EMPLOI RATIONNELDES ENERGIES : Plateau du Moulon, 91190 Gif-sur-Yvette

Bll

- [4-9] CIAT* .- Conseils techniques pour l'installation d'une pompe

de chaleur EAU/EAU.- Dossier technique n° 2, février 1978, 6 p.

- [4-10] ANNEQUIN (R.), BOUTIGNY (J.) .- Thermodynamique.- 3ème édition. -Paris : Vuibert, 1976, 231 p.

- [4-II] DUMON (R.) .- Economies et conversions d'Energie .- Paris :

Masson, 1980, 165 p.

- [4-I2] OLIVET (J.) .- Le chauffage géothermique.- Paris : Eyrolles,1982, 282 p.

- [4-I3] CIAT*.- Pompes à chaleur monoblocs EAU/EAU, série TB-B.-

Notice technique n° 2713, février 1983, 11 p.

- [4-14] METEOROLOGIE NATIONALE .- Relevés mensuels du temps 1982-1983.

- [4-I5] WOLF (R.) .- Chauffage et conditionnement électrique des locaux. -Paris : Eyrolles, 1971, 225 p.

- [4-I6] Manuel CARRIER .- 1ère partie : Bilan thermique.- Paris : CarrierCorporation, 1960, 155 p.

- [4-17] RIETSCHEL (H.), RAISS (W.) .- Traité de chauffage et de climatisation.- Paris : Dunod, 1974, 2 tomes : 649 p., 678 p.

- [4-I8] Décret n° 82-269 du 24 Mars 1982 .- Ministère de l'Urbanismeet du Logement.

- [4-I9] FROEHLICH (R.) .- Fréquence des températures moyennes journalières, degrés-jours .- Gif-sur-Yvette : AMPERE** 82, 1983

(rapport interne AMP 82-06), 65 p.

* CIAT : COMPAGNIE INDUSTRIELLE D'APPLICATIONS THERMIQUES : 83 rue de Villiers92523 Neuilly-sur-Seine, tél. : 758-11-66

** AMPERE : ASSISTANCE POUR LA MAITRISE DES PROCEDES PAR L'EMPLOI RATIONNELDES ENERGIES : Plateau du Moulon, 91190 Gif-sur-Yvette

B12

Chapitre 5

- [5-I] MARTIN (J.C), FAURE (S.) .- Etude thermique économique des projetsde pompe à chaleur sur nappe. Programme de calcul automatique. -

Bordeaux : BRGM, 1983, 44 p. (rapport BRGM n° 83 SGN 291 AQI).

- [5-2] BOUCHET (M.) .- Exploitation thermique des aquifères. Evaluationdu bilan thermique d'une pompe à chaleur sur nappe. Couplage avec un

stockage intersaisonnier d' eau chaude.- Grenoble : Institut National

Polytechnique. Section planification des systèmes énergétiques

(ENSIEG - lEJE) : rapport de stage fin d'étude, juin 1983, 46 p.

Chapitre 6

- [6-1] ELECTRICITE DE FRANCE (Direction générale) .- Evolution des prixdes énergies en France.- Novembre 1982, 7p., (rapport EDF n° B09).

- [6-2J ENERGIE PLUS .- Revue de l'association technique pour les économies

d'énergie.- 47, avenue Laplace, 94110 ARCEUIL, Tél.: (1) 656-91-43.

- \6-S\ JAUDIN (F.) .- Contribution à l'étude des possibilités d'utilisationde l'eau souterraine par les pompes à chaleur. Analyse bibliographique

et technique de l'exploitation thermique des aquifères superficiels.

Mesures et essais d'interprétations des fluctuations naturelles de

température de l'eau souterraine peu profonde sur le site du Val

d'Orléans.- Thèse 3ème cycle : Sciences (matières premières minérales

et énergétiques) : Orléans : 1985 (à paraître).

- [6-4] AGENCE FRANÇAISE POUR LA MAITRISE DE L'ENERGIE .- Aides financièresdans l'habitat.- Edition mai 1982, 26 p. et Addenda octobre 1983, 4 p.

B12

Chapitre 5

- [5-I] MARTIN (J.C), FAURE (S.) .- Etude thermique économique des projetsde pompe à chaleur sur nappe. Programme de calcul automatique. -

Bordeaux : BRGM, 1983, 44 p. (rapport BRGM n° 83 SGN 291 AQI).

- [5-2] BOUCHET (M.) .- Exploitation thermique des aquifères. Evaluationdu bilan thermique d'une pompe à chaleur sur nappe. Couplage avec un

stockage intersaisonnier d' eau chaude.- Grenoble : Institut National

Polytechnique. Section planification des systèmes énergétiques

(ENSIEG - lEJE) : rapport de stage fin d'étude, juin 1983, 46 p.

Chapitre 6

- [6-1] ELECTRICITE DE FRANCE (Direction générale) .- Evolution des prixdes énergies en France.- Novembre 1982, 7p., (rapport EDF n° B09).

- [6-2J ENERGIE PLUS .- Revue de l'association technique pour les économies

d'énergie.- 47, avenue Laplace, 94110 ARCEUIL, Tél.: (1) 656-91-43.

- \6-S\ JAUDIN (F.) .- Contribution à l'étude des possibilités d'utilisationde l'eau souterraine par les pompes à chaleur. Analyse bibliographique

et technique de l'exploitation thermique des aquifères superficiels.

Mesures et essais d'interprétations des fluctuations naturelles de

température de l'eau souterraine peu profonde sur le site du Val

d'Orléans.- Thèse 3ème cycle : Sciences (matières premières minérales

et énergétiques) : Orléans : 1985 (à paraître).

- [6-4] AGENCE FRANÇAISE POUR LA MAITRISE DE L'ENERGIE .- Aides financièresdans l'habitat.- Edition mai 1982, 26 p. et Addenda octobre 1983, 4 p.

81 :

Annexes

. Annexe 1

[A1-1] MOUREAU (M.) .- Guide pratique pour le système internationald'unité (S.I.).- Paris : Technip, 1980, 46 p.

2 - Ouvrages consultés

- ARMSTEAD (H.C.H.).- La géothermie : exploration, forage, exploitation.- Paris :

Le Moniteur, 1981, 380 p.

- AUSSEUR (J.Y.) .- Etude d'un système de stockage de chaleur intersaisonnier en

sous-sol.- Thèse de 3Bme cycle : Mécanique : Grenoble : 1980, 124 p.

- BONNET (M.) .- Méthodologie des méthodes de simulation en hydrogéologie. -

Thèse d'Etat : Sciences: Nancy : 1978.- Orléans : BRGM, 1982, document n° 34,

438 p.

- GOGUEL (J.) .- La Géothermie.- Paris : Doin, 1975.- 171 p.

- GRIMA (M.) .- Modélisation des bilans thermiques des aquifères à surface libre.

Influence de la zone non saturée et étude des panaches de rejet de pompe à

chaleur.- Thèse de 3ème cycle : Grenoble : 1984.- Orléans : BRGM, 1984,

188 p. (rapport n° 84 SGN 108 EAU).

- MARSILY (G. de) .- Hydrogéologie quantitative.- Paris : Masson, 1981, 215 p.

- VAUCLIN (M.) .- Etude expérimentale et numérique du drainage de nappes

à surface libre. Influence de la zone non saturée.- Thèse d'Etat : Sciences :

Grenoble : 1975, 196 p.

81 :

Annexes

. Annexe 1

[A1-1] MOUREAU (M.) .- Guide pratique pour le système internationald'unité (S.I.).- Paris : Technip, 1980, 46 p.

2 - Ouvrages consultés

- ARMSTEAD (H.C.H.).- La géothermie : exploration, forage, exploitation.- Paris :

Le Moniteur, 1981, 380 p.

- AUSSEUR (J.Y.) .- Etude d'un système de stockage de chaleur intersaisonnier en

sous-sol.- Thèse de 3Bme cycle : Mécanique : Grenoble : 1980, 124 p.

- BONNET (M.) .- Méthodologie des méthodes de simulation en hydrogéologie. -

Thèse d'Etat : Sciences: Nancy : 1978.- Orléans : BRGM, 1982, document n° 34,

438 p.

- GOGUEL (J.) .- La Géothermie.- Paris : Doin, 1975.- 171 p.

- GRIMA (M.) .- Modélisation des bilans thermiques des aquifères à surface libre.

Influence de la zone non saturée et étude des panaches de rejet de pompe à

chaleur.- Thèse de 3ème cycle : Grenoble : 1984.- Orléans : BRGM, 1984,

188 p. (rapport n° 84 SGN 108 EAU).

- MARSILY (G. de) .- Hydrogéologie quantitative.- Paris : Masson, 1981, 215 p.

- VAUCLIN (M.) .- Etude expérimentale et numérique du drainage de nappes

à surface libre. Influence de la zone non saturée.- Thèse d'Etat : Sciences :

Grenoble : 1975, 196 p.

- B14 -

Périodiques consultés

- Chauffage ventilation conditionnement/Association des Ingénieurs de chauffage

et de Ventilation de France .- Paris : Pyc Edition .

- Energie magazine .- Paris : Socidoc - Bip.

- Energie Plus .- Arcueil : Association technique pour les économies d'énergie.

- Europe Energie .- Bruxelles : Europe information service.

- Géothermie actualités /Service public géothermie (AFME/BRGM) .- Orléans :

Editions du BRGM.

- Revue de l'énergie .- Paris : Editions techniques et économiques.

- Revue générale de thermique .- Paris : Editions européennes thermique et

industrie.

- B14 -

Périodiques consultés

- Chauffage ventilation conditionnement/Association des Ingénieurs de chauffage

et de Ventilation de France .- Paris : Pyc Edition .

- Energie magazine .- Paris : Socidoc - Bip.

- Energie Plus .- Arcueil : Association technique pour les économies d'énergie.

- Europe Energie .- Bruxelles : Europe information service.

- Géothermie actualités /Service public géothermie (AFME/BRGM) .- Orléans :

Editions du BRGM.

- Revue de l'énergie .- Paris : Editions techniques et économiques.

- Revue générale de thermique .- Paris : Editions européennes thermique et

industrie.

exploitation thermique du sous-sol par un Échangeur...

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