Géothermie en SED

Géothermie en SED

Pleiades v6.26.3.0 et + Depuis sa version 6.26.3.0, Pleiades dispose d'un outil de simulation et d'aide au dimensionnement de champs de sondes géothermiques verticales utilisable dans le cadre des calculs de SED uniquement.

1 Principes généraux

L'outil proposé est adapté aux projets de GMI (Géothermie de minime importance).

Un projet peut comporter au plus un seul champ de sondes géothermiques verticales. Ce champ doit être saisi en bibliothèque sous la forme d'une source amont eau de type captage et associé en bibliothèque à un ou plusieurs systèmes thermodynamiques qui seront utilisés dans le projet. La saisie permet de positionner de manière quelconque des sondes supposées verticales, toutes identiques et reliées en parallèle.

Une simulation annuelle de SED réalise un calcul du comportement du champ de sondes sur la première année de fonctionnement du champ de sondes. Les performances de la ou les PAC qui y sont reliées tiennent compte de la température des sondes. La dérive de la température des sondes est prise en compte.

Dans Pleiades Résultats, un onglet Géothermie permet de visualiser le bilan énergétique du champ de sondes et de l'ensemble des PAC associées et de réaliser un calcul approché sur plusieurs années permettant de visualiser la dérive en température des sondes et les températures minimale et maximale du fluide en entrée du champ de sondes.

2 Saisie en bibliothèque

Le champ de sondes est modélisé sous la forme d'une source amont eau de type Captage .

2.1 Onglet Paramètres principaux

Dans l'onglet Paramètres principaux, le choix Statique/Dynamique permet de choisir le type de modèle retenu.

• Statique : correspond au modèle issu de la méthode Th-BCE, c'est-à-dire un modèle où la température du sol suit une évolution sinusoïdale au fil de l'année, dans tenir compte de l’interaction entre le sol et le champ de sondes. C'est le modèle de la réglementation (RT2012/RE2020), qui peut aussi être utilisé en SED.

• Dynamique : correspond au modèle développé spécifiquement pour la SED qui tient compte d'une description fine du champ de sondes et qui tient compte de l'interaction entre les sondes et le sol.

Ce choix affiche plusieurs onglets supplémentaires, une case Mode expert ainsi que plusieurs champs de saisie supplémentaires.

2.1.1 Champs de saisie supplémentaires

• Caractéristiques du fluide caloporteur : Il s'agit généralement d'eau glycolée. Préciser la chaleur spécifique et la masse volumique du fluide. Le bouton permet d'accéder à une calculette proposant des valeurs en fonction de la nature et de la concentration massique du glycol.
• Température initiale du sol : Il s'agit de la température moyenne du sol sur toute la longueur des sondes avant le démarrage de l'installation. Elle est supposée constante, ce qui est valable dès lors que les sondes mesurent quelques dizaines de mètres. Cette température peut être obtenue expérimentalement via un Test de Réponse Thermique (TRT). Si le TRT a été réalisé sur une profondeur différente de la profondeur des sondes, il est possible de retrouver la température requise en cliquant sur le bouton Calculette est en choisissant Calculer depuis les données du TRT.

La température recherchée est calculée en tenant compte de l'écart de profondeur entre les sondes du projet et la sonde de TRT ainsi que du gradient géothermique local.

Sur l'exemple ci-dessus, le TRT, qui a été effectué avec une sonde de 200 m, a mesuré une température de 21,2 °C. En considérant un gradient géothermique de 2,8 K pour 100 m, la température moyenne du sol sur une profondeur de 100 m (celle des sondes du projet) est de 19,8 °C.

Lorsque la localisation du projet a été précisée et qu'elle se trouve en France métropolitaine, il est aussi possible de récupérer cette température à partir de la base de données du BRGM. Cette base de données comporte des valeurs pour des sondes de 50, 100 et 200 m de profondeur. Une interpolation est réalisée dans le cas où la profondeur des sondes du projet est différente.

• Dans le cas d'un fonctionnement à vitesse variable, il faut saisir les écarts de température (supposés fixes) en entrée de PAC, en modes chaud et froid. Le débit sera ajusté en fonction de la puissance échangée.
• Dans le cas d'un fonctionnement Tout ou rien, il faut saisir les débits (supposés fixes) en modes chaud et froid. Il s'agit des débits en entrée/sortie du champ de sondes, donc un cumul des débits circulant dans chacune des sondes. L'écart de température entre l'entrée et la sortie du champ de sondes sera ajusté en fonction de la puissance échangée.

2.1.2 Mode expert

Cette case permet d'accéder à la "fonction G" qui caractérise le champ de sondes de manière analytique. Cette fonction G peut être calculée automatiquement puis exportée ou importée (lorsqu'elle a été calculée précédemment, éventuellement par un autre outil que Pleiades). Toutes ces manipulations ont lieu dans l'onglet Fonction G.

2.2 Onglet Paramètres détaillés

Cet onglet sert à préciser :

• La profondeur d'une sonde : Elles sont supposées toutes être verticales et de même longueur.
• Le diamètre d'une sonde.
• La distance minimale entre les sondes : ce paramètre n'a pas d'effet sur les calculs. Il sert à faciliter le positionnement des sondes sur le plan.
• La conductivité thermique du sol : Le sol est supposé homogène, il s'agit donc d'une conductivité moyenne. Si le projet est localisé en France métropolitaine, le bouton permet de récupérer la valeur de la conductivité à partir de la base de données cartographique du BRGM.
• La capacité thermique volumique du sol : Le sol est supposé homogène, il s'agit donc d'une capacité moyenne. Une liste à choix permet de récupérer une valeur caractéristique pour le type de roche sélectionné.

2.3 Onglet Champ de sondes

Cet onglet sert à la description géométrique du champ de sondes. Plus précisément, c'est la position des sondes les unes par rapport aux autres qui est paramétré ici.

La liste à choix propose deux descriptions régulières rectangulaires ou en L et une saisie graphique où les sondes peuvent être placées de manière quelconque.

2.3.1 Mode dessiné

Cliquer sur le bouton Dessiner le champ de sondes pour accéder à la fenêtre de saisie graphique.

Cette fenêtre reprend la structure de l'onglet Plan du Modeleur, avec notamment, des boutons dans la marge gauche : bouton d'outils en haut et boutons de visualisation en bas.

2.3.1.1 Boutons outils

Sélection : pour sélectionner une ou plusieurs sondes Ajout sonde individuelle : cliquer pour ajouter une sonde sur le plan. Le cercle autour du point matérialise la demi-distance minimale entre deux sondes. Si la distance entre la sonde a saisir et une sonde précédemment saisie est inférieur à la distance minimale, le cercle s'affiche en rouge. Ajout champ de sondes : Une palette permet de paramétrer un champ de sondes régulier à maille rectangulaire ou orthorhombique (rectangle centré). Effacer un sonde : cliquer sur une sonde pour l'effacer. Effacer toutes les sondes : vide la saisie. Aligner et répartir équitablement les sondes : sert à recaler les sondes préalablement sélectionnées selon une ligne verticale ou horizontale, et à la répartir régulièrement selon ces mêmes lignes. Afficher les cotes : Dessiner ou effacer une cote. La palette permet d'effacer l'ensemble des cotes.

2.3.1.2 Boutons de visualisation

Afficher les parcelles cadastrales : pour la France : un petit menu permet d'activer l'import des données depuis la base de données publique. Il est ensuite possible d'activer l'affichage ou non de ces parcelles. Afficher les arbres issus de l'environnement urbain du modeleur Afficher le fond de plan : ce fond de plan peut être issu d'un fichier spécifique, à importer, ou bien de celui de l'environnement urbain du modeleur. Afficher l'emprise au sol du bâtiment

Pour valider la saisie, cliquer sur en bas à gauche. Pour annuler la saisie, cliquer sur la bouton ou fermer la fenêtre.

2.3.2 Modes rectangulaire ou en L

Ces modes permettent de décrire un positionnement régulier selon un maillage rectangulaire, en forme de rectangle plein ou de L.

Les champs de saisie permettent de préciser le nombre de sondes selon chaque axe, le pas du maillage selon chaque axe et, pour les configurations en L, le nombre de lignes de sondes selon chaque branche du L.

2.4 Onglet Fonction G

Cet onglet ne s'affiche que lorsque le mode Expert a été activé. Il sert à afficher le graphique de la fonction G. Les axes de cette fonction sont sans unité. L'échelle des abscisses est une échelle logarithmique du temps adimensionné t/t_s, où t_s=H²/(9.α_s), avec H, la profondeur d'une sonde, et α_s, la conductivité thermique du sol.

Selon l'option choisie dans l'onglet Paramètres principaux, cet onglet présente différentes fonctionnalités :

• Calculé : Le bouton Calculer lance le recalcul de la fonction G à partir du paramétrage des onglets Paramètres détaillés et Champ de sondes. Le bouton Visualiser affiche les coordonnées des points de la fonction G (en général une quarantaine de points) et permet de les exporter vers un tableur.
• Importé : Dans ce cas, la fonction G est supposée connue par l'utilisateur. L'unique bouton Importer/Exporter permet de charger une fonction G depuis un fichier texte tabulé et de modifier à la main les coordonnées des points de la fonction G. L'export reste possible. En revanche, aucun calcul n'est possible et les onglets Paramètres détaillés et Champ de sondes sont masqués puisqu'ils ne sont plus nécessaires.