Puits climatiques (Arbres STD et AMAPOLA de l'Editeur)

Le puits climatique en STD

Le puits climatique peut être utilisé pour préchauffer ou pré-rafraîchir, selon la saison, l'air de ventilation d'une ou plusieurs zones thermiques du bâtiment. Il est possible de définir un ou plusieurs puits climatiques sur un même projet.

Pour un puits climatique donné, deux cas de figure sont possibles selon le mode de description de la ventilation des zones thermiques :

• Ventilation simplifiée : Le puits climatique est connecté à des zones thermiques dont la ventilation est décrite de manière simplifiée (scénarios). Dans ce cas, l’utilisateur peut définir un débit fixe ou un débit variable heure par heure (via un scénario). Il peut aussi caractériser un échangeur double-flux placé en sortie.
• Ventilation détaillée : Le puits climatique est connecté à des VMC (calcul aéraulique) via la coche correspondante au niveau de la VMC :

Dans ce cas, le débit dans le puits est déterminé par le système de VMC en fonction des débits des bouches de soufflage et de l’éventuel recyclage de l’air. Ce mode permet plus de possibilités que le précédent, en particulier sur le traitement de l’air, sur la prise en compte de l’effet de l’échangeur double-flux et son by-pass.

Dans tous les cas, un by-pass du puits climatique peut intervenir.

Ces deux cas de figure s’excluant mutuellement, un puits climatique ne peut pas simultanément être connecté à des VMC (ventilation détaillée) et à des zones thermiques (ventilation simplifiée).

Pour ajouter un puits climatique, effectuer un clic droit sur Projet dans l'arborescence.

L'écran de configuration apparaît. Un schéma permet alors de visualiser les caractéristiques du puits climatique. La modification des caractéristiques se fait par les onglets situés au dessus du schéma.

La description du puits climatique se décompose en six parties :

• le sol, dans lequel il est implanté
• sa géométrie
• les tubes
• l'influence du bâtiment
• la ventilation
• le by-pass du puits climatique

1 Le sol

Cliquer sur le bouton "Sol" pour accéder à la fenêtre de configuration du sol.

Renseigner les informations relatives au sol :

• exposition au vent de la surface du sol : (abrité : protégé par la végétation par exemple; à sévère : très exposé, en bord de mer par exemple)
• type de surface, qui sera traduit en coefficient d'absorption (gazon, neige, béton...)
• humidité à la surface, responsable d'échanges latents entre l'air et le sol.
• les caractéristiques du sol
  • Conductivité (W/m.K)
  • Capacité thermique (J/(kg.K))
  • Masse volumique (kg/m³)

Un menu déroulant "Données prédéfinies" renseigne automatiquement les valeurs standards des caractéristiques du sol pour différents types de sol (sable, terre lourde, gravier...).

2 Géométrie du puits

Cliquer sur le bouton "Géométrie" pour accéder à la fenêtre de configuration.

Renseigner les informations relatives à la géométrie du puits :

• le nombre de couches (couche = ensemble de tubes situés à une même profondeur)
• la largeur maximale du puits : largeur maximale de la superficie occupée par le puits.
• la longueur moyenne des tubes
• les profondeurs des différentes couches
• le nombre de tubes de chaque couche

Les tubes sont supposés montés en parallèles.

3 Caractéristiques des tubes

Cliquer sur le bouton "Tubes" pour accéder aux caractéristiques des tubes.

Renseigner les information sur les tubes utilisés :

• L'épaisseur de la paroi (m)
• Le diamètre extérieur (m)
• La conductivité thermique de la paroi (W/m.K)
• La masse volumique de la paroi (kg/m³)
• La capacité thermique de la paroi (J/kg.K)

La liste déroulante "Type de tube" permet de choisir un type de tube. Ses caractéristiques sont automatiquement renseignées.

Dans le cas d'un tuyau annelé, il faudra calculer ses caractéristiques équivalentes.

4 Influence du bâtiment

Cliquer sur le bouton "Influence du bâtiment".

Renseigner les informations :

• Surface du puits située sous la partie chauffée du bâtiment : permet de calculer l'influence de la température du bâtiment sur le sol.
• Distance entre le centre du puits et le centre du bâtiment : du centre de la zone couverte par le puits au centre du bâtiment. Permet de quantifier l'influence du bâtiment sur le puits
• Température moyenne du bâtiment des zones en contact avec le sol.
• Résistance thermique de la dalle du bâtiment

Si le bâtiment présente plusieurs températures ou dalles différentes, calculer une moyenne pondérée par la surface.

5 Caractéristiques de ventilation

Cliquer sur le bouton "Ventilation".

Ce bouton n'est utile que si le puits climatique sert à ventiler des zones thermiques dont la ventilation est décrite de manière simplifiée. (ie. "hors enveloppe aéraulique").

Renseigner les caractéristiques de ventilation :

• Le rendement de l'échangeur air-air placé en série à la sortie du puits (en pourcentage).
  • 0% : le puits souffle directement
  • 100% : l'échangeur récupère toute la chaleur de la zone et le puits climatique n'a alors pas d'influence.

• L'activation ou non du by-pass de l'échangeur air-air pour les périodes chaudes permet de récupérer l’énergie de l'air extrait.
• La température d'activation du by-pass.
• La température de désactivation du by-pass (qui doit être inférieure à la température d'activation).

Pour déterminer l'activation ou non du by-pass de l'échangeur air-air, c'est la moyenne glissante sur 2 jours de la température intérieure des zones au prorata des débits qui est considérée.

• les débits de ventilation pour chaque zone concernée :

Deux méthodes possibles :

• Saisir un débit fixe dans la colonne Débit
• Sélectionner un scénario de ventilation dans la colonne Scénario

Par défaut, la définition d'un débit de ventilation par puits climatique dans une zone désactive les ventilations externes de la zone afin d'éviter le cumul des débits. Pour activer la ou les ventilations externes, décocher les cases "Désactiver V.ext non cont." ou "Désactiver V.ext Cont.". La ventilation externe s'ajoutera alors à la ventilation par le puits climatique.

6 By-pass du puits climatique

Le by-pass permet, lorsque les conditions extérieures sont plus favorables, de ventiler le bâtiment avec de l'air provenant directement de l'extérieur plutôt que via le puits climatique. Deux types de régulation sont proposées : la régulation sur la température extérieure et la régulation saisonnière optimisée.

6.1 Régulation sur la température extérieure

Le by-pass tout ou rien est activé lorsque la température extérieure est comprise entre les deux températures saisies par l’utilisateur. Ceci signifie que le puits climatique n’est pas by-passé lorsque la température extérieure est inférieure à Tmin ou supérieure à Tmax (avec Tmin < Tmax). Cette régulation, relativement basique, n'est pas optimale, mais elle se rencontre fréquemment.

6.2 Régulation saisonnière optimisée

Cette régulation s’appuie sur la définition des saisons de chauffage et de refroidissement du projet. Le by-pass est actif en intersaison (ie. en dehors des deux saisons de chauffage et de refroidissement). Il est aussi actif de manière à favoriser la température la plus élevée en saison de chauffage et la plus basse en saison de refroidissement, en comparant la température extérieure et la température en sortie de puits climatique.

Ce by-pass n’est pas total. On considère que 5% du débit circule dans le puits climatique lorsque celui-ci est by-passé. Ceci permet de tenir compte d’une réalité (aucun système mécanique n’obstrue le puits climatique et il est donc ventilé selon l’équilibre des pressions) et d’assurer le calcul de la température de sortie du puits climatique. Le taux de by-pass maximal est donc de 95%. Ce mode de régulation peut, dans certains cas, engendrer des oscillations d’un pas de temps à l’autre du fait que la température de l’air en sortie du puits climatique dépend du débit circulant dans le puits.

7 Sorties spécifiques

Les graphiques experts permettent de tracer les courbes de température du système "puits climatique" pour :

• la température de l'air en entrée du puits
• la température de l'air au milieu du puits (position médiane entre l'entrée et la sortie)
• la température de l'air en sortie du puits (avant un éventuel échangeur)
• la température de l’air fourni par le puits climatique au bâtiment (intègre les effets d’un éventuel by-pass du puits climatique et d’un échangeur double flux)
• la puissance thermique transmise au bâtiment. Cette puissance est calculée de manière simplifiée. Pour des débits de ventilation représentant des taux de renouvellement d'air élevés, elle peut être imprécise.
• le débit soufflé (y compris air provenant du by-pass)
• le by-pass du puits climatique (en %)
• l'efficacité moyenne du puits climatique (en %). Cette efficacité est définie comme la capacité du puits climatique à atténuer les variations de températures de l’air extérieur.
• La température équivalente du sol non perturbé à la profondeur du puits climatique
• L'énergie fournie par le sol à l'air circulant dans le puits. Comptée positivement si l’énergie est reçue par l’air, négativement si elle est cédée par l’air.

8 En savoir plus

Le modèle de puits climatique proposé a été validé à une profondeur de 1,60 m.

Pour plus d'informations, vous pouvez accéder au document "Le composant Puits climatique de COMFIE" disponible en cliquant sur "menu démarrer" > "IZUBA énergies" > "Documentation" > "Puits Canadien.pdf".