Analysis of shared geothermal borefield configurations

Résumé

Les systèmes géothermiques sont utilisés dans des applications de pompes à chaleur depuis des décennies. Les systèmes communautaires et hybrides gagnent en popularité depuis quelques années. Malencontreusement, presque tous les modèles de puits géothermiques disponibles sont limités à une seule condition d'entrée pour chaque tube en U et les modèles de champs géothermiques à la même condition d'entrée pour chaque puits. Ce projet de recherche propose des modèles et applications aux systèmes partagés et hybrides géothermiques dans des applications résidentielles/solaires. Le but du projet est d'améliorer l'efficacité du transfert de chaleur et de stockage des puits et champs géothermiques partagés et hybrides en séparant leurs conditions d'admission. L'approche utilisée dans ce projet de recherche peut être divisée en trois parties: le modèle de sol, le modèle de simple tube en U et modèle de double tube en U. Le modèle du sol utilise une méthode de différences finies (CVFDM) en 2D et diffusion seulement. Le modèle analytique fluide-sol de simple tube en U est basé sur l’analogie de résistance thermique en delta, en ajoutant une résistance à l'extérieur du puits pour tenir compte d’un facteur de forme. Le modèle à double tubes en U est un ajout à un modèle existant qui considère l’angle, la distance entre les jambes des tubes en U, ainsi que le sens de l’écoulement. Le débit de massique et la chaleur spécifique du fluide peuvent être définis indépendamment dans chaque tube en U. Dans les applications, le circuit de pompes à chaleur de 12 bâtiments résidentiels et le circuit de 24 m2 de capteurs solaires par résidence ont été couplés à des configurations de puits géothermiques et de champs de puits différents. Trois principales catégories de configurations sont simulées: une boucle mitigée qui mélange les fluides de circuits en amont du champ de puits, une ségrégation des circuits dans différents puits dans un champ (puits indépendants) et la ségrégation des circuits dans chaque tube en U de doubles tubes en U (circuits indépendants). La consommation d'énergie de chaque pompe à chaleur sur de trois ans était 10 884 kWh pour le cas de base sans capteurs solaires. La boucle mitigée a économisé 2,4%, tout comme pour les forages indépendants en configuration centrale avec 4,5 m et les configurations en quinconce de 3 m et 4,5 m. Le circuit indépendant a donné les meilleurs résultats avec 6,4% d'économies pour le cas 16 puits et 9,3% pour le 24 puits.

Date	26 mai 2016
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Louis Lamarche (Directeur(-trice)) & Daniel Rousse (Codirecteur(-trice))