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Analyse d'un système géothermique résidentiel comportant des puits courts et inclinés

Gauthier, Philippe (2011). Analyse d'un système géothermique résidentiel comportant des puits courts et inclinés. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce mémoire est une analyse technico-économique portant sur l’utilisation d’un échangeur géothermique comportant des puits très courts et insérés en angle dans le sol. Ce type d’installation géothermique particulier est employé pour le chauffage et la climatisation d’une nouvelle maison située dans une banlieue tout juste au nord-est de Montréal. L’échangeur géothermique à l’étude comporte dix-sept puits au total soit huit puits de 12 mètres et neuf puits de 23 mètres, insérés depuis le sous-sol de la maison selon un angle par rapport à la verticale de 35 et 65 degrés, respectivement. Le profil de charge thermique de la maison est déterminé à partir d’un modèle numérique de cette dernière et de ses différentes composantes mécaniques qui sont implémentés dans le logiciel TRNSYS ainsi que son application TRNBuild. L’échangeur géothermique quant à lui est traité à partir de Matlab avec un nouveau modèle source linéaire finie plus flexible et plus efficace au niveau des réponses horaires pour puits inclinés. Les simulations à long terme démontrent que les effets axiaux sont relativement faibles lorsque l’on considère une température moyenne constante à la surface du sol. Par contre, lorsque les variations réelles de température extérieure sont appliquées une différence marquée est observable au niveau des températures de sortie du fluide entre l’échangeur géothermique à puits courts et inclinés et un échangeur vertical conventionnel de même dimension. Cependant, la dimension totale de l’échangeur à l’étude est pratiquement doublée par rapport à un échangeur à puits verticaux standard pour obtenir les mêmes performances. Une étude économique considérant les coûts d’installation ainsi que l’influence au niveau des performances de la thermopompe démontre que l’utilisation d’un échangeur géothermique comportant des puits courts et inclinés devient rentable après 17.3 années, alors que celui comportant des échangeurs standards est rentable après 14.6 années.

Titre traduit

Analysis of a residential geothermal system with short and inclined boreholes

Résumé traduit

This thesis is a technical and economic analysis on the use of a geothermal exchanger with very short boreholes angle-inserted into the ground. This particular type of geothermal facility is used for heating and cooling a new house in a northeast suburb of Montreal. The geothermal exchanger under study involves eight boreholes of 12 meters and nine borholes of 23 meters, for a total of 17, inserted from the basement of the house at vertical angles of 35 and 65 degrees, respectively. The thermal load profile is based on a numerical model of the house and its mechanical components. The house has been implemented in the TRNSYS software and its application TRNBuild. The geothermal exchanger is processed from Matlab with a new finite line source model which is more flexible and effective in response times for inclined boreholes. The long-term simulations demonstrate that the axial effects are relatively small when considering a steady mean temperature at ground surface. On the other hand, when the external temperature variations are applied, a marked difference can be observed in the fluid outlet temperatures between a geothermal exchanger with short and inclined boreholes and a standard vertical one with the same total length. However, the studied exchanger dimension is almost doubled in comparison of a standard vertical geothermal exchanger to achieve the same performances. An economic study considering the costs of installation and the impact in terms of performance of the heat pump demonstrates that using a geothermal exchanger with short and droop becomes profitable after 17.3 years in comparison with a conventional one which becomes profitable after 14.6 years.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique" Bibliogr. : f. [80]-83.
Mots-clés libres: Pompes géothermiques. Pompes à chaleur. Habitations Chauffage et ventilation. Axial, Court, Échangeur, Effet, Fini, Géothermique, Incliné, Linéaire, Logiciel, Puits, Source, TRNBuild, TRNSYS, Thermopompe
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Lamarche, Louis
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Kajl, Stanislaw
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 26 oct. 2011 20:10
Dernière modification: 20 févr. 2017 22:39
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/926

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