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Étude des performances d’un échangeur géothermique air-sol horizontal placé autour des fondations d’un bâtiment résidentiel

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Patin, Mathieu (2020). Étude des performances d’un échangeur géothermique air-sol horizontal placé autour des fondations d’un bâtiment résidentiel. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Un échangeur air-sol aussi appelé puits canadien est un système qui permet de diminuer la charge de chauffage/climatisation créée par la ventilation. Il consiste en un réseau de tubes souterrains dans lesquels circule l’air avant d’être introduit dans le bâtiment. Bien que connu depuis longtemps ces systèmes restent rares, entre autres en raison des coûts liés à l’excavation. En plaçant l’échangeur autour des fondations du bâtiment lors de sa construction, ces coûts sont annulés. Cependant l’espace disponible est alors limité. L’étude présente cherche à estimer si une configuration de ce type est viable économiquement pour une habitation unifamiliale située à Montréal. Dans ce but des simulations utilisant le logiciel TRNSYS furent effectuées.

Une étude de dimensionnement est menée pour trouver la configuration donnant les meilleurs résultats. Elle conclut que des tubes de petits diamètres constitués de matériaux peu chers donnent de meilleurs résultats. Ils doivent également être placés le plus profond et le plus loin possible des fondations. Les résultats mettent en avant des pertes importantes par courtcircuitage et par couplage. En somme, environ 50 % de la chaleur sensible échangée avec le sol est ainsi réellement utile. Pour l’habitation étudiée, l’échangeur dans sa configuration optimale permet de réduire la charge de chauffage/ climatisation de 711 kWh/an. Cette valeur est trop faible pour compenser, dans un délai raisonnable, l’achat et l’installation de l’échangeur. L’étude n’indique donc pas de bonne perspective pour le système au Québec. Une étude de sensibilité est également effectuée et conclue que les résultats des simulations sont fortement liés aux paramètres utilisés pour caractériser le sol et le climat.

Titre traduit

Performance study of a horizontal earth-to-air heat exchanger placed around the foundations of a residential building

Résumé traduit

An earth-to-air heat exchanger is a system that decreases a building heating/cooling load. It is composed of an underground pipe network in which air circulates before being injected into the building. Even if though this technology had been known for a while, it is rarely used namely because of the cost associated with excavation. Nevertheless, if the heat exchanger is placed around the foundations during their construction, this cost is vanished. However, the space available is then limited. This study tries to estimate the economic viability of this kind of configuration for a one-family house in Montréal. For this, simulations were carried out using the TRNSYS software.

A sizing study was done to find the configuration that gives the best results. It concluded that ducts with small diameters made of a cheap material are better and that they should be placed as deep and as far of the foundation as possible. The results show significant losses by thermal short-circuiting and coupling. Only around 50 % of the sensible heat exchanged with the ground is used to reduce the load. The heat exchanger in its optimal configuration reduces the heating/cooling load of the building by 711 kWh/year. This value is too low to yield a reasonable payback period for the purchase and the installation of the exchanger. This study does not indicate a great potential for this type of system in Quebec. A sensitivity study was also carried out and its conclusion are that the simulation results are strongly tied to the ground and weather parameters used.

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 avec memoire en efficacité énergétique et énergies renouvelables". Comprend des références bibliographiques (pages 99-107).
Mots-clés libres: échangeur air-sol, puits canadien, TRNSYS, simulation de bâtiment, VRC
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Rousse, Daniel R.
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de l'environnement
Date de dépôt: 11 janv. 2021 16:52
Dernière modification: 11 janv. 2021 16:52
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2594

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