Géothermie / PAC sur nappe - ALTO Ingénierie€¦ · pas perturber l’échange 2011_09_06 10 ....

Géothermie / PAC sur nappe

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1.  Présentation générale sur la géothermie (30 min)

2.  PAC sur nappe : analyse fonctionnelle, limites de prestations, autres questions (1h30)

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Qu’est-ce que la géothermie

  Géothermie

Profonde

Géothermie

Classique

Géothermie

Superficielle 2011_09_06 3

A. Géothermie profonde - Dogger   Objectif : assurer directement avec un forage l’eau chaude nécessaire au chauffage et à l’ECS

  Utilisation des sources chaudes : exemple du Dogger situé entre 1500 mètres et 2000 mètres

en Ile de France

  Intérêt principal : eau chaude à environ 70°C

  Inconvénient : coût du doublet de forage (~10M€)

  Domaine d’application : projet de très grande taille (Maison de la Radio) ou alimentation d’un réseau de chaleur (1800 logements à Orly)

 + Systèmes Géothermiques Améliorés pour production d’électricité et/ou de la chaleur à partir de forages à très grande profondeur (~5000 m) échelle ZAC ou ville 2011_09_06 4

A. Géothermie profonde - Dogger

Forage dévié de type pétrolier Plateforme de forage : 5000 m² Qualité de l’eau : corrosive (échangeur en titane)

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A. Géothermie profonde - Dogger

70°C

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B. Géothermie classique

  Utilisation des ressources énergétiques du sous-sol pour une profondeur inférieure à 100 m

  Température de la source : ~ 12°C

  Inconvénient : énergie non valorisable directement pour faire du chaud (recours à une PAC) mais utilisable pour faire du rafraîchissement

  Domaine d’application : bâtiment

  Différentes techniques : nappe, sondes géothermiques, pieux géothermiques

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B. Géothermie classique - nappe

  Nappe permet d’évacuer l’énergie excédentaire

 Nappe peut constituer une source de rafraîchissement directe

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B. Géothermie classique - nappe

  Géothermie : énergie renouvelable

  Une source d’énergie dont la température est stable Mais attention aux excès!

 Que faire lorsque les nappes ne sont pas exploitables ou n’existent pas?

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B. Géothermie classique - sondes   Principe : faire circuler de l’eau dans une sonde d’environ 100 m afin d’échanger avec le sol

  Puissance d’une sonde ~ 5kW

  Respecter un espacement suffisant entre sondes afin de ne pas perturber l’échange

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B. Géothermie classique - pieux   Principe : utiliser la structure du bâtiment (pieux structurels) pour échanger avec le sol

  Nombreuses réalisations en Autriche, Suisse, …

  Difficulté : associer deux fonctions différentes (risque, responsabilité, …)

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C. Géothermie superficielle – capteurs horizontaux

  Principe : même à une faible profondeur, le sol a une température plus stable que celle de l’air

  Puissance faible : ~12 W/ml

  Surface importante : 1m2 traité = 1 m2 de capteurs (2 couches)

 Domaine d’application : maison individuelle …

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C. Géothermie superficielle – puits canadien

-20 °C

-10 °C

0 °C

10 °C

20 °C

30 °C

40 °C

janvier février mars avril mai juin juillet août septembre octobre novembre décembre

Température extérieure

Température en sortie de puits

  Principe : faire transiter dans des canalisations enterrées de l’air extérieur afin de le préchauffer en hiver et de le rafraîchir en été

  Surface d’échange (été) : 0,05 – 0,1 m2/(m3/h)

  Domaine d’application : maison individuelle, autres ?

 Garantie de confort ?

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Contexte réglementaire •  Code minier :

  Tout forage à plus de 10 mètres doit être déclaré (DREAL) ;   100 m : autorisation (en cours de modification)

•  Loi sur l’eau :   Débit supérieur à 8 m3/h et inférieur à 80 m3/h : dossier de déclaration ;   Débit supérieur à 80 m3/h (ou V>200 000 m3) : demande d’autorisation.

•  Répartition des compétences :   Dossier ou demande à déposer par le maître d’Ouvrage au préfet de

département ou au préfet de police (départements : 75, 92, 93 et 94) ;   Instruction des dossiers par la DREAL d’Ile-de-France pour les

départements 77, 78, 91 et 95 et par le STIIIC (Service Technique Interdépartemental d’Inspection des Installations Classées) pour Paris et les départements de la petite couronne.

D. PAC sur nappe en Ile-de-France

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Intérêts des solutions sur nappe •  Intégration architecturale :

  Absence ou limitation des groupes extérieurs ou aéroréfrigérants, des conduits de cheminée, des grilles de prise ou de rejet d’air ;

  Cas particulier des bâtiments classés « Monument Historique ».   Positionnement des différents forages (puisage et réinjection) : sens

d’écoulement de la nappe et distances minimales par rapport aux ouvrages existants (notice d’incidence).

•  Performances énergétiques :   Performances stables de la machine mais émetteurs BT ;   Possibilités de transferts énergétiques (1 kWh elec = 6 kWh énerg) +

possibilité de rafraîchissement direct (attention conso. pompes puisage)

•  Avantages environnementaux :   Utilisation du sol comme source d’énergie (directe ou indirecte).   Limitation des dégagements de CO2.

•  Avantages économiques :   Une seule machine pour faire le chaud et le froid ;   Diminution des coûts énergétiques.


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Méthodologie : études préalables •  Existence d’une nappe susceptible de fournir le débit requis

à l’installation.

•  Profondeur et qualité de la nappe afin d’estimer si le coût du forage est trop élevé.

•  Température de l’eau de la nappe en hiver et en été.

•  Contexte administratif / réglementaire particulier : existence d’un périmètre de protection lié à un forage d’eau potable …

•  Intervention d’un hydrogéologue pour poursuivre cette démarche (faisabilité, notice d’incidence, suivi des travaux, …).


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Méthodologie : analyse de la garantie de la ressource •  Forage d’essai :

  Mesures des caractéristiques de la nappe ;   Essai de pompage pour validation du débit.

•  Procédure AQUAPAC :   Assurance à souscrire par le maître d’ouvrage ;   Garantie de recherche ;   Garantie de perennité.


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Maintenance •  Maintenance de la PAC : inchangée.

•  Maintenance des ouvrages de forage :   Surveillance semestrielle :

  Surveillance visuelle des têtes de forage ;   Mesures hydrodynamiques ;   Mesures des caractéristiques physico-chimiques de l’eau ;   Surveillance visuelle de la qualité de l’eau pouvant conduire à des recherches

bactériologiques.   Surveillance tous les 5 ans :

  Surveillance endoscopique des ouvrages ( éventuelle régénération pour détruire par exemple bactéries pouvant colmater crépine). Nécessite dépose et repose de la pompe d’exploitation.

  Entretien :   Nettoyage par pompage, par action mécanique voire chimique en cas de colmatage ;   Nettoyage par brossage voire désinfection (eau de Javel ou eau oxygénée), par air-lift   + essai de puits   Rechemisage en cas d’ouvrages endommagés.


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Coûts •  Etudes spécifiques : 30 k€ (attention : forage d’essai).

•  Investissements (forages) :   Intervention en milieu urbain sans contrainte forte : de 500 € HT / ml à 1000 €

HT / ml ;   Intervention en milieu urbain avec contrainte forte : 2700 € HT / ml ;

•  Investissements (échangeur)

•  Maintenance :   Maintenance annuelle : de 1500 € HT à 3000 € HT ;   Visite endoscopique : 2500 € HT ;   Détartrage : 8000 € HT.

•  Redevance à l’Agence de l’eau : 46 € / 1000 m3 (2004) / 3,5 € / 1000 m3 (2008).


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A. Limites de prestations

A la charge du lot « Forage»

La réalisation des forages de rejet et de puisage ;

L’équipement des forages

La fourniture, la pose et le raccordement de la pompe de forage à vitesse variable, et fourniture d’une pompe de rechange

Mise à disposition des informations et alarmes techniques pour la GTB

A la charge du lot « CVC »

Liaisons hydrauliques entre les têtes de puits et le local technique.

Les vannes en attente en local technique pour le raccordement des réseaux enterrés de liaisons aux forages

L’indication des pertes de charge des équipements en local technique, côté forage, pour dimensionnement de la pompe

Le pilotage de la variation de débit de la pompe de forage.

Fourniture du régulateur des pompes de forage et de leurs alimentations électriques

Raccordement du système de suivi (températures, débits, énergie)

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B. Analyse fonctionnelle   Exemple Hermès Pantin

 Scénarii de fonctionnement : selon quatre modes (basculement automatique et CO manuel (attention coquille CCTP)) : 1. Mode Hiver – Besoins en chaud > froid 2. Mode Mi-saison – Besoins en froid > chaud 3. Mode Eté A – Besoins en froid – Utilisation directe de la nappe (T nappe < 16°C) et des thermofrigopompes : 4. Mode Eté B – Besoins en froid – Utilisation directe de la nappe impossible (T nappe > 16°C), utilisation des thermofrigopompes

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Scénario 1 – Hiver chaud > froid

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Scénario 2 : Mi-saison Froid > Chaud

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Scénario 3 : Eté nappe + PAC (T nappe = 12°C)

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Scénario 4 : Eté PAC seules (T nappe > 16°C)

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Schéma de principe distribution

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Analyse fonctionnelle

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C aler la fourniture d'énergie aux besoins du bâtiment

Identifier les besoins par zone

Identifier la saison

Identifier la température extérieure

C ontrôler la consommation des

PAC

Gérer l'énergie puisée par la nappe

Permuter les échangeurs en casd'encrassement

Gérer la pos itiondes vannes

S électionner le bon mode de

fonctionnement

Identifier lesbesoins

de la zone tertiaire

identifier les besoins de la zone sport

identifier les besoins de

la zone res taurant

Mesurer la temp. de retour du réseau C O1

Mesurer la temp. de retour du réseau E C 1


prendre en compteun calendrier annuel

L imiter les allumages s imultanés des

PAC

C ontrôler la cascade des

PAC

Mesurer les puissances délivrées

Gérer les pompes

Mesurer l'énergie puisée par la nappe

Mesurer la température de

puisage


rejet

Mesurer le débitpuisé

Mesurer la températureextérieure

Vérifier l'encrassementdes échangeurs

Mesurer la perte de charge des échangeurs

Gérer la pompe de forage Gérer M/A

Gérer son débit

Gérer les pompes primaires Gérer M/A

Gérer les pompes secondaires Gérer M/A

Gérer leur débit

E n été, éviter lacondensation sur panneaux rayo.

Assurer la pérennitédes ins tallations . Nettoyer les filtres

Ventiler le L T prod

Maintenir la press iondu réseau

Détecter les défautsdes équipements

Détecter un risquede condensation

Mesurer l'humidité relative de l'air

extérieur

Intégrer un diagram.de l'air humide

F orcer la tempéra-‐ture de soufflage

des C TAs

Accorder une priorité sur la T soufflage

P iloter la V2V d'alimentation de

la BF

E n été, palier à un manque de puiss . des panneaux rayo.

Mesurer le nombrede personnesdans la salle






PAC





fonctionnement





la zone res taurant






PAC


PAC


Gérer les pompes



puisage


rejet






Gérer son débit



Gérer leur débit








extérieur



des C TAs



la BF



Gestion des thermofrigopompes

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PAC





fonctionnement





la zone res taurant






PAC


PAC


Gérer les pompes



puisage


rejet






Gérer son débit



Gérer leur débit








extérieur



des C TAs



la BF



Gestion des pompes primaires de forage

Permutation des échangeurs et gestion des vannes primaires

Gestion des pompes primaires de forage

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PAC





fonctionnement





la zone res taurant






PAC


PAC


Gérer les pompes



puisage


rejet






Gérer son débit



Gérer leur débit








extérieur



des C TAs



la BF



Equipements nécessaires au bon fonctionnement du système

Réseaux secondaires + vannes primaires

Permuter les forages

Détecter les colmatages

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Production d’ECS par désurchauffe Cf CCTP CVC Hermès Pantin – paragraphe Régulation

Produire l’ECS du RIE Piloter les pompes de

circula6on Piloter la désurchauffe

(V3V) Mesurer la température du ballon

Mesurer la température de départ ECS

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Cas de la CAF de Lyon

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