RAPPORT Puits Canadien

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Configuration DU 2009/2010 Fichier météo

Données sol

W/m/K

Données sol

c

MJ/m3/K

Mois d‟étude

Cas 5 Genève 1,9 1,9 Juin – Décembre

TD Puits Canadien et VMC

1. CALCULS PREALABLES .......................................................................................................................... 2

2. VERIFICATION DES REGLES DE DIM. PROPOSEES PAR HOLLMULLER…………………...…5

3. SIMULATIONS avec le tableur excel BURIED-PIPES………………………………………………….6

3.1. HIVER (décembre)………………………………………………………………………………...6

3.2. ETE (juin) …………………………………………………………………………………………8

4. Etude du système énergétique PUITS CANADIEN – ECHANGEUR DOUBLE FLUX………...…….10

4.1. HIVER………………………………………………………………………………………………11

4.1.1. Récupération escomptée Puits Canadien…………………………………………………….12

Config. tubes profonds/écartés (1,5 m de profondeur)

Config. tubes superficiels/serrés

4.1.2. Cas 3 = Double Flux + PC……………………………………………………………………13



4.1.3. Cas 2 Double Flux SEUL…………………………………………………………………….14


Synthèse hiver

4.2. ETE………………………………………………………………………………………………….20


Config. tubes superficiels/serrés (0,16 m de profondeur)

Détail du Système évaporatif indirect

ANNEXES ...................................................................................................................................................... 24

annexe A.Une étude en plages de température de consigne, et en efficacité de la VMC DF . ........................... 24 A.3- Etude Hiver PUITS CANADIEN .............................................................................................................................. 24

A.3-1 Etude du Puits Canadien SEUL ............................................................................................................................... 25

A. Approche globale: hiver ................................................................................................................................................ 26

A.3-2 Etude du Puits Canadien couplé avec un Echangeur Double Flux .......................................................................... 27

Comparaison Hiver: Config. tubes superficiels serrés Double flux / DF+Puits canadien : ............................................... 27

Comparaison HiverConfig. tubes profonds/écartés Double flux / DF +Puits canadien : ................................................... 29

A.3-3 Etude de l‟Echangeur Double Flux SEUL ............................................................................................................... 30

Annexe B avec variation de l‟efficacité d‟échangeur de la VMC D.F. (0,6 à 0,9) ................................................. 31 1100 W ............................................................................................................................................................................... 31

Tableaux récapitulatifs: ..................................................................................................................................................... 32

Interprétation par comparaisons des colonnes de ratios: ................................................................................................... 32

Analyse: ..................................................................................................................................................................... 33

Synthèse hiver enterré .............................................................................................................................................. 33

CHOIX EN CONTEXTE ...................................................................................................................................... 35 Double Flux Eff. 0,6 .......................................................................................................................................................... 35

Double Flux Eff. 0,9 .......................................................................................................................................................... 36

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1. CALCULS PREALABLES

Le coefficient d‟échange convectif ha (échange air/tube) est calculé à partir des paramètres suivants :

- masse volumique de l‟air : ρair hum = ρas + ρv =~ P as / 287.Tk = 1,23 kg/m3

(faible)

- conductivité thermique air : λair = (24,14 + 0,08 * Tair C ) * 10**-3 = 0,02494 W/m/K

- viscosité dynamique air : µair = (171,1 + 0.5 * Tair C) * 10**-7 = 1,761 10**-5 Pa.S

- le nombre de Prandtl : Pr = µCp/ λ = 0,714 – 0,00026 * Tair C = 0,711

- le nombre de Reynolds : Vitesse d‟air * diamètre tube / ( µair / ρair )

Le nombre de Reynolds dépend tant de la viscosité cinématique γa (relativement stable), que de la

vitesse du fluide v et du diamètre du tube d.

Avec Vit v = Qair / (Pi*R²) * 3600 = 200 m3/h / (Pi*0,01)*3600 = 1,77 m/s

d v = 1,77 * 0,2

γa = µair/ ρair = 1,761*10**-5 / 1,23

=> Re = 1,77 * 2R / (1,761*10**-5 / 1,23) = 24728

Le régime de circulation de l‟air est très turbulent.

- le nombre de Nusselt :

Nu = 0,0214 * (Re**0,8 – 100 ) * Pr **0,4 = 59,1

L‟échange air/paroi est 59 fois plus important qu‟avec l‟air au repos dans le tube.

Nu = convection/ Conduction = ha /( λair / Qair)

=> ha = Nu * λair / Qair = 59,1 * 002494 / 0,2 = 7,38 W/m².K

Le calcul du coefficient d‟échange diffusif hs (échange tube/sol) dépend :

- de la configuration des tubes, tubes profonds/écartés ou tubes superficiels/serrés ;

- du mode d‟amortissement de l‟oscillation thermique, journalier ou annuel ;

Ce calcul nécessite de connaître la profondeur de pénétration de l‟onde thermique autour des tubes en

fonction de la période du signal en température ; la définition de est la suivante :

ss

s

c

ρs étant la masse volumique moyenne du sol (1,9 102

kg/m3)

Cs la Capacité thermique massique à pression constante du sol ~ 1000 (J·kg-1

·K-1

)

Λs la conductivité thermique du sol : 1,9 (W·m-1

·K-1

)

Tho = la constante de temps ici le jour , puis l‟année , puis le trimestre (~ 100 jours) en secondes

http://fr.wikipedia.org/wiki/Watt

http://fr.wikipedia.org/wiki/Mètre

http://fr.wikipedia.org/wiki/Kelvin

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Calcul de :

jour = Racine de ( 1,9 * (24 * 3600 ) / 1,9*10**6 * *Pi = Racine de ( 0,0275…) = jour = 0,166

an = Racine de ( 1,9 * (24 * 3600* 365 ) / 1,9 * 10**6 *Pi = Racine de ( 10,037…) = an = 3,17

tr = Racine de ( 1,9 * (24 * 3600* 100 ) / 1,9 * 10**6 *Pi = Racine de ( 2,75…) = tr = 1,6584 =~ 1,66

L‟introduction d‟un „mode trimestriel‟ correspond au besoin de valeurs pour espérer récupérer d‟octobre à

janvier les effets de l‟onde thermique d‟été, sans arriver à des coûts de tranchée prohibitifs (tranchée

inférieure à 2 m de profondeur).

Le tableau ci-dessous synthétise le principe de calcul de hs.

Configuration en tubes profonds/écartés Configuration en tubes serrés/superficiels

Mode journalier Mode annuel Mode journalier Mode annuel

ha ha ha ha

jour an jour an

rr

hjour

sSjour

1ln

rr

han

sSan

1ln

rr

hjour

sSjour

1ln

an

sSanh

Configuration en tubes profonds/écartés Configuration en tubes serrés/superficiels

Mode

journalier

Mode trimest Mode annuel Mode journalier

Mode trimest. Mode annuel

ha ha ha ha ha ha

7,38 7,38 7,38 7,38 7,38 7,38

jour tr an jour tr an

0,166 1,66 3,17 0,166 1,66 3,17

Hs W/m²K

rr

hjour

sSjour

1ln

r

trr

hstr s

1ln

rr

han

sSan

1ln

rr

hjour

sSjour

1ln

tr

sStrh

an

sSanh

= 19,43 = 6,63 = 5,45 = 19,43 = 1,14 = 0,6

h W/m²K

5,35 3,49 3,13 5,35 0,99 0,55

Surf / Débit Attendu règle du Pouce en m/h

0,125 0,2 0,125 1

Le coefficient d‟amortissement h résulte du couplage en série entre le coefficient d‟échange convectif ha

(échange air/tube) et le coefficient de diffusion dans le sol hs (échange tube/sol) :

sa

sa

hh

hhh

Grâce au stockage inertiel dans le sol, l‟amplitude du signal sinusoïdal de la température de l‟air Tin à

l‟entrée de l‟échangeur enterré s‟amortit exponentiellement en fonction du rapport entre surface d‟échange

de chaleur S et débit d‟air volumique Qv dans les tubes, ainsi la température de l‟air Tout en sortie

d‟échangeur enterré a l‟expression suivante

tTTTin sin00

avec T0, la température extérieure moyenne, et S, la surface d‟échange avec le sol

tcQ

hSTTT

v

out sinexp00

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2. VERIFICATION DES REGLES DE DIMENSIONNEMENT PROPOSEES PAR HOLLMULLER

- Sh/ ρair Cp Qv = -2 => S = 2 x ρair Cp Qv/ h = 2*1,23*1000*200/3600 * = 136,66 /h

Config. en tubes

profonds/écartés

Configuration en tubes

serrés/superficiels Mode

journarlier

Mode

trimest

Mode

annuel

Mode

journalier

Mode trimest. Mode annuel

jour/tr/an 0,166 1,66 3,17 0,166 1,66 3,17

S = 136,66 /h 136,66 /

5,35

136,66 /

3,49

136,66 /

3,13

136,66 /

5,35

136,66 /

0,99

136,66 /

0,55

S = 25,55 39,16 43,66 25,55 138,04 248,49

S/debit

calcul 0,128 0,196 0,218 0,128 0,69 1,24

Pouce

S/deb m/h 0,125

? 0,2 0,125

? 1

Taux

approximation 2,5% * 8% * 2,5% * 19%

Règle pouce

OK ? Oui*

Oui* Oui*

non

* L‟approximation entre 1,77 m/s et 2m/s est acceptable.

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3. SIMULATIONS avec le tableur excel BURIED-PIPES

3.1. HIVER (décembre)

Comparatif des courbes Hiver (décembre) : Config. en tubes profonds/écartés Courbes 1500 & 4380 :

En version 1500 la courbe reste plate et scotchée à environ 10 °C, avec peu de variations journalières dans

un contexte où les variations extérieures restent fortes.

En revanche, l‟approximation en serrés/superficiels Mode Annuel n‟est pas acceptable– dans un système à

valeurs continues - pour donner lieu à une préétude permettant de faire des choix. Elle est admissible en

Mode Annuel profonds/écartés.

En version 4380 : la courbe ressemble très fortement à la précédente.

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Comparatif des courbes Hiver : décembre : Config. en tubes serrés/superficiels Courbes 1500 & 4380 :

En version 1500 SUP : la courbe varie progressivement entre –1 et 5°C, en suivant l‟événementiel du climat

avec un déphasage de 3-4 jours.

En version 4380 SUP : la courbe est identique.

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3.2. ETE (juin)

- TUBES PROFONDS ECARTES

En 4380 : la courbe reste autour de 10°C en exprimant de faibles variations journalières.

Dans la version d‟échantillonnage réduit (version 1500), la courbe des Tout est très régulière, hormis les

fluctuations journalières, et reste à une valeur moyenne de 10°C. Elle ressemble énormément à la

précédente.

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- TUBES SPERFICIELS SERRES

Le comportement est plus dynamique en version « SUP » avec la 4380 échantillons, la courbe évolue de 12 à 20

°C. Le déphasage avec l‟évolution des températures extérieures y est inexistant.

En Version 1500 : la ressemblance est frappante.

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4. Etude du système énergétique PUITS CANADIEN – ECHANGEUR DOUBLE FLUX

Source: "Le puits Canadien" de Bruno HERZOG aux EDITIONS EYROLLES

Légende & acronymes:

DF = VMC Double Flux; SF = VMC Simple Flux;

PC = Puits Canadien ; Conf.= Configuration ;

eff. = efficacité

On considère les conf. et leurs ventilations à partir du schéma ci dessus :

- PC : un ventilateur dédié au puits Canadien, consommant 0,25 Wh/m3.heure lorsque ce dernier est

mis à contribution

- SF : un ventilateur (extracteur) dédié à la VMC Simple Flux soit 0,25 Wh/m3.heure

- PC + SF : un ventilateur dédié à la VMC Simple Flux et un ventilateur dédié au puits Canadien

lorsque ce dernier est mis à contribution

- DF : deux ventilateurs dédiés à la VMC Double Flux seule (1 extracteur, 1 importateur) 2 x 0,25

Wh/m3.heure = soit 0,50 Wh/m3.heure

- PC + DF : on considérera que seulement deux ventilateurs fonctionnent simultanément soit 0,50

Wh/m3.heure

Règle pré déterminante: chaque ventilateur est dimensionné pour combattre des pertes de charges :

o Celui du Puits Canadien combat les pertes de charge du/des conduits en terre.

o Ceux de la VMC DF les pertes de charge dues à l‟échangeur.

Deux ventilateurs en série peuvent être remplacés par un seul de puissance égale à celle de leur somme.

(c‟est l‟équivalence énergétique qui est considérée ici).

Cette hypothèse est intéressante d‟autant plus dans le cas où l‟on désire substituer un puits hydraulique

au puits canadien.

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4.1. HIVER

Température intérieure de consigne = 20°C

Description des colonnes du fichier Excel Ci-joint

-Récupération escomptée Puits Candien (Colonne F) :

Lorsque la différence de température entre l‟air en sortie du puits canadien et l‟air extérieur est positive, on

compte : 1,68 (Text – Tin) – (0,25 x 200)

Le 1er

terme exprime l’énergie gagnée en fonction :

- de la différence moyenne horaire de température entre l‟entrée et la sortie du puits ;

- des propriétés de l‟échange dans le Puits Canadien (valeur 1,68)

Le 2nd

terme exprime l’énergie de ventilation en fonction de la consommation du ventilateur et du débit

horaire : 0,25 x 200 = 50 W

-Cas 0 = Simple Flux Energie consommée (Colonne G) :

L‟énergie consommée pour chauffer l‟air (à 20°C) et le rejeter à l‟extérieur (50 Wh/heure pour 200 m3) :

68*(15-B3) + 50

avec 68 = Qv.ρair.Cp = (200/3600) * 1,23 * 1000

-Cas 2 = PC + SF Energie consommée (Colonne H) :

Si l‟usage du PC est utile (Tin < Tout), on prend l‟énergie du Cas 0 à laquelle on enlève celle récupérée par

le PC, sinon on prend celle du Cas 0 :

SI(E3=1;(G3-F3);G3 )

-Cas 1 = Double Flux Energie consommée (Colonne I) :

C‟est l‟énergie pour chauffer l‟air à 20°C : celle du simple flux améliorée du gain apporté par le DF

d‟efficacité 0,6. Le gain énergétique (E) en période de chauffe peut se calculer à partir de la température de l‟air extrait (que nous

considérerons égale à la température de consigne du chauffage, Tc), de la température de l‟air entrant (Tin), du

débit de ventilation (Q)et du rendement de l‟échangeur (n).

DeltaT*Q.ρair.Cp.n = DeltaT*41 (avec n = 0,6 => 41 = 68*0,6)

et ajouter une consommation de ventilateur pour l‟amenée d‟air (50 Wh/heure pour 200 m3) :

Eg utilisée/simple flux = (Tc - Tin°C) Q.ρ air.Cp.n + 0,25*200 = 41.(Tc - Tin) + 50 Wh

G3 - ((41 * (15 - B3)) - 50)

-Cas 3 = Double Flux + PC E consommée (Colonne L)

C‟est l‟énergie pour chauffer l‟air à 20°C (lorsque l’usage du PC est utile)

Energie consommée = celle du couple [simple flux + Puits canadien] améliorée de l‟efficacité du DF (1-0,6)

à quoi on ajoute la conso du moteur supplémentaire

Sinon prendre La consommation du double flux seule

SI(E3=1 ; (G3-F3)*0,4 (a) ; I3 ) (a) signifie : conf SF+PC * (1- coeff.effic. 0,6)

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4.1.1. Récupération escomptée Puits Canadien

Dans l‟approche hivernale, on étudie la fonction d‟apport en préchauffage, selon un débit de 200 m3/h soit

un taux de renouvellement de 0,8 vol. pour 100 m² ou 0,53 vol pour 150 m².


La variation d‟énergie récupérée en décembre par un PC entre une profondeur de 3,17 m et 1,5 m n‟est que

de 15%, on prendra donc les calculs de Tout en fonction de cette dernière profondeur , économiquement plus

réaliste.

En testant deux seuils de delta de température différents => On obtient des résultats similaires.

En effet, que l‟on prenne une différence de température entre Tin et Tout > à zéro ou > à 0,4°C, on obtient

719 heures de fonctionnement du PC et 336,5 kWh d‟ Energie récupérée en Wh.

Ce qui donne une puissance moyenne récupérable de 336,7 / 744 = 452,5 W.

Calcul Energie récupérée en Wh : Lorsque le puits est utilisé, l‟énergie récupérée est la résultante de

l‟énergie thermique échangée dans l‟heure moins l‟énergie électrique du ventilateur utilisée dans l‟heure.

SI(LC(-1)=1;68*LC(-2) - 0,25*200;0)

En bleu Tin, en rouge Tout et en jaune Tout – Tin.

On voit le Tout - Tin stable autour de 10°C, donnant une capacité de production régulière (toute la surface

entre la ligne bleue et la rouge (lorsque la bleue est en dessous).


On recherche un écart de température qui ne soit pas pénalisant (nous avons choisi un delta T

d'enclenchement est 0,7 pour le mois de décembre).

Donc la colonne 5 sera de la forme SI((Dn)>0,7;1;0) et on totalisera 267 heures (au lieu de 710 en profond

enterré) et 32,8 kWh (au lieu de 336 kWh en version enterrée). Il semble que dans ce cas l‟utilisation de PC

ne soit pas utile.

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En bleu Tin, en rouge Tout et en jaune Tout – Tin.

La surface entre Tin et Tout, (lorsque Tout est au dessus) est bien moindre.

4.1.2. Cas 3 = Double Flux + PC


On a plusieurs sources de chaleur "concurrentes" :

- Une température positive variable en sortie de puits oscillant entre 0,1 à 6.2 °C.

- Une plus stable dont la température est dépendante de la température de consigne et de l‟efficacité de

l‟échangeur, la VMC double Flux, qui va largement dominer au niveau apport. (de 95 à 90%)

- Et très rarement une troisième, en l‟occurrence la température extérieure qui est fortement variable.

De plus, la présence en surface des tubes demande un renforcement de la différence entre Tin et Tout pour

permettre un déclenchement de l‟utilisation du Puits Canadien qui soit productif (ici le seuil de Delta T de

déclenchement sera de 0,7°C).

Conso. chauffer l‟air

En Décembre à Genève

Conso en

kWh

Puiss.

En W

Dont conso ventilateur

Ratio/gain sur le SF

en %

Ratio/

gain sur le

DF 0,6 %

Pour un air intérieur à 20°C 20°C 20°C

Energie récupérée par PC 32,86 43,9 13,4

Consommation Simple flux 920 37,2

Conso.ensemble PC+SF 886,8 50,5

Conso; Double Flux Eff. 0,6 424,8 571 74,4 38,1/62 100 / 0

Conso DF0,6 + P.C. 404,7

(-5%)

500

(-13%)

87,8

Configuration DF0,6 + PC : énergie, et puissance moyenne récupérable par chacun des composants :

A 20°C l‟énergie moyenne récupérable par composants puits : 32,86 kWh pour 267 h de fonctionnement.

L‟énergie moyenne récupérable par composants échangeur : 404,7 - 32,86 = 371,84 kWh pour 744 heures.

La puissance moyenne récupérable par composants puits :

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soit une puissance instantanée moyenne de 32,86 / 267 = 0,123 kW

soit une puissance moyenne globale de 32,86 / 744 = 43,9 W

La puissance moyenne récupérable par composants échangeur en combi:

soit une puissance moyenne globale de 371,84 / 744 = 500 W

La puissance moyenne récupérable par composants échangeur seul:

soit une puissance moyenne globale de 424,8 / 744 = 571W

Ratio Puissance DF combiné / Puissance DF seule = 87,6%

Une étude plus élargie en plages de température de consigne et en efficacité de la VMC DF est présente en

annexe A.

En version superficielle il est très net que l‟emploi du PC l‟hiver (quelque soit la configuration) est peu

utile à 20°C et est accompagné d‟une perte de puissance de l‟échangeur associé de 15 % suivant son

efficacité.

Autant on peut discuter de son utilisation en "enterré profond", par exemple pour y gagner les derniers 61

kWh accessibles (qui aboutissaient à un conso < 100 kWh en décembre), contre 93 kWh d‟énergie primaire

électrique, autant cette approche n‟a ici pas d‟autre intérêt que de protéger la VMC DF du givre. Avec un PC

cela permet d‟éviter le fonctionnement d‟un système de dégivrage sur la VMC DF.


Energie consommée / chauffage de l‟air = 235,6 kWh

Energie récupérée = 920 - 235,6 = 684,4 kWh sur 719 heures (744 heures en tout)

Puiss. moy.récup. = 684,4/ 744 = 920 W. 684,4/ 719 = 952 W.

Dont Puits:

Puissance moyenne récupérable du Puits = 452 W. / 468 W Energie récupérée en Wh 336,5 kWh

Dont VMC DF :

Energie récupérée en kWh 684,4 - 336,5 = 347,9 kWh

Puissance moyenne récupérable de VMC DF = 347,9 /744 = 468 W

4.1.3. Cas 2 Double Flux SEUL


- VMC D.F. efficacité 0,6 Pico-contexte de Tc = 20°C:

Energie consommée pour le chauffage de l‟air = 424,9 kWh


Puissance moyenne récupérable = 495,1/ 744 = 665,5 W.

Puissance moyenne instantanée = 495,1/ 709 = 698,30 W.

On voit que l‟utilisation du PC fait perdre plus de 36 % de puissance à l‟échangeur.

(on passe d‟une P de 665-698 W à 423-437 W )

DF / DF + PC : perte relative de la puissance de l‟échangeur du double flux, en tandem avec PC, selon la

puissance considérée (moyenne mensuelle, ou moyenne „instantanée‟):

423/666 = 63,5 % perte 36 % ou 437/698 = 62,6 % perte 37 % (peu de différence)

Remarque : le fonctionnement en DF seule fait tomber la puissance de cette dernière de 698 W à 476 W (soit

–31%) en passant d‟une température de consigne de 20°C à 15°C.

Le calcul d‟une colonne de référence “consommation en simple Flux” à permis de visiter la config : PC +

SF et d‟apercevoir une solution pour un contexte précis : température intérieure d‟hiver basse (15°C) dans un

contexte de pose d‟un double réseau de gaines (VMC DF) impossible.

C‟est pourquoi, il est intéressant après avoir fait varier la température de consigne (de 20 à 15°C) et de faire

varier l‟efficacité d‟échangeur (0,6 à 0,9). Voir en Annexe B.

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Tableau comparatif des puissances.

A x°C PMR DF

0,6

PMR 0,6

DF+PC

PPE 0,6

DF

PME 0,6

DF+PC

15°C 459 W 667 W -51 % 215

20°C 665,5 W 875 W -30% 468

PMR = puissance moyenne récupérable du montage en Watts

PPE = perte de puissance de l‟échangeur d‟efficacité 0,6 ou 0,9 lorsque l‟on passe du DF seul au DF+PC

PME = puissance moyenne de l'échangeur dans version DF + PC

Pour les puissances mises en jeu en décembre et avec une efficacité 0,6, l‟apport du PC est moins de 11%.

A 20°C la puissance de l‟ensemble “DF+PC 0,6 ” est proche de celle de “DF 0,6” (76%).

Tableaux récapitulatifs :

Tableau A : Consommations et puissances par composant suivant les configurations:

Conso.nécessaires pour chffg air en renouvellement

Conso en kWh Décembr - 1,5m

719 h

Puiss

moyenne

PC/DF en

W

Puiss moy total

récup

Pour un air intérieur à => 20°C 15°C 20° .DF 20 15°

Energie récupérable / PC 336,6k 336,5 k 452 468

Consommation SF 920k 666,7k

Conso.ensemble PC+SF 583,4k 330k

Conso; Double Flux Ef.0,6 424,9 k

665/698

324,4k 765/

792

792 765 476

Conso DF0,6 + P.C.

+ puissc moy PC/DF (w)

+ puissc inst PC/DF (w)

271,5k

875/905

170,2 k 452/

423

468/ 437

437 423 459

Ratio conso DF/DF+ PC 1,56 1,90

Ratio inverse 0,64 0,53

Conso.Dble Flux Eff. 09 158,8k 134,6k

Conso DF0,9 + P.C. 101,9k 73,5k

Ratio conso DF0,9/DF+PC 1,62 1,83

Ratio inverse 0,62 0,55

Tableau B : Ratios entre systèmes double flux et DF + Puits canadien, pour une efficacité échangeur

0,6

Mesures* => E P P

Pour un air intérieur à > 20°C 20°C P.DF

Ratios DF / DF0,6 + PC 1,59 0,87 1,81

Ratios inverses 0,63 1,15 0,55

* Mesures*

E= Ratio sur les Energies consommées

P = sur les puissances: xx°C ratio de puissance „configurations‟ entre solutions DF et DF+PC à xx°C

P.DF = ratio puissances des echangeurs seuls entre solutions DF et DF+PC pour la temp.indiquée

avant.

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TABLEAU C

Consos KWh => contextes Tc=20 PC+DF Tc=20 DF0,6 Ratio E/A à tc20

Colonnes nb A E H*

Conso S.F./ KWh 920 920 1

Conso/ chffag air KWh 268,0 424,9 1,59

Energie récupérée KWh 651 495,1 0,76

kW

Puiss. moy. récup. ens. 0, 875 0,665 0,76

P. Inst. moy. récup. Ens. 0, 905 0,698 0,77

Puiss. moy. récup. PC. 0,452 -

Puiss.Inst. moy.rcp.PC 0,468 -

Puiss. moy. récup. DF. 0,423 0,665 1,57

inverse 0,64

Puiss.Inst.

moy.rcp.DF 0,437 0,698 1,60

inverse 0,63

Interprétation par comparaisons des colonnes de ratios: S‟il vaut mieux d‟abord investir dans une VMC DF de très bonne efficacité avant d‟investir dans un combiné

Puits Canadien + VMC DF (voir tableau A chiffres en bleu), d‟autres aspects sont intéressants :

En Tableau C quelques colonnes

H* = Ratio E/A = à 20 °C colonne DF0,6 / PC+DF0,6 : SI la puissance de récup de la DF seule est 24%

moins forte

(0,76 et 0,77) que celle de la combinaison, que la conso de cette DF est 56 % plus forte (1,56), la puissance

comparée des échangeurs dans celle du DF seul surpasse celle de la combinaison de 60 % (1,60).

puissance moyenne de la DF comparée avec la partie DF de la combinaison la surpasse encore de 47 %

(1,479), là la valeur du ratio est inférieure à celles précédentes à tc= 15° (2,135) et à tc= 20° (1,8085) :

(DF combi sous utilisée de 1-0,64 = 36% ):

Synthèse hiver Le montage PC + DF a une pertinence relative faible à l‟usage de préchauffage, la décision du choix de

système sera faite principalement par le niveau de performance recherché pour l‟été. (Pour de futures

canicules)

Pour l‟hiver, le saut à effectuer est l‟installation d‟une VMC DF d‟efficacité = 0,9 ou plus avec (ou sans )

Puits Canadien. Avec un PC cela permet d‟éviter la mise en place d‟un système de dégivrage sur la VMC

DF et demande d‟enterrer le réseau autour de 1,5m dans le sol.

Dans un usage standard, (Tc = 20°C), le montage Double Flux Eff. 0,9 est souvent très pertinent.

sur 36

Consommations nécessaires pour chauffer l‟air renouvellement Conso

kW

Ratio/gain //SF %

Ratio/gain en %

Pour un air intérieur à °C=> 20°C 20°C 20°C

Energie récupérable / PC 336,7

Consommation SF 920

Conso.ensemble PC+SF 583,4 63,3/36% 166/-66%

Conso; DF Eff. 0,6 424,8 62/38,1% 100 / 0

Economie 495

Conso DF0,6 + P.C. 271,2 29,2/70% 76,7/38%

Economie 648,8

Dont part VMC 312

VMC en % de DF seule 63%

Part DF „perdue „ en 0,6 37%

Si la VMC DF est le système le plus efficace pour réduire le besoin de chauffage dû au renouvellement d‟air,

la mise en série du PC + DF permet d‟améliorer encore le gain énergétique.

Ce gain peut être [relativement marginal sur toute la période de chauffe (+5 à 10%)] mais plus conséquent

lorsque l‟on prend en compte le seul début ** de la période de chauffe : de mi octobre à fin février.

Dans ce cas, la capacité de la VMC DF n‟est pas utilisée pleinement du fait du préchauffage de l‟air par le

PC (perte de puissance de 1/3 à 1/5 de l‟apport d‟une VMC DF seule en décembre), mais cela est presque

uniquement dépendant de la température intérieure.

Avec une VMC DF d‟efficacité 0,9, lorsqu‟on ajoute un puits canadien sur la VMC DF (avec 3 moteurs), à

20°C : le gain relatif en consommation PC+DF/DF = (1 - 100,4/ 158,8) = 36 % (valeur brute = 58,4 kWh)

(Mais la sur-économie/SF engendrée par le PC ajouté à DF0,9 = 1 – (761,2/819,6)= 1- 92,9% ~= 7%

COP moyen du PC en décembre (tubes profonds/écartés)

Energie apportée/energie consommée = 372 / 36 = 10,3

Autres critères (tubes profonds/écartés)

C2 = Energie apportée/Perte par RA (SF) = 372 / 882 = 42%

C3 = Energie apportée/Energie récupérée par PC + DF = 536 / 882 = 69%

DECEMBRE

Tubes SUP Tubes PROFONDS

Energie thermique récupérée

par le puits (sans ventilateur) 46 kWh 372 kWh

Energie ventilateur 13 kWh 36 kWh

COP 3,5 10,3

Pertes therm. RA (SF seul) 882 kWh 882 kWh

C2 5% 42%

Energie thermique récupérée

par puits +DF (sans ventilateur) 519 kWh 536 kWh

C3 9% 69%

sur 36

Or comme le montre les graphes suivants, la notion de période de chauffe est variable, et sa

productivité n‟est pas stable dans le temps.

Source: Communication de David Amitrano, Université J.Fourier de Grenoble :

Évolution annuelle du gain de chaleur apportée par l’échangeur air/sol. La période de chauffe considérée est du 15 octobre au 15

avril. La période de rafraîchissement est du 15 juin au 15 août. La période d’arrêt correspond aux périodes pour lesquelles le

rafraîchissement du bâtiment n’est pas souhaitable.

Source: Communication de David Amitrano, Université J.Fourier de Grenoble :

Comparaison du gain énergétique d’une ventilation double flux (VDF), un puits canadien (PC, prof.=2.5 m, L=30 m), et d’une

ventilation double flux avec entrée d’air prise sur le puits canadien (VDF+PC). Pour ce dernier cas on précise l’apport de la

VDF seule. L’ensemble des courbes correspond à un débit d’air de 90 m3/h. Le gain de chauffe annuel est donné par rapport à

une ventilation mécanique de 90m3/h avec prise d’air extérieur.

sur 36

- L‟usage courant fait dire qu‟un puits Canadien lorsqu‟il est associé à une VMC double Flux, n‟a qu‟un

rôle anecdotique dans le préchauffage durant la saison de chauffage.

L‟étude du mois de décembre va permettre de moduler cette affirmation en faisant valoir que cela

dépend de:

- ce que l‟on appelle la saison de chauffe (son début, sa durée, sa limitation relative par des saisons

d'arrêt).

- la température de consigne, donc de l‟usage des locaux et de ses intermittences dans les bâtiments

chauffés.

- Il reste cependant établi que le principal "apport de chaleur" sera la VMC DF , et que le choix de

son efficacité est primordial. Il est établi aussi que la mise en série fait perdre une bonne part de

puissance à l‟échangeur de la VMC DF.

- Une approche complémentaire serait de considérer le type de solution apportée par l‟implémentation de

config. PC+VMC : Solution Palliative, Substitutive ou de Confort en fonction de contexte pré-existant et

permettrait d‟en déduire la rentabilité relative en fonction du type d‟énergie concurrencée.

4.2. ETE

En été, le rafraîchissement obtenu pour le mois de juin ne peut être utilisable qu‟en considérant une temp.

intérieure de déclenchement > 24°C.

Description des colonnes

- Colonne A : Nb d‟heure

- Colonne B : Tin, température extérieure

- Colonne C : Tout, température en sortie du Puits

- Colonne D : Tout-Tin

- Colonne E : 1 lorsque D < -0,2 (seuil de déclenchement au rafraîchissement), sinon 0

- Colonne F : VRAI / FAUX, VRAI lorsque B est supérieure à 24°C ET E est égal à 1

-Récupération „frigories‟ escomptée Puits Candien(Colonne G)

Lorsque la différence de température entre l‟air en la sortie du puits canadien et l‟air extérieur est négative,

on prend : SI(F =VRAI;68*D - 0,25*200;0)

Le 1er

terme exprime l’énergie de rafraîchissement gagnée en fonction :

- de la différence moyenne horaire de température entre l‟entrée et la sortie du puits ;

- des propriétés de l‟échange dans le Puits Canadien (= valeur 68).

avec „68‟ = Qv.ρair.Cp = (200/3600) * 1,23 * 1000

Le 2nd


horaire (0,25 x 200 = 50 W)

-Cas 0 = Simple Flux, Energie consommée (Colonne H)

L‟énergie consommée pour maintenir le renouvellement d‟air et le rejeter à l‟extérieur (50 Wh/heure pour

200 m3)

-Cas 2b = P.C. +SF Energie épargnée (Colonne I) avec un seul ventilateur

On estime que les forces de pertes de charges du PC (filtres, gaines, regard..) sont gérées par le ventilateur

du PC, l‟extraction se fait elle lorsqu‟il fait chaud (cas B>24°c) par une cheminée solaire.

Si l‟usage du PC (Puits Canadien) est utile au rafraîchissement (F = VRAI), on prend l‟énergie de G (0 ou

négative sans conso ventiloSF) + H (conso ventiloSF) à laquelle on enlève la conso ventilo PC.

Sinon on prend la conso SF.

SI(F=VRAI;(H+G) - 50;H )

-Cas 2 = PC+ SF Energie épargnée (ColonneJ)

Si l‟usage du PC (Puits Canadien) est utile au rafraîchissement (F = VRAI ), on prend l‟énergie de G (0 ou

négative) + H (conso ventiloSF) avec la conso ventilo PC.

Sinon on prend la conso H SF.

sur 36

SI(F3=VRAI;(H3+G3); H3 )

-Cas 3 = Double Flux « système évaporatif indirect » (Colonne K)

Consommation des deux ventilateurs moins celle gagnée en frigories par le système évaporatif (-4°C)

abaissant de 24 à 20 °C la température entrante lorsque nécessaire. Voir le § intitulé :

Arguments de comparaison à une VMC double flux avec humidification indirecte permettant d‟abaisser à

20°C (page 24)

=> Le coût des deux moteurs double flux n‟est pas amorti. (+53,7 kWh)

SI(F3=VRAI ; 68*-4 + 0,25*200*2;100)

-Cas 4 = DF év.indir.Top DF = Double Flux quand moe rafraichissant, simple flux sinon E consommée (Colonne L)

Le même que précédemment, mais un seul moteur fonctionne lorsque le rafraîchissement par vaporisation

indirecte n‟est pas nécessaire.

SI(F3=VRAI;68*-4 + 0,25*200*2;50)


Dans l‟approche été, on étudie la fonction d‟apport en rafraîchissement, selon un débit de 200 m3/h soit un

taux de renouvellement de 0,8 vol. pour 100 m² ou 0,53 vol pour 150 m².

On obtient 152 heures de fonctionnement du puit et 77,6 kWh d‟ Energie de rafraîchissement. Ce qui donne une puissance frigorie moyenne par heure de fonctionnement de 77,6 * 1000/ 152 = 510 W.

Consommation du Simple flux= 37,2 kWh soit 50 Wh /heure

Consommation du Simple flux + PC = -44,2 kWh cela annihile largement la consommation du Simple Flux

Consommation Simple flux + PC en prenant deux ventilateurs lors du fonctionnement du puits canadien = -

40,4 kWh cela reste du même ordre.

colonne K:

Simulation d‟un système évaporatif indirect (VMC double flux) : abaissant de 24 à 20 °C la température

entrante lorsque nécessaire. Le coût des deux moteurs double flux n‟est pas amorti. (+53,7 kWh)

colonne L:


entrante lorsque nécessaire. Avec un passage en simple flux (un seul moteur) lorsque le rafraîchissement

est inutile : (+20,3 kWh) soit 54% du Simple flux. Mais on ne passe pas à un stade où cela est

énergétiquement intéressant comme avec le PC.

Conclusion partielle :

En été, quoique le mois de Juin n‟est pour l‟instant pas caniculaire à Genève , l‟utilisation du puits

canadien est intéressante.

Cas "Tubes PROFONDS"

Energie récupérée

par le puits 81 kWh

Energie ventilateur 4 kWh

COP 21,4

sur 36

Config. tubes superficiels/serrés (0,16 m de profondeur)

En comparant dans l‟onglet Tmoyenne la température moyenne en sortie du PC est passée de 10,91°C à

15,94 °C en superficiel. L‟effet doit s‟en ressentir. La différence moyenne est à -0,886°C au lieu de -5,92°C.

On obtient 152 heures et –45,6 kWh (avant 77,6 kWh) d‟ Energie de rafraîchissement. Ce qui donne une puissance frigorie moyenne par heure de fonctionnement de 45,6 * 1000/ 152 = 300 W.

soit 3/5.

Consommation du Simple flux= 37,2 kWh soit 50 Wh /heure

Consommation du Simple flux + PC = -12,2 kWh (avant -44,2 kWh ) cela annihile encore la

consommation du Simple Flux. Mais plus faible

Consommation Simple flux + PC en prenant deux ventilateurs lors du fonctionnement du puits canadien =-

8,5 kwh (avant - 40,4 kWh) on est à 1/5ème

de l‟efficacité initiale à 1,5 m.

colonne K:


entrante lorsque nécessaire. Le coût des deux moteurs double flux n‟est pas amorti. (+53,7 kWh) N‟a pas

bougé.

colonne L:


entrante lorsque nécessaire. Avec un passage en simple flux (un seul moteur) lorsque le rafraîchissement

est inutile. (+20,3 kWh) soit 54% du Simple flux. Mais on ne passe pas à un stade où cela est

énergétiquement intéressant comme avec le PC.

Conclusion partielle :

En été, pour le mois de Juin à Genève, l‟utilisation du puits Canadiens est beaucoup moins probante.

Tubes SUP

Energie récupérée

par le puits 49 kWh

Energie ventilateur 4 kWh

COP 13,0

Détail du Système évaporatif indirect :

Cette technique consiste à refroidir l‟air insufflé (air « neuf » de ventilation) à partir d‟un échange avec un

air secondaire (air repris) qui est lui-même refroidi par un humidificateur avant de passer dans l‟échangeur

(cf. Schéma ci-dessous).

Dans un tel procédé, la masse d‟eau contenue dans l‟ai insufflé n‟est pas changé (pas d‟apport ni de perte

d‟eau).

sur 36

Source : Technique de rafraîchissement basse consommation de l’ADEME

Ce système présente des possibilités d‟utilisations plus larges que la surventilation, au niveau du climat et

des caractéristiques de bâtiments ; il reste peu adapté dans le sud de la France et inefficace dans l‟extrême

sud-est, même avec des enveloppes de bâtiment performantes.

Si les coûts d‟investissement et de fonctionnement sont relativement faibles par rapport à une climatisation

classique, il faut toutefois faire attention à la consommation de la pompe d‟eau et au coût de l‟eau elle-même

: ces systèmes consomment beaucoup d‟eau ; l‟incidence sur le coût de fonctionnement peut être importante.

La maintenance d‟un tel système demande des soins particuliers : humidificateur, échangeur, même s‟il n‟y a

pas de contact direct entre l‟air insufflé et l‟air humidifié.

Deux ventilateurs interviennent également dans ce dispositif ; leur consommation doit être réduite au

maximum, même si les débits transportés sont relativement faibles (proches des débits hygiéniques).

Arguments de comparaison à une VMC double flux avec humidification indirecte permettant

d‟abaisser à 20°C :

Contexte :

Pour ce comparatif, contrairement à ce qu‟il est indiqué dans le document « rafraîchissement basse

consommation » de l‟ADEME, (les locaux doivent être de conception favorable pour un système évaporatif

indirect en zone Ec Est). On considère qu‟à 24°C extérieur corresponde une temp.intérieure de 24°C. :

Les locaux sont de conception peu favorable (faible inertie, et grands apports internes), l‟humidificateur est

d‟efficacité 0,9 ; l‟échangeur envisagé : à plaque d‟efficacité 0,55) => efficacité globale = 0,495 soit

arrondie à 0,5.

En assimilant la consommation du fonctionnement du vaporisateur comme négligeable, une humidité

relative de l‟air extérieur de 50%, que la température moyenne intérieure est baissée à 20°C (voir Figure 3.

21), on part sur une VMC DF à rendement 0,5 (la même qu‟en hiver mais de rendement moins bon car

pondéré par le rendement de l‟humidificateur) permettant d‟abaisser l‟air entrant de 24°C à 20°C, soit la

formule suivante :

=SI(F3=VRAI;68*-4 + 0,25*200*2;100) avec „68‟ = Qv.ρair.Cp = (200/3600) * 1,23 * 1000

-4 = 20-24°C = Delta T

0,25*200 * 2 = 2 ventilos

100 = 2 ventilos pour gérer le double flux.

sur 36

La figure suivante montre la ligne limite pour le cas de référence lors d’un refroidissement par

humidification indirecte. Cette ligne représente l’ensemble des points à partir desquels l’air extérieur peut

être refroidi à 20°C. Cette ligne est influencée par l’efficacité du système indirect ainsi que par les

propriétés de l’air de retour. Celui-ci a la même température que le local, qui est ici de 24°C son taux de

chaleur sensible étant de 0,8.

A l’inverse de la ligne d’humidification directe, cette ligne ne coupe pas la courbe de saturation. Elle est

plus basse, ce qui signifie qu’en humidification directe l’air est refroidi davantage qu’en humidification

indirecte.

Figure : La ligne limite en humidification indirecte pour les conditions de références

Source : http://hal.archives-ouvertes.fr/docs/00/17/04/75/PDF/Thesefinale.pdf

http://hal.archives-ouvertes.fr/docs/00/17/04/75/PDF/Thesefinale.pdf

sur 36

Le gain en réchauffement / rafraîchissement est d‟autant plus grand que la profondeur d‟enterrement est

importante (variations annuelles exponentielles) et il assymptote à 2 ou 3 mètres d‟enfouissement.

La variation annuelle de la température y est en déphasage par rapport aux variations de température de

surface.

Le PC permet de tirer parti de ce déphasage, de l‟automne au milieu de l‟hiver, et durant l‟été.

Il y a des périodes de repos au printemps et en fin d‟été, pour ne pas être en opposition de phase avec les

besoins.

On utilise alors un by-pass qui permet de ne plus utiliser l‟échangeur air sol pendant ces périodes.

Ce by-pass peut être piloté en dynamique : en fonction des températures du sol et de l‟air extérieur, couplé à

la nature du besoin (de chauffage ou de rafraîchissement) il permet alors de récupérer la fraîcheur nocturne

en été ou la chaleur diurne en hiver.

Comparaison ente les trois systèmes :

système économique Gains hiver du système Gains été Soluce de type PC + VSF 3000 € +

pose SF

thermique non négligeable/SF

surtout avec consigne basse en

température

rafraîchissement

notable/SF

Palliative sur logements

D à G

VDF 5000€ +

gaines +

pose

le plus efficace pour réduire le

chauffage

capacités rafraîchissement

minimes / puits canadien Obligatoire (ou quasi)

RT2012

Neuf => A à B PC + VDF 8000€ +

gaines +

pose

+10%/ gain énerg. total /SF,

bride l‟échangeur VDF de 30%

OK si bypass de VDF =>

rafraîchissement PC Performative : maison

passive

Substitutive : Ex optimiser la répartition de

l‟air dans les pièces pour

A à C existant.

Une solution palliative, est celle qui consiste à pallier à des défauts majeurs difficilement corrigeables. Ici

c‟est celle logements aux performances thermiques médiocres (classe D à G), où la VMC double flux a peu

d„intérêt face aux trop nombreuses déperditions thermiques non maîtrisées du logement.

Une solution performative, est celle qui consiste à atteindre une performance thermique qui sera une norme

à venir (en 2020) sans regard sur la rentabilité immédiate, mais en projection dans un contexte plus

contraignant.

Une solution substitutive, est celle qui consiste à améliorer un aspect dans un sytème thermique installé,

afin de substituer à un ou un ensemble d‟éléments une solution moins coûteuse énergétiquement :

Ici optimiser la répartition de l‟air chaud dans les pièces en le faisant passer auprès du poele à bois

préexistant,

Améliorations : l‟été, pour ne pas utiliser de moteur de ventilation, coupler le PC avec une cheminée

solaire :

Source : Wikipédia

sur 36

ANNEXES

annexe A.Une étude en plages de température de consigne, et en efficacité de la VMC DF .

Hypothèses : On considère les configurations et leurs ventilations à partir du schéma ci dessus :

- PC: un ventilateur dédié au puits Canadien, consommant 0,25 Wh/m3.heure lorsque ce dernier est mis à

contribution.

- SF: un ventilateur (extracteur) dédié à la VMC Simple Flux soit 0,25 Wh/m3.heure

- PC+SF: deux ventilateurs dédiés : Un à la VMC Simple Flux lorsqu‟elle est en série avec le Puits Canadien

(+1). soit 0,50 Wh/m3.heure.

- D.F.: deux ventilateurs dédié à la VMC Double Flux seule (1 extracteur, 1 importateur) 2 x 0,25

Wh/m3.heure = soit 0,50 Wh/m3.heure

- P.C.+S.F.: deux ventilateurs dédiés à la VMC Double Flux lorsqu‟elle est en série avec le Puits Canadien,

auxquels s‟ajoute celui du Puits Canadien. . soit 0,75 Wh/m3.heure

Règle Prédéterminante: Chaque ventilateur est dimensionné pour combattre des pertes de charges:

- Celui du Puits Canadien combat les pertes de charge du/des conduits & filtres.

- Ceux de la VMC DF les pertes de charge dues à l‟échangeur.

- Deux ventilateurs en série peuvent être remplacés par un seul de puissance égale à celle de leur somme. (C‟est

l‟équivallence énergétique qui est considéré ici).

Cette hypothèse est intéressante d‟autant plus dans le cas oùl‟on désire substituer un puits hydraulique au puits

canadien.

A.3- Etude Hiver PUITS CANADIEN Descrition des colonnes :

-Recuperation escomptée Puits Candien : Colonne F :

Lorsque la différence de température entre l‟air en sortie du puits candien et l‟air extérieur est positive on

prend : Formule = 1,68 (Text – Tin) – ( 0,25 x 200 )

Le 1er

terme exprime l’énergie gagnée en fonction:

- De la différence moyenne horaire de température entre l‟entrée et la sortie du puits.

- des propriétés de l‟échange dans le Puits Canadien (= valeur 1,68)

Le 2nd


horaire: 0,25 x 200 = 50 W

-Cas 0 = Simple Flux Energie consommée: Colonne G :

L‟énergie consommée pour chauffer l‟air (à 20°C) et le rejeter à l‟extérieur (50 Wh/heure pour 200 m3):

Formule =68*(15-B3) + 50

avec 68 = Qv.ρair.Cp = (200/3600) * 1,23 * 1000

-Cas 2: P.C. +SF Energie consommée: Colonne H :

Si l‟usage du P.C. (Puits Canadien) est utile (Tin < Tout ) on prend l‟énergie du Cas 0 à laquelle on enlève

celle récupérée par le PC. Sinon on prend celle du Cas 0

Formule : =SI(E3=1;(G3-F3);G3 )

-Cas 1 = Double Flux Energie consommée: Colonne I :

C‟est l‟énergie pour chauffer l‟air à 20°C : celle du simple flux améliorée de l‟efficacité du DF (0,6).

: celle du simple flux améliorée du gain apporté par le DF d‟efficacité (0,6). Le gain énergétique (E) en période de chauffe peut se calculer à partir de la température de l‟air extrait (que nous

considérerons égale à la température de consigne du chauffage, Tc), de la température de l‟air entrant (Tentrant),

le débit de ventilation (Q)et le rendement de l‟échangeur (n).

DeltaT*Q.ρair.Cp.n = DeltaT*41 (avec n = 0,6 => 41 = 68*0,6) et ajouter une consommation de ventilateur pour l‟amenée d‟air (50 Wh/heure pour 200 m3):

Eg utilisée/simple flux = (Tc - Tin°C) Q.ρ air.Cp.n + 0,25*200 = 41.(Tc - Tin) + 50 Wh

Tc = température de consigne, celle à laquelle on veut faire entrer l‟air dans les pièces.

Formule : = G3 - ((41 * (15 - B3)) - 50)

sur 36

-Cas 3 DF+PC = Double Flux + P.C. E consommée: Colonne J :

C‟est l‟énergie pour chauffer l‟air à 20°C : Lorsque l’usage du PC est utile:

Energie consommée = Celle du couple [simple flux + Puits canadien]

améliorée de l‟efficacité du D.F .(1-0,6) à quoi on ajoute la conso du moteur supplémentaire + 50 W

Sinon

Prendre La consommation du double flux seule

Fin-si

Formule : =SI(E3=1; (G3-F3)*0,4 + 50 (a) ; I3 ) (a) signifie : conf SF+PC * (1- coeff.effic. 0,6) + 50 Wh

A.3-1 Etude du Puits Canadien SEUL - Dans l‟approche hivernale, on étudie la fonction d‟apport en préchauffage, selon un débit de 200 m3/h soit un


Puits Canadien Seul: Données hiver, Config. tubes profonds/écartés (1,5 m de profondeur) Un calcul (cf fichiers „150 Y décembre 20°.xls‟ & „150 Y décembre 15°.xls‟ ) montre que la variation d‟énergie

récupérée en décembre par un P.C. entre une profondeur de 3,17 m et 1,5 m n‟est que de 15%, on prendra donc les

calculs de Tout en fonction de cette dernière profondeur , économiquement plus réaliste.

En testant avec deux seuil de delta température différents => Les résultats sont similaires:

Dans 150 décembre 20°.xls colonne 5 :

=SI((LC(-1))>0;1;0) on prend la diff de température en T.entrée et T.sortie strictement > à zéro.

On obtient 713 heures /‟ 150 décembre 15°.xls‟ et 336,7 kWh d‟ Energie récupérée en Wh Ce qui donne une puissance moyenne récupérable de 336,7 / 744 = 452,5 W.

Calcul Energie récupérée en Wh : Lorsque le puits est utilisé, l‟ énergie récupérée est la résultante de l‟énergie

thermique échangée dans l‟heure moins l‟énergie électrique du ventilateur utilisée dans l‟heure.

=SI(LC(-1)=1;68*LC(-2) - 0,25*200;0)

Dans „150 décembre 15°.xls‟ colonne 5 :

=SI((Dnn)>0,4;1;0) on prend la diff de température en T.entrée et Tsortie > à 0,4°C.

On obtient 719 heures /‟ 150 décembre 20°.xls‟ et 336,5 kWh d‟ Energie récupérée en Wh

Ce qui donne une puissance moyenne récupérable de 336,5 / 744 = 452,3 W.

En bleu le Tin, en rouge le Tout et en jaune delta Tout – Tin.

On voit le Tout stable autour de 10°C, donnant une capacité de production régulière (toute la surface entre la

ligne bleue et la rouge (lorsque la bleue est en dessous)

Puits Canadien Seul: Données hiver, Config. tubes superficiels/serrés

Dans „150 SUP décembre 15° - Copie.xls‟ & „150 SUP décembre 20° - Copie.xls‟ colonne 5 :

On recherche un écart de température qui ne soit pas pénalisant (ici 0,7 pour le mois de décembre) :

sur 36

Donc la colonne 5 sera de la forme : =SI((Dn)>0,7;1;0) et on totalisera 267 heures (au lieu de 710+ en

profond enterré) et 32,8 kWh (au lieu de 336 kWh en version enterrée). Il semble que dans ce cas

l‟utilisation de PC ne soit pas utile.

En bleu le Tin, en rouge le Tout et en jaune delta Tout – Tin.

La surface entre L.bleue et rouge, (lorsque rouge est au dessus) est beaucoup moindre.

A. Approche globale: hiver

- Dans l‟approche hivernale, on étudie la fonction d‟apport en préchauffage, selon un débit de 200 m3/h soit un


- L‟intérêt est d‟étudier l‟impact relatif du P.C. en fonction de l‟amortissement Annuel et journalier.

- L‟usage courant fait dire qu‟un puits Canadien lorsqu‟il est associé à une VMC double Flux, n‟a qu‟un rôle

anectdotique dans le préchauffage durant la saison de chauffage.

L‟étude du mois de décembre va permettre de moduler cette affirmation en faisant valoir que cela dépend de:

- ce que l‟on appelle la saison de chauffe. (son début , sa durée)

- la température de consigne , donc de l‟usage des locaux et de ses intermittences dans les bâtiments chauffés.

- Il reste cependant établi que le principal „apport de chaleur‟ sera la VMC DF , et que le choix de son eficacité est

primordial. Il est établi aussi que la mise en série fait perdre une bonne part de puissance à l‟échangeur de la VMC

DF.

- Une approche complémentaire serait de considérer le type de solution apportée par l‟implémentation de config.

PC+VMC : Solution Palliative, Substitutive ou de Confort en fonction de contexte pré-existant. Et permettrait d‟en

déduire la rentabilité relative en fonction du type d‟énergie conccurencée.

sur 36

A.3-2 Etude du Puits Canadien couplé avec un Echangeur Double Flux

Comparaison Hiver: Config. tubes superficiels serrés Double flux / DF+Puits canadien :

Données températures, extrait BuriedPipes150Geneve4380.xls lignes 8018 à 8762 (mois décembre) =>

datas excel de calculs résultants = “150 SUP décembre 20°.xls” (pour traitement avec consigne = 20°C)

& “150 SUP décembre 15°.xls” (pour traitement avec consigne = 15°C)

On a plusieurs sources de chaleur conccurentes:

- Une variable, oscillant de 0,1 à 6.2 °C Le puits Canadien à tubes superficiels (à Genève)

- Une plus stable dont la température est dépendante de la température de consigne et de l‟efficacité de

l‟échangeur, la VMC double Flux. Qui va largement dominer au niveau apport. (de 95 à 90%)

- Une troisième la température extérieure, fortement variable.

- De plus la présence en surface des tubes demande un renforcement de la différence entre Tin et Tout

pour permettre un déclenchement de l‟utilisation du Puits Canadien qui soit productif (ici le seuil de

Delta T sera de 0,7°C)

Conso. chauffer l‟air

En Décembre à Genève

Conso en

kWh

Puiss.

En W

cons

kWh

Puiss.

En W

Dont conso ventilo

Ratio/gain sur

le SF en %

Ratio/gain sur

le DF 0,6 %

Pour un air intérieur à => 20°C 15°C 20°C 15°C 20°C 15°C

Energie récupérée par PC 32,86 43,9 32,86 43,9 13,4

Consommation Simple flux 920 666,7 37,2

Conso.ensemble PC+SF 886,8 633,9 50,5

Conso; Double Flux Eff. 0,6 424,8 571 324,4 436 74,4 38,1/62 48,7/51 100 / 0 100/0

Conso DF0,6 + P.C. 404,7

(-5%)

500

(-13%)

304,0

(-6%)

364,5

(-17%)

87,8

Conso; Double Flux Eff. 09 158,8 213,4 134,6 181 74,4 17,3/83 20,2/80 45,3/55 41,5/58

Conso DF0,9 + P.C. &

(puissance de l‟échangeur) 145 150,7

(-29%)

120,5 118

(-35%)

87,8

DELTA 2 dern.solutions 13,8

(-9%) 14,1

(-11%) +13,4

Eq. Energie 1aire

kWh ep + 34,5

Configuration DF0,6 + PC:énergie, et puissance moyenne récupérable par chacun des composants


l‟énergie moyenne récupérable par composants échangeur : 404,7 - 32,86 = 371,84 kWh pour 744 heures.

la puissance moyenne récupérable par composants puits :

soit une puissance instantannée moyenne de 32,86 / 267 = 0,123 kW


la puissance moyenne récupérable par composants échangeur en combi:

soit une puissance moyenne globale de 371,84 / 744 = 500 W

la puissance moyenne récupérable par composants échangeur seul:

soit une puissance moyenne globale de 424,8 / 744 = 571W

Ratio P.DF combi/P.DF seule = 87,6%


l‟énergie moyenne récupérable par composants échangeur : 304 - 32,86 = 271,14 kWh pour 744 heures.


une puissance instantannée moyenne = 0,123 kW une puissance moyenne globale = 43,9 W




soit une puissance moyenne globale de 324,4/ 744 = 436 W

Ratio P.DF combi/P.DF seule = 83,6 %

sur 36

Configuration DF0,9 + PC :énergie, et puissance moyenne récupérable par chacun des composants


l‟énergie moyenne récupérable par composants échangeur : 145 - 32,86 = 112,14 kWh pour 744 heures.

Ratio des énergies = 145/158,8 = 91,3% => l‟ajout du PC fait gagner 9%


soit une puissance instantannée moyenne de 32,86 / 267 = 0,123 kW



puissance moyenne globale de 112,14 / 744 = 150,7 W





l‟énergie moyenne récupérable par composants échangeur : 120,5 - 32,86 = 87,64 kWh pour 744 heures.

Ratio des énergies = 120,5 /134,6 = 89,6 % => l‟ajout du PC fait gagner 10,5 %


une puissance instantannée moyenne = 0,123 kW une puissance moyenne globale = 43,9 W

la puissance moyenne récupérable par composants échangeur en combi::

soit une puissance moyenne globale de 87,64/ 744 = 118 W

la puissance moyenne récupérable par échangeur seul: puissance moyenne globale 134,6 / 744 = 181 W


En version superficielle il est très net que l‟emploi du PC l‟hiver (quelque soit la configuration) est peu

utile, (cas des Conso.ensemble DF0,9 + P.C.) à 15 comme à 20°C. Accompagné d‟une perte de puisance de

l‟échangeur associé au PC de 15 à 35% suivant son efficacité.

Autant on peut discuter de son utilisation en „enterré profond „, par exemple pour y gagner les derniers 61

kWh accessibles (qui aboutissaient à un conso < 100 kWh en décembre contre 93 kWh d‟énergie primaire

électrique), autant cela n‟a ici pas d‟autre intérêt que de protéger la VMC DF du givre. sans système de

dégivrage.

Ratio des energies à efficacités variables:

A 20°C (en superficiel) : 145/ 404,7 = 35,8 % (inverse = 2,79) Le passage en efficacité de 0,6 à 0,9 fait

gagner 179 % en passant de “PC+PF” à “PC+DF”, gagner 154 % (ratio énergétique = 39,2%) en passant de

“PC+PF” à “ DF”. Le rapport énergétique des configurations à efficacité 0,9 donne: 145/158,8 = 91,3% ,

soit entre 8 et 9% de gain supplémetaire avec le PC.

sur 36

Comparaison HiverConfig. tubes profonds/écartés Double flux / DF +Puits canadien :

Contexte : En décembre , climat Genevois Config. en tubes profonds (1,5m)/écartés

(Pour d‟autres contextes climatiques, ex. Mulhouse, Paris, Rennes, Nîmes la démarche entière est à refaire.)

Données températures de la Config. en tubes profonds/écartés , extrait BuriedPipes150Geneve4380.xls lignes 8018 à

8762 (mois décembre) => datas excel de calculs résultants =

“150 décembre bis.xls” (pour traitement avec température de consigne = 20°C)

“150 décembre tri.xls” (pour traitement avec température de consigne = 15°C)

Puits Canadien + DF 0,6: Données hiver, Config. tubes profonds/écartés (1,5 m de profondeur)

- P.C. + VMC D.F. efficacité 0,6 Pico-contexte de Tc = 15°C


Energie récupérée = 666,7 - 170,2 = 496,5 kWh sur 719 heures (744 heures en tout)

Puissance moyenne instantannée Décembre récupérable = 496,5/719 = 691 W (= 667 W sur 744 hr)

Dont Puits:

Puissance moyenne récupérable du Puits = 452 W. / 468 W Energie récupérée = 336,5 kWh

Dont VMC DF : Energie récupérée en Wh 496,5 - 336,5 = 160 kWh

- puissance intant. récupérable de VMC DF = 160/719 = 222 W puissance moyenne 160/744 = 215 W

- P.C. + VMC D.F. efficacité 0,6 Pico-contexte de Tc = 20°C

Energie consommée / chauffage de l‟air = 268,0 kWh

Energie récupérée = 920 - 268,0 = 652 kWh sur 719 heures (744 heures en tout)

Puiss. moy.récup. = 652/ 744 = 875 W. 652/ 719 = 905,4 W.

Dont Puits:

Puissance moyenne récupérable du Puits = 452 W. / 468 W Energie récupérée en Wh 336,5 kWh

Dont VMC DF :

Energie récupérée en kWh 652 - 336,5 = 315,5 kWh

- puissance moyenne récupérable de VMC DF = 875 - 452 = 423 W. et 905 - 468 = 437 W.

- P.C. + VMC D.F. efficacité 0,6 Pico-contexte de Tc = 22,31°C

Energie consommée pour le chauffage de l‟air = 318 kWh

Energie récupérée DF+PC= 1036,6 – 318 = 718,6 kWh sur 719 heures (744 heures en tout)

Puissance moyenne récupérable = 718,6 / 744 = 965,86 W.~= 966 W

Puissance moyenne instantannée = 718,6 / 713 = 1007,85 W .~= 1008 W

On voit que l‟utilisation du P.C. fait perdre autour de xx % de puissance à l‟échangeur.

Dont Puits:

Puissance moyenne récupérable du Puits = 452 W. / 468 W

Energie récupérée sur le mois = 336,5 kWh

Dont VMC DF : Energie récupérée en kWh 1036,6 - 336,5 = 700 kWh

- puissance moyenne récupérable de VMC DF = 966 - 452 = 514W. / (1008-468) = 540 W

sur 36

A.3-3 Etude de l‟Echangeur Double Flux SEUL

VMC DF 0,6 : Données hiver, Config. tubes profonds/écartés (1,5 m de profondeur) - VMC D.F. efficacité 0,6 Pico-contexte de Tc = 15°C:


Energie récupérée = 666,7– 324,4 = 342,3 kWh sur 719 heures (744 heures en tout)

Puissance moyenne récupérable = 342,3/ 744 = 459 W.

Puissance moyenne instantannée = 342,3/ 719 = 476 W.

On voit que l‟utilisation du P.C. fait perdre plus de %de puissance à l‟échangeur.

( on passe d‟une P.moyenne de 459 W à 424 W )

DF / DF + PC : perte relative de la puissance de l‟échangeur du double flux, en tandem avec PC, selon la

température de consigne: À 15° C 222/476= 46,85% perte 53 %

- VMC D.F. efficacité 0,6 Pico-contexte de Tc = 20°C:



Puissance moyenne récupérable = 495,1/ 744 = 665,5 W.

Puissance moyenne instantannée = 495,1/ 709 = 698,30 W.

On voit que l‟utilisation du P.C. fait perdre plus de 36 % de puissance à l‟échangeur.

( on passe d‟une P de 666-698 W à 423-437 W )

DF / DF + PC : perte relative de la puissance de l‟échangeur du double flux, en tandem avec PC,

selon la puissance considérée (moyenne mensuelle, ou moyenne „instantannée‟):

A 20°C 423/666 = 63,5 % perte 36 % ou 437/698 = 62,6 % perte 37 % (peu de différence)

Remarque : le fonctionnement en DF seule fait tomber la puissance de cette dernière de 698 W à 476 W (soit –31%)

en passant d‟une température de consigne de 20°C à 15°C .

Tc = 22,31°C:

- VMC D.F. efficacité 0,6 Pico-contexte de Tc = 22,31°C:

- Energie consommée pour le chauffage de l‟air = 471,2 kWh

- Energie récupérée DF = 1036,6 – 471,2 = 565,4 kWh sur 719 heures (744 heures en tout)

- Puissance moyenne récupérable = 565,4/ 744 = 759,946..W.~= 760 W

- Puissance moyenne instantannée = 565,4/ 719 = 786,37 W .~= 786 W

On voit que l‟utilisation du P.C. fait perdre plus de xx % de puissance à l‟échangeur.

( on passe d‟une P de 966-1008 W à 514-540 W )

DF / DF + PC : perte relative de la puissance de l‟échangeur du double flux, en tandem avec PC,

selon la puissance considérée (moyenne mensuelle, ou moyenne „instantannée‟):

A 22,3°C 514/966 = 53,2% perte 44 % ou 540/1006= 53,7 % perte 44 % (peu de différence)

Tc = 18°C:

P.DF 385/709 = 543 W P.DF+PC 227,5/709 = 320,9 P.DF/ P.DF+PC = 0,591 Ratio enrj cons = 385/227,6 =

1,6916 Pmoy

Tc = 30°C:

P. DF = 625,6/713 = 0,877 DF+PC = 473,6/713 = 0,664 dont DF= 0,664 - 0,468 = 0,196

DF/DF+PC = 1,32 DF/DF+PC (P.DF) = 877 / 196 = 4,47

sur 36

Le calcul d‟une colonne de référence (6

ème colonne) “consommation en simple Flux” à permis de visiter la config :

PC + SF, et d‟apercevoir une solution pour un contexte précis : Températ. intérieure d‟hiver basse (15°C) dans un

contexte de pose d‟un double réseau de gaines (VMC DF) impossible.

C‟est pourquoi, il est intéressant après avoir fait varier la temp. de consigne (22 à 15°C) de varier l‟efficacité

d‟échangeur. (0,6 à 0,9) Voir en Annexe B.

Annexe B avec variation de l‟efficacité d‟échangeur de la VMC D.F. (0,6 à 0,9)

Afin d‟investiguer plus loin , les D.F. d‟efficacité 0,9:

Puits Canadien + VMC DF 0,9: Données hiver, Config. tubes profonds/écartés (1,5 m profnd)

Tableau comparatif des puissances .

à x°C PMR DF

0,6

PMR 0,6

DF+PC

PMR DF

0,9

PMR 0,9

DF +PC

Delta energie

0,9 Décembre

PPE 0,6

DF

PPE 0,9

DF

PME 0,6

DF+PC

PME 0,9

DF+PC

15°C 459 W 667 W 715 W 797 W 61 kWh -51 % -36% 215 443

20°C 665,5 W 875 W 1023 W 1100 W 57 kWh -36% -36% 423 648

22°C 760 W 966 W 1165 W 1239 W 55 kWh -32% -19% 514 940

PMR = puissance moyenne récupérable du montage … en Watts

PPE = Perte de puissance de l‟échangeur d‟efficacité 0,6 ou 0,9 lorsque l‟on passe du DF seul au DF+PC

PME = Puissance moyenne de l‟échangeur dans version DF+PC

Delta energie 0,9 = Différence d‟énergie cumulée pour le mois de décembre type, entre une version DF et

une version DF+PC avec le même échangeur d‟efficacité 0,9. On avoisine les 60 kWh quelque soit la

température de consigne (ici) considérée.

En décembre, Les puissances mises en jeu: avec l‟efficacité 0,9 l‟apport du P.C. est moins de 11%.

A 22°C la puissance de l‟ensemble “DF+PC 0,9 ” est quasi équivalente à celle de “DF 0,9” (94%).

A 20°C la puissance de l‟ensemble “DF+PC 0,9 ” est quasi équivalente à celle de “DF 0,9” (93%).

A 15°C la puissance de l‟ensemble “DF+PC 0,9 ” est quasi équivalente à celle de “DF 0,9” (90%) .

Le gain dû à l‟emploi du PC sur chaque ligne avoisine les 60 kWh /décembre (mois particulièrement favorable à son

usage). Il évite l‟usage d‟un dégivreur électrique et offre une solution pour le maintient hors gel d‟un local pendant une

longue période d‟innoccupation d‟hiver. (sans source interne à 15-20°C).

Ceci donne une énergie économisable par le PC / Energie consommée

pour le chauffage de l‟air en VMC DF eff.0,9 seule:

A 15°C 134,6kWh /61 = 2,20 inverse = 45,3%

A 20°C 158,8kWh/57 = 2,78 inverse = 35,6%

A 22°C 170 kWh/ 55 = 3,09 inverse = 32,3%

32 à 45% d‟économie d‟énergie pour décembre, ce n‟est pas négligeable, mais comment expliquer la différence

d‟échelle avec les 8 à 9% de gain en puissnce dûs à l‟utilisation complémentaire d‟un PC ?

En décembre l‟augmentation de l‟efficacité de l‟échangeur de 50% (passage d‟eff.0,6 à 0,9) , fait s‟amoindrir UN

PEU la distance séparant la puissance de l‟échangeur entre la combinaison DF+PC de la DF seule :

à 15°C l‟eff. 0,9 fait diminuer la distance du DF/combi DF+ PC de 15 points (51 à 36 %).

à 20°C l‟eff. 0,9 fait diminuer la distance du DF/combi DF+ PC de 0 points (36 à 36%).

à 22,3°C l‟eff.0,9 fait diminuer la distance du DF/combi DF+ PC de 13 points (32 à 19%).

- L‟augmentation d‟efficacité de l‟échangeur atténue un peu ( variation de 0 à 15 points) “la proximité thermique”

apparente entre les sources de chaleur (le Puits Canadien et l‟échangeur de chaleur) mais ne descend sous la barre

des 33% que lorsque la temp. de consigne est > 22°C.

- Cette atténuation est plus marquée, lorsque la T. de consigne est basse (15°C), ou haute (22°C)

sur 36

Tableaux récapitulatifs:

tab.A Consommations et puissances par composant suivant les configurations:

Conso.nécessaires pour chffg air

en renouvellement Conso en kWh

Décembr - 1,5m 719 h Puiss moyenne PC/DF en W Puiss moy

total récup

Pour un air intérieur à => 18° 30°C 22,31° 20°C 15°C 20° .DF 18° DF 15° DF 20 15°

Energie récupérable / PC 336,7 k 336,7 k 336,7 336,6k 336,5 k 452 468 452 468

Consommation SF 818,8 k 1425 k 1036,6 k 920k 666,7k

Conso.ensemble PC+SF 482,2 1089 699,8 k 583,4k 330k

Conso; Double Flux Ef.0,6 384,7 625,6

p=877w

471,2 k 424,9 k 665/698

324,4k 765/

792

792 432 460

476

476 765 476

Conso DF0,6 + P.C.

+ puissc moy PC/DF (w)

+ puissc inst PC/DF (w)

231 473,6 k 636; 664 w 452/184

468/196

318 k 271,5k

875/90

5

170,2 k 452/

423 468/

437

437 316 452/

444

468/

459

459 423 459

Ratio conso DF/DF+ PC 1,67 1,32 1,48 1,56 1,90

Ratio inverse 0,60 0,76 0,68 0,64 0,53

Conso.Dble Flux Eff. 09 149,1k 207k 170k 158,8k 134,6k

Conso DF0,9 + P.C. 91,4k 158,7k 115k 101,9k 73,5k

Ratio conso DF0,9/DF+PC 1,63 1,30 1,48 1,62 1,83

Ratio inverse 0,61 0,77 0,68 0,62 0,55

Tab B Ratios entre systèmes double flux et DF + Puits canadien , pour une efficacité échangeur = 0,6

Mesures* => E E E 15°EE 15°EE P P P P P P P P P P

Pour un air intérieur à > 30°C 22,3° 20°C 15° 18° 15° 15° 30°C P.DF 22,3° P.DF 20°C P.DF 18°C P.DF 15°C P.DF

Ratios DF / DF0,6 + PC 1,32 1,48 1,59 1,69 1,91 0,79 1,47 0,87 1,81 0,73 1,99 0,69 2,13

Ratios inverses 0,76 0,68 0,63 0,59 0,52 1,27 0,68 1,15 0,55 1,37 0,50 1,45 0,47

* Mesures* E= Ratio sur les Energies consommées

P = sur les puissances: xx°C ratio de puissance „configurations‟ entre solutions DF et DF+PC à xx°C

P.DF = ratio puissances des echangeurs seuls entre solutions DF et DF+PC pour la temp.indiquée avant.

Interprétation par comparaisons des colonnes de ratios:

S‟il est évident qu‟il vaut mieux d‟abord investir dans une VMC DF de très bonne efficacité avant d‟investir

dans un combiné Puits Canadien + VMC DF (voir tableau A chiffres en bleu), d‟autres aspects sont

intéressants:

En Tab.C quelques colonnes

I* = Ratio F/B = à 15 °C colonne DF0,6 / PC+DF0,6 : SI la puissance de la DF seule est 30% moins forte (0,69) que celle

dans la combinaison, que sa consommation ( DF ) est 90% plus forte (1,91) ,la puissance comparée des échangeurs : Dans celle

du DF seul surpasse celle de la combinaison de 113 % (2,13).

H* = Ratio E/A =à 20 °C colonne DF0,6 / PC+DF0,6 : SI la puissance de récup de la DF seule est 24% moins forte (0,76 et -

0,77) que celle de la combinaison, que la conso de cette DF est 56 % plus forte (1,56), la puissance comparée des échangeurs :

Dans celle du DF seul surpasse celle de la combinaison de 60 % (1,60).

J* = Ratio D/C = à 22,3 °C colonne DF0,6 / PC+DF0,6 : Comparaison globale des configurations:

conso de la DF 48% (1,48) plus forte que celle du combi, mais intermédiaire entre celles à tc= 30° (1,32) et tc= 20° (1,59)

Energie et la puissance de récup de la DF seule est toujours inférieure (-21%) à celle de DF+PC mais ici on se trouve dans des

ratios intermédiaires à ceux de 15°C (-30%) et 20°C (-24%).

puissance moyenne de la DF comparée avec la partie DF de la combinaison la surpasse encore de 47 % (1,479), là la valeur du

ratio est inférieure à celles précédentes à tc= 15° (2,135) et à tc= 20° (1,8085). :

(DF combi sous utilisée de 1-0,68 = 32% ):

Plus la temp.de consigne croit, moins l‟impact du PC sur la puissance de l‟échangeur se fait sentir :

L‟usage des locaux (crêche (Tc=22°C) ou chambre d‟habitation (Tc=18°C) ou ?) et de leur taux

d‟inoccupation (Tc=15°C) joue donc un rôle dans le choix du système.

sur 36

Lorsque l‟on passe d‟une (même) double flux seule à une combinaison DF et Puits canadien:

Lorsque la température de consigne croit,

- Le rapport des consommations de fonctionnement des combinaisons (C. DF/ C.(DF+PC)) suit une

décroissance linéaire passant de 1,90 à 15°C , 1,56 à 20°, et 1,48 à 22,3°c.

- Le rapport des puissances des combinaisons (puissance DF seule/puissance DF + PC) comme celui des

énergies récupérées suit la même droite : de 0,69 à 15°C; 0,74 à 18°C ; 0,76 à 20°C ; 0,78 à 22,3 °C:

Plus on s‟éloigne de la Tc de 15°C plus il augmente.

- La puissance dédiée à l‟échangeur du double flux:

- Le rapport de puissance DF (puissance DF seule/puissance DF + PC) des combinaisons suit une courbe

descendante avec la température: 2,13 à 15°C , 1,99 à 18°C 1,60 à 20°C ; 1,48 à 22,3 °C

- Ce qui signifie la puissance à 15°C de la DF seule est plus du double de celle de l‟échangeur avec le puits

Canadien et devient seulement 1,47 fois celle de la DF avec le puits canadien à 22,3°C: plus on s‟éloigne de la

plage des 9-11°C, plus la VMC DF (en association avec un P.C. ) voit sa „performance‟ s‟améliorer .

- La puissance relative de l‟échangeur double flux (dans le système combiné) s‟améliore lorsque la

température de consigne s‟éloigne de la temp. de fonctionnement (9 à 11°C) du Puits canadien, on

obtient un ratio des consommations entre les deux systèmes qui descend pour avoisiner à 1,30

(inverse = 77%) avec Tc de 30°C:

- Dans le meilleur ** des cas (à 30°C) à efficacité équivalente, l‟énergie consommée pour „chauffer l‟air

entrant‟ sera 23 à 25 % moindre avec un système DF+PC qu‟avec un système DF.

Ce ratio bouge peu lorsqu‟on fait varier l‟efficacité du DF (de 0,6 à 0,9) :

À 30°C Conso DF0,6/DF0,6+PC = 1,32 Conso DF0,9/DF0,9+PC = 1,30

- Dans le pire ** cas (ici à 15°C) l‟énergie consommée pour „chauffer l‟air entrant‟ sera près de 48%

moindre avec un système DF+PC qu‟avec un système DF à efficacité équivalente.

Ce ratio bouge peu lorsqu‟on fait varier l‟efficacité du DF (de 0,6 à 0,9) :

À 15°C Conso DF0,6/DF0,6+PC = 1,90 Conso DF0,9/DF0,9+PC = 1,83

** meilleur et pire des cas : Dans l’optique où l’on veut optimiser le travail de l’échangeur du DF.

Analyse:

La puissance de l‟échangeur est liée à la différence de température entre son air neuf en entrée et son entrée

„air extrait‟.

On a deux sources de chaleur conccurentes en série:

- Une quasi-stable, oscillant de 9,5 à 10,5 °C (en tubes profonds/écartés) Le puits Canadien.

- La seconde, dont la puissance est dépendante de la différence de température (entre celle de l‟air à son

entrée et celle intérieure dite de consigne) et de l‟efficacité de son échangeur, la VMC double Flux.

La puissance moyenne de l‟ensemble sera dépendante :

1. De l‟efficacité de chacun de ses composants.

2. De leur non conccurence: De la distance moyenne de fonctionnement (en température) entre

chacun de ses composants, afin qu‟ils ne se conccurencent pas (ou peu) sur des „espaces d‟action‟

communs.

Synthèse hiver enterré Le montage PC + DF a une pertinence relative faible à l‟usage de préchauffage, la décision du choix de

système sera faite principalement par le niveau de performance recherché pour l‟été. (Pour de futures

canicules) Pour l‟hiver :

- Excepté pour un contexte d‟hiver précis, (PC+SF / Tc=15°C, Bâtiment sans possibilité d‟installation

d‟un double réseau de gaines et des problèmes peu surmontables d‟étanchéïté à l‟air du bâtiment.)

Le saut à effectuer est l‟installation d‟une VMC DF d‟efficacité =0,9 ou plus avec (ou sans ) Puits

Canadien. Avec un PC cela permet d‟éviter la mise en place d‟un système de dégivrage sur la VMC DF et

demande d‟enterrer le réseau autour de 1,5m dans le sol.

Dans un usage standard, (Tc = 20°C), le montage Double Flux Eff. 0,9 est très pertinent puisqu‟on est à près

de 80%/ de gain /SF, proche du seuil de gain optimum (89%/SF) obtenu avec l‟adjonction d‟un PC.

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L‟usage d‟un PC dans ce cas n‟est pas très impactant et reste d‟un intérêt marginal : 10% (Cause: coût du

dimensionnement annuel et du couplage avec la double Flux)... pour l‟hiver sous ces latitudes. (c‟est peut

être pas la même chose à Mulhouse pour une maison de catégorie A ou B).

Les 8 à 9% sont relatif à l‟énergie récupérée totale /VMC SF (référence consommation Simple flux).

Les 32 à 45% sont relatifs au delta en consommation des configurations basées sur le DF avec une efficacité de 0,9.

(référence consommation VMC DF efficacité 0,9) où l‟on a parcouru une bonne part de l‟économie récupérable.

Donc tout dépend du point de vue duquel on se situe: - Point de vue SF existant => meilleures perfs. Dans un contexte 2005-2010 :

„Pour gagner à peine 10 à 15% l’hiver, ça ne sert pas à grand chose ce surcoût de 3000€.’ Mieux vaut investir ailleurs.

- Point de vue DF existant => meilleures perfs. Dans un contexte 2015-2030 : 35% de mieux

‘Nous sommes en 2022, la VMC DF d’efficacité 90 % ou + est la norme, le Gulf Stream a disparu, faisant chuter la

moyenne de température d’hiver de 5 à 10°C … Accompagnée de très régulières périodes de canicules l’été. Je suis Juliette

Lenouvel, créatrice en design d’habitat et architecture intérieure sur l’ouest européen, je suis bien contente de retrouver

l’hiver un chez moi à 15°C lorsque je reviens de grandes tournées professionnelles d’un mois ou plus . Surtout lorsque la

police énergétique contrôle tout frôlement de la ligne blanche. Merci Papa.’

Tout ça pour mettre en valeur que les actions d‟envergure sur le bâtiment sont sensées être pensées pour au moins un demi-siècle.

Et aussi des usages du bâtiment, du type de solution apportée (un composant est + ou – pertinent dans un système complet à

modéliser) et du contexte climatique qui lui sera fortement variable.

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CHOIX EN CONTEXTE

Conso.nécessaires pour

chauffer l‟air renouvellement

Conso en kWh Décembre - 1,5m

Cons ventilo

Conso kWh décembr- 3,7 m

cons ventilo

Ratio/gain // SF

en % à 1,5 m

Ratio/gain // DF0,6

en % à 1,5 m

Av. air intér T.consigne => 20°C 15°C 20°C 15°C 20°C 15°C 20°C 15°C

Energie récupérable / PC 336,5 336,5 (36) 287,0 287,0 35,2

Consommation SF 920 666,7 37,2 920 666,7 37,2

Utilisation du PC Faible var. Double Faible var.

Conso.ensemble PC+SF 583,4 330 73,2 632,7 379,9 72,5 63,3/36% 49,5/50% 166/-66% 102/-2%

Passage / PC + SF à DF 0,6 + 13 % Faible var. Double Faible var.

Conso; Double Flux Eff. 0,6 424,9 324,4 74,4 424,9 324,4 74,4 38,1/62% 48,7/51% 100 / 0 100/0

Energ. recup / DF Eff.0,6 /SF - 495,1 -342,3 +37,2 -569,3 -342,3 +37,2

Passag DF0,6 à DF 0,6+PC + 13 % Faible var. Double Faible var.

Conso DF0,6 + P.C. 268,0 170,2 110,4 287,5 190,2 109,7 29,2/70% 25,5/74,5 76,7/24% 52,5 /47%

Energ. recup par DF+PC/SF -651,7 -496,5 +73,2 - 632,2 -476,5 +72,5

Passag DF0,6+PC à DF0,9 + 13 % Faible var. Double Faible var.

Conso. Double Flux Eff. 09 158,8 134,6 74,4 158,8 134,6 74,4 17,3/83% 20,2/80% 45,3/55% 41,5/58%

Enrg.recup DF Eff.0,6 /SF -760,9 - 532,1 +37,2 -760,9 -532,1 +37,2

Passag DF0,9 à DF0,9+PC + 13 % Faible var. Double Faible var.

Conso DF0,9 + P.C. 98 73,5 110,4 105,0 79 109,7 10,7/89% 11 / 89% 28/72% 22,7/77%

Enrg. recup DFeff.0,9 /SF -821,7 - 593,2 +73,2 -814,7 -587,7 +72,5

DELTA des 2 dern.solutions -61 -61 +36 -53 -55,6 +36

Equivalent en Energie 1aire

+ 93 + 93

En fond bleu : config.équivalentes, en fond jaune config. dont le choix est très prédéterminé.

En fond vert: Saut technique envisageable. (suivant contexte)

En fond rose: Config.dont le choix devient discutable dans une autre dimension.(ici Energie primaire)

Fond Bleu : saut „technique‟, & saut productif important.

Fond Violet saut „technique‟ négligeable (par rapport au précédent), saut productif important.

Fond gris: saut „technique‟ négligeable, saut productif négligeable

Fond Noir : saut „technique‟ important, saut productif moyen à négligeable

- Saut technique (& financier) important: création d‟infrastructure (réseau de gaines, tranchées)

- Saut productif important: plus de 15%.

Conso.nécessaires pour

chauffer l‟air renouvellement

Nb

heures

Conso en kWh Décembre - 1,5m

Ratio/gain // SF

en % à 1,5 m

Ratio/gain // DF0,6

en % à 1,5 m

Pour un air intérieur à => 20°C 15°C 20°C 15°C 20°C 15°C

Energie récupérable / PC 336,5 336,5

Consommation SF 920 666,7

Conso.ensemble PC+SF 583,2 330 63,3/36% 49,5/50% 166/-66% 102/-2%

Conso; Double Flux Eff. 0,6 424,9 324,4 62/38,1% 48,7/51% 100 / 0 100/0

Conso DF0,6 + P.C. 268,0 170,2 29,2/70% 25,5/74,5 76,7/24% 52,5 /47%

Conso. Double Flux Eff. 09 158,8 134,6 17,3/83% 20,2/80% 45,3/55% 41,5/58%

Conso DF0,9 + P.C. 98 73,5 10,7/89% 11 / 89% 28/72% 22,7/77%

Double Flux Eff. 0,6

- Il est possible de faire des choix de systèmes par „pico-contexte’ (en fonction des temp.d‟usage moyenne

en hiver: 15 à 20°C & taux d‟utilisation moyen horaire des locaux l‟hiver) et système de chauffage

complémentaire.

Pico-contexte: Lorsque la consigne moyenne de l’air intérieur est proche de 20°C

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Mettre en série un puits canadien et un double flux moyennement performant apporte un gain relatif de

l‟ordre de 24% par rapport à la double flux seul .Les consommations de config. Double Flux Eff. 0,6 et

DF0,6 + P.C sont assez proches par rapport à celle d‟une DF d‟efficacité de 90%.

Le passage à une D.F. de meilleure efficacité rend la DF d‟efficacité 0,9 nettement plus avantageuse que

la combinaison DF0,6 + P.C. (on passe d‟un gain de 24 à 55% /conf. DF d‟effic. 0,6 ).

Il est préférable d‟investir dans un échangeur double flux d‟efficacité supérieure (ici eff.= 0,9) qui boostera

le gain [ à 83% /S.F. au lieu d‟autour de 60% (DF eff.0,6 )/S.F.] et concentrer les efforts sur l‟ étanchéité à

l‟air du bâtiment pour optimiser le fonctionnement de la D.F;

. Pico-contexte: lorsque la temp.de consigne moyenne de l’air intérieur est proche de 15°C dans le même

contexte, le puits canadien améliore nettement la part relative de l‟ensemble P.C.+S.F. au point que les

consommations de l‟ensemble PC+SF équivaut à celle de la Double Flux d‟Efficacité 0,6.

PC+SF = Solution à retenir lorsque subsiste un taux d‟utilisation peu élevé l‟hiver ,et des difficultés à

installer un double réseau de gaines. Cela peut aussi être une solution moyenne lorsque l‟on sait que vont

subsister des problèmes d‟étanchéïté à l‟air du bâtiment. (La VMC double flux y sera moins performante).

Mettre en série un puits canadien et une double flux eff.0,6 reste de l‟ordre de la consommation d‟une DF

performante d‟efficacité 0,9 (on passe de 47 à 58% de gain / DF eff.0,6)

Double Flux Eff. 0,9

- En passant à une DF d‟eff.0,9,

Sensibilité au Pico-contexte faible :Il y a une faible variation de gain entre une consigne à 20°C et 15°C.

température de consigne à 20°: Le gain relatif reste significatif (de l‟ordre de 32% ) par rapport à une

config DF0,6 + P.C. On a un gain du système.autour de 80% /SF.

Mettre en série un PC et une DF performante (0,9) plafonne le rendement du système.à 89% /SF.

La variation de gain en puissance d‟avec la config. Double Flux Eff. 0,9, n‟est plus que de l‟ordre de 7%.

Sensibilité au Pico-contexte: devient négligeable, on approche l‟assymptote. Surinvestissement inutile ?

Cela dépend du contexte „d‟approvisionnement énergétique‟: Est ce utilisé comme :

- Solution Palliative (Maison traditionnelle à consommation chauffage importante, et surchauffe rapide)

- Substitutive (Pour répartir la chaleur d‟un poêle à bois et abandon des compléments électriques) ?

- Ou de Confort: (Maison neuve isolée, à inertie et chauffage central performant), c‟est juste pour „filtrer

l‟air‟ (pas de recherche de rentabilité).

Le gain en conso. est de l‟ordre de 61 kWh pour le mois de décembre. (Mais génère une surconsommation

électrique de (36 kWh d‟électricité finale) soit près de 160 kWh d‟ énergie primaire en France en alimenté

par le réseau REDF.)

De plus on peut observer les limites: La consommation énergétique “pour chauffage du renouvellement

d‟air” est devenue inférieure à 100 kWh pour décembre, mais la consommation électrique finale

correspondante atteint les 110 kWh. Il y a à ce niveau un problème d‟équilibrage sur les sources d‟énergies.

Sachant que 0,25 W/m3 est déjà une bonne performance de ventilateur.

RAPPORT Puits Canadien

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