Préchauffage et rafraîchissement par collecteurs souterrains à eau, étude de cas et généralisation
Acronyme: COSTEAU
Mots clés
échangeur air/sol , échangeur eau/sol, puits canadien, rafraîchissement passif
Auteurs
Lachal B., P. Hollmuller
Responsable du projet
B. Lachal, P. Hollmuller
Participants extérieurs
Christian Jolliet, Ecoconfort SA
Résumé
Problématique
Depuis quelques années, des systèmes dits "puits canadiens" (collecteurs de chaleur terrestres horizontaux à air) sont posés à Genève, soit pour le préchauffage de l'air, soit pour le préchauffage et le rafraîchissement estival. Ce type de collecteurs a pour principaux désavantages le prix et les risques sanitaires et d'odeurs induits par l'inondation des tubes collecteurs enterrés, suite à des inétanchéités. La solution qui a été réalisée par Ecoconfort dans le nouveau siège administratif de la société Perret à Satigny répond à ces deux problèmes en utilisant, à la place des tubes, des collecteurs à eau horizontaux, utilisés habituellement pour les pompes à chaleur, de coût réduit et sans risques sanitaires.
But
Il s'agit dans cette étude 1) de vérifier le fonctionnement de ce système par une mesure in-situ d'une année, aussi bien pour le préchauffage de l'air en hiver que le potentiel de rafraîchissement en été; 2) de déterminer le coût de la chaleur/froid économisé; 3) de mener à bien des simulations numériques afin de vérifier dans quelle mesure le système étudié est bien optimisé du point de vue technique et économique; 4) d'établir des règles du pouce pour le pré-dimensionnement de tels systèmes.
Résultats
De façon générale, cette étude nous amène aux constatations suivantes :
- Le préchauffage saisonnier de l’air neuf au moyen d’un collecteur à eau couplé sur l’amenée d’air neuf se fait au détriment partiel du récupérateur sur air vicié, qui fonctionne avec un différentiel de température plus faible. D’autre part, avec une nappe de tube à faible profondeur, une partie importante du préchauffage provient d’une diffusion accrue en provenance du bâtiment, même lorsque celui-ci est correctement isolé. L’un dans l’autre, la prestation nette de l’échangeur air/eau/sol s’avèrera constituer sinon une perte du moins un gain marginal. Il convient donc prioritairement, à des fins d’efficience hivernale, d’améliorer l’enveloppe du bâtiment et de soigner le dimensionnement du récupérateur sur air vicié.
- En été, le lissage de l’oscillation thermique journalière est suffisante à maintenir la température d'aération en dessous du seuil de confort de 26°C, fournissant un potentiel de rafraîchissement sur les heures les plus chaudes de la journée. Moyennant un dimensionnement correct du système, il devient alors possible d’accroître le débit d’air à des taux plus importants de quelques vol/h, permettant de ventiler le bâtiment avec de l'air frais et d'en extraire les excédents thermiques. Un dimensionnement journalier (pour lequel des règles du pouce ont été élaborées) et un fonctionnement uniquement estival sont donc recommandés.
Publications
COSTEAU : Préchauffage et rafraîchissement par collecteurs souterrains à eau. Etude de cas (bâtiment Perret à Satigny, GE) et généralisation, Rapport final
P. Hollmuller, B. Lachal, CUEPE, Université de Genève, 2003. (pdf)