Modeling and Dimensioning Ground Heat Exchangers Principles: Influence of the soils thermal proprietiesReport as inadecuate




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* Corresponding author 1 LGIT - Laboratoire de Géophysique Interne et Tectonophysique 2 SWING - Smart Wireless Networking Inria Grenoble - Rhône-Alpes, CITI - CITI Centre of Innovation in Telecommunications and Integration of services 3 LIP - Laboratoire de l-Informatique du Parallélisme 4 GRAAL - Algorithms and Scheduling for Distributed Heterogeneous Platforms Inria Grenoble - Rhône-Alpes, LIP - Laboratoire de l-Informatique du Parallélisme

Abstract : In the context of energy crisis and global warming, heating buildings with the solar energy stored in the soil rep- resents a very interesting alternative. Moreover, cooling buildings can also use the soil damping capacity. This paper presents our reflexion about the modeling and dimensioning of the ground heat exchanger part of ground-coupled heat pumps GCHP. After a physical overview of the ground heat exchanger, we extract from analytical solutions practical consequences of the soil damping behavior and limits that provide guidelines for the dimensioning. We then question the default values of the numerical tools thermal parameters used for the simulation of GCHP. We illustrate this issue through a TRNSYS dynamic simulation of GCHP, demonstrating that soil-s thermal parameters have a strong impact on the results. Finally, we give some perspectives for the determination of soil-s characteristics in situ, but indirectly, thanks to geophysical prospection methods as ground penetrating radar, electromagnetic induction, or electrical resistivity tomography.

Résumé : Dans un contexte de crise e ́nerge ́tique et de re ́chauffement climatique, le chauffage des baˆtiments graˆce a` l-e ́nergie solaire stocke ́e dans le sol est un principe inte ́ressant. De plus, les sondes ge ́othermiques utilise ́es pour extraire la chaleur du sol permettent aussi de l-y re ́injecter, et donc de refroidir les baˆtiments graˆce a` l-inertie thermique du sol. Cet article pre ́sente nos re ́flexions sur la mode ́lisation et le dimensionnement des e ́changeurs thermiques en faible profondeur couple ́s a` des pompes a` chaleur PAC ge ́othermique. Apre`s une pre ́sentation de la physique sous-jacente aux e ́changeurs thermiques et des me ́thodes de re ́solution analytiques et nume ́riques, nous soulignons l-importance des valeurs des parame`tres thermiques du sol utilise ́es par les outils nume ́riques pour simuler les PAC ge ́othermiques. Nous illustrons cette question a` partir de re ́sultats de simulation dynamique TRNSYS : ceux-ci sont fortement influence ́s par les valeurs de conductivite ́ thermique du sol. Enfin, nous pre ́sentons un e ́tat de l-art des mesures de ces parame`tres thermiques in situ et sugge ́rons quelques me ́thodes ge ́ophysiques pour les de ́terminer indirectement, parmi lesquelles le ge ́oradar, l-induction e ́lectromagne ́tique et la tomographie e ́lectrique. La forte empreinte de la teneur en eau sur la thermique des sols permettrait en effet d-estimer leurs caracte ́ristiques thermiques via des mesures de conductivite ́ e ́lectrique ou de permittivite ́ die ́lectrique, elles aussi relie ́es a` la teneur en eau du milieu.





Author: Francois Lavoué - Bernard Tourancheau -

Source: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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