Chauffage par énergie géothermique des bungalows d un complexe touristique

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1 Revue de Energe Renouvelable Vol. 9 N 4 (2006) hauffage par énerge géothermue de bungalow d un complexe tourtue M. Hellel, O. Bellache et A. hena entre de Développement de Energe Renouvelable B.P, 62, Route de l Obervatore, Bouzaréah, Alger (reçu le 22 novembre 2006 accepté le 20 décembre 2006) Réumé - ette étude, conte à muler le comportement thermue de bungalow d un complexe tourtue, et enute concevor un ytème de chauffage géothermue pour ce derner. ette analye permet au de calculer la charge de chauffage à partr du tranfert de chaleur due à la conducton, la convecton, le rayonnement olare, l éclarage, la ventlaton et l nfltraton. ec nou a perm, dan un premer temp de fare le degn du ytème de chauffage. Dan un deuxème temp, nou avon, dan le but de dmenonner le corp de chauffe, établ un modèle de fonctonnement. Pour le ytème de chauffage, nou avon dmenonné et cho l échangeur de chaleur u répond aux beon thermue. Abtract - Thee tude cont n mulatng the tourtc bungalow thermal performance, and degn t geothermal heatng ytem. We evaluate alo the heatng load from the conducton, convecton, radaton, lghtenng, ventlaton and nfltraton heat tranfer. The procedure allow u, frtly, to degn the heatng ytem and econdary, the heatng element and to etablh the worng mode. For the heatng ytem, we chooe the bet heat exchanger that nure the heatng demand. Mot clé: Modélaton - Smulaton - Dmenonnement - hauffage géothermue - Sytème de chauffage. 1. INTRODUTION L objectf prncpal du préent traval et le chauffage de bungalow d un complexe thermal et u a pour conéuence le rabaement de la température de l eau de la ource à une valeur favorable aux cure thermale. L eau géothermale et produte par deux put délvrant chacun un débt de 4 g/. La température à la tête du put et de 67. La dtance moyenne entre le put et le bungalow et de 300 m envron. L eau géothermale, produte à 67, et refrode juu à 40 envron par un ytème de réfrgératon pour u elle ot upportable par le patent pour leur cure. An on ate à un gapllage d énerge au ben thermue u électrue conommée par le ytème de réfrgératon. Dan ce condton, une ntallaton de chauffage par voe géothermue permet non eulement de récupérer une grande parte de cette énerge pour le chauffage de locaux, ma au de fournr une eau géothermale upportable pour le cure. Pour le manten de ce condton, le ytème comporte une premère régulaton concernant la température de retour à partr de élément de chauffe et une econde, relatve à la température de l eau géothermale, avant on évacuaton ver le ban. 2. DESRIPTION DU SITE L ntallaton étudée e trouve à Hammam-Rgha (lattude = 36.19N, longtude = 2.14E, alttude = 750 m). Le locaux à chauffer conte en 16 pavllon conttué de 7 bungalow chacun, ot un total de 112 bungalow à chauffer. Le bungalow étudé et compoé d une chambre, d un éjour, d une cune et d une alle de ban Le mur extéreur ont en double paro éparée par une lame d ar. Le plafond de forme arronde, ont en plancher creux olé par 3 cm de polytyrène. Le plancher, contrut ur un vde antare de 75 cm de hauteur ont en dalle plene. 333

2 334 M. Hellel et al. 3. TEMPERATURE EXTERIEURE DE BASE Le clmat algéren et trè dverfé à caue de la mer et le varaton de lattude et d alttude. Il et du type médterranéen doux, contnental, montagneux et arde. Le température de bae extéreure de chauffage préentent de caractértue trè mportante de te pour la détermnaton de la puance de chauffage à ntaller dan une contructon. e valeur ont choe de manère raonnable, afn d aurer un confort atfaant de occupant. Une défcence courte et légère du chauffage et accepté par temp trè frod [1]. Tableau 1: Température extéreure de bae pour le chauffage N Vlle Température de bae de chauffage ( ) 01 Adrar An Sefra Annaba Batna Béchar Vlle Béjaïa Soummam Bén Abbè Bén Saf Bra ontantne Dar El Beïda Djanet Djelfa hlef El Bayad El Goléa El Kheder El Oued Guemar Ghardaïa Ha Meaoud In Aména In Salah Macara Ghr Mlana Motaganem M Sla Oran Séna Saïda Rebaha Sétf Sda Tamanraet Tébea Tmmoun Tndouf Tlemcen Zenata Touggourt DESRIPTION MATHEMATIQUE Le tranfert de chaleur au nveau de mur ont modélé elon le relaton ur le foncton de tranfert de Mtala et Areneault [2, 3]. Pour un mur uelconue (Fg. 1), le tranfert de chaleur par conducton ver une de e urface et:

3 hauffage par énerge géothermue de bungalow d un complexe tourtue 335, = = nb = 0 na = 1 b a T T nc = 0 nb = 1 b T T,, nd = 1 nd = 1 d d, (1) Fg.1: Blan d énerge au nveau d un mur I : Flux olare ncdent ur la face extéreure du mur I, : Flux olare ncdent aprè multple réflexon ur le autre urface c, : Flux échangé par convecton entre l ar extéreur et la face externe du mur r, : Flux échangé par rayonnement entre le mleu extéreur et la face externe du mur c,, : Flux échangé par convecton entre l ar ntéreur et la face ntéreure du mur r,, : Flux échangé par rayonnement entre le autre face et la face ntéreure du mur, : Flux de chaleur échangé par conducton entre la face nterne et externe du mur condéré e relaton ont le éuaton, en terme de flux et de température, de la urface du mur à de ntervalle de temp égaux. Le tranfert de chaleur par rayonnement de grande longueur d onde entre le urface de mur d une zone et le flux de tranfert de chaleur par convecton de urface de mur ver l ar ntéreur d une zone ont approxmé en utlant le chéma propoé par Seem [4] et repréenté ur la fgure 2. Le méthode permettant de calculer le rétance R euv, et R tar, ont défne dan la référence [4]. Le rapport de urface ont utlé dan le calcul précédent pour trouver le facteur d aborpton entre toute le urface. La rétance R tar, permet de détermner le flux de chaleur net à partr de la urface de la face ntéreur d un mur. comb,, comb,, euv,, ( T T ) 1 = c,, + r,, alor comb,, =, tar, (2) R A : Flux de chaleur échangé par convecton et rayonnement.

4 336 M. Hellel et al. Pour le urface externe, l échange de chaleur par rayonnement n et pa condéré explctement. Le flux de chaleur et calculé au moyen de coeffcent de tranfert de chaleur par convecton et rayonnement. où comb,, o c, r, comb, ( T T ) = + alor = h (3) comb, : Flux de chaleur par convecton et rayonnement h,o : oeffcent de tranfert de chaleur par convecton et rayonnement au nveau de la urface extéreure. a, Fg. 2: Réeau étole pour une zone à uatre urface Un blan d énerge au nveau de urface donne: = + I ; = + I (4), comb,,, Pour le urface ntéreure ( I, comb, ), on peut nclure l énerge du rayonnement olare et du rayonnement de grande longueur d onde ém par le occupant, l éclarage et le apparel ménager. Pour le urface extéreure, le rayonnement olare era eulement condéré. Le gan total au nveau d une zone et la omme de coeffcent de tranfert combné. On a alor: Q (5) u = A comb, Le deux face d un mur ont condérée comme urface ntéreure et ont nclue deux fo dan l éuaton (5). Un blan d énerge ur le mode (tar) montre ue: Q u ( T T ) 1 = tar, (6) R tar, 4.1 Infltraton, ventlaton et couplage par convecton Le taux d nfltraton et de ventlaton ont donné en terme de volume d ar échangé par heure pour chaue zone. Le taux du débt maue et!e produt du volume d ar de la zone, de la denté de l ar et du taux de volume d ar échangé. L nfltraton e produt aux condton de l ar extéreur, alor ue la ventlaton e pae à une température pécfée. Le volume d ar

5 hauffage par énerge géothermue de bungalow d un complexe tourtue 337 ont uppoé utter une zone à la température de l ar ntéreur de la zone. Le gan en énerge du à l nfltraton et à la ventlaton et: Q Q nf, v, = m = m m nf,, m v, nf, v, p p ( Ta T ) ( T T ) v : repectvement le débt d ar d nfltraton et de ventlaton p : capacté calorfue pécfue T v, T a : repectvement température de l ar ventlé et de l ar ambant. Pour chaue mur éparant deux zone, l et poble de pécfer la convecton par couplage u et le débt maue d ar entrant dan la zone. L ar et uppoé utter une zone à la température de l ar ntéreur de la zone. Le gan d énerge relatf à la convecton par couplage et: adja zone mur, j cond connue mcpig, p ( Tj T ) + mcpig, p ( Tb, T ) Q = (8) cpig, (7) 4.2 Température réultante de zone Le taux de varaton de l énerge nterne pour une zone à température flottante et égal au gan de chaleur net: dt = Q (9) d t Le gan de chaleur net ( Q ) et foncton de ( T ) et de température de zone adjacente à la zone ( ). Pour une oluton mplfée de éuaton, ( Q ) et uppoé contant pendant l ntervalle de temp de la mulaton. Dan ce ca, la oluton de l éuaton précédente pour une température fnale pour un ntervalle de temp donné et: Q t T, τ = T, τ t + (10) t : ntervalle de temp dan la mulaton T, τ t : température de l ar de la zone au début du pa de temp. La température fnale pour chaue zone et: T, τ = (11) 2T T, τ t 4.3 alcul de la puance de chauffage (ca mplfé) Il et poble de détermner le beon en énerge pour le zone. Le dégagement de chaleur de l éupement de chauffage et foncton de la température de l ar ntéreur de la zone. La varaton de l énerge nterne pour une zone et égale au gan de chaleur mon la puance de chauffage. dt d t = Q P (12) La réoluton de l éuaton (12) donne la puance de orte pour la zone ( ):

6 338 M. Hellel et al. zonemur T adj.,j tar, P = + Rtar, t 1 Rtar, mcpigp Tj + mnf, + mv, + mcpi + ( Tet,j Tτ t ) + mnf, p Ta + mv, p Tv + Qg,c, + mur,j condton connue m g cpigp Tb condton connue mcpig p Treg, (13) 5. ETUDE DU IRUIT DE DISTRIBUTION Un ytème de chauffage géothermue comprend en général: le put géothermue d où et outré le flude géothermal, un échangeur permettant de tranférer l énerge de l eau géothermale à l eau caloporteue crculant dan le habtaton, le crcut prmare contenant le flude géothermal u almente le ban, le crcut econdare tranfère l énerge de l eau géothermale aux logement, l comprend un réeau de dtrbuton et un réeau de retour. La fgure 3 préente le chéma de prncpe de l ntallaton. Le condton de fonctonnement de l ntallaton ont portée ur cette dernère. Fg. 3: Schéma du crcut de dtrbuton La chaleur néceare au chauffage de locaux et tranme, à traver un échangeur, au flude ntermédare chargé de la tranporter Juu'aux locaux où elle era dtrbuée au moyen de canalaton. Le taux d nfltraton et fxé à un dem volume d ar échangé par heure pendant le heure d occupaton. La cune et ventlée pendant cette dernère pérode. Le gan ont du aux occupant, au chauffage et à l éclarage. La température de l ar ntéreur et mantenue à 20 pendant le heure d occupaton et à 15 pendant le heure d noccupaton. 6. RESULTATS ET INTERPRETATIONS Nou choon une bonne journée pour chaue mo de la aon hvernale. Nou défnon par bonne journée, une journée couverte ayant un fable flux olare drect. Le température ont de valeur horare calculée en pérode d occupaton et d noccupaton. On aperçot u en occupaton, le température de l ar ntéreur ont nettement plu élevée u en pérode d noccupaton. On contate au u en Janver et Févrer, l écart et un peu plu mportant ue durant le mo de Décembre et Mar. Durant la pérode d occupaton, la température de l ar ntéreur et trè table, et égale à la température de congne u et de 20.

7 hauffage par énerge géothermue de bungalow d un complexe tourtue 339 Fg. 4: Evoluton de température de l ar ntéreur et extéreur La fgure 5 montre le conommaton menuelle en chauffage pour la chambre et le éjour du bungalow. Nou contaton ue le conommaton ont néglgeable entre le mo de Ma et le mo d Octobre. La puance maxmale de chauffage et fourne durant le mo de Janver pour décroître enute juu'au mo d Avrl, pu elle croît du mo d Octobre à Décembre. Fg. 5: onommaton menuelle en chauffage

8 340 M. Hellel et al. 7. ONLUSION La préente étude, ur le plan économue, permet de montrer la faablté d un ytème de chauffage géothermue detne aux locaux d une taton thermale d un complexe tourtue. Par alleur, l et nettement démontré ue l nvetement néceare peut être récupéré en mon de uatre année d explotaton et cec an oubler le économe en matère d entreten et explotaton. La réalaton de ce projet nou ouvre de voe prometteue pour l avenr dan l utlaton de l énerge géothermue et la valoraton du gement géothermue en Algére, cec dan le domane du chauffage de l habtat. REFERENES [1] J.. Borel, Suv d une étude jutfcatve de la défnton de zone clmatue en Algére, aher du entre Scentfue et Technue du Bâtment, N 57, Août [2] D.P. Stephenon and G.P. Mtala, alculaton of Heat onducton Tranfer Functon for Mult-Layer Slab, ASHRAE Annual Meetng, Wahngton, D.., Augut 22-25, [3] G.P. Mtala and J.G. Areneault, Fortran IV Program to alculate Z-Tranfer Functon for the alculaton of Tranent Heat Tranfer Through Wall and Roof, Dvon of Natonal Reearch ouncl of anada, Ottawa. [4] J.E. Seem, Modelng of Heat n Buldng, Ph.D. the, Solar Energy Laboratory, Unverty of Wconn - Madon,1987. [5] ollecton de Gude de l A.I..V.F. alcul de déperdton et charge thermue d hver, PY Edton, Par.