L EFFICIENCE ÉNERGÉTIQUE raugeo - SYSTÈMES GÉOTHERMIQUES informations TECHNIQUES * Des solutions polymères à l infini www.rehau.fr Bâtiment Automobile Industrie
SOMMAIRE 1. La géothermie...4 1.1 Généralités...4 1.2 Domaines d application...4 1.3 Avantages...5 1.4 Gamme RAUGEO...5 2. Propriétés du PE-Xa et du PE 100...6 3. Description Produits - Géothermie Verticale...8 3.1 Généralités...8 3.2 Sondes PE-Xa...9 3.2.1 Description...9 3.2.2 Propriétés...9 3.2.3 Dimensions et conditionnement...9 3.2.4 Assemblage du lest...9 3.3 Sondes PE 100...10 3.3.1 Description...10 3.3.2 Propriétés...10 3.3.3 Dimensions et conditionnement...10 3.3.4 Assemblage du lest...10 4. Description Produits - Géothermie Horizontale...11 4.1 Généralités...11 4.2 Capteurs horizontaux PE-Xa...11 4.2.1 Description...11 4.2.2 Propriétés...11 4.2.3 Dimensions et conditionnement...12 4.3 Capteurs horizontaux PE100...12 4.3.1 Description...12 4.3.2 Propriétés...13 4.3.3 Dimensions et conditionnement...13 5. Description Produits Pieux énergétiques...14 5.1 Généralités...14 5.2. Composants...14 6. Description Produits Sondes Helix...15 6.1. Description...15 6.2 Propriétés...15 6.3 Avantages de la sonde RAUGEO HELIX...15 7. Description Produits Accessoires...16 8. Conception d un système géothermique - Généralités...19 8.1 Choisir une configuration...19 8.2 Effets sur l environnement...20 8.3 Pompe à chaleur (PAC)...20 8.4 Test de mise en pression...20 8.4.1 Généralité...20 8.4.2 Tests...20 9. Conception d un système géothermique - Capteurs horizontaux...21 9.1 Généralités...21 9.2 Profondeur de pose...21 9.3 Pas de pose...21 9.4 Dimensionnement...21 9.5 Configurations...22 9.6 Mise en œuvre des capteurs horizontaux...23 10. Conception d un système géothermique - Capteurs verticaux...24 10.1 Généralités...24 10.2 La réglementation...24 10.3 Intervalle d installation...24 10.4 Dimensionnement (installation unique de puissance inférieure à 30 kw)...24 10.5 Dimensionnement de système destiné au tertiaire...26 10.6 Configurations...26 10.7 Installation...26 10.8 Raccordement...27 10.9 Mise en œuvre des sondes géothermiques...28 11. Conception d un système géothermique - Pieux énergétiques...29 11.1 Généralités...29 11.2 Intervalle d installation...29 11.3 Configurations...29 11.4 Dimensionnement...30 11.5 Raccordement...31 11.6 Détermination des projets potentiels...31 11.7 Recommandations simplifiées (pour avant projet)...32 11.8 Installation pour pieux énergétiques...33 12. Conception d un système géothermique - Sonde Helix...34 12.1 Intervalle d installation...34 12.2 Configurations...34 12.3 Dimensionnement...34 12.4 Mises en œuvre de la sonde HELIX...35 1
13. Conception d un système géothermique - Divers...36 13.1 Fluide caloporteur...36 13.1.1 Mélange eau glycolée...36 13.1.2. Remplissage...36 13.2 Stockage...36 13.3. Entrée dans le bâtiment...36 13.4. Calcul de pertes de charges...36 14. Normalisation, réglementation, certification...37 14.1. Rappel des principaux textes...37 14.2. Liste non exhaustives des normes, guides,standards applicables aux installations destinés à la géothermie...37 Explication de certaines abréviations : PE-Xa : polyéthylène réticulé de type a PEHD : polyéthylène haute densité PAC : pompe à chaleur COP : coefficient de performance 2
1 GÉOTHERMIE Remarque : Cette information technique a pour but de guider l utilisateur pour le pré-dimensionnement des installations géothermiques mettant en œuvre les produits de la gamme RAUGEO de REHAU ainsi que les conseils de mise en œuvre à respecter pour l intégrité des produits. Ce document n a pas vocation à remplacer les normes ou réglementation en vigueur, ces dernières doivent impérativement être respectées. En général les applications ci-dessous sont possibles : - Chauffage basse température (plancher chauffant, radiateurs, murs chauffants), - Plancher réversible (plancher chauffant et rafraîchissant, murs chauffants et rafraîchissants), - Chauffage ou rafraîchissement de l air (en particulier pour les systèmes avec ventilation contrôlée). 1.1 Généralités La plus grande partie de la chaleur interne de la Terre (87%), est produite par la radioactivité des roches qui constituent le manteau et la croûte terrestre : cette radioactivité naturelle est produite par la désintégration de l uranium, du thorium et du potassium. Depuis l aube de l humanité, l homme a toujours su tirer parti de cette énergie. Le recours à la géothermie peut permettre d aller plus loin en raison de son indépendance aux éléments climatiques extérieurs, sa présence locale et son respect de l environnement. La géothermie consiste à prélever l énergie présente dans les terrains ou dans les aquifères superficiels pour la transmettre à une habitation via une pompe à chaleur. Cette technique allie performance énergétique, économique et environnementale pour le chauffage et la production d eau chaude sanitaire. Fig.1 : Bureaux Lu-teco - Ludwigshafen 1.2 Domaines d application La gamme RAUGEO est dédiée à la géothermie basse température en intégrant différents procédés ou techniques de mise en œuvre que ce soit des capteurs horizontaux, verticaux, verticaux peu profonds ou pieux de fondation. La géothermie basse température est définie par l exploitation d une ressource présentant une température inférieure à 30 C, qui ne permet pas, dans la plupart des cas, une utilisation directe de la chaleur par simple échange. Elle nécessite donc la mise en œuvre de pompes à chaleur qui prélèvent cette énergie à basse température pour l augmenter à une température suffisante pour le chauffage d habitations. En France, la température moyenne annuelle au niveau du sol est, en général, de 10 à 14 C et au fur et à mesure que l on s enfonce dans le sous-sol, celle-ci augmente en moyenne de 4 C tous les 100 m (gradient géothermal). La chaleur emmagasinée dans le sol est accessible en tout point du territoire. Les techniques de capture de cette énergie seront adaptées en fonction des besoins thermiques et des types de terrains rencontrés. Fig.2 : Cité de Design-Saint-Etienne.LIN Jan-Oliver kunz 3
1.3 Avantages Le concept de géothermie basse température recouvre des applications qui vont du chauffage de maisons individuelles jusqu au chauffage par réseau de chaleur. Ce type de géothermie se montre particulièrement adapté au chauffage de logements collectifs ou de locaux du secteur tertiaire (hôpitaux, administration, centres commerciaux ) - Utilisation d une ressource dont les températures sont quasiment constantes, - Economie substantielle d émission de gaz à effet de serre, - Des économies d énergie pouvant dépasser 75% pour le chauffage et rafraîchissement 1.4 Constitution de la gamme RAUGEO Systèmes les plus fréquemment utilisés : - Géothermie horizontale - Géothermie verticale Systèmes novateurs : - Pieux énergétiques - Sondes compactes Fig.3 : Les différentes solutions 4
2 PROPRIÉTÉS DU PE-XA et du pe 100 REHAU vous propose une gamme de tubes en polyéthylène réticulé PE-Xa et en polyéthylène haute densité PE100. Les principaux avantages du PE-Xa sont : - Résilience, pas de propagation de fissures, - Rayon de courbure faible même à des températures basses, - Remblai en sable pas nécessaire, - Plage de température allant au delà de 40 c permettant ainsi la conception de système avec stockage d énergie, - Apte pour le raccordement avec raccords à sertir. Les caractéristiques sont listées en détail dans le tableau ci-dessous : Illustrations des tubes PE-Xa PE 100 Matériau Polyéthylène réticulé haute pression type «a» Polyethylène Exigences DIN 16892 DIN 8074/8075 Série des tubes SDR 11(20 x 1.9, 25 x 2.3, 32 x 2.9, 40 x 3.7) 20 C 100 ans / 15 bar 100 ans / 15,7 bar 30 C 100 ans / 13,3 bar 50 ans / 13,5 bar 40 C 100 ans / 11,8 bar 50 ans / 11,6 bar 50 C 100 ans / 10,5 bar 15 ans / 10,4 bar 60 C 50 ans / 9,5 bar 5 ans / 7,7 bar 70 C 50 ans / 8,5 bar 2 ans / 6,2 bar 80 C 25 ans / 7,6 bar - 90 C 15 ans / 6,9 bar - Plage de températures -40 C à 80 C -20 C jusqu à 30 C Temp. Mini. de mise en œuvre - 30 C -10 C Rayon minimale 20 x 1,9 25 x 2,3 32 x 2,9 40 x 3,7 25 x 2,3 32 x 2,9 40 x 3,7 20 C 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm 50 cm 65 cm 80 cm 10 C 30 cm 40 cm 50 cm 65 cm 85 cm 110 cm 140 cm 0 C 40 cm 50 cm 65 cm 80 cm 125 cm 160 cm 200 cm Résistance au poinçonnement Très élévée Elevée Essai de fluage en fissuration (FNCT) Pas de rupture Rupture pour la plage de 200-2000h Remblai Sol en place généralement réutilisable Remblai sable Rugosité des tubes 0,007 mm 0,04 mm Coefficient de dilatation moyen 0,15 mm/(m*k) 0,20 mm/(m*k) Résistance chimique Voir annexe 1 de la norme DIN8075 Voir annexe 1 de la norme DIN8075 Densité 0,94 g/cm³ 0,95 g/cm³ Résilience Très élevée Elevée (pas de propagation de fissure durant le transport (propagation lente, si fissure, durant le transport ou au cours de l installation) ou au cours de l installation) Aptitude au sytème Oui Non avec stockage de chaleur (Température de fonctionnement jusqu à 80 C) (Température de fonctionnement jusqu à 30 c) Aptitude au système de refroidissement Oui Oui avec groupe de production d eau glacée (Température de fonctionnement jusqu à 80 C) (Température de fonctionnement jusqu à 30 c) indice MFR - 0,2-0,5g/10min MFR group - 003,005 Tableau 1 5
Application Désignation de la Sonde verticale Sonde verticale Capteurs horizontaux Capteurs horizontaux Capteurs horizontaux Capteurs pour pieux gamme PE-Xa RAUGEO PE100 RAUGEO PE-Xa RAUGEO PE-Xa PLUS RAUGEO PE100 RAUGEO PE-Xa RAUGEO Domaine d application Géothermie verticale Géothermie verticale Géothermie horizontale Géothermie horizontale Géothermie horizontale Pieux énergétiques Matière PE-Xa PE 100 PE-Xa PE-Xa PE 100 PE-Xa avec barrière EVOH, gainé PE Couleur Gris Noir Gris Orange/Gris Noir Gris Barrière anti-oxygène Non Non Non Barrière selon DIN 4726 Non Non Mise en oeuvre Forage Forage Décapage ou tranchée Décapage ou tranchée Décapage ou tranchée Pieux de fondation Dimensions 32 x 2,9 et 40 x 3,7 32 x 2,9 et 40 x 3,7 20, 25, 32 et 40 mm 20, 25, 32 et 40 mm 25, 32 et 40 mm 20, 25, 32 et 40 mm ø de sonde respectivement ø de sonde respectivement (SDR11) (SDR11) (SDR11) (SDR11) 110 mm et 134 mm 96 mm et 118 mm Utilisation Chauffage / rafraîchissement Chauffage / rafraîchissement Pour les pieux de fondation des nouveaux bâtiments Impossible en rénovation Domaine d application Besoins en chauffage assurés par la pompe à chaleur Besoins en chauffage assurés par la pompe à chaleur eau glycolée/eau et besoins limités Besoins en chauffage assurés par la pompe à chaleur préconisé eau glycolée/eau et besoins en rafraîchissement assurés en rafraîchissement assurés ou non par la pompe à chaleur eau glycolée/eau et besoins en rafraîchissement ou non par la pompe à chaleur assurés ou non par la pompe à chaleur Tableau 2, les différentes solutions RAUGEO 6
3 DESCRIPTION PRODUITS - GÉOTHERMIE VERTICALE 3.1 Généralités Les capteurs verticaux aussi appelés sondes géothermiques, sont constitués de deux tubes en PE100 ou PE-Xa, formant un U, installés dans un forage et scellés dans celui-ci par du ciment. On y fait circuler en circuit fermé de l eau additionnée de liquide antigel. Deux sondes géothermiques de 50 m de profondeur conviennent généralement pour chauffer une maison de 120 m 2 habitables. L emprise au sol est minime par rapport à des capteurs horizontaux. Les sondes géothermiques sont plus délicates à poser que les capteurs horizontaux ; il est nécessaire de faire appel à une entreprise de forage qualifiée (le bureau de recherches géologiques et minières - BRGM- gère une liste de foreurs engagés dans une démarche qualité : Qualiforage) et de respecter les procédures administratives concernant la protection des sous-sols. Fig.4 : Solutions verticales Fig.5 : Sondes PE-Xa 7
3.2 Sondes PE-Xa 3.2.1 Description Les sondes RAUGEO PE-Xa sont constituées de 2 tubes en polyéthylène réticulé de type «a» préformés en U, conformes à la norme DIN 16892/93, et sont de couleur translucide avec une couche externe grise en PE. Les qualités intrinsèques du PE-Xa permettent un préformage du pied de sonde en usine, permettant ainsi de réaliser l aller-retour de la sonde à l aide d un seul tube ; aucun procédé de soudure n est alors nécessaire conférant ainsi à la sonde une sécurité optimale. La courbure du tube est protégée dans un pied de sonde en polyester chargé fibre de verres. La durée de vie des sondes est de minimum de 100 ans à une pression nominale de 15 bars à 20 C. La gamme est complétée par des accessoires, raccords à sertir, passage de mur et collecteurs. 3.2.3 Dimensions et conditionnement Dimensions disponibles : longueur de 50 à 250 m. 3.2.4 Assemblage du lest Les deux U de la sonde sont disposés l un sur l autre à l aide d une vis avant l insertion de la sonde dans le forage. Pour faciliter la descente de la sonde dans le forage, un lest peut être attaché au pied de sonde garantissant une liaison robuste et simple. Dans le cas de nappe phréatique un assemblage modulaire de deux lests est conseillé afin de faciliter l installation de la sonde dans le forage. 3.2.2 Propriétés - Le pied de sonde est préformé, aucun risque de fuite - Adaptées aux conditions de chantier car le PE-Xa possède une excellente résistance à la propagation des fissures et une excellente résistance au poinçonnement - Le pied de sonde est protégé par une résine polyester chargé fibres de verres - Assemblage modulaire possible de lests (éléments de 12,5 ou 25 Kg) Fig.7 : Dimensions Spécifications DN 32 x 2,9 mm DN 40 x 3,7 mm Diamètre extérieur (du tube) 32 mm 40 mm Epaisseur (du tube) 2,9 mm 3,7 mm Diamètre (de la sonde) 110 mm 134 mm Température d utilisation -40 C à +80 C Pression nominale à 20 C 15 bars Capacité d absorption calorique* 50 W/m Longueurs disponibles 50 à 150m 50 à 250m (*) : Capacité d absorption calorique moyenne d un capteur vertical Tableau 3, spécifications - sondes PE-Xa Fig.6 : Sondes PE-Xa Fig.8 : Installation 8
3.3 Sondes PE 100 3.3.1 Description Les sondes RAUGEO PE 100 sont constituées de 4 tubes en polyéthylène haute densité soudés 2 à 2, en forme de U, conformes à la norme DIN 8074/75, résistent aux UV et sont de couleur noire. REHAU prend un soin tout particulier à livrer une sonde prête à l emploi : les 4 tubes sont soudés en usine et font l objet d un contrôle unitaire en pression. La sonde répond aux critères de qualité de la directive Allemande HR3.26 tubes et éléments de conduites en PE 100 pour les systèmes de capteurs géothermiques, et est titulaire du certificat de contrôle délivré par le centre des matières synthétiques d Allemagne du sud (SKZ). La durée de vie des sondes est de minimum de 100 ans à une pression nominale de 16 bars à 15 C. La gamme est complétée par des accessoires, manchons électrosoudables, passage de mur et collecteurs. 3.3.2 Propriétés - Nervures verticales garantissant robustesse et protection du tube - Pas de contact direct du U avec les parois du forage du fait de son intégration complète dans la partie nervurée du pied de sonde - Pénétration facilitée grâce au profil en forme de «flèche» du pied de sonde - Pied de sonde monobloc sans changement de matière - Soudure des pieds de sondes automatisée et réalisée en usine pour répondre aux exigences de la directive VDI 4640, et aux préconisations du BRGM - Pertes de charges réduites - Assemblage modulaire possible de lests (éléments de 12,5 ou 25 Kg). Spécifications DN 32 x 2,9 mm DN 40 x 3,7 mm Diamètre extérieur (du tube) 32 mm 40 mm Epaisseur (du tube) 2,9 mm 3,7 mm Diamètre (de la sonde) 96 mm 118 mm Température d utilisation -20 C à +30 C Pression nominale (PN) 16 bars Capacité d absorption calorique* 50 W/m Longueurs disponibles 50 à 150m 60 à 300m Fig.9 : Sondes PE-100 3.3.3 Dimensions et conditionnement Dimensions disponibles : longueur de 50 à 300 m. 3.3.4 Assemblage du lest Les deux U de la sonde sont positionnés l un à côté de l autre et maintenus ensemble à l aide de vis avant l insertion de la sonde dans le forage. Pour faciliter la descente de la sonde dans le forage un lest peut être attaché au pied de sonde garantissant une liaison robuste et simple. Dans le cas de nappe phréatique un assemblage modulaire de deux lests est conseillé possible afin de faciliter l installation de la sonde dans le forage. D Fig.10 : Dimensions d (*) : Capacité d absorption calorique moyenne d un capteur vertical Tableau 4, spécifications - sondes PE100 Fig.11 : Installation 9
4 DESCRIPTION PRODUITS - GÉOTHERMIE HORIZONTALE 4.1 Généralités Les capteurs horizontaux sont des tubes de PE ou PE-Xa. Ils sont installés en boucles enterrées horizontalement à faible profondeur (de 0,60 m à 1,20 m). Dans ces boucles circule en circuit fermé de l eau additionnée d antigel. La longueur totale des tubes d un capteur horizontal dépasse plusieurs centaines de mètres. Ils sont positionnés en boucles distantes d au moins 40 cm, pour éviter un prélèvement trop important de la chaleur du sol. Dans le cas contraire, il y aurait risque de gel permanent du sol. On estime la surface de capteur nécessaire de 1,5 à 2 fois la surface habitable à chauffer. Pour une maison de 150 m², le capteur occupera entre 225 et 300 m² de votre jardin. Les capteurs horizontaux doivent respecter certains principes de pose. Pelouse, massifs de fleurs et buissons peuvent cohabiter avec le capteur horizontal enterré. La surface au-dessus du capteur doit être perméable (pas de terrasse ou de construction) et ne pas être traversée par des réseaux d eau (risque de gel). Le terrain ne doit pas être trop pentu, pour ne pas avoir à faire de remblai. Un sol rocheux est moins favorable qu un sol meuble. Fig.12 : Collecteurs horizontaux 4.2 Capteurs horizontaux PE-Xa 4.2.1 Description REHAU a spécialement développé un capteur horizontal en polyéthylène réticulé, conforme à la norme DIN 16892/93. Les capteurs sont enfouis dans le sol, en tranchée ou en décaissage afin de capter les calories stockées dans le sol. La gamme est complétée par des accessoires, manchons électrosoudables, raccords à sertir, passage de mur et collecteurs. 4.2.2 Propriétés Les capteurs sont en polyéthylène réticulé de type «a», conformes à la norme DIN 16892/93, résistent aux UV et sont de couleur translucide avec une couche externe grise en PE. La durée de vie des sondes est de minimum de 100 ans à une pression nominale de 15 bars à 20 C. Fig.13 : Remblai de collecteurs horizontaux PE-Xa Les propriétés intrinsèques du polyéthylène réticulé confère des avantages certains : - Remblai en sable non nécessaire du à l excellente résistance au poinçonnement - Tubes flexibles permettant un faible rayon de courbure - Adaptée aux conditions de chantier car le PE-Xa possède une excellente résistance à la propagation des fissures 10
4.2.3 Dimensions et conditionnement Dimension disponible : couronne standard de 100 mètres, d autres longueurs possibles sur demande. Fig.14 : Remblai de capteurs horizontaux PE-Xa Spécifications DN 20 x 1,9 mm DN 25 x 2,3 mm DN 32 x 2,9 mm DN 40 x 3,7 mm Diamètre extérieur (du tube) 20 mm 25 mm 32 mm 40 mm Epaisseur (du tube) 1,9 mm 2,3 mm 2,9 mm 3,7 mm Classe SDR 11 Température d utilisation -40 C à +80 C Pression nominale à 20 C 15 bars Température de pose minimale -30 C Rayon de courbure min. à 20 C 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm Longueurs disponibles* 100 mètres (*) : pour d autres longueurs, nous consulter Tableau 5, spécifications - sondes PE-Xa 4.3 Capteurs horizontaux PE100 4.3.1 Description REHAU a spécialement développé des capteurs horizontaux en polyéthylène haute densité de couleur noire, conforme à la norme DIN 8074/75. Les capteurs sont enfouis dans le sol, en tranchée ou en décaissage afin de capter les calories stockées dans le sol. La gamme est complétée par des accessoires, passage de mur et collecteurs. Fig.15 : Remblai de capteurs horizontaux PE100 11
4.3.2 Propriétés Les capteurs sont en polyéthylène haute densité PE100, conformes à la norme DIN 8074/75, résistent aux UV et sont de couleur noire. La durée de vie des sondes est de minimum de 100 ans à une pression nominale de 16 bars à 15 C. Les bonnes pratiques décrites ci-dessous seront observées : - Un remblai en sable ou terre végétale expurgée des éléments D>20mm - Des températures maximum du fluide calorteur ne dépassant pas 30 C - Une attention particulière sera observée lors de la pose, car le rayon de courbure minimale dépend de façon substantielle de la température de mise en œuvre 4.3.3 Dimensions et conditionnement Dimension disponible : couronne standard de 100 mètres, d autres longueurs possibles sur demande. Fig.16 : Remblai de collecteurs horizontaux PE100 Spécifications DN 25 x 2,3 mm DN 32 x 2,9 mm DN 40 x 3,7 mm Diamètre extérieur (du tube) 25 mm 32 mm 40 mm Epaisseur (du tube) 2,3 mm 2,9 mm 3,7 mm Classe SDR 11 Température d utilisation -20 C à +30 C Pression nominale PN16 Température de pose minimale -10 C Rayon de courbure min. à 20 C 50 cm 65 cm 80 cm Longueurs disponibles* 100 mètres 100 à 200 mètres 100 mètres (*) : pour d autres longueurs, nous consulter Tableau 6, spécifications - collecteurs horizontaux PE 100 12
5 DESCRIPTION PRODUITS - PIEUX ÉNERGÉTIQUES 5.1. Généralités Les pieux sont des ouvrages initialement destinés aux reports des charges d un bâtiment en profondeur. Il est possible d installer un réseau de capteurs, constitués de tubes, dans ces fondations afin d y faire circuler un fluide caloporteur et ainsi capter les calories contenues dans le sol. Les pieux se situent sous le bâtiment, c est-à-dire sous une surface scellée qui ne permet pas au sol une recharge thermique par les précipitations ou par le rayonnement solaire. Afin de garantir la pérennité du système les systèmes géothermiques sur pieux de fondations prévoient généralement un système de recharge du sol. 5.2. Composants Fig 17 : Pieu énergétique Les pieux sont généralement équipés de tubes RAUGEO PE-Xa de dimensions 20 x 1,9mm ou 25 x 2,3mm. La gamme est complétée par des accessoires, manchons électrosoudables, raccords à sertir, passage de mur et collecteurs. Fig 18 : Pieu énergétique 13
6 DESCRIPTION PRODUITS - sondes helix 6.1. Description La solution RAUGEO HELIX PE-Xa puise les calories à quelques mètres de profondeur, permet de réduire vos dépenses énergétiques, réduit les rejets de CO2 dans l atmosphère et améliore votre confort de vie. Cette nouvelle génération de sonde géothermique, fruit de l innovation REHAU, constitue une alternative économique intéressante aux techniques standards de géothermie (verticale ou horizontale). Les sondes Helix RAUGEO PE-Xa peuvent équiper aussi bien des maisons individuelles que des petits collectifs, neufs ou rénovés. L énergie puisée dans le sous-sol est valorisée via une pompe à chaleur, ce qui permet d assurer le chauffage mais également le rafraichissement en été en respectant la réglementation thermique RT 2005. En raison de la faible profondeur d installation, elle constitue une alternative intéressante aux sondes géothermiques verticales lorsque, par exemple, l autorisation de forer ne peut être délivrée ainsi qu à la géothermie horizontale lorsque le terrain disponible n est pas suffisant. HELIX : le compromis économique optimal entre géothermie horizontale et verticale. 6.2 Propriétés Spécifications Hauteur (Conditionnée) env.1,1 m Hauteur (Utile) env. 3,0 m Diamètre extérieur (du tube) env.0,38 m Longueur du tuyau 40 m Dimensions du tuyau 25 x 2,3 Matériau PE-Xa Poids sec env.7,5 kg Volume env.13 Litre Fig 19 : Sondes HELIX 6.3 Avantages de la sonde RAUGEO HELIX - PE-Xa - Géothermie adaptée aux maisons individuelles et petits collectifs - Chantier dans le neuf mais également dans la rénovation - Puissance thermique extractible par sonde jusqu à 700 W - Ne nécessite ni de forage profond ni de grande surface de pose - Facilité de mise en œuvre par entreprise BTP - Tube en PE-Xa adapté aux contraintes de chantier et assurant pérennité et fiabilité de votre installation - Sonde extensible pour satisfaire aux contraintes de transport et aux contraintes d utilisation - Facilité de mise en œuvre grâce à la gaine extérieure de la sonde Tableau 7, spécifications - sondes HELIX La présente notice technique répond aux exigences de la directive VDI 4640 relative aux ouvrages géothermiques. 14
7 DESCRIPTION PRODUITS - ACCESSOIRES Fig.20 : Lest Lest de 12,5 ou 25 kg destiné à faciliter la mise en œuvre lors de la descente de la sonde dans le forage. La mise en œuvre des lests peut nécessiter : - Kit de montage pour les lests 12,5 ou 25 kg pour sonde PE 100. (Article vendu séparemment) - Kit de montage pour les lests 12,5 ou 25 kg pour sonde PE-Xa. (Article vendu séparemment) - Kit de montage pour assembler plusieurs lests. (Article vendu séparemment) «Y» de raccordement des circuits de départ et d arrivée des sondes. Raccordement aux extrémités par manchons électrosoudables, ou polyfusion. Matériau : Acier Diamètre : 80 mm Longueur (12,5 kg) : 340 mm Longueur (25 kg) : 670 mm Matériau : PE100 Dimensions : 32-32-40 et 40-40-50 Fig.21 : «Y» de raccordement Système d écarteur pour sondes permettant d assurer le bon écartement entre les tubes et faciliter le remplissage du trou de forage. Matériau : PE100 Dimensions : pour sondes 32 x 2,9 mm et 40 x 3,7 mm Fig.22 : Ecarteur Colliers de serrage destinés à la fixation des tubes dans les pieux de fondation. Matériau : PA Longueur : 178 mm Largeur : 4,8 mm Couleur : Naturel Fig.23 : Collier de serrage Collecteur assemblé comprenant : bloc de raccordement 1"1/2 avec une sortie 3/8", équipé d un purgeur manuel, plaque de serrage avec sortie ½" + robinet remplissage / vidange, tiges filetées inox + écrou inox. Elément retour avec débitmètre jaune (200 à 1050 l/h), éléments de départs, raccords en polymère, supports de fixation. Matériau : Polymère chargé fibres de verre Nombre de circuits : 2/4/6/8. (autres possibilités sur demande) Raccords : DN32 / DN25 Fig.24 : Collecteurs pré-montés pour sondes verticales 15
Collecteur modulaire avec vanne d arrêt à écrou prisonnier 3/4" F. Les collecteurs sont livrés non montés et nécessitent la commande d accessoires (par ex : set de montage comprenant : blocs de raccordement sortie 1"1/4F, plaques de serrage nickelées, 2 supports muraux, robinets de remplissage, bouchons ½, purgeurs, écrous M8 inox). Matériau : Polymère Nombre de circuits : jusqu à 12 Fig.25 : Collecteurs pour collecteurs horizontaux DN20 et DN 25 Fig.26 : Raccords et bagues à sertir pour PE-Xa L ensemble raccords et bagues à sertir est une méthode de raccordements qui a été développée par REHAU pour raccorder les tubes PE-Xa ou PE-Xa PLUS. Cette méthode présente des avantages indéniables : - Rapide et utilisable de suite - Sûr - Etanchéité permanente - Mise en œuvre quelque soit les conditions météorologique Certaines substances présentes dans le sol peuvent engendrer une corrosion des raccords, il est alors recommandé d utiliser une gaine thermorétractable en cas de doute. Matériau : laiton non-dézincifiable (CR : Corrosion Resistant) ou acier ou bronze rouge. Gamme : voir documentation commerciale Matériau : VPE Longueur : 1200 mm Plage de rétrécissement : 20-55mm Couleur : Noir Fig.27 : Gaine thermorétractable Fig.28 : Bride murale Bride murale pour le passage des tubes au travers de murs, à utiliser en complément du passage de mur. Les raccords électrosoudables sont des raccords dans lesquels est moulée une résistance. Cette résistance est ensuite chauffée à l aide d une machine adéquate afin de réaliser la soudure entre le tube et le manchon. Chaque raccord possède une résistance d identification permettant la programmation automatique des paramètres de soudure. Mat. flasques : Acier inoxydable V2A Mat. Boulons: Acier inoxydable V4A Mat. Corps : EPDM Diamètre intérieure : 20 à 63 mm Diamètre extérieur : 100 mm Matériau : PE100 Gamme : Voir documentation commerciale Fig.29 : Manchon électrosoudable pour PE 100 Les raccords électrosoudables sont des raccords dans lesquels est moulée une résistance. Cette résistance est ensuite chauffée à l aide d une machine adéquate afin de réaliser la soudure entre le tube et le manchon. Chaque raccord possède une résistance d identification permettant la programmation automatique des paramètres de soudure Matériau : PE-Xa Gamme : Voir documentation commerciale Fig.30 : Manchon électrosoudable pour PE-Xa 16
Pour assurer la stabilisation du tube dans le trou percé (sécurité de positionnement), à utiliser en complément de la bride murale étanche. Matériau : PVC Diamètre intérieur : 100 mm Diamètre extérieur : 106 mm Longueur : 400 mm Fig.31 : Passage de mur Les isolants REHAU permettent d isoler les conduites intérieur d eau glycolée de façon étanche à la vapeur d eau pour éviter la formation d eau de condensation. Les extrémités doivent être scellées à l aide d un matériau étanche. Epaisseur isolant : 13 mm Longueur : 2 m Diamètre : 20-63 mm Fig.32 : Isolant Le ruban adhésif latex / butyl anticorrosion REHAU permet la protection des raccords mis en œuvre dans le sol. Longueur : 5 m Largeur : 50 mm Fig.33 : Ruban de protection REHAU d s REHAU propose une gamme complète de tubes de raccordement afin de raccorder les collecteurs à la pompe à chaleur. PE-Xa : 20-160 mm PEHD de 20 110 mm Fig.34 : Tubes de raccordement 17
8 CONCEPTION D'UN SYSTÈME GÉOTHERMIQUE GÉNÉRALITÉS 8.1. Choisir une configuration Actuellement, en France, ce sont les configurations avec capteurs horizontaux qui sont les plus répandues. Ces systèmes sont les moins coûteux mais nécessitent de disposer d'une surface de terrain suffisante. Ils sont donc surtout réservés au chauffage des maisons individuelles. Les configurations verticales sont très bien développées à l'étranger et l'on commence à voir des réalisations en France. Ces systèmes sont plus coûteux mais sont plus performants. Leur emprise au sol est nettement plus réduite. Ils peuvent donc convenir pour chauffer des maisons individuelles, mais surtout de petits ensembles de logements et d'immeubles de bureaux qui sont limités par la surface environnante. REHAU a également développé d autres techniques qui permettent une optimisation des surfaces requises pour les capteurs : - Pieux énergétiques - Sondes Helix. Les caractéristiques principales pour dimensionner un système géothermique sont : - Puissance calorifique de la pompe à chaleur - Le coefficient de performance de la pompe à chaleur (par exemple : B0/W35*) - Nombre d heures de fonctionnement de la pompe - Nature du sol, caractéristiques géologiques et hydrologiques - Les besoins énergétiques annuels/mensuels - Les besoins énergétiques de pointes * B0/W35 = retour source froide : 0 C; départ source chaude 35 C Nota : Pour la conception d un système géothermique, il est important de distinguer de la puissance de chauffage et de refroidissement, l énergie annuelle extractible pour les besoins en chauffage et en refroidissement. En fonction des caractéristiques intrinsèques du sol, notamment la conductivité thermique, un système géothermique ne peut fonctionner de façon continue à des puissances d extraction élevées. Il est important de dimensionner le système sur un cycle annuel. La chaleur est prélevée en hiver et la régénération du soussol est réalisée en été. C est une énergie renouvelable. Si cette régénération n est pas possible, un système de recharge doit être prévu, par exemple avec l utilisation d une pompe à chaleur réversible ou avec un couplage avec des capteurs solaires. Cette information technique présente la plupart des règles de conception énoncées dans la directive VDI 4640 pour les systèmes inférieurs à 30 KW. Pour les systèmes plus importants il est recommandé de faire réaliser une étude complète basée sur l étude approfondie des caractéristiques du sol. 18 Fig.35 : Les différentes solutions
8.2. Effets sur l'environnement Dans le cas de pompes à chaleurs couplées à des capteurs géothermiques, notamment les capteurs horizontaux, un sousdimensionnement des capteurs peut engendrer des effets directs sur la constitution du sol ainsi que sur la végétation environnante. En effet un refroidissement modéré du sol n affecte pas sa structure, mais si le système est sous-dimensionné les prélèvements et l importance de l énergie extraite peut engendrer un gel trop important du sol. L expansion de la glace engendre des pressions de gonflement importantes, au dégel la migration de l eau peut entrainer un fluage des argiles. Il est donc possible d observer un affaissement des terrains autour des tubes. De façon générale une attention particulière doit être portée au dimensionnement. Il est déterminé de façon rigoureuse. Tout sousdimensionnement peut entraîner un appauvrissement irréversible du sol et une dégradation des performances. A l inverse tout surdimensionnement peut engendrer des pertes de charges trop importantes et ainsi entraîne des coûts énergétiques élevées. 8.3 Pompe à chaleur (PAC) Une pompe à chaleur (PAC) permet de transférer de l'énergie d'un niveau à basse température vers un niveau à température plus élevée. Ce transfert consomme de l'énergie, mais l'énergie totale restituée par la PAC est supérieure à l'énergie fournie au système ce qui permet donc une économie globale d'énergie primaire, ainsi qu'une diminution des émissions polluantes, à quantité égale d'énergie finale produite. Une PAC diminue donc la température du milieu qui fournit l'énergie (source froide) et augmente la température du milieu qui reçoit l'énergie (source chaude). Les deux sources pouvant être valorisées, un dispositif de PAC peut donc assurer simultanément et/ou successivement des besoins de chauffage et/ou climatisation ou de rafraîchissement. 8.4 Tests de mise en pression 8.4.1. Généralités Les tests de mise en pression permettent de contrôler l étanchéité du système. Ils sont réalisés à l eau. Ils consistent à mettre le système sous pression constante et de mesurer, en fonction du temps, la pression dans le système. Une chute de pression brutale indique un dysfonctionnement. Les tests de débit permettent de vérifier le bon écoulement dans les capteurs. 8.4.2. Tests Les tests sont réalisés selon les prescriptions du guide de pose et d utilisation des canalisations en polyéthylène édité par le STR-PE (Syndicat des Tubes et Raccords en Polyéthylène). Test avant remblai / cimentation Un test de pression rapide et représentatif est réalisé avant remblai, permettant ainsi le remplacement des tubes ou capteurs. Ce test est particulièrement préconisé dans le cas de sols durs pouvant endommagés les éléments du système. Test après installation des capteurs Il sera réalisé après cimentation / remblai. Il sera réalisé conformément aux prescriptions du guide de pose et d utilisation des canalisations en polyéthylène édité par le STR-PE : - Pression : 6 bars - Durée : 30 min Test pour livraison installation Un test de débit et de pression représentatif du système sera réalisé à une pression 1,5 supérieure fois à celle de service afin de pouvoir livrer l installation au maître d ouvrage. Fig.36 : Principe de la pompe à chaleur 19
9 CONCEPTION D'UN SYSTÈME GÉOTHERMIQUE CAPTEURS HORIZONTAUX 9.1. Généralités 9.4. Dimensionnement Les bonnes pratiques de conception des capteurs géothermiques horizontaux sont décrites dans la directive VDI 4640. Les aspects les plus importants sont décrits dans la notice ci-dessous. 9.2 Profondeur de pose Les températures du sol peuvent atteindre le point de gel à 1m de profondeur, même sans exploitation du sol. Plus la profondeur augmente plus la température croît, mais le flux thermique en provenance de la surface de la terre diminue. Afin de ne pas geler le sol de façon permanente les capteurs doivent se situer en dessous de la limite de gel. En France la profondeur de pose se trouve donc entre 0,6 mètre et 1,2 mètre. De plus l énergie accumulée dans le sol provient principalement des précipitations et du rayonnement solaire, le flux de chaleur provenant des profondeurs est inférieur à 0,1 W/m2, il est donc négligeable. Il est alors recommandé de ne pas installer les capteurs sous des surfaces bâties ou scellées. Certaines exceptions existent, notamment si le système géothermique prévoit une recharge du sol. Il est alors possible de disposer des capteurs sous les bâtiments. Une attention particulière sera portée aux températures de fonctionnement afin de ne pas endommager la structure du bâtiment, en effet des températures trop froides pourraient endommager les fondations. La surface nécessaire et la longueur de capteurs horizontaux dépend principalement des facteurs suivants : - Puissance calorifique de la pompe à chaleur - Coefficient de performance de la pompe à chaleur (par exemple B0/W35) - Nombre d heures de fonctionnement de la pompe - Nature du sol, caractéristiques géologiques et hydrologiques 1ère étape : Détermination de la puissance calorifique de la PAC 2ème étape : Calcul de la puissance frigorifique Puissance frigorifique = Puissance calorifique x (COP-1) COP 3ème étape : Détermination du nombre annuel d heures de fonctionnement de la PAC. Pour des fonctionnements de PAC en mode monovalent destinés à la production d eau chaude basse température le nombre d heures de fonctionnement est généralement de 1800 heures. Pour des fonctionnements mono-énergétiques ou bivalents le nombre d heures de fonctionnement peut s élever jusqu à 2400 heures. 9.3 Pas de pose L écartement de pose préconisé vari de 0,5 mètre à 0,8 mètre. Plus la période de gel est longue plus le pas doit être important. 0,6-1,2 m 4ème étape : Choix de la puissance thermique spécifique en fonction des caractéristiques du sol et du nombre d heures de fonctionnement. Nature du sol Puissance spécifique d extraction 1800 heures de fonctionnement 2400 heures de fonctionnement Sol sec non cohérent (sable) 10 W/m2 8 W/m2 Sol humide cohérent 25 W/m2 20 W/m2 Sol saturé d eau 40 W/m2 32 W/m2 Fig.37 : Intervalle de pose Intervalle de pose 0,5-0,8 m Tableau 8, puissance spécifique d'extraction pour un pas de pose de 0,8 mètre selon VDI4640 Remarque : Il est recommandé de ne pas prélever une énergie supérieure à 50 à 70 kwh/m2/an. 20
5ème étape : Calcul de la surface nécessaire des capteurs. Elle s'obtient à partir de la capacité frigorifique et la puissance d'extraction spécifique. Surface des capteurs horizontaux (m 2 ) = 6ème étape : Calcul de la longueur nécessaire des capteurs Exemple : Puissance frogrifique(w) Puissance spécifique d'extraction (W/m 2 ) Longueur de capteur (m) = Surface des capteurs horizontaux (m2 ) Pas de pose (m) Puissance calorifique de la pompe à chaleur 10 kw (10000 W) Coefficient de performance (par exemple 4 B0/W35) : Puissance frigorifique : 7,5 kw (7500 W) Nombre d heures de fonctionnement : 1800 h/a Type de sol : Sol humide cohérent Puissance thermique spécifique : 25 W/m 2 Surface de captage : 300 m 2 Pas de pose : 0,8 mètre Longueur totale nécessaire : 375 mètres Nombre de capteurs nécessaires * : 4 capteurs de 100 mètres (*)La longueur des capteurs horizontaux est généralement de 100 mètres afin de limiter les pertes de charges. Tableau 9, exemple de calcul Plusieurs configurations sont possibles : La configuration en tranchée : Une distance de 1 mètre est généralement observée entre deux tranchés. Une tranchée est réalisée à l aide d une mini-pelleteuse, dans lesquelles les tubes sont installés. Le matériau de déblai de la deuxième tranchée permet le remblai de la 1ère tranchée. La configuration en décapage : Pour ce type de configuration la surface complète est déblayée et terrassée avant l installation des tubes. Fig.40 : Configuration en spirale Fig.41 : Configuration en Zig-zag 9.5 Configurations Avant toute installation, il est impératif d établir un plan du site où les capteurs doivent être installés. Ce plan comportera : - Les dimensions du terrain disponible - Les éléments de structures, tels les bâtiments - Les éléments de structures futures, telle une piscine - Les réseaux souterrains, tel le réseau d évacuation des eaux usées - La présence de puits canadien - Les arbres et la végétation environnante - La localisation prévue des capteurs Remarque : Des distances minimales sont à respecter : - 5 mètres avec les arbres - 1,5 mètre avec les réseaux entérrés non hydrauliques - 3 mètres avec les fondations, puits, fosses septiques, évacuations 30 cm d'enrobage pour PE100 Intervalle de pose 50-80 cm Filet d'avertisseur 30-40 cm au dessus des tubes min. 0,7m Tube d'assainissement ou autres Profondeur d'installation entre 0,6 m et 1,2 m Tubes RAUGEO Fig.42 : Configuration en Tichelmann Remarque : Le matériau en place peut généralement être utilisé pour les tubes en PE-Xa. En revanche un matériau de substitution adaptée tel du sable de remblai 0/4 doit être utilisé pour la zone d enrobage des tubes en PE100. Une attention particulière sera apportée à la mise en œuvre, en effet la présence de cavités diminue la conductivité thermique diminuant ainsi les performances du système. C est pourquoi dans le cas de terrain rocailleux, pour des tubes en PE-Xa, un matériau d apport doit être ajouté au matériau en place afin de garantir une bonne conductivité thermique. Pour ces différentes configurations, il est recommandé d utiliser des longueurs identiques de capteurs afin de ne pas déséquilibrer les circuits. Fig.39 : Mise en oeuvre - remblai 21
9.6 Mise en oeuvre des capteurs horizontaux 1ère étape : - Les capteurs sont installés à partir du point le plus haut - Les collecteurs peuvent être installés dans des regards enterrés extérieurs spécialement prévus à cet effet - Connecter les tubes aux collecteurs Remarque : Les collecteurs doivent être protégés du rayonnement solaire. Fig.44 : Installation 2ème étape : - Disposer et aligner les tubes - S assurer du maintien des tubes à l aide de cavaliers de fixation - S assurer que le rayon de courbure minimale ne soit pas dépassé Fig.45 : Disposition et fixation 3ème étape : - Enlever les cavaliers de fixation après le recouvrement partiel des tubes avec des butes de matériau approprié - Réaliser un test de pression Remarque : Les tubes en PE100 doivent être mise en œuvre avec du sable ou terre végétale expurgée des éléments D>20mm. Fig.46 : Recouvrement 4ème étape : - Remblayer les tubes - Remplir le système de la solution eau glycolée (la proportion de l antigel dans l eau est spécifiée par le fabricant de la pompe à chaleur) - Purger le système de l air - Réaliser un test de pression de l installation (tubes, collecteurs, ) à une pression 1,5 fois supérieure à celle de service Fig.47 : Remblai et test 22
10 CONCEPTION D'UN SYSTÈME GÉOTHERMIQUE CAPTEUR VERTICAUX 10.1. Généralités Les bonnes pratiques de conception des capteurs géothermiques verticaux sont décrites dans la directive VDI 4640 et dans la charte qualité du BRGM. Les aspects les plus importants sont décrits dans la notice ci-dessous. 10.2. La réglementation L arrêté interministériel du 11 septembre 2003 (ministre écologie / ministre santé JO n 211 du 12/09/03) fixant les prescriptions générales applicables aux sondages, forages, création de puits ou d ouvrage souterrain soumis à déclaration, introduit de nouvelles obligations et en particulier : le dépôt en préfecture d un dossier de déclaration d intention de travaux de forage (y compris pour les forages de reconnaissance et pour les ouvrages de surveillance) contient outre les informations habituelles, un document d incidence de l opération. Le préfet donne récépissé de la déclaration et communique au déclarant une copie de l arrêté interministériel du 11 septembre 2003. Il précise les informations à livrer au préalable en double exemplaire au moins un mois avant le début des travaux : les dates de début et de fin de chantier, les références cadastrales et les cotes, les modalités techniques de réalisation, les modalités des essais par pompage etc... Cet arrêté introduit également quelques dispositions techniques concernant la réalisation du forage. Le déclarant doit également fournir 2 mois au maximum après la fin des travaux un rapport de fin de travaux (déroulement du chantier, nombre de sondages réalisés, coupe de chaque forage). Vous obtiendrez toutes les précisions auprès de la MISE Direction Départementale de l Agriculture et de la Forêt. 10.3. Intervalle d installation Il est possible de disposer des sondes sous bâtiments, mais une attention particulière sera portée aux températures de fonctionnement afin de ne pas endommager la structure du bâtiment, en effet des températures trop froides pourraient endommager les fondations. 10.4. Dimensionnement (installation unique de puissance inférieure à 30 kw) La surface nécessaire et la longueur de capteurs horizontaux dépend principalement des facteurs suivants : - Puissance calorifique de la pompe à chaleur, - Coefficient de performance de la pompe à chaleur (par exemple B0/W35), - Nombre d heures de fonctionnement de la pompe, - Nature du sol, caractéristiques géologiques et hydrologiques. 1ère étape : Détermination de la puissance calorifique de la PAC. 2ème étape : Calcul de la puissance frigorifique : Puissance frigorifique = Puissance calorifique x (COP - 1) COP 3ème étape : Détermination du nombre annuel d heures de fonctionnement de la PAC. Pour des fonctionnements de PAC en mode monovalent destinées à la production d eau chaude basse température le nombre d heures de fonctionnement est généralement de 1800 heures. Pour des fonctionnements mono-énergétiques ou bivalents le nombre d heures de fonctionnement peut s élever jusqu à 2400 heures. 4ème étape : Choix de la puissance thermique spécifique en fonction des caractéristiques du sol et du nombre d heures de fonctionnement. (Voir tableau 10) Les sondes géothermiques sont installées dans des forages allant généralement jusqu'à 100 mètres. L espacement conseillé entre deux capteurs est de 10 mètres. L extraction de la chaleur par une sonde verticale entraîne la formation d un cône d appel thermique. Les caractéristiques de ce cône, notamment sa forme et son diamètre dépendent de l utilisation des sondes, mais aussi des caractéristiques du sol. Ainsi une distance supérieure à 10 mètres peut être nécessaire si le sol est de mauvaise qualité. Au contraire si le fonctionnement des sondes combine le chauffage et le refroidissement la distance peut-être réduite. 23
5ème étape : Calcul de la longueur nécessaire des sondes. Elle s obtient à partir de la capacité frigorifique et la puissance d extraction spécifique : Longueur nécessaire (m) = Puissance frigorifique (W) Puissance spécifique d'extraction (W/m) Caractéristiques du sol Puissance spécifique d'extraction sur 1800 heures de fonctionnement sur 2400 heures de fonctionnement Valeurs indicatives générales Sous-sol de mauvaise qualité (sédiment sec) ( λ < 1,5W/m* K) 25 W/m 20W/m Sous-sol rocheux normal et sédiment saturé en eau ( λ = 1,5-3,0 W/m* K 60 W/m 50W/m Roche compacte à conductibilité thermique élevée (λ > 3,0W/m* K) 84W/m 70W/m Minéraux respectif Gravier et sable, secs <25 W/m <20 W/m Gravier et sable, aquifères 65-80 W/m 55-65 W/m Dans le cas de fort courant des eaux souterraines dans le gravier ou le sable, 80-100 W/m 80-100 W/m et d'installations uniques Argile et glaise, humides 35-50 W/m 30-40 W/m Calcaire (massif) 55-70 W/m 45-60 W/m Grès 65-80 W/m 55-65 W/m Roche magmatite acide (par ex.granit) 65-85 W/m 55-70 W/m Roche magmatite basique (par ex. basalte) 40-65 W/m 35-55 W/m Gneiss 70-85 W/m 60-70 W/m Tableau 10, caractéristiques du sol selon la directive VDI4640 Remarque : Ces puissances spécifiques d extraction sont autorisées pour des sondes géothermiques dans des installations standards à puissance réduite. 6ème étape : Calcul du nombre de sondes nécessaires : Nombre de sondes = Longueur nécessaire (m) Longueur de base des sondes (m) Puissance calorifique de la pompe à 10 kw (10000 W) chaleur : Coefficient de performance (par 4 exemple B0/W35) : Puissance frigorifique : 7,5 kw (7500 W) Nombre d heures de fonctionnement : 1800 h/a Type de sol : Argile et glaise humide Puissance thermique spécifique : 50 W/m Longueur totale nécessaire : 150 m Nombre de sondes nécessaires : 2 sondes de 75 mètres* (*) La longueur des sondes verticales est identique pour faciliter l'équilibrage Tableau 11, exemple de calcul 24
10.5. Dimensionnement de système destiné au tertiaire Pour des installations : - dont la puissance calorifique totale des pompes à chaleur est supérieure à 30 kw, - qui sont utilisées pour le chauffage et le refroidissement, - dont le nombre annuel d heures de fonctionnement est supérieure à 2400 heures, - qui se composent de plusieurs installations individuelles. Un calcul réalisé par un bureau d études fluides est indispensable pour le bon dimensionnement du système. Une simulation informatique sur plusieurs années de fonctionnement en charge permet la visualisation des effets à long terme et ainsi permet leurs prises en compte lors de l étude. De plus le dimensionnement doit être basé sur une étude des besoins annuels en chauffage et refroidissement du bâtiment ainsi que sur une étude géologique et hydrologique du sol. La figure 48 représente le profil des besoins annuels en chauffage et en refroidissement pour un bâtiment tertiaire sur une année. Un test de réponse thermique peut être conduit sur site afin de déterminer les puissances extractibles et ainsi affiner le dimensionnement. 10.7. Installation En fonction de la nature du sol ou en présence de nappe phréatique la descente de la sonde peut s avérer difficile. Des lests sont spécialement prévus pour faciliter la bonne mise en place des sondes. De plus il est recommandé de procéder au remplissage des sondes avec de l eau claire pour faciliter l installation en cas de nappe phréatique. Remarque : L usage de dérouleur à axe horizontal est fortement conseillé, il permet ainsi d éviter les pincements, les frottements et les éraflures au sol. 100.0 Besoin en chauffage et rafraîchissement Chaud [KW] Froid [KW] 80.0 60.0 40.0 20.0 0.0-20.0-40.0-60.0 1 1001 2001 3001 4001 5001 6001 heures Fig.48 : Profil des besoins en chauffage et en refroidissement 7001 8001 10.6. Configurations Avant toute installation, il est impératif d établir un plan du site où les capteurs doivent être installés. Ce plan comportera : - Les dimensions du terrain disponible - Les éléments de structures, tels les bâtiments - Les éléments de structures futures, telle une piscine - Les réseaux souterrains,tel le réseau d évacuation des eaux usées - La présence de puits canadien - Les arbres et la végétation environnante - La localisation prévue des capteurs Remarque : Des distances minimales sont à respecter : - 5 mètres avec les arbres - 1,5 mètre avec les réseaux enterrés non hydrauliques - 3 mètres avec les fondations, puits, fosses septiques, évacuation - 10 mètres entre les boucles Fig.49 : Dérouleur horizontal Le bon remplissage du trou de forage est une opération importante afin d assurer de bons échanges thermiques entre le sol et la sonde. Les règles de l art en la matière seront observées afin de garantir la qualité des eaux souterraines et la pérennité de l installation. Des écarteurs pour sondes seront mis en place tous les 2 mètres permettant d'assurer le bon écartement entre les tubes et faciliter le remplissage du trou de forage. Un tube de remplissage sera utilisé afin d injecter le coulis ciment / bentonite. Le coulis sera injecté sous pression par la base et remontera, au fur et à mesure que le tube d injection sera remonté. Il est recommandé de contrôler le volume total de coulis injecté afin de le comparer au volume théorique. 25