ANNEXES : LES SOLUTIONS BIOCLIMATIQUES - BHEE

A8.4. Comportement thermique de
l’échangeur enterré
En pratique, les performances de l’échangeur air / sol sont souvent réduites à la surface
d’échange, en pensant qu’il suffit d’augmenter le rayon des tubes sur une longue distance
pour obtenir de bonnes performances. L’étude réalisée par (Hollmuller et al, 2005) apporte
des bases théoriques pour mieux cerner ce qui se passe en réalité. Ce chapitre reprend les
résultats pertinents proposés par les auteurs, notamment, la définition du coefficient
d’amortissement qui inclut le mode diffusif dans le dimensionnement du puits. Pour
caractériser les phénomènes d’échanges thermiques dans le puits canadien, en particulier
l’amortissement le long des tubes de l’oscillation thermique annuelle et journalière,
(Hollmuller et al, 2005) se basent sur un calcul analytique traitant du cas simplifié d’un
débit d’air avec température sinusoïdale à l’entrée des tubes (Hollmuller, 2002). Les
principaux résultats sont décrits ci-dessous :
� La profondeur de pénétration δ de l’onde thermique autour des tubes dépend de
la période τ du signal :
Équation A 62
Pour un sol standard (conduction λs ≈ 1.9 W/K.m², capacité cs*ρs ≈ 1.9 MJ/K.m 3), l’onde
journalière est stockée sur environ 15cm autour des tubes, contre 3m (δan ≈ 3m) pour l’onde
annuelle (à condition qu’une telle couche, non perturbée par ailleurs, soit à disposition).
� Grâce au stockage inertiel, l’amplitude du signal sinusoïdal s’amortit
exponentiellement en fonction du rapport entre surface d’échange S et débit d’air :
D’un signal en entrée, on obtient en sortie :
Équation A 63
� Le coefficient d’amortissement h, qui détermine le dimensionnement, 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) :
Équation A 64
L’échange convectif dépend principalement de la vitesse de l’air, alors que l’échange
diffusif dépend de la géométrie (écartement et profondeur des tubes) et du mode considéré
(annuel ou journalier).
A8.4.1. Echange convectif dans l’échangeur
thermique enterré (Hollmuller et al, 2005)
L’échange convectif augmente avec la vitesse de l’air et diminue accessoirement avec le
rayon du tube, atteignant des valeurs comprises entre 4 et 16 W/K.m² pour des vitesses
Thèse de doctorat - C. FLORY-CELINI Université Claude Bernard
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