Intégration de la capacité thermique à la simulation et la conception des systèmes géothermiques résidentiels

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La simulation énergétique des systèmes de pompes à chaleur géothermique est un processus essentiel pour prédire la performance et, par conséquent, les économies d'énergie engendrées par l'opération d'un système. Il s'agit d'un problème complexe étant donné le couplage entre le bâtiment et l'échangeur de chaleur souterrain ainsi que la nature dynamique du système. Au cours du projet « Engage » précédent, une première version d'un logiciel de simulation des systèmes géothermiques a été développée sur la base de deux idées maîtresses: a) estimation d'un profil de besoins thermiques horaires par optimisation d'une fonction objectif qui tient compte de la consommation énergétique annuelle mesurée d'un bâtiment et b) développement d'un outil de conception pouvant simuler l'opération dynamique d'un système géothermique résidentiel tenant compte à la fois des besoins horaires du bâtiment, des courbes de performance de la pompe à chaleur ainsi que des caractéristiques thermiques du sol et des puits. Le logiciel développé est pleinement opérationnel et livre les résultats escomptés. Pour augmenter le rendement global du système et mieux reproduire le comportement réel du système, l'une des options envisageables est d'ajouter un réservoir tampon au système et intégrer la capacité thermique du fluide caloporteur et du puits. Le projet « Engage plus » proposé vise comme objectif principal le développement d'une méthode de calcul par convolutions successives permettant de simuler le couplage entre la boucle géothermique et un réservoir tampon installé à l'amont de la pompe à chaleur géothermique ainsi que l'intégration du temps de résidence du fluide dans le puits. Par la suite, cette nouvelle méthode sera intégrée au logiciel actuellement utilisé par Marmott Énergies Inc. Au final, cette approche permettra de simuler de façon rapide et efficace la température d'opération du fluide et de tenir compte du temps de résidence et de la masse thermique du système. L'outil de dimensionnement sera validé sur des données réelles provenant de systèmes en opération. Les gains économiques envisagés résultant de ces travaux sont significatifs pour l'entreprise et le Canada puisqu'un meilleur dimensionnement permet de réduire de façon significative les coûts de construction