FR2975175A1 - Capteur geothermique - Google Patents

Abstract

Capteur géothermique en U à dalles surmontées de demi-boules radiantes immergées permettant d'alimenter une pompe à chaleur eau-eau ou eau-air avec une puissance plus de 5 fois plus élevée et à un coût 10 fois moindre qu'un captage horizontal ou vertical classique.

Description

Le dispositif selon l'invention est un capteur géothermique qui permet de chauffer l'eau prélevée en sortie d'une pompe à chaleur eau-eau ou eau-air pour la réinjecter en entrée de la pompe à chaleur.

Le prix d'un captage géothermique est généralement très élevé. Il s'agit en effet soit de captage vertical en creusant un puits entre 50 et 100 m de profondeur, soit un captage horizontal en enfouissant un réseau de conduites d'eau à 1m de profondeur sur 200 à 400 m2. Le dispositif selon l'invention est un intermédiaire entre ces deux sortes de captage et présente un coût beaucoup plus modique.

Le dispositif selon l'invention est caractérisé par une tranchée verticale (1) en forme de U remplie de dalles étanches surmontées de demi-boules (2) (figure 1). La tranchée est recouverte de dalles isolantes (3) disposées en légère pente pour former une rigole centrale (4) alimentant une gouttière (5) permettant d'alimenter gratuitement le dispositif en eau de pluie ( figure 2).

L'eau prélevée en sortie de la pompe à chaleur entre dans une branche du U. L'eau prélevée sur l'autre branche du U alimente l'entrée de la pompe à chaleur. Les dalles étanches sont surmontées de demi-boules pour permettre un meilleur transfert thermique ( figure 3 ).

En effet, l'eau va être chauffée par rayonnement des dalles étanches en terre cuite qui tapissent les parois des tranchées. Les demi-boules en terre cuite sont en contact thermique entre elles et avec les dalles étanches, et vont augmenter ce rayonnement par augmentation des surfaces en contact avec l'eau. Elles assurent aussi la rigidité de la tranchée.

On a la formule de Stefan-Boltzmann : P=saT4S P est la puissance rayonnée en Watt (W ) s est 1' émissivité du matériau 6 est la constante de Stefan-Boltzmann et vaut 5,67 10-8 W. m-2 K-4 30 T est la température en Kelvin S est la surface du matériau 2975175 -2

A titre d'exemple, on peut aisément creuser une tranchée de largeur £ égale à 0.50 m , une longueur L égale à 5 m, un intervalle i égale à 1 m, une profondeur h égale à 2 m. Toutes ces dimensions peuvent facilement s'exprimer en multiples de £. Calculons la surface des parois Si de la tranchée ( latérales + frontales + fonds ) 5 S1=2(2L+i)h+2£ h+(2L+i)£=[2(20+2).4+8+20+2]£2 =206£2 S1 = 51,5 m2 ( 206 dalles de 0,25 m2 ) Si les 206 dalles des parois présentent 25 demi-boules de rayon R égal à 0,08£ en surface, la surface des parois devient : S' I = 206 (£2 - 25. n R2 + 25. 2 n R2) = 206 £2 (1 + 0,503) = 77,4 m2 10 Le nombre de dalles surmontées de demi-boules, internes à un cube de coté £ , est alors n = 6 ( figure 4 ). Et donc le nombre total de dalles internes est : N=6.V/£3 = 6.(2L+i).£ h/£3 = 6(20+2).4=528dalles La surface S2 de ces dalles internes est donc : 15 S2 = N . 1,503. £2 = 528. 1,503. 0.52 = 198 m2

Calculons les différentes puissances rayonnées à la température minimum usuelle à 1 m de profondeur, soit T = 8°C = 281 K et 8 = 0,91 pour l'argile cuit : P c 6 T4 S = 0,91. 5,67 10-8 . 2814 . S = 0,321. S kW 20 P1 = 0,321. 51,5 = 16 kW P' l = 0,321. 77,4 = 25 kW P2 = 0,321. 198 = 63 kW

Donc avec des dalles surmontées de demi-boules, la puissance rayonnée vaut : 25 P=P'1+P2=25+63=88 kW C'est largement assez pour alimenter une pompe à chaleur en puissance.

Calculons maintenant le volume d'eau dans la tranchée : Le volume V total de la tranchée est donnée par la formule : V=(2L+i)£.h=(20£ +2£ )£ 4 £ =88£3=88.125=11 000 litres 2975175 -3

Le volume v d'une boule de rayon R = 0,08 L est donnée par la formule : v = 4/3 ir R3 = 0,00214 L3 Le volume v' d'une dalle d'épaisseur 0,04 .e surmontée de 25 demi-boules est : v'= 25 . v / 2 + 0,04 L3 = 0,0668 .e3 5 Le volume v" d'une dalle de paroi d'épaisseur 0,06 .e est : v"= 25 . v / 2 + 0,06 .e3 = 0,0868 .e3 On vérifie que 6 (0,08 .e + 0,04 .e ) + 2 (0,08 e + 0,06,e ) = e ( figure 4 ) La capacité en eau est alors donnée par la formule suivante avec .e3 = V / 88 : Veau = V - 528.v' - 206.v" = V - 528. 0,0668 . V / 88 - 206. 0,0868 . V / 88 10 Veau = V (1 - 0,604) = 11000 . 0,396 = 4360 litres

Donc le dispositif selon l'invention est particulièrement bien adapté pour alimenter une pompe à chaleur eau-eau ou eau-air l'hiver et servir de réserve d'eau de pluie l'été.

15 Pour la fabrication des dalles surmontées de demi-boules, il serait à la fois économique et écologique de compresser celles-ci sur place à partir de la terre sortie de la tranchée, surtout si la terre est très argileuse, à l'aide d'un dispositif automatique représenté par exemple figure 5, et de les cuire à l'aide de fours solaires en été.

Claims (4)

1. REVENDICATIONS1) Dispositif à captage géothermique caractérisé en ce qu'il comporte une tranchée verticale (1) en forme de U remplie de dalles étanches surmontées de demi-boules en terre cuite (2) pour permettre un meilleur transfert thermique.
2. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tranchée est recouverte de dalles isolantes (3) disposées en légère pente pour former une rigole centrale (4) alimentant une gouttière (5) permettant d'alimenter gratuitement le dispositif en eau de pluie.
3. 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'eau prélevée en sortie de la pompe à chaleur entre dans une branche du U. L'eau prélevée sur l'autre branche du U alimente l'entrée de la pompe à chaleur.
4. 4) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que des boules libres peuvent aussi être utilisées à la place des dalles surmontées de demi-boules.