Pompes à chaleur géothermiques utilisant des banques thermiques à matériau à changement de phase

Un mode d'emploi pour le dimensionnement de champs de puits géothermiques verticaux en boucle fermée selon la méthode d'ASHRAE est présenté. Un bâtiment en construction à Montréal est utilisé à titre d'exemple. Ce mode d'emploi permet à un ingénieur concepteur de dimensionner convenablement un échangeur géothermique sans l'utilisation de logiciels spécialisés. Le même bâtiment sert à la réalisation d'une étude pour évaluer l'impact de l'ajout de réservoirs d'eau servant de stockage thermique tampon sur les systèmes géothermiques. Les résultats de cette étude montrent que la longueur des puits peut être réduite d'environ 15 % en utilisant des réservoirs d'eau de 120 m3. Toutefois, l'impact sur la consommation énergétique des pompes à chaleur est considérée négligeable. Dans un autre volet de cette étude, un nouveau modèle de réservoir de stockage thermique utilisant les matériaux à changement de phase (MCP) est proposé pour une utilisation dans l'environnement TRNSYS. Ce modèle transitoire est basé sur la méthode « enthalpie » à une dimension et considère des conteneurs rectangulaires remplis de MCP. Ces conteneurs sont empilés les uns sur les autres de façon à permettre le passage d'un fluide caloporteur entre eux. Le modèle proposé est vérifié à l'aide de solutions analytiques et une comparaison inter modèle est réalisée avec la méthode de la « capacité thermique équivalente ». Pour toutes ses vérifications, de très bons résultats sont obtenus. Finalement, le modèle proposé est utilisé afin d`évaluer l'impact du stockage thermique à MCP sur les systèmes géothermiques. Des simulations TRNSYS sont réalisées et le même bâtiment est encore une fois utilisé à cette fin. Les performances du modèle proposé sont comparées à celles des réservoirs d'eau utilisés précédemment. La réduction du volume de stockage réalisable par l'utilisation de MCP comme médium de stockage est évalué à 69 %. Le transfert de chaleur entre le MCP et le fluide caloporteur et celui dans le MCP sont analysés grâce aux simulations réalisées afin de mieux comprendre le stockage d'énergie sous forme latente. La distribution de température dans le MCP à l'entrée et à la sortie du réservoir et l'impact de celle-ci sur la température du fluide caloporteur à différents moments est montrée.