Influence du stockage thermique dans la structure du bâtiment sur les systèmes de pompes à chaleur géothermiques

Le potentiel de réduction de la longueur d'un échangeur géothermique vertical en boucle fermée (ÉGV) grâce au stockage thermique dans le béton d'un système de chauffage rayonnant hydronique intégré à la dalle d'un bâtiment (« dalle active ») est étudié. Le rez-de-chaussée d'un bâtiment commercial typique à Montréal (Canada) est modélisé dans l'environnement de simulation TRNSYS afin d'étudier le couplage de pompes à chaleur (PAC) géothermiques à un système de chauffage hydronique intégré à une dalle sur sol sur la saison de chauffage. Différents scénarios de fonctionnement journalier de l'ÉGV sont étudiés. Les résultats montrent que le nivellement de la charge au sol sur 24 heures ne permet de réduire la longueur de l'ÉGV que de 4 %, ce qui démontre la nécessité de réduire la capacité des PAC géothermiques afin d'obtenir une réduction significative de la longueur de l'ÉGV. Une étude de trois paramètres de design de la dalle active, soit son épaisseur, la profondeur des tuyaux qui y sont intégrés et leur espacement, est montrée. L'augmentation de l'épaisseur de la dalle de 100 à 200 mm permet de compenser une réduction de la capacité des PAC géothermiques de 8,3 %. Ensuite, une augmentation de la consommation électrique des PAC suite à une augmentation de la profondeur des tuyaux est observée et est due à l'augmentation de la résistance thermique entre les tuyaux et le plancher et l'augmentation des pertes de chaleur sous la dalle sur sol. Finalement, des tuyaux plus rapprochés permettent un meilleur échange de chaleur entre le fluide caloporteur et le béton de la dalle, ce qui permet un meilleur rendement des PAC. Une comparaison avec un système de chauffage équivalent muni de ventilo-convecteurs permet de montrer que la longueur requise de l'ÉGV associé à une dalle active est 25 % plus élevée. Cette différence significative s'explique par les températures de chauffage plus faibles du système à dalle active, ce qui engendre un coefficient de performance moyen plus élevé pour le système à dalle active. En contrepartie, une diminution de la consommation des PAC de 21 % est observée. Finalement, une comparaison du stockage thermique dans le béton et sous forme de réservoirs d'eau montre que le premier est avantageux pour la dalle active, mais que le second est avantageux pour le système à ventilo-convecteurs. Finalement, il est montré qu'une diminution de 8,3 % de la capacité des PAC grâce à ces stockages thermiques permet de réduire la longueur de l'ÉGV jusqu'à respectivement 10,1 % et 8,4 % pour le chauffage à ventilo-convecteurs et à dalle active.