BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES

SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL

B.P. 6009 - 45060 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.80.01

LES POMPES A CHALEURA MOTEUR THERMIQUEADAPTATION A LA GÉOTHERMIE

PROGRAMME DE CALCUL SIMPLIFIÉ

par

A. CLOT - A. DESPLAN - J.C. FOUCHER - F. PIQUEMAL

Département géothermie

B.P. 6009 - 45060 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.80.01

80 SGN 605 GTH Septembre 1980

Réalisation : DépanementdesArtsGraphiques

S O M M A I R E

Page

I - BREF RAPPEL SUR LES POMPES A CHALEUR 1

II - POMPES A CHALEUR A MOTEUR THERMIQUE 5

11.1. - Principe de fonctionnement 5

11.2. - Intérêt de la PAC à moteur thermique 5

11.2.1. - Rendement énergétique global 5

11.2.2. - Avantages techniques 7

III - INSTALLATION GEOTHERMIQUE FONCTIONNANT AVEC UNE PAC THERMIQUE 8

111.1. - Schéma d'une installation géothermique avec PAC thermique 8

111.2. - Equations de base des calculs - rappels 9

111.3. - Approche méthodologique 10

111.3.1. - Calculs pour les températures extérieures .11supérieures à la température de transition

111.3.2. - Calculs pour les températures extérieures 11inférieures à la température de transition

111.4. - Quelques règles générales d'approche avant calculs 14

TV - DESCRIPTION ET UTILISATION DES PROGRAMMES 15

TV.1. - Programme n° 1 15

IV.2. - Programme n° 2 15

IV.3. - Mode d'emploi du programme nc 1 15

IV. 4. - Passage au programme nc 2 18

V - EXEMPLE D'APPLICATION 22

V.l. - Données de base 22

V.l.l. - Géologiques 22

V.l.2. - Météorologiques 23

V.2. - Approche 24

V.2.1. - Choix du débit géothermal DG

V.3. - Bilan énergétique 24

V.4. - Bilan financier 30

V.5. - Conclusions 30

BIBLIOGRAPHIE

R E S U M E

Ce travail réalisé sur fonds propres du B.R.G.M. a pour but d'exposerun programme de calcul permettant de déterminer rapidement la couverture desbesoins en chauffage par la géothermie fonctionnant avec une pompe à chaleurà moteur thermique.

Après un bref rappel de notions générales sur les pompes à chaleur,nous avons exposé les hypothèses de base du programme et l'application sur unexemple concret. Ce programme simple, d'utilisation facile, peut, au stade d'unavant-projet sommaire, être utilisé pour situer l'intérêt du projet et permettrede décider s'il convient ou non d'engager plus en avant les études.

Ce programme ne tient pas compte d'une possibilité d'utilisationde l'eau géothermale en transfert direct.

- 1 -

I - BREF RAPPEL SUR LES PCMPES A CHALEUR

Nous nous contenterons de rappeler le principe, et les données de base(principe et aspect théorique) exposées dans le rapport 79 SGN 405 GTH.

Grâce à l'énergie mécanique on "pompe" des calories à une sourceà température modérée, pour les restituer à une température plusélevée au moyen d'un fluide de transfert. Un réfrigérateur estune pompe à chaleur (l'arrière d'un réfrigérateur dégage de lachaleur).

Dans la pompe à chaleur, le fluide frigorigène suit un cycle en4 phases essentielles :

1'evaporation,

la compression,

la condensation,

la détente.

On évapore dans un premier temps un liquide à basse températuredans un échangeur E : 1'évaporateur, en lui fournissant une quan-tité de chaleur QÍ. Les liquides utilisés sont :

. soit 1'ammoniac pour les grosses installations commecelles de la Maison de la Radio,

. soit des fréons (dérivés fluorés du méthane),

. ou bien encore du butane,

. ou de 1'isobutane.

Le compresseur C aspire le gaz et le comprime en effectuant ainsiun travail W. Le gaz va s'échauffer et la température prise par cegaz est celle à laquelle il aurait fallu le porter pour obtenir lapression sous laquelle il se trouve à volume constant, il serad'autant plus chaud que le taux de compression sera élevé.

Le compresseur refoule ensuite ces vapeurs dans le condenseur K oùelles se condensent. Cette condensation est faite en abandonnantla chaleur latente de vaporisation Q2. Le liquide provenant de lacondensation des vapeurs est renvoyé à 1'évaporateur en passant parun organe de réglage (détendeur). Le liquide s'évapore à nouveaudans 1'évaporateur E et le cycle recommence.

- 2 -

Aspect théorique

Les états successifs d'un fluide frigorigène utilisé dans unsystème de réfrigération simple ou à inversion de cycle peuventêtre représentés graphiquement sur différents diagrammes.

Diagramme "Entropique" (ou diagramme T.S.)

L'entropie "S", c'est la quantité de chaleur reçueou enlevée d'un fluide, sans modification de latempérature.

S =_dQ_T

T2

Tl

0 SI S2 S

Sur ce diagramme, si la pompe à chaleur étaitparfaite et le fluide un gaz parfait, le cycleserait présenté par le rectange A.B.CD.

AB : evaporation : absorption de la chaleur à la source froide

BC : compression

CD : condensation : cession de la chaleur à la source chaude

DA : détente.

Un tel cycle s'appelle cycle de CARNOT ; ce cycleest d'une part réversible, et d'autre part c'est leplus économique que peut suivre une telle machinethermique.

- 3 -

Diagramme réel de fonctionnement

La représentation en "diagramme entropique" du cycle suivi par unfluide frigorigène (par exemple le fréon 12) est :

0Le cycle de CARNOT correspondant est figuré par le rectangle A B C D

compris entre les températures Tl et T2. La courbe de saturation liquide-vapeurpasse par les points C et D, et elle a la forme d'une courbe en cloche.

Le cycle réel décrit par le fluide dans la pompe à chaleur comporte :

. une phase d'evaporation et d'aspiration IE dans 1'évaporateur à latempérature to, inférieure aux températures tl et Tl, de sortie etd'entrée de la source froide dans 1'évaporateur. L'aspiration se fai-sant en vapeur sèche, son point figuratif est en E sur la courbe desaturation. (Une certaine différence de température est nécessaire dans1'évaporateur comme dans le condenseur entre la température du fluidede transfert et la source pour que les échanges de chaleur puissent seproduire sans que l'on soit conduit à surdimensionner les appareils.C'est une cause importante de réduction du coefficient d'amplificationpar rapport au coefficent théorique de CARNOT).

. Une phase de compression EF, pratiquement adiabatique, donc à entropieconstante au cours de laquelle le fluide de transfert passe à l'étatvapeur de to à T3 supérieure à T2.

. Une phase de condensation FCDH assez différente d'une isotherme, âpartir du moment où le fluide, refoulé par le compresseur, traverse lecondenseur, qui est parcouru en sens inverse par la "source chaude"évoluant entre t2 et T2. Cette phase est représentée sensiblement parFCDH : suivant FC, le fluide à 1'état de vapeur sèche cède de la cha-leur ; de C en D, cette cession se poursuit à l'état de mélange liquide-vapeur ; suivant DH, un refroidissement final intervient en phase li-quide jusqu'à une température intermédiaire entre T2 et t2.

. Une phase de détente imparfaitement adiabatique HI avec absorption dechaleur, donc une augmentation d'entropie à travers le robinet déten-deur de la machine. Cette détente produit un brouillard liquide vapeurqui se condense à la température to en absorbant de la chaleur. Le flui-de se trouve ainsi revenu à son état initial prêt à suivre un nouveaucycle de transformation.

Le travail fourni à la machine pour effectuer le cycle est égal àl'aire EFCDHIE, aire qui apparaît beaucoup plus importante que celledu cycle de CARNOT ABCD.

- 4 -

Condenseur

Compresseur c

Source chaude

Emission de calories

Moteurw Détendeur

T

i

Source froideE

Evaporation

SI tabsorption de calories

liquide•gaz

SCHEMA 1 : SCHEMA DE PRINCIPE D'UNE POMPE A CHALEUR

- 5 -

II - LES POMPES A CHALEUR A MOTEUR THERMIQUE

II. 1. Principe de fonctionnement

II est identique à celui des pompes à chaleur électriques, à laseule différence que le moteur qui entraîne le compresseur est un moteurthermique.

L'utilisation de ce type de moteur permet la récupération del'énergie dissipée (chaleurs fatales) au niveau du système de refroidissementdu moteur, des gaz d'échappement, et même du local de la pompe à chaleur.

Des échangeurs placés au niveau de ces parties du moteur sontdirectement couplés au circuit de chauffage (schéma 2).

II.2. Intérêt de la pompe à chaleur à moteur thermique

II.2.1. Rendement énergétique global

Le rendement d'un moteur thermique est de l'ordre de30 %, soit :

Pm = 0,3 P

avec : Pm = puissance motriceP = puissance chimique du combustible.

D'autre part, si l'on exprime par x le rapport de lapuissance calorifique récupérable Peal sur les chaleursfatales, à la puissance motrice Pm, on obtient :

Peal = x Pm.

La valeur moyenne de x utilisée dans les calculs ultérieursest prise égale à 5/3 (communication "Renault"),soit :

Peal = |- Pm = 0,5 P.

Le coefficient de performance réel (COP ) étant le rapportde la puissance disponible au condenseur à la puissance mé-canique fournie au compresseur de la pompe à chaleur, onobtient :

COP -4Pm

- 6 -

échangeur

CYCLE DE CHAUFFAGE

échappement efroidissement

y: js1 J compresseurmoteur

thermique

SCHEMA 2

BOUCLE GEDTHERMALE AVEC POMPE A CHALEUR A MOTEUR THERMIQUE

- 7 -

Ainsi, pour une pompe à chaleur (P.A.C.) thermique ayant unCOP moyen de 4, pour 100 thermies "combustibles" fournies aumoteur, on peut "récupérer" au total :

P , + P . = Pm x COP + P . = Pm ( 4 + -|) = 100 x 0,3 (4 + focond cal cal 3 3

170 thermies.

Dans le cas d'une P.A.C. électrique, en prenant comme rendementde centrale 33 % pour 100 thermies fournies à la centrale, avecle même COP de 4, on peut disposer au condenseur de :

(100 x 0,33) x 4 = 132 thermies.

Rappelons que dans le cas d'un générateur classique (chaudière)ayant un rendement de 80 %, on dispose pour 100 thermies fourniesau générateur de 100 x 0,8 = 80 thermies, soit 2 fois moins quedans le cas de la P.A.C. thermique ci-dessus.

En schématisant et en ne considérant que le seul aspecténergétique :

la P.A.C. à moteur thermique est plus performantequ'un générateur classique dès lors que le COP estsupérieur à 1 ;

la P.A.C. à moteur électrique doit avoir un COPsupérieur à 2,4 pour être plus performante qu'ungénérateur classique.

II.2.2. Avantages techniques

- Souplesse du moteur thermique

II permet une plus grande modulation que le moteurélectrique.

- Autonomie

Le maître d'ouvrage d'une telle installation devientindépendant du réseau EDF, au moins pour le fonctionne-ment de ses P.A.C. (il peut même envisager de fonctionneren "énergie totale" mais ce n'est pas le but de cerapport).

- 8 -

III - INSTALLATION

II n'est ainsi plus soumis aux variations du coût del'électricité en fonction des périodes d'utilisationet notamment pendant les heures de pointe. Le bilanfinancier de l'opération de Creil, notamment, a montrél'intérêt d'arrêter les P.A.C. électriques pendant lesheures de pointes, les économies dues à la productiond'énergie calorifique complémentaire, liée aux P.A.C.,ne compensant pas le surcoût électrique pendant cespériodes.

FONCTIONNANT AVEC UNE P.A.C. THERMIQUE :

HÏPOTHESES DE BASE

III. 1. Schéma d'une installation géothermgue avec P.A.C. thermique

Pc—•

DeTd

départ chauffage

xPm

recuperationde

ch. fatales

Pm.

condenseur

retour chauffage

,,Tc Pf + Pev

0 compresseurmoteur e v

thermique évaporateur

Y détendeur

arrivée d' eau dela nappe

Pg

,792

rejet d'eau

- 9 -

Les paramètres utilisés sont :

. Tgl : Température de l'eau géothermale à la production (donnéeconnue)

. Tg2 : Température de l'eau géothermale à la réinjection

. Tf : Température du fluide frigorigène de la pompe à chaleuraprès le détendeur

. Te : Température du fluide frigorigène de la pompe à chaleuraprès le compresseur

. Tr : Température de retour du chauffage (connu : cf régulation)

. Td : Température de départ vers le chauffage (connu : cfrégulation)

. Tl : Température du fluide de chauffage à la sortie ducondenseur

. Dg : Débit d'eau géothermale (connu)

. De : Débit du circuit de chauffage (connu)

. Pg : Puissance géothermale : Dg (Tgl - Tg2)

. Pm : Puissance motrice

. Pc : Puissance de chauffe (fonction des conditions climatiquesconnue)

. Pev : Puissance disponible à 1'évaporateur = Pg

. x : Rapport de la puissance calorifique récupérable à lapuissance mécanique du moteur : P

Pm

III.2. Equations de base des calculs - rappels

0c- COP théorique : COP^ = Q c . Q f

avec 0c : température absolue, d'entrée du fluide frigorigènedans le condenseur = Te + 273°C.

P___ . . con Pc (Td-Tr) - x Pm /-i\

COp reel : _ _ = _ Q )Te + 273

0 c - 0f ~~ I" Te - Tf

>O TI + ¿ + 273{ Tl - Tg2 + 2 o / Td - x Tg2 + 2 <5

De '

- 10 -

Avec f-* : rendement de la pompe à chaleur

5 : pincement sur 1'évaporateur et le condenseur

(Te = Tl +6 ; Tf = Tg2 -6 )

- Le principe de la conservation d'énergie permet d'écrire :

De (Td-Tr) = Dg (Tgl - Tg2) + Pm (1 + x) (3)

- On suppose connus :

. les ressources géothermiques : Tgl et Dg

. les régulations en chauffage : Td et Tr en fonction de latempérature extérieure Tex (chacune définie par ses valeursrespectives pour la température de base et la température denon chauffe ;

. le débit du réseau de chauffage, déterminé par le rapport dela puissance maximale appelée (pour la température de base)à la différence Td-Tr (pour cette même température de base) ;

les valeurs def , 6 et x, dépendant en partie de l'installationmais que l'on peut en première approximation (c'est ce que l'ona fait dans l'exemple qui suit) prendre respectivement égaux à :

(J = 0,65

6 = 5°C

x = 5/3

Ces valeurs peuvent être modifiées à la demande dans le programme.

Nous avons ainsi un système à 3 équations Q ) , (2)/ (3) avec3 inconnues Tg2, Pm et COP réel, pouvant être résolu.

III.3. Approche méthodologique

On peut utiliser le programme en essayant de fournir la totalitédes besoins à partir du système géothermie + pompe à chaleur. Cependant, cela con-duit (en négligeant de toute façon les éventuelles impossibilités techniques-température de rejet trop basse, débit géothermal limité-), à augmenter trèsfortement la puissance, donc le coût de la P.A.C. par rapport à une solution-plus intéressante économiquement- qui permettrait de fournir une grande partiedes besoins (70 a 80%) tout en limitant la puissance de la pompe à chaleur (30à 40 % de la puissance maximale appelée disponible au condenseur).

Ces ratios (70 à 80 % d'un côté pour les besoins, 30 à 40 % del'autre pour la puissance) dépendent essentiellement de la courbe monotone destempératures moyennes journalières qui montre que la fréquence d'apparition destempératures extérieures les plus basses -correspondant aux puissances appeléesles plus élevées- est faible (quelques heures dans l'année).

- 11 -

Cela conduit ainsi à définir la température de transition ouvaleur de la température extérieure au-dessus de laquelle le système géothermie +P.A.C. fournit tous les besoins et en-dessous de laquelle il n'en fournit qu'unepartie.

III.3.1. Calculs pour les températures extérieures supérieures à la

température de transition

L'utilisation du programme (décrit plus loin) permet decalculer pour chaque température extérieure les conditions de fonctionnementde la P.A.C, à savoir :

. température de rejet Tg2

. COP réel

. Pm.

On peut alors calculer 1'énergie fournie par le système(= à l'énergie appelée =ZPci x hi ) et l'énergie consommée par le moteur dela pompe à chaleur : _ ^ .

ï ,Pmi x hi .( 0,3 K

III.3.2. Calculs pour les températures extérieures inférieures

à la température de transition

Le système P.A.C. + récupération ne fournit plus qu'unepartie de l'énergie appelée. Deux hypothèses sont alors possibles pour lescalculs :

. travailler à puissance P.A.C. + récupérationconstante et égale à celle correspondant à latempérature de transition ;

. travailler à puissance motrice Pm constante(et égale à celle observée pour la températurede transition).

On constatera dans l'exemple exposé plus loin que lesbesoins fournis sont légèrement supérieurs dans l'hypothèse 1 mais que celaconduit à largement augmenter les investissements P.A.C. En effet, la P.A.C.travaillant moins bien, la diminution du COP liée à l'augmentation des tempé-ratures du chauffage conduit à augmenter la puissance motrice Pm de la P.A.C.et donc l'investissement. Globalement, les besoins supplémentaires ne compensentpas le surcoût d'investissement.

- 12 -

III. S.21 • Calouls à puissance P.A.C. + récupération constante

Pour pouvoir continuer à utiliser le même programme qu'enIII.3.I., on suppose qu'on a le schéma suivant où une partie du débit total dechauffage De alimente la P.A.C. (Dc2), l'autre partie alimentant un générateurauxiliaire qui fournit l'appoint. Le système P.A.C. + récupération ne fournitplus alors qu'une partie du débit nécessaire (DC2) mais à la température voulue.

Générateurauxiliaire

DC

Les paramètres inconnus sont les mêmes qu'en III.3.1.cependant, il faut calculer pour chaque température extérieure le débità prendre en compte (fait par le programme) :

Puissance P.A.C. + Récupération constanteTdi - Tri

- 13 -

III.c.OD . Cal_auls_à_2uissœîce_ motrice_çonstante

Cette régulation correspond au schéma suivant

T 'd

GTH

La totalité du débit De passe par le condenseur. Leprogramme se trouve modifié comme suit :

Pm n'est plus une inconnue : valeur égale à cellecalculée pour la température de transition ;

la température à la sortie de 1'échangeur de récu-pération, appelons-la T'd, devient une inconnue dusystème.

- 14 -

III.4. Quelques règles générales d'approche avant calculs

Nous avons considéré dans les paragraphes précédents le débitgéothermal comme une donnée du système. C'est inexact puisqu'il s'accompagnegénéralement d'une puissance de pompage nécessaire pour obtenir ce débit(systématiquement dans le cas d'un doublet). On peut en fait jouer plus oumoins sur ce débit (l'augmenter par exemple, en augmentant la puissance depompage, ou le diminuer suivant l'intérêt du système : il peut ainsi être plusintéressant d'essayer d'abaisser les températures de rejet, au détriment d'unCOP plus faible, pour diminuer le débit géothermique s'il est obtenu avec unepuissance de pompage élevée, ou inversement.

On peut donc proposer, à ce stade, les règles suivantes

. limiter de toute façon la puissance maximale(P.A.C. + récupération), correspondant à latempérature de transition, à la moitié de lapuissance maximale appelée. Ceci correspond(pour un COP moyen de 4,5) à une puissance à1'évaporateur inférieure à 0,3 P

^ max

Pev ^,0,3 Pmax

limiter de toute façon les frais de consommationélectrique de pompage du réseau géothermique aumaximum à 10 % du coût de l'énergie totale consomméepar le chauffage (avant utilisation de la géothermieet de pompes à chaleur). Faire un calcul sur 4000 heures.Par exemple si les dépenses en énergie primaire du réseaude chauffage sur lequel porte l'étude se montent annuel-lement à 2 MF, on limitera dans les calculs le débit de façonà ne pas avoir plus de 200000 F de frais de pompage, soit sur4000 heures avec 0,25 F/kWh 200 kW

Les caractéristiques d'exploitation (débit / puissance)du forage devraient permettre de déterminer le débit maxi-mum (cf. graphique P = jf (Q) , § V.l.l.).

limiter la température minimale de rejet à 5°C.

quand les puissances de pompage sont faibles(ou nulles,débit artésien, puits unique), essayer de privilégier leCOP (augmentation de la température de rejet, compenséepar augmentation du débit). La température de rejet estcependant à limiter pour éviter les "pollutions thermiques".

- 15 -

IV - DESCRIPTION ET UTILISATION DES PROGRAMMES

Ces programmes ont été écrits pour être utilisés sur une calculatriceTEXAS INSTRUMENT 59.

Les limites de capacité de mémoire ont imposé de faire deux programmesdifférents, pour les deux types de modulation possibles.

IV. 1.

II est utilisable quelle que soit la température extérieure ;lorsque Tex < Temp, de transition, le programme n° 1 poursuit les calculs selonle schéma exposé en III.3.2.\ c'est-à-dire : puissance fournie (PAC + Récup.)constante.

IV. 2.

II n'est utilisable que pour Tex ^ Temp, de transition. Ceprogramme fonctionne pour Pm constant.

IV.3. Mode d'emploi du prograitine n° 1

(voir tableau page suivante)

- 16 -

; SEQUENCE

: 1

: 2

: 3

: 4: (facultative)

; 5

: 6

PROCEDURE

Effacer les mémoires et les registres

Agencer la répartition nécessaire....

Lecture carte 2 côté 3

Lecture carte 7 côté 4

Introduction des données(en cas de modification)

Coefficient P . par ex. 0,65

Coefficient x . par ex. 3/3

Coefficient 6 . par ex. 5°

Température retour de base

Puissance de base (Puiss. Maximum)...

Température de non chauffe

Température de base (T. minimum)

Puissance P.A.C

Débit "éothermal

Température extérieure

Démarrage calcul

INTRODUIRE

Valeur de P

Valeur de x

Valeur de s

TDBTRBPBTNCTBPPAC

TG1DGTEX

APPUYER

2nd CP2nd CMS

2nd OP 17CLR

CLR

CLR

CLR

CLR

GTO x2 R/S

GTOVx R/S

OTO 1 R/S

2nd A

2nd B

2nd C

2nd D

2nd E

A

BcD

E

AFFICHAGE :

Calculatrice

0

799 - 190

10

->

0

30

40

TDBT RB-TDB

PBTNC

- (TNC - TB)

PPAC

TG1DG

DC

TG2

Imprimante :

Valeur X :

Valeur Y \

Valeur Z :

Valeur TDB *

Valeur TRB :

Valeur PB :

Valeur TNC :

Valeur TB ;

Valeur TG1 '

Valeur DG :

Valeur TEX ;

Valeur PA :

Valeur PPAC \

Valeur PF :

Valeur TD :

Valeur 7T.Valeur DC :

Valeur PM :

Valeur COP \

Valeur TG2 :

- 17 -

Les valeurs couramment utilisées sont :

: 0,65

x : 5/3

6 : 5°C

Elles sont automatiquement prises en compte dès 1'introduction descartes magnétiques. On peut donc passer directement à la séquence 5.

Néanmoins, il est possible de modifier ces valeurs en suivant lesinstructions données.

REMARQUES

Complément sur les symboles utilisés :

PA

PPAC

PF

TD

TR

DC

PM

COP

TG2

Puissance appelée

Puissance de la pompe à chaleur

Puissance fournie

Température de départ

Température de retour

Débit du circuit de chauffage

Puissance mécanique du moteur

Coefficient de performance de la pompe à chaleur

Température de rejet de l'eau géothermale.

Unités :

Les puissances sont exprimées en thermies/heure, ou en kW (mais homo-généité à

Les débits sont exprimés en mètre cube/heure. respecter)

Les températures sont exprimées en degré Celsius.

Changement de données :

II est possible à tout moment (sauf pendant l'exécution du programme)de changer une ou plusieurs données. Les données peuvent être intro-duites dans n'importe quel ordre, sauf :

. TDB sera toujours introduit avant TRB.

. TNC sera toujours introduit avant TB.

. TEX sera toujours introduit en dernier.

- 18 -

Si TRB ou TB sont introduits en second lieu, les tests devalidité seront effectués avec les anciennes valeurs deTDB ou TNC (ou tout simplement avec 0 si aucune valeur n'apréalablement été introduite). L'introduction de TEX déclencheune partie des calculs ; il est donc indispensable d'avoir in-troduit tous les autres paramètres avant TEX.

Utilisation normale du programme :

La séquence 5 (sauf TEX) étant introduite, il n'est plus nécessaired'y revenir.

Pour chaque nouvelle valeur de TEX, il suffira de réintroduire cettevaleur et d'effectuer ensuite la séquence 6. On obtiendra ainsi lesconditions de fonctionnement (avec les mêmes données) en fonction dela température extérieure.

Tests de validité :

L'inscription "PDS" (pas de solution) apparaîtra :

. lors d'une mauvaise introduction de données :

TDB < TRB

TNC < TB

TNC < TEX

. Si au cours du programme :

. le discriminant de l'équation du second degré estnégatif,

. TG2 > TG1.

Il est recommandé après la lecture des cartes magnétiques devérifier si elles sont bien enregistrées dans la calculatrice.Pour cela, il suffit de faire l'exemple proposé et de vérifierles résultats.

IV. 4. Passage au programme _n° 2

Les données nécessaires à ce programme sont, entre autre :

. température de transition TTR

. puissance mécanique PM à TTR.

C'est grâce au programme n° 1 que ces valeurs sont déterminées.

- 19 -

! SEQUENCE

: 5 Bis

: 6

PROCEDURE

Calcul de la tem-pérature detransition

Démarrage calcul

INTRODUIRE APPUYER

GTO 769 R/S

E

AFFICHAGE

Calculatrice

DC

TG2

Imprimante :

ValeurValeurValeurValeurValeurValeurValeur

ValeurValeurValeur

TTR :PA :PPAC :PF :TD :TR :DC :

PM ;

COP ;TG2 ;

MDDE D'EMPLOI DU PROGRAMME Kc 2

- 20 -

SEQUENCE PROCEDURE INTRODUIRE APPUYER AFFICHAGE

Calculatrice Imprimante

(facultative)

Effacer les mémoires et les registres.

Agencer la répartition nécessaire

Lecture carte 1 côté 1

Lecture carte 1 côté 2.

Lecture carte 2 côté 3.

Lecture carte 2 côté 4.

Introduction des données(en cas de modification)

Coefficient. C.

Coefficient x.

Coefficient 6.

Débit circuit- de chauffage

Température retour de base

Puissance de base (puissance maximumun).

Température de base ( minimum)

Température de non chauffe

Température de transition

Température extérieure

Puissance mécanique

Température de production

Débit géothermal

x

a

DCTREPBTBTNCTTRTEXPUTG1DH

Démarrage programme.

2nd CMS2nd CP

2nd OP Y,CLR

CLR

CLR

CLR

CLR

GTO x 2 R/SGTO Vx R/SGTO — R/S

GTO y

2nd A

2nd B

2nd C

2nd D

2nd E

A

B

C

D

,x R/S

00

799 - 190

10

DCTABPBTB

TB - TNCTTRTRP."T31DG

Valeur

Valeur

Valeur

Valeur

Valeur

Valeur

Valeur

Valeur

Valeur

Valeur

Valeur

Valeur

Valeur

XY

DCTRBPBTBTNCTTRTEXPM

TG1DG

Valeur PAValeur TRValeur TDValeur TG2Valeur PFValeur COP

REMARQUES

TTR, DC, PM ont été déterminés par le programme n° 1Les unités sont les mêmes que pour le programme n° 1Introduire TB avant TNCPour chaque nouvelle valeur de TEX, réintroduire cette valeur en appuyant sur A, puis ensuite sur E.Les valeurs de TRB, PB, TG, TNC, TRI et D5 seront évidemment identiques dans les deux programmes.

- 21 -

REMARQUES

Changement de données :

II est possible à tout moment (sauf pendant l'exécution du programme)de changer une ou plusieurs valeurs.

Les données peuvent être introduites dans n'importe quel ordre sauf :

. TB sera toujours introduit avant TNC.

Si TB est introduit en second lieu, le test de validité seraeffectué soit avec 0 (si aucune valeur n'a préalablement étéintroduite) soit avec l'ancienne valeur de TNC.

Cohérence des données :

Les valeurs TTR, DC et PM sont obtenues grâce au programme n° 1.

Pour qu'une comparaison soit possible entre les deux programmes,il est indispensable de réintroduire les mêmes valeurs desparamètres.

Test de validité :

L'inscription PDS apparaîtra :

. lors d'une mauvaise introduction de données

TB > TNC

TTR < TEX

. si au cours du programme :

Le discriminant de l'équation du second degré est négatif ;

TD < TR

TG1 < TG2

Utilisation normale du programme :

Une fois tous les paramètres introduits, il suffit d'appuyer surE pour démarrer le programme.

Pour chaque nouvelle valeur de TEX, réintroduire celle-ci puisappuyer ensuite sur E.

On obtient ainsi les conditions de fonctionnement (avec les mêmesdonnées) en fonction de la température extérieure.

- 22 -

V - EXEMPLE D'APPLICATION

V.l. Données de base

V. 1.1. Géologiques

suivantes

L'étude porte sur l'exploitation d'un réservoir de caractéristiques

. température : 32°C

. débit (dépend des caractéristiques du réservoir : cf. graphique

ci-dessous)

PUITS DE PRODUCTION

KW

400

300

200

100

'b Puissoncê

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1

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I.50 100 150 200 250

Débit

300 m'//,

- 23 -

V.l.2. Météorologiques

L'histogramme des fréquences des températures moyennes pris en compteest le suivant (pour simplifier on a pris les moyennes de 5 en 5°C)

Nbre de jours

- 5

40%

29%

16%

10

avec température àe base : - 7° Cavec température de non chauffe : 18e

période de chauffe : 220 jours

10%

T extérieure (moyenne de laclasse)

V. 1.3. Besoins

La puissance maximale (pour -7°C) est 6 440 thermies/h.

Les besoins annuels sont de 15303 Kth soit environ 1.500 KF

Régulation :

. température de départ (pour -7°C) : 70 °C

. température de retour (pour -7°C) : 50"C

- 24 -

V.2. Approche

V.2.1. Choix du débit géothermal DG

V.2.11 La puissance évaporateur maximale sera limitée

(cf. § III.4) à 0,3 x P. max appelée soit 0,3 x 6440 = 1930 th/h

La température de rejet minimale sera de 5° (cf. § III.4) d'où AT max

32 -5 = 27'C

soit D_ 1 9 3° = 71 m3/hG 27

V.2.1. Puissance de pompage maximale

Le coût de la consommation électrique (cf. § III.4) sera limité à10 % du coût des besoins annuels soit :

1500 KF x 0,1 = 150 KF

soit pour 4000 heures de fonctionnement à 0,25 F/kW une puissance maximale de

150000 = 150 kW

4000 x 0,25

II faudra donc :

D_ 150 m3/h (cf graphioue § V.l.l.)G

Dans l'exemple suivant il a été choisi un débit de 100 m3/h

V.2.2. Choix de la puissance de la TAC

On la limitera (cf. § III.3.) à 40 % de la puissance maximale appeléesoit environ 2500 th/h

V.3. B¿

- Tableau A

Utilisation du programme 1 : la puissance fournie par la PAC resteconstante en dessous de la température de transition TTR (8,3 °C cf.

5 bis du prog. n° 1

- 25 -

- Tableau B

Utilisation du programme 2 : résultats à puissance motrice constanteen dessous de la température de transition.

irrti\ JJEI jriVi'ljl</\Fimu 1 ß T Ü I J J A I M

CO

BIL

AN

Données méteo :1 Nb d'heures

2 - Puissance appelée PA (Th/h) (moyenne pourla tranche 9)

3 - Puissance fournie (Th/h)

4 - Puissance motrice (Th/h)

5 - Température de rejet (°C)

6 - Energie totale appelée (ktH) 1 x 2 x 1O~3

7 - Energie fournie par la PAC (ktH) 1 x 3 x K T 3

8 - Appoint nécessaire (Kth) 6 - 7

1O-39 - Energie consommée par la PAC (Kth) 4 x 1 x -r—

U, i

10 - Energie totale consommée Kth 8 + 9

- 2- 5° + 2 5

26Ï '

5925

2500

426

18,4

1564

660

904

375

1279

O° ± 2,5°840

4637

2500

388

17,3

3895

2100

1795

1086

2881

+ 5° - 2,5

1512

3349

2500

345

16,2

5064

3780

1284

1739

3023

+ 10° ± 2,52112

2061

2061

227

17,4

4353

4353

0

: 1598

1598

+15°±2,5552

773

773

38

25,3

427

427

0

70

70

TOTAL5280

15303

11320

3983

4868

8851

cri

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- 27 -

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46.35. 6

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8427

TEXPH

PPRCPFTDTRDCPM

CDPTG2

RESULTATS FOURNIS PAR LE PROGRAMME 2 POUR T ex<TTn = 8,3"C, AU DELA cf RESULTATS A

(puissance motrice constante)

T.EX (°C)Données meteo s .

1 Nb d heures

Résultats

1 Puissance appelée (Th/h)

3 Puissance fournie (Th/h)

4 Puissance motrice (Th/h)

5 Température de rejet (°C)

Bilan : 6 Energie totale appelée (Kth) 1 x 2 x 10"3

7 Energie fournie par la PAC (Kth) 1 x 3 x 1O~3

8 Appoint nécessaire 6 - 7

1O~39 Energie consommée par la PAC (Kth) 4 x 1 x zr~ :

u, J

10 Energie totale consommée Kth 8 + 9

'-526Î2'5

5925

2085

313

19,5

: 1564

550

1014

275 :

: 1289

! O° ± 2,5°840

: 4637

2224

: 313

18,1

: 3895

: 1868

: 2027

876 :

2903

:+ 5° - 2,5: 1512

: 3349

: 2383

: 313

: 16,5

: 5064

: 3603

: 1461

1578 :

3039 ;

+ 10° ±2,52112

2061

2061

227

17,4

4353

4353

0

1598 :

1 598

+15°-2,5

552

7/3

773

38

25,3

427

427

0

70 :

70 !

TOTAL5280

15303

10801

4502

4397

8899

00

- 29 -

SORTIE LISTING

•_' "T -

I Q M2 0 84*

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- 30 -

La limitation de la puissance motrice de la PAC fait apparaître4 502 kth d'appoint nécessaire contre 3 983 kth seulement si la puissancefournie par la PAC était constante en deçà de la température de transmission(soit + 519 kth).

Cependant l'énergie totale consommée n'est que très légèrement supé-rieure (8 899 contre 8 851 kth soit + 48 kth) grâce aux économies réalisées surla consommation de la PAC (4 397 kth contre 4 868 kth soit - 471 kth).

V.4 - Bilan financier

A puissance fournie constante, la puissance motrice maxi demandée àla PAC sera d'environ 500 kw

Coût d'investissement (4000 F/kw) = 2 000 F kw

A puissance motrice constante de 370 kw l'investissement serait de1 480 kF.

Le surcoût de 520 kF constituerait une charge financière supplémentaireannuelle de : (emprunt à 10 % sur 15 ans).'

520 x — = 68,3 kF

V.5 - Conclusions

L'énergie supplémentaire consommée dans le cas de la limitation dela puissance motrice de la PAC à celle nécessaire à la température de transition,s'élève à 48 kth.

A 100 F/kth cela représente 4 800 F, ce qui est négligeable en regarddes 68 300 F de charges financières supplémentaires correspondant à cette solution,(puissance fournie constante).

BIBLIOGRAPHIE

- Rapport 79 SGN 405 GTH

Projet de Chauffage par une source géothermique avec une pompeà chaleur à énergie totale - Renault Techniques Nouvelles -