Stockage dans le sol et inertie

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Stockage dans le sol et inertie

Messagepar Le Talavé » Dim Mar 11, 2018 19:26 pm

Salut,

je crée ce nouveau post suite à la contribution de Yellow Wheely Bin dans le fil de Fred et sa serre à plants. L'idée est de rassembler des infos, observations, expériences sur le stockage de chaleur dans le sol, pour par exemple une restitution des excédents estivaux en période froide. Bref, une sorte de géothermie mais à échelle individuelle. En effet, difficile de procéder dans son jardin à des tranchées de plusieurs mètres de profondeur pour y enterrer les tuyaux qui distribueront/récupéreront la chaleur. Que peut-on attendre réellement d'une installation à faible profondeur (de -10cm à -1m max)?

Voici le lien vers une étude hollandaise en anglais dénichée par YWB: http://archbps1.campus.tue.nl/bpswiki/i ... /6a/H3.pdf
un autre vers un tableau regroupant les caractéristiques thermiques des sols en fonction de leur nature: https://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=18523 . Une connaissance de la nature de son sol est en effet nécessaire pour savoir comment il va diffuser (ou pas) la chaleur stockée.

N'hésitez pas à alimenter tout cela avec votre expérience et merci aux modérateurs de déplacer ce sujet vers une catégorie plus appropriée si besoin.
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Re: Stockage dans le sol et inertie

Messagepar lilian07 » Mar Mar 13, 2018 15:41 pm

Bonjour,
Par de stockage intersaison en dessous de 1,5m mais l'idée pour une serre est très bonne.
Voici la manière dont réagi le sol en thermique en fonction de la profondeur.

La température moyenne du sol proche de la surface dépend largement de la température moyenne de l'air sur l'année et la France est avantagée dans ce domaine car la température moyenne du sol se situe au alentours de 10°.

Néanmoins, la température du sol varie selon la profondeur x (m) et le temps t (jour ou h)
la figure ci dessous représentée la réponse thermique du sol à une variation journalière de température, et ce pour différentes profondeurs. La température de l’air varie de 0 à 20 °C, avec une moyenne de 10 °C. La diffusivité thermique est prise égale à 0.1 m2∙jour-1 (argile)et le décalage est de 3 h.

rjour.jpg


La figure montre surtout qu'il n'y a plus d'influence journalière de la température extérieur à partir d'un métré et avec le déphasage en fonction des heures on peut estimer la vitesse du front de chaleur par l'équation racine de la diffusivité du milieu sur le temps (dans notre cas 1 mm/s pour la diffusivité de l'argile et une seconde) soit 1 mm à 1 seconde, au bout de 1000 secondes tu es as 3 cm....

rmois.jpg


à partir de 4 m on déphase de 2 mois dans l'exemple en fait le front de chaleur est à 2,3 mètres de distance à partir de 60 jours dans l'argile 1 mm2/s, mais cela veut dire aussi que l’énergie thermique est diffusée presque uniformément (spatialement) dans toute la quantité de terre entre l'emetteur de chaleur et le frond de chaleur. il se crée un gradiant de température allant de la température de l’émetteur dans la terre (les tuyaux) au front de chaleur (10° moyenne de la terre).
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Re: Stockage dans le sol et inertie

Messagepar YELLOW WHEELY BIN » Mar Mar 13, 2018 17:59 pm

lilian07 a écrit:la figure ci dessous représentée la réponse thermique du sol à une variation journalière de température, et ce pour différentes profondeurs. La température de l’air varie de 0 à 20 °C, avec une moyenne de 10 °C. La diffusivité thermique est prise égale à 0.1 m2∙jour-1 (argile)et le décalage est de 3 h.


Salut, Lilian07, et merci pour les explications.

Si ce n'est trop à demander, quelle serait la tête de la courbe dans le cas du sol en-dessous d'une maison, où la température de l'air ne varie pas de 0°C à 20°C, mais qui reste, mettons, à un 18°C fixe ?

De par mes propres observations, à un mètre de profondeur (sous le sol de mon vide sanitaire), la température oscille entre 19°C l'été, et 13°C l'hiver (sans injection aucune). Sol schisteux, stratification légèrement diagonale, avec horizons de limon (50%-50% argile / sable...) ; sans présence de nappe.

La T°C de l'air dans le VS oscille entre 20°C et 15,4°C sur l'année.

Je compte poser 400 m de tube PER à environ -1,5 mètres (justement).

La maison fait un rectangle de 12 x 10 : les boucles seront concentrées dans une zone centrale de 2 x 2 mètres environ.

Merci pour tes lumières,

YWB
Modifié en dernier par YELLOW WHEELY BIN le Mer Mar 14, 2018 2:31 am, modifié 2 fois.
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Re: Stockage dans le sol et inertie

Messagepar lilian07 » Mar Mar 13, 2018 19:55 pm

Pas de quoi YWB pour l'explication, en effet le stockage thermique intersaison est vraiment efficace dans le cas ou ce dernier serait concentré sous la maison mais il y a un mais.
La diffusivité du sol même si elle est connu est irréversible et difficilement maîtrisable (le principe de l'inertie d'un mur trombe qui ne fait que diffuser sa chaleur même si on n'en a pas besoin.

Pour répondre à ta question avant de parler des inconvénients :

Sous la maison il y a donc à 1,5 m une oscillation de valeur moyenne (la température annuelle maison +/- un petit delta venant du front froid de l’extérieur(dépend de la distance à l’extérieur de ton stockage))
Disons 18°en moyenne pour simplifier car cette valeur est à corriger sensiblement, l’oscillation autour de 18° à 1,5 m n'existe pratiquement plus (environs 1°)

Maintenant que vises tu ?
Une injection de chaleur l'été dans ce stockage ou uniquement une extraction de la chaleur latente provenant de la température du mois d’août de ta maison (en effet à 1,5 m tu récupères la chaleur du mois d’août en septembre).
Sachant que sur 2x2 et 1,5 m de profondeur tu ne peux récupérer ou stocker que environs sur 8m3 de terre soit environs 4 Kwh.
Il faudrait préciser ton plan.

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Re: Stockage dans le sol et inertie

Messagepar AD 44 » Mar Mar 13, 2018 21:46 pm

Salut,

Stocker sous la maison ça change tout... :-D

Un bel exemple : http://forums.futura-sciences.com/habit ... m-138.html

Peut-être connais tu déjà ce lien...
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Re: Stockage dans le sol et inertie

Messagepar YELLOW WHEELY BIN » Mer Mar 14, 2018 4:21 am

lilian07 a écrit:Il faudrait préciser ton plan.


Merci pour le retour, Lilian07 !

En effet, je cherche à injecter dans le sol du vide sanitaire, pendant 9 mois sur 12.
L’idée étant de monter la T° du sol, et ainsi la T° de l’air du VS, afin que ce dernier cesse de draîner le reste de la maison !
Non seulement cesse, mais devienne une batterie solaire !

Le CS fait 44m2. J’ai installé du PER sous dalle sur 12 mètres carrés, cela donne 3 boucles de 25 m chacune. (voir photos)

J’envisage aussi quatre boucles de 100m chacune, sous forme de « cellules d’injection sol », sur la zone centrale de 4m2.

Cela me fait donc une aire totale de 16m2, sur deux profondeurs différentes.

En principe, je compte injecter la nuit, en dalle pour les mois d’hiver (Mars, Avril, Mai, Octobre, Novembre), et dans les cellules l’été (Juin, Juillet, Août, Sept), le drainback étant à l’arrêt pour les trois mois froids.

Niveau capteur, j’ai estimé un rendement moyen théorique de 12 kWh/jr pendant les 9 mois. En principe je vise de récolter une production de 230 litres d’eau par jour, par 48 k, faisant une eau à 63°C.

Sur la dalle j’aurais 6000 litres d’eau morte, sous fûts fermés de 80 litres, tout cela chauffé par de l’air chaud puisé en façade sud à haut débit sur 4 heures par jour, notamment en saison froide -- c’est ce que je nomme mon « hypocauste ».

L’idée de l’eau morte est de chauffer la structure du VS, sachant que ce dernier est déjà enterré de 2 mètres, isolé, et doublé de béton de terre sur les murs extérieurs pour donner de la masse. Les murs périphéraux font 16m2, le plancher haut, 44 m2, le refend 10 m2, faisant un total de 70 m2, plancher bas non compris. En supposant une profondeur de pénétration de 10 cms, cela fait 7 m3 de béton, l’équivalent de 3 T d’eau soit 3,5 kW par kelvin gagné… Lors de mes essais, avec une install rudimentaire, je gagnais (sur 2 tests, deux jours séparés) une moyenne de 18 kWh/jour en air (le besoin de la maison étant de 27 kWh/jr).

Pour l’instant ce n’est que de la théorie, bien sûr, sauf la fouille progresse à grands pas !

Merci pour ton écoute !

(et merci à AD44 pour le lien intéressant et surtout encourageant !)

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Re: Stockage dans le sol et inertie

Messagepar lilian07 » Mer Mar 14, 2018 8:21 am

Je corrige juste un détail de mon post précédent. sur 8 m2 en surface tu peux espérer récupérer facilement par circulation d'eau 8 Kwh mais c'est bien par degrés donc si tu stockes sur un Dt de 30° exploitable tu as 8 kWh x30 = 240 Kwh en stock.

Ton projet est très pertinent et il y a peu de personne qui l'on réalisé hormis Herakles et son TG qui semble avoir des résultats.
Je préfère le stockage en sous sol avec des PER en émetteur/récupérateur d’énergie au lieu de l'air pour le TG.

L'idéal dans ton projet qui est extrêmement complexe à simuler numériquement au pire c'est de dissocier tes divers éléments pour faire un calcul de coin de table. car tu as du stock dans la terre, l'eau, la dalle et dans l'air et tous les systèmes vont faire leur vie indépendamment mais seront lié dans le temps.

Tu peux dans un premier temps calculer le stock global puis le comparait à tes besoins annuels.
Ensuite moi j'aurai tendance à mesurer tout ca avec la température de l'air de ton VS qui doit avoir une relation dans le temps avec tout tes stocks.

Je vois toutefois un premier problème,tes stocks n'étant pas trop isolés,ils vont se comporter avec très peu de déphasage dans le temps et je ne crois pas que tu peux les considérer comme intersaison. Exemple ton stock sous terre à 1.5 m réagira au mois et c'est celui qui est le plus long.

Ton système est toutefois un bon principe car le stockage en sous sol en rénovation résidentiel est le meilleurs système de récupération de calorie. C'est le principe de l'inertie très longue qui permet de se passer d'une certaine quantité d'énergie au moment d'entrée en saison de chauffe.

Si tu n'as pas fait encore ton réseau de Tuyau j'aurai tendance à te conseillé de stocker en terre différament afin d'avoir un vrai stock intersaison que tu pourra utiliser en plein hiver.

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Re: Stockage dans le sol et inertie

Messagepar Le Talavé » Mer Mar 14, 2018 11:09 am

Salut,

merci pour toutes ces infos et expériences, très motivant :-)

Pour aller jusqu'à -4m (=2 mois dans l'argile) est-ce qu'il serait envisageable de faire des forages à intervalles réguliers, et descendre les tuyaux en aller-retour? Certes on stocke de 0m à -4m, mais on dispose d'un volume de stockage plus important? Et surtout, il me semble plus "facile" de descendre en forant tous les x mètres à -4 plutôt que de faire les tranchées sur toute la surface. Si on stocke du printemps à l'automne, on disposerait d'une beau volume de terre chaude pour l'hiver?

Mon projet, c'est constituer un stock sous une serre qui déphaserait de décembre à février, période où je n'ai pas d'ensoleillement direct. Je pense coupler tout ça à un système en surface (dans murs ou dans les 10-20cm du sol), alimenté par un rocket stove ou autre quand pas de soleil, et qui me permettrait de lisser sur 1 jour ou 2 les gros écarts de température jour/nuit (maintenir hors gel en cas de fortes gelées nocturnes, ce qui est particulièrement fréquent en montagne). Qu'en pensez-vous?
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Re: Stockage dans le sol et inertie

Messagepar YELLOW WHEELY BIN » Jeu Mar 15, 2018 5:20 am

Le Talavé a écrit:
Mon projet, c'est constituer un stock sous une serre qui déphaserait de décembre à février, période où je n'ai pas d'ensoleillement direct.


Salut, Le Talavé,

A toute fin utile, as-tu prévu une isolation en périphérie, c'est là où les pertes auront lieu. De ce que je lis, le mieux est une "parapluie" constituée par des ailes horizontales...

p.ex. http://publications.gc.ca/collections/c ... 98-eng.pdf

(voir les pages 4 et 9).

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Re: Stockage dans le sol et inertie

Messagepar YELLOW WHEELY BIN » Jeu Mar 15, 2018 16:06 pm

Bonjour, Lilian07,

Merci pour le retour !

Tu évoque plusieurs bons points, j'essaie de répondre...

lilian07 a écrit:L'idéal (...) c'est de dissocier tes divers éléments pour faire un calcul de coin de table. Car tu as du stock dans la terre, l'eau, la dalle et dans l'air et tous les systèmes vont faire leur vie indépendamment mais seront lié dans le temps.


C'est bien dit - je ne sais pas pourquoi ce n'était déjà fait :sad:

Donc :
eau morte = 6000 l x 5 K = 35 kWh
structure VS = 3.5 kWh x3 K = 10 kWh
dalle = 12 kWh
Total "batterie" = 57 kWh

(1)Je n'ai pas compté la capacité thermique de mes 40m3 d'air car je ne sais pas faire :eek:

(2) Par contre la dalle est prévue chauffée par un capteur solaire sur le jardin, donc je préfère l'écarter pour l'instant,
donc capacité de la batterie = 45 kWh.

lilian07 a écrit:Ensuite moi j'aurai tendance à mesurer tout ca avec la température de l'air de ton VS qui doit avoir une relation dans le temps avec tout tes stocks
.

Effectivement, et je n'ai aucune idée fixe concernant la T° de l'air du VS, ni de l'interaction avec celle des fûts d'eau morte ;j'avoue être un peu dans le floue...

Le seule donnée à ma disposition, c'est qu'en temps réel, lors de mes anciens essais de tirage d'air, j'arrivais à augmenter la température du garage de +4°C, pendant 4 heures, avec un système rudimentaire. J'espère, donc, faire bcp mieux cette fois-ci ! (Pour mémoire, pour un volume sensiblement identique au VS, le garage offre bien moins de masse thermique).

Donc, mettons +8°C sur la température du VS, x 40 m3.
(Pour mémoire, il s'agit de la T°C "background" du VS, et non du flux dynamique qui est toute autre chose...).
(et dont j'hésite de parler puisque le sujet est STOCKAGE !).


lilian07 a écrit:Je vois toutefois un premier problème,tes stocks n'étant pas trop isolés,ils vont se comporter avec très peu de déphasage dans le temps et je ne crois pas que tu peux les considérer comme intersaison. Exemple ton stock sous terre à 1.5 m réagira au mois et c'est celui qui est le plus long.


C'est bien dit - mais je vois la mixité comme une bonne chose - je laisse la masse se débrouiller comme il peut ou veut, et me concentre sur la fourniture de calories !

Que le volant fonctionne en intersaison ou non, ça m'est égal - je ne cherche pas à faire tendance ! mais à stocker un apport solaire pour pouvoir m'affranchir des 27 kWh journaliers que j'approvisionne actuellement en brulant du bois - Merci pour la planète :grin:

lilian07 a écrit:Ton système est toutefois un bon principe car le stockage en sous sol en rénovation résidentiel est le meilleur système de récupération de calorie. C'est le principe de l'inertie très longue qui permet de se passer d'une certaine quantité d'énergie au moment d'entrée en saison de chauffe.


Merci, j'apprécie ! Comme cérise sur le gâteau, j'aimerais que la batterie puisse durer dix jours - c'est (de mémoire...) le record pour "Les Journées Sans" dans mon coin :shock:


lilian07 a écrit:Si tu n'as pas fait encore ton réseau de Tuyau j'aurai tendance à te conseillé de stocker en terre différament afin d'avoir un vrai stock intersaison que tu pourra utiliser en plein hiver.


Bon conseil, merci encore !

Effectivement, pour le prix de 4 couronnes de PER 100ml, je peux avoir 8 poubelles jaunes ! Avec 10 poubelles, je pourrai a priori stocker une journée de chaleur… En faisant une cuve intégrée en PEHD etc. je pourrais stocker 4800 litres voire plus ; et avec un spa, mettons 5000 litres, ce serait top :cool:

Bon, là je retourne à la fouille :-o

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Re: Stockage dans le sol et inertie

Messagepar lilian07 » Ven Mar 16, 2018 8:48 am

Bonjour,

Mon projet, c'est constituer un stock sous une serre qui déphaserait de décembre à février,


Ton projet est certainement viable mais il ne faut pas se rater car c'est quand même du boulot mais à la clé un système innovant qui donnera des résultat.

Je vais te répondre et te proposer un truc.

envisageable de faire des forages à intervalles réguliers

Oui c'est la meilleurs solution. Voilà ce que je te conseil :
à environs 60 cm sous terre tu écrases toute ondulation journalière de température "c'est le point faible des serres qui produisent de grandes amplitudes journalière....stress les plantes aussi...." L'idée et si ta serre n'est pas construite c'est de faire un pelage du sol sur 30 à 60 cm de profond pour mettre un isolant en fond de terre et en plus tu créer un pot de fleur géant pour mettre la terre de la qualité choisie pour tes plantes.
Tu pourras ainsi sous terre stocker à partir d'une valeur moyenne sans injection de calories équivalente à la température annuelle moyenne de ta serre. Ce doit être pas loin de 12 à 14° dans une serre 'sans apport calorifique" je pense.

Ensuite tu réalises des forages espacés de 2m environs (à affiner en fonction de ton projet et des proportions de la serre) avec une tarrière si c'est de la terre tu peux descendre facilement à 5 m en manuelle avec des outils de moins de 80 euros. Le PE (12 à 32mm) en tuyau pour les sondes en aller retour est parfait.

c'est constituer un stock sous une serre qui déphaserait de décembre à février


c'est possible sans trop de moyens mais il faut dans un premier temps évaluer tes besoins en Kwh à stocker "déphaser" et le type de terre à peu près.
La puissance à restituer pour avoir ta température souhaitée est aussi importante à connaitre (équivalent à un system de chauffage que tu voudrais installer en calculant sa puissance comme une chaudière d'habitat)
alimenté par un rocket stove ou autre quand pas de soleil, et qui me permettrait de lisser sur 1 jour ou 2 les gros écarts de température jour/nuit


C'est l'arme absolue couplé un stockage terre long peu réactif avec un stockage journalier court eau réactif. Il faut dimensionner tes besoins et in fine évalué ton RSI (retour sur investissement) pour corriger ton projet et le rendre performant.

Je pense coupler tout ça à un système en surface

Peux tu développer quel genre de système c'est quoi ton idée ?


Qu'en pensez-vous?


Avec ce système tu rends vraiment efficace la clarté solaire de la montagne et l'efficacité de la serre.
Ton projet est intéressant si tu n'es qu'au concept et que tes idées et capacités de réalisation sont claires.
Je pourrais te faire une simulation numérique du système dans sa globalité en prenant en compte l'historique de la météo chez toi et les parametres physiques que tu pourras me donner.


J'ai fait moi même une étude sur le stockage intersaison en terre (type BTES,forage...). Et j'en suis arrivée à la conclusion que c'est viable pour un habitat en rénovation et encore d'avantage pour une serre. Le forage qui est le point critique du coût de l'opération n'est pas une difficulté si on fore en petit diamètre "<80 mm" et peu profond "<15m", et en terre c'est encore plus simple...

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Re: Stockage dans le sol et inertie

Messagepar lilian07 » Ven Mar 16, 2018 9:03 am

27 kWh journaliers que j'approvisionne actuellement en brulant du bois


YWB tu dois emettre à quelle température pour éviter cette puissance. Est ce que tu passes par un ventilateur ou de l'hydraulique et à quelle température?

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Re: Stockage dans le sol et inertie

Messagepar YELLOW WHEELY BIN » Ven Mar 16, 2018 11:38 am

lilian07 a écrit:
27 kWh journaliers que j'approvisionne actuellement en brulant du bois


YWB tu dois emettre à quelle température pour éviter cette puissance. Est ce que tu passes par un ventilateur ou de l'hydraulique et à quelle température?


Hello !

Oui, il s'agit d'un grand ventilateur, qui entraîne l'air EXT à travers un mur solaire.
La température de sortie doit avoisiner les 40°C.

Cela donne environ 36 kWh/jour, "par temps normal"

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Re: Stockage dans le sol et inertie

Messagepar lilian07 » Ven Mar 16, 2018 12:01 pm

YWB à priori tu veux résister 10 jours sans soleil.
Donc 270 Kwh ça fait un stockage à dimensionner d'environ 500 Kwh (prise en compte des pertes).
Avec 0,5 Kwh/°/m3 ça dimensionne le volume de terre du stock.
Disons un Dt de 20° ça fait en coin de table 50 m3 de stock. disons un carré de 5m x 5m à 2m de profond.
Si il y a possibilité (terre meuble et forage possible en manuel) je ferai des forages de 4 à 5 m de profond.

Quelle est la température minimum exploitable de l'air pour que tu puisses utiliser ton mode chauffage air soufflant ?

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Re: Stockage dans le sol et inertie

Messagepar youn260 » Ven Mar 16, 2018 15:23 pm

bonjour
je doit faire cet été une geothermie horizontale avec 1000m de tuyaux
j'aurais bien aimé faire des forages meme a 6m ma surface de captage aurait été réduite d'autant
ce qui m'a freiné c'est les raccords de tuyaux
et un per de 20plié dans un trou de 150 on peut pas
déja on peut avoir des problémes sans raccords
avec des raccords a chaque forage on est sur d'avoir des ennuis
la fiabilité de l'ensemble est tres compromise
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