Investigation numérique sur l'échangeur de chaleur installé dans des sols peu profonds

Numerical investigation on the ground heat exchanger installed in shallow depth soils

• Auteur / Autrice : Fu-Jiao Tang
• Direction : Hossein Nowamooz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance le 13/12/2019
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Farimah Masrouri
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hossein Nowamooz, Farimah Masrouri, Yu Jun Cui, Hussein Mroueh
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Farimah Masrouri, Yu Jun Cui

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse thermique

Synthèse hydrothermale

Modèles mathématiques

Échangeurs de chaleur

Simulation, Méthodes de

Énergie géothermique

Mots clés libres

Géothermie peu profonde

Échangeur de chaleur souterrain

Sol

Modélisation numérique

Fluctuation hydrothermale

Performance

Essai de réponse thermique

Shallow geothermal energy

Ground heat exchanger

Soil

Numerical modeling

Hydrothermal fluctuation

Performance

Thermal Response Test

Résumé

La géothermie peu profonde est une énergie qui peut aider l'humanité à atteindre les objectifs du développement durable. Le système de pompe à chaleur géothermique est utilisé pour bénéficier de cette énergie. En tant qu'élément principal du système, la performance de l'échangeur de chaleur souterrain influence directement son efficacité énergétique. Les échangeurs de chaleur souterrains peu profonds sont normalement installés dans les sols, qui présentent une grande hétérogénéité des propriétés hydrothermales. L'objectif principal de ce projet est d'identifier le comportement des échangeurs de chaleur souterrains dans les sols. En résumé, les enquêtes suivantes ont été menées : la première consiste à introduire le transfert hydrothermique dans la modélisation numérique des échangeurs géothermiques installés sur un site en Alsace (France) ; la seconde enquête consiste à identifier les facteurs qui influencent la performance d'un échangeur de chaleur de forage peu profond installé dans les sols ; la troisième étude concerne l'analyse de sensibilité des essais de réponse thermique pour les échangeurs de chaleur de forage installés dans les sols ; la dernière étude traite l'identification de la différence de performance d'un modèle de simulation numérique avec les limites de Neumann et de Dirichlet à la surface du sol pour un échangeur horizontal de chaleur souterraine.

Shallow geothermal energy is an energy that can help humanity to reach the goal of sustainable development. Ground-Coupled Heat Pump system is traditionally used to benefit this energy. As a main element of the system, ground heat exchanger performance directly influences its energy efficiency. The shallow ground heat exchangers are normally installed in soils, which show high heterogeneity of hydrothermal properties along the soil profiles. The main objective of this project is identifying how ground heat exchanger behaves in the soil. In summary, the following investigations were conducted: the first is introducing hydrothermal transfer in the numerical modeling of Borehole Heat Exchanger installed at a site in Alsace region (France); the second is identifying the factors influencing the performance of a shallow Borehole Heat Exchanger installed in soils; the third is conducting sensitive analysis of Thermal Response Tests for Borehole Heat Exchanger installed in soils; the fourth is identifying the performance difference of a numerical simulation model with Neumann and Dirichlet boundaries on the ground surface for a Horizontal Ground Heat Exchanger.