Développement de nouveaux outils de conception pour les pompes à chaleur géothermiques



Les travaux de recherche réalisés lors de ce projet traitaient de l'analyse des systèmes de pompes à chaleur géothermiques. Ces systèmes pour le chauffage et la climatisation des bâtiments sont très efficaces car ils puisent une grande partie de leurs énergies dans le sol. Malheureusement, ils sont très coûteux et leur utilisation en est donc limitée. Pour l'instant leur utilisation est surtout restreinte au secteur institutionnel et commercial. De manière à augmenter leur pénétration, une meilleure compréhension des systèmes existants ainsi que la recherche de solutions innovantes sont importantes. Les systèmes conventionnels utilisent un fluide secondaire pour échanger la chaleur avec le sol, ce liquide étant de l'eau auquel de l'antigel est ajoutée. Cette chaleur est ensuite échangée au réfrigérant se situant dans la thermopompe par un échangeur de chaleur. Une manière de réduire les composantes et ainsi possiblement le coût est de faire passer le réfrigérant directement dans le sol. Cette technologie, appelée expansion directe, est rarement utilisée car elle est moins bien maîtrisée et un des objectifs de l'étude est d'améliorer nos connaissances sur ce sujet.

Un des problèmes de ces systèmes est l'augmentation de la quantité de réfrigérant qui, bien que souvent non-toxique, est en général un gaz qui contribue de façon significative au gaz à effet de serre si il y a fuite de réfrigérant. Une des solutions est l'utilisation de réfrigérants naturels tels que le CO2. Certains travaux de cette étude ont touchés l'application avec ce type de réfrigérant. Des modèles théoriques ont été développés, comparés à des mesures expérimentales et serviront prochainement à l'aide à la conception des ces systèmes.

Une autre façon de réduire les coûts est trouver des manières d'insérer les puits de manière plus économique et un des projets de cette étude a étudié les impacts de cette approche sur les performances énergétiques. Des puits sont insérés dans le mort terrain au lieu d'être forés de façon conventionnelle mais leur faible profondeur implique des modifications sur les outils de conceptions habituellement utilisés.

Une autre façon de rendre l'utilisation plus attrayante est de partager certaines ressources de manière à avoir des gains au niveau économique. Il y a très peu de ces systèmes existants pour l'instant et encore moins d'outils permettant l'analyse de ces systèmes. Certains projets associés à cette étude ont portés sur ce projet spécifique et les premiers résultats commencent à être trouvés.

Dans plusieurs projets de géothermie, on réalise au préalable une étude de terrain en faisant, ce qu'on appelle des tests de réponse thermique de manière à connaître les propriétés thermique du sol destiné à recevoir les sondes géothermiques. Ces connaissances permettent d'avoir une meilleure conception et de mieux évaluer les rendements économiques associés au projet. Malheureusement ces tests sont très couteux et sont limités aux gros projets d'envergure. Dans cette étude, on a également développé une méthode innovante permettant de les réaliser de manière plus économique.

Chercheur responsable

Louis Lamarche, École de technologie supérieure

Équipe de recherche

  • Stanislaw Kajl, École de technologie supérieure
  • Mohamed Ouzzane, CANMET - Laboratoire de recherche en diversification énergétique

Durée

2010-2013

Montant

225 000 $

Partenaires financiers

  • Fonds québécois de la recherche sur la société et la culture
  • Ministère du Développement économique, de l'Innovation et de l'Exportation

Appel de propositions

Réduction et séquestration des gaz à effet de serre