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1 PANOPTIQUE PUITS PROVENCAL / CANADIEN Puits canadien.

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1 1 PANOPTIQUE PUITS PROVENCAL / CANADIEN Puits canadien

2 2 Introduction PANOPTIQUE Le puits provençal nest pas vraiment un « puits » et il nest pas uniquement originaire de Provence. Le terme puits provençal est adopté dans le cas où il sert à rafraîchir les habitations. Réversible, il peut être utilisé en hiver pour préchauffer lair qui pénètre dans le bâtiment. On parle alors de puits canadien. En fait, ce puits serait plutôt persan ou grec : une technique semblable était déjà employée avant notre ère. Il est possible que son origine provienne également dItalie où dès le XVI ème siècle, des cavités naturelles ont été utilisées pour rafraîchir les habitations.

3 3 PANOPTIQUE Principe Chaque élément dun puits canadien a une fonction précise et doit posséder des caractéristiques précises : Une prise dair neuf Un ou plusieurs tuyaux Un ventilateur Une arrivée dair dans le bâtiment Une évacuation des condensats et des eaux dinfiltration Un système de régulation

4 4 PANOPTIQUE Principe La prise dair neuf Regard pour la partie enterrée et habillage pour la partie aérienne. Filtres anti-rongeurs, anti-insectes, anti-volatiles au niveau de la prise dair neuf La partie extérieure apparente doit être relativement haute afin déviter laspiration de poussières ou autres particules se trouvant en partie basse près de la surface du sol. Si possible, rendre accessible au maximum le regard pour faciliter lentretien (dans le cas de grosses installations) Éloigner le plus possible la prise dair de toutes sources polluantes (parking …)

5 5 PANOPTIQUE Principe Les conduits enterrés Le plus fréquemment, on trouve des conduits en PVC, PE, béton, grès, TPC Tuyaux le plus lisse possible à lintérieur et une épaisseur pas trop importante. En effet, cela favorise léchange thermique et permet également de diminuer les turbulences liées à la rugosité. Limiter au maximum la présence de coudes, angles et raccords pour limiter les pertes de charge Prévoir une pente de 2 à 3 % dans le réseau enterré afin de favoriser lécoulement de leau de condensation ou dinfiltrations éventuelles.

6 6 PANOPTIQUE Principe Un ventilateur Il y a différents cas de figure : Le système est couplé à une VMC simple flux : il faut intégrer dans le système un ventilateur permettant dassurer le débit de renouvellement dair souhaité. Le système est couplé à une VMC double flux : le ventilateur du double flux sert à assurer le débit dair souhaité dans le puits canadien. Le système est couplé à une Centrale de Traitement dAir (CTA) : le ventilateur de la CTA sert à assurer le débit dair souhaité dans le puits canadien.

7 7 PANOPTIQUE Principe Une arrivée dair dans le bâtiment Larrivée dair pénètre dans le bâtiment et est généralement raccordée au système de diffusion dair (CTA, caisson double flux, bouches de diffusion). Il est préférable de prévoir un accès pour lentretien et les interventions de maintenance du ventilateur.

8 8 PANOPTIQUE Principe Une évacuation des condensats

9 9 PANOPTIQUE Principe Un système de régulation (automatique ou manuelle) La régulation dun système de puits canadien est à la fois difficile et primordiale. En effet, il est important de pouvoir by-passer le puits canadien et de prendre lair directement de lextérieur notamment en mi-saison où la température extérieure est proche de la température intérieure du bâtiment. Le by-pass doit seffectuer également la nuit pour récupérer la fraîcheur des nuits dété. Un système de régulation doit permettre également de laisser le sol se régénérer après une utilisation prolongée du puits. Cependant, la modélisation de fatigue du sol due à lutilisation dun puits canadien est délicate et une régulation adéquate est difficile à mettre en œuvre.

10 10 Exemples concrets de réalisation PANOPTIQUE 25 conduits de diamètre 200 mm (5 nappes de 5 conduits) Longueur du réseau : 40 m Profondeur dimplantation moyenne : 2 m Débit dair total théorique : m3/h Couplé à une CTA double flux Collège en Haute Marne (52)

11 11 Exemples concrets de réalisation PANOPTIQUE Collège en Haute Marne (52)

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13 13 Exemples concrets de réalisation PANOPTIQUE Collège en Haute Marne (52) Problème du Radon Gaz radioactif d'origine naturelle Désintégration de l'uranium et du radium Peut s'accumuler dans les espaces clos. Solutions : - aérer et ventiler les maisons, les sous-sols et les vides sanitaires; - améliorer l'étanchéité des murs et des planchers.

14 14 Exemples concrets de réalisation PANOPTIQUE Collège en Haute Marne (52) Mesures de la concentration en Radon Un dosimètre en sortie de puits canadien (intérieur) Un dosimètre en entrée de puits canadien (extérieur) Un dosimètre dans un local non ventilé (placard) Mesures sur deux mois

15 15 Exemples concrets de réalisation PANOPTIQUE Collège en Haute Marne (52) Concentration en radon Entrée de puits18 Bq/m3 Sortie de puits9 Bq/m3 Local non ventilé62 Bq/m3 Mesures de la concentration en Radon

16 16 Exemples concrets de réalisation PANOPTIQUE Collège en Haute Marne (52) Recommandation : circulaire du 27 janvier 1999 : En pratique, les pouvoirs publics estiment que l'on peut distinguer trois niveaux en termes d'exposition : 1 - en dessous de 400 Bq/m3, la situation ne justifie pas d'action correctrice particulière; 2 - entre 400 et 1000 Bq/m3, il est souhaitable d'entreprendre des actions correctrices simples (amélioration de la ventilation etc…); 3 - au delà de 1000 Bq/m3, des actions correctrices, éventuellement d'envergure, doivent être impérativement conduites à bref délai, car on aborde un niveau de risque qui peut être important. Ce dernier niveau, conduira, en fonction de sa fréquentation, à envisager la fermeture de l'établissement recevant du public jusqu'à la réalisation des actions correctrices.

17 17 PANOPTIQUE Association avec un système de ventilation mécanique VMC double flux VMC simple flux Centrale de traitement dair Habitation Locaux tertiaires

18 18 PANOPTIQUE Association avec un système de ventilation mécanique Association dun puits canadien avec un système double flux avec récupération de chaleur sur lair vicié : Hypothèses : Récupérateur sur air vicié defficacité 80% Puits canadien permettant de préchauffer lair à -2°C pour -15°C de température extérieure

19 19 PANOPTIQUE Association avec un système de ventilation mécanique Gain = 27 °C Gain PC seul = 13 °C Gain net du puits canadien associé au récupérateur de calories = 3 °C

20 20 PANOPTIQUE Association avec un système de ventilation mécanique Sous nos latitudes, le puits canadien associé à un récupérateur de chaleur sur air vicié nest pas forcément pertinent sauf : Utilisation des fouilles lors de la construction pour limiter le coût de tranchées pour le puits canadien ; Puits canadien de taille réduite permettant le maintien hors gel du récupérateur ; Utilisation du puits canadien pour le rafraîchissement en été tout en by passant le récupérateur.

21 21 PANOPTIQUE Association avec un système de ventilation mécanique Association avec un système simple flux : Permet de réduire les déperditions en hiver et ainsi permet de faire des économies de chauffage (le renouvellement dair seffectue avec de lair à -2°C au lieu de -15°C) MAIS……. Il semble plus judicieux dans ce cas : dinvestir dans une centrale double flux; de soigner lisolation, létanchéité, lorientation et de traiter les ponts thermiques si tout cela nest pas fait.

22 22 PANOPTIQUE Association avec un système de ventilation mécanique Coût moyen dun puits canadien : Tranchées : 25 /m3 Conduits diamètre 250 mm : Grès : 90 /ml PE : 45 /ml PVC : 25 /ml

23 23 PANOPTIQUE Association avec un système de ventilation mécanique Solutions en KIT : Il existe des KIT comprenant puits canadien et centrale double flux. Ces KIT incluent la régulation des systèmes (by-pass) en fonction de la température extérieure. Prix dun tel KIT pour particuliers : Borne prise dair extérieur : HT Échangeur géothermique : HT Régulation avec by-pass motorisé : HT TOTAL Puits canadien : HT ( pour la tranchée) Centrale double flux : HT TOTAL KIT + tranchées : HT !!

24 24 PANOPTIQUE Association avec un système de ventilation mécanique Utilisation du puits provençal pour le rafraîchissement en été L'objectif est de rafraîchir au maximum lors de fortes chaleurs. Une maison bien pensée, bien équipée permet l'apport passif du soleil par les baies vitrées et lombrage de ces dernières par des protections solaires pour le confort dété. Le puits provençal ne vient qu'en complément à ces mesures. Pour obtenir le maximum d'efficacité, le débit de l'air devra être plus important pour renouveler l'ensemble de l'air de la maison toutes les 2 heures.

25 25 Échange air/sol Léchange air/sol est extrêmement compliqué à modéliser et la démarche analytique est très complexe. Cet échange fait intervenir plusieurs paramètres thermiques comme : le coefficient déchange convectif air/tube, le coefficient déchange tube/sol, le coefficient déchange global air/sol, la modélisation de régénération du sol avec utilisation du puits canadien. Cette dernière modélisation est sans conteste la plus difficile… PANOPTIQUE

26 26 Échange air/sol PANOPTIQUE Échange thermique entre le conduit et lair : estimation du coefficient déchange convectif Avec : ha : coefficient déchange convectif entre lair et le conduit [W.m-2.K-1] D : diamètre du conduit [m] λa : coefficient de conduction de lair [W.m-1.K-1] Et :

27 27 Échange air/sol PANOPTIQUE Echange thermique entre le sol et le tube : flux de conduction Avec : Tce : Température du conduit extérieur [°C] (T du sol) Tci : Température du conduit intérieur [°C] D : diamètre du conduit [m] λm : coefficient de conduction du matériau [W.m-1.K-1] e : épaisseur du conduit

28 28 Calcul pour un conduit Avec : Détermination de la température en sortie et Convection air/paroi Conduction Terre/paroi Échange air/sol

29 29 Calcul pour un conduit Puissance récupérée La puissance récupérée est donnée par la formule suivante : Avec : Ts : température de sortie du puits[°C] Te : température dentrée dans le puits[°C] Échange air/sol

30 30 Calcul pour plusieurs conduits enterrés Influence thermique dun conduit envers lautre : A partir des travaux réalisés par Albers On obtient : Avec : B0 : Largeur de linfluence thermique dun conduit [m] Échange air/sol

31 31 Calcul pour plusieurs conduits enterrés Puissance dun système à plusieurs conduits : Si la distance entre deux conduits est égale ou supérieure à la largeur dinfluence (B0) : Si la distance entre deux conduits (w0) est inférieure à la largeur dinfluence (B0) : Échange air/sol

32 32 Température en sortie de puits pour un système composé de plusieurs conduits : Échange air/sol

33 33 PANOPTIQUE Dimensionnement Comment caractériser un puits canadien? Quels sont les paramètres déterminant pour un bon dimensionnement? La vitesse de lair dans le (ou les) conduit(s) Le diamètre du conduit Le matériau utilisé pour le conduit La profondeur dimplantation du réseau enterré La longueur du réseau dans le sol Le nombre de conduits Des caractéristiques du sol (composition, teneur en eau, conductivité thermique)

34 34 PANOPTIQUE Dimensionnement Préconisations de vitesse de lair dans les conduits et de diamètre de conduits : Le diamètre du tube doit constituer un compromis entre léchange thermique, léchauffement de la paroi du conduit, les pertes de charges et les nuisances acoustiques éventuelles. Il est préconisé une vitesse de lair dans le réseau de 1 à 4 [m/s] En fonction du débit, on en déduit alors une plage de diamètres à préconiser. Les diamètres sont de lordre de 100 à 500 mm.

35 35 PANOPTIQUE Quel matériau utiliser pour les conduits? PVC : Le moins cher mais pas très écologique. Possible dégagement de vapeurs nocives lorsquil est soumis à des températures élevées Polyéthylène (PE): Le plus écologique, mais assez chers Tuyaux annelés de protection de câbles électriques (TPC): Très bon marché pour des petits diamètres. Annelés à l'extérieur mais lisses à l'intérieur Tuyaux de béton : Utilisés pour des diamètres supérieurs à 300mm. Les raccords sont difficiles à étanchéifier. L'échange thermique est moins important (attention au débit d'air car dans une certaine mesure le béton émet du radon). Dimensionnement

36 36 PANOPTIQUE Dimensionnement La profondeur denfouissement du réseau

37 37 PANOPTIQUE Dimensionnement La profondeur denfouissement du réseau La profondeur du tuyau donnera la température du sol vers laquelle l'air du puits va tenter de s'égaliser. Il faut descendre au-delà de 1,20m minimum, ensuite plus on descend en profondeur et plus le gain en température sera faible. Tout du moins, il ne se justifiera plus par rapport à l'investissement en terrassement. De façon générale, la profondeur dimplantation est de lordre de 1,20m à 2m

38 38 PANOPTIQUE Dimensionnement La longueur du réseau dans le sol Plus le trajet est important et plus la température de l'air sera proche de celle de la terre. Il faut compter "en moyenne" une longueur de 50m environ pour obtenir un impact intéressant.

39 39 PANOPTIQUE Dimensionnement Le nombre de conduits Le nombre de conduits dépend directement du débit souhaité. Réduire les débits dans les conduits permet de réduire les diamètres et ainsi de favoriser léchange thermique.

40 40 PANOPTIQUE Résultats de mesures Puits canadien instrumentalisé Nous avons instrumentalisé un puits canadien dans la région de Strasbourg. Ce puits canadien est constitué de : 30 conduits de diamètre 200 mm (5 nappes de 6 conduits) Longueur du réseau : 40 m Profondeur dimplantation moyenne : 1,50 m Débit dair total : 4300 m 3 /h

41 41 Les graphiques suivants sont issus de mesures effectuées entre le 4 avril et le 8 juin Résultats des mesures Résultats de mesures Zoom

42 42 PANOPTIQUE Températures relevées sur site : ça marche !!!! Résultats des mesures Les graphiques suivants sont issues de mesures effectuées entre le 5 et le 10 mai En temps normal à cette période de lannée, le puits canadien devrait être by-passé.

43 43 PANOPTIQUE Conclusion Le principe dutiliser le potentiel thermique du sol en faisant circuler de lair extérieur dans les canalisations enterrées nest pas récent. Il trouve cependant aujourdhui un regain dintérêt et sinscrit dans la politique actuelle de protection de lenvironnement et de maîtrise de lénergie. Ce procédé a également le mérite dêtre réversible. Il permet en hiver de réduire jusquà 10% les déperditions par renouvellement dair. En été, il permet de réduire de 3 à 4 [°C] la température intérieure. Ce système sinscrit véritablement dans les démarches émergentes de qualité environnementale et énergétique (Effinergie, Minergie, Passiv Haus).

44 44 PANOPTIQUE Conclusion Cependant ce système nest intéressant uniquement si sa mise en œuvre et son utilisation sont réalisées avec soin et précision. En effet, des problèmes détanchéité peuvent entraîner une mauvaise qualité de lair (à cause du radon). La présence deau stagnante dans les regards peut également rendre la qualité de lair moins bonne que lair extérieur ce qui nest évidemment pas acceptable et ne valorise pas le système de réseau enterré.


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