Naturally ventilated geothermal foundation modeling

AbstractThis work is concerning the modeling of a heat and mass transfer within a new kind of Canadian well, a geothermal foundation, and its coupling with a solar chimney. The foundation model is based on a 3D finite volume method. A long term simulation is necessary, aiming to precisely understand the behaviour of this combined system. Since this model requires high computational resources, we propose to use a domain decomposition technique and the balanced realization reduction method to speed up computational time. The studied case shows this system seems to be relevant to supply cold air to buildings during summer

Evaluating the IAQ and energy performance of ventilation systems in multifamily buildings

Buildings must provide Indoor Air Quality (IAQ) to the best of their ability while maintaining high energy efficiency. Mechanical ventilation systems are central to this concern. Despite the promises of innovative technologies in the market, a simple simulation tool for comparing their effects is not available. This article presents a TRNSYS-CONTAM co-simulation tool that enables the calculation of interdependent effects of temperature, moisture, and airflow on contaminant transport, and energy use on the building scale. The impact of the outdoor conditions, airtightness of building envelopes, neighboring environments, and the building’s wind exposure is also considered. IAQ is assessed by humidity, CO2 concentration in the building, and the exposure of its occupants to PM2.5 and formaldehyde concentrations to comply with available recommendations. This paper presents the methodology employed to evaluate the global performance of ventilation systems in terms of energy efficiency and IAQ

Modélisation d'une fondation géothermique ventilée naturellement par réduction de modèle

International audienceFace aux exigences de confort thermique croissantes de la part des usagers des bâtiments mais aussi aux contraintes de rationalisation des consommations énergétiques, les systèmes passifs contribuant au conditionnement des ambiances apparaissent comme étant une solution prometteuse par rapport aux enveloppes statiques, standard de la réglementation actuelle. Les échangeurs air-sol (plus connus sous le nom de puits canadiens ou puits provençaux), permettent selon les besoins de préchauffer ou rafraîchir l'air extérieur injecté dans le bâtiment en bénéficiant de la capacité de charge et de décharge thermique du sol. L'intégration de systèmes passifs en double-façade commence à émerger, en revanche celui de type puits canadien est assez limité. D'une part, ces composants souffrent souvent d'un manque de place sur le terrain d'implantation du bâtiment et d'un surcoût important nécessaire à l'enfouissement des gaines de ventilation. D'autre part, le système n'est pas complètement passif puisque son fonctionnement implique généralement le recours à une ventilation mécanique. C'est pourquoi cette étude envisage un couplage entre une cheminée solaire et un échangeur air-sol innovant composant d'enveloppe : une fondation géothermique. La cheminée solaire permet d'optimiser ce système de prétraitement de l'air, en réduisant la consommation électrique du ventilateur. En effet, en s'échauffant au sein de la cheminée, l'air va créer un tirage naturel dans le bâtiment engendrant ainsi une circulation naturelle dans l'échangeur. En outre, la fondation préfabriquée en béton, creuse, remplace la conduite classique d'un puits canadien (généralement en PVC). Puisque les fondations sont indissociables de tout bâtiment, la réalisation de tranchée ou de déblais/remblais supplémentaires devient inutile et l'emprise au sol du bâtiment est ainsi réduite. L'objet de ce travail est donc le développement d'un modèle thermo-aéraulique de la fondation géothermique, et de son couplage avec une cheminée solaire. Le modèle de fondation est dynamique et basé sur la méthode des volumes finis. Il prend en compte les transferts de chaleur sensible en 3D dans le sol, ainsi que les échanges sensibles et latents entre l'air circulant et les parois internes de la fondation. Le modèle de cheminée solaire s'appuie sur l'évaluation des transferts de chaleur en 1D perpendiculairement à la section fluide pour estimer l'élévation en température de l'air, et ainsi la dépression induite dans le bâtiment puis dans la fondation. Le modèle doit permettre d'évaluer les performances d'une situation réelle, c'est-à-dire un bâtiment équipé d'une fondation géothermique de plusieurs dizaines de mètres et de mener une analyse sur une année complète. Une étude relativement précise de la fondation nécessite un maillage fin, ce qui, sous les conditions précédentes, implique d'avoir recours à une technique réduction de modèle d'état afin d'obtenir des résultats en un temps de calcul raisonnable. Plusieurs méthodes visant à réduire le problème de conduction de la chaleur en 3D dans le sol sont donc mises en place et comparées dans le but d'identifier le meilleur compromis précision/temps de calcul. Cette étude s'inscrit dans le cadre du projet FUI 16 Fondatherm, financé par la BPI

Modélisation d’une cheminée solaire ventilée naturellement

National audienc

Study of a ventilated earth/air heat exchanger integrated in a building fundation

International audienc

Etude expérimentale et numérique d’un échangeur air/sol intégré au bâtiment

National audienceLes échangeurs air-sol (EAHE) sont des réseaux de canaux enterrés qui permettent de préchauffer ou rafraichir l'air entrant dans le bâtiment. Ces systèmes semblent être pertinents pour réaliser des économies d'énergie mais souffrent souvent d'un manque de place et d'un surcoût dus à l'enfouissement des tuyaux. L'échangeur considéré ici est une fondation géothermique dotée d'une large cavité qui lui confère en plus de sa fonction structurelle une fonction thermique. Deux fondations ont été mises en oeuvre et instrumentées sur un EHPAD et un modèle numérique 3D a été développé en parallèle. La confrontation expérimentale / numérique de la température d'air dans la fondation montre un écart maximal de 1.5˚C

Simulation study of heat recovery from flat roof photovoltaic systems by mechanical ventilation for a wine warehouse in France

International audienceWe assess the potential to preheat space air and water using a prototype of photovoltaic-thermal array installed on the roof a wine warehouse in southern France. The system comprises a horizontal arrangement of conventional PV modules fitted to a novel metal structure that serves both as mechanical support and ventilation duct. The warehouse requires a steady interior air temperature of 14-18°C throughout the year. The load profile of the building is strongly affected by the mass of the vats. Simulations were performed with TRNSYS, using a combination of existing library components and a bespoke Type to model the steady state behaviour of the aspirated solar array structures. The potential for air preheating was assessed by calculating the enthalpy change due to the injection of outside air into the building. The potential for space preheating and hot water generation were found to be complementary, with hot water generation proving of interest during the portion of the year where the heating load of the building is negligible. Sensitivity of system performance to weather conditions is highlighted, and in particular the impact of wind on panel heat dissipatio