Le puits canadien

Le nom vient de puits canadien ou provençal
Juste le principe de fonctionnement, ça n'apporte que des éléments de principe dans un premier temps

Un schéma de principe.

On prend de l'air à l'extérieur de la maison, l'hiver à environs -5°C.
L'air traverse un tube de diamètre 200mm en polypropylène (PP) enterré sur environs 30m de long à 2m de profondeur. La terre donne sa chaleur à l’air traversant le tube.
L’air qui au départ est à une température de -5°C, fini sa course à environs 10°C.
Viens ensuite le rôle de ce qu’on appel l’échangeur double flux.
Le principe de cet échangeur est le suivant : On prend de l’air dans la maison à environs 21°C, cet air circule le long d’une paroi. De l’autre coté de la paroi ce trouve l’air à 10°C.
L’air à 10°C est donc réchauffé avec l’air extrait à 21°C, ce qui nous donne de l’air à environs 18°C que l’on insuffle dans la maison.
Il ne reste plus qu’a réchauffer cet air de 18°C à 21°C soit environs 3°C, alors que sans double flux, de -5°C à 21°C, environs 26°C. Quelle économie !!!
Pour info, on consomme environs 1W/m3/°C.

Coupe du puits

Sur le schéma ci-contre les tubes sont en PEHD, il est préférable d'utiliser du PP (Polypropilène), mais ceci est une autre histoire….

Principe de l'échangeur air/air double-flux
Les Calculs

Vitesse de l’air

De la vitesse de l’air dans l’échangeur d’air géothermique va dépendre la qualité de l’échange de chaleur.
La valeur doit comprise entre 1,5 et 3,5 m/s pour un bon compromis entre l’échange thermique et les pertes de charge (effort à fournir par le ventilateur), qui sont à éviter.
Débit d'air extraitDiamètre recommandé (mm)
m3/hl/sDiamètre minimalDiamètre maximal

100

28

100

150

125

35

150

150

150

42

150

200

200

56

150

200

250

69

200

250

300

83

200

250

Temps de parcours

Pour un échange optimal, la durée minimale de parcours de l’air doit être de 20 secondes, l’échange maximal se faisant les 30 premières secondes.
Cette contrainte permet de déterminer une longueur minimale en utilisant le tableau précédent.
Par exemple : si vous avez choisi le diamètre minimum de 150mm pour un débit de 200m3/h, ce qui correspond comme dit précédemment à une vitesse de 1,5 m/s, alors il vous faudra une longueur minimale de 1,5 x 20 = 30 m.

Longueur du conduit

Une étude a permis de déterminer une règle du pouce quant à la surface d’échange nécessaire selon que l’on veut privilégier le préchauffage ou le rafraichissement.
Tel que mentionné précédemment, le principe du puits canadien est d’utiliser l’inertie du sol pour amortir les montées ou descentes en température.
En mode préchauffage, on recherche un amortissement annuel ou saisonnier, c'est-à-dire que l’on cherche à capter la chaleur de la saison chaude captée par le sol mais pour l’utiliser en hiver.
En mode rafraîchissement, on recherche un amortissement journalier, c'est-à-dire capter la fraîcheur de la nuit précédente qui est toujours dans le sol.
Le tableau suivant donne le nombre de m² de surface d’échange par m3/h d’air extrait.
Ratio : m² par m3/h
Vitesse de l’air (m/s)Amortissement journalierAmortissement annuel
11/101/5
21/151/7
41/201/10
Par exemple si j’ai besoin d’un débit d’air extrait de 200 m3/h et que je souhaite privilégier le préchauffage en hiver, il me faut une surface d’échange de 200/7 ≈ 29 m². De la surface d’échange on peut ensuite déduire la longueur de tube nécessaire (pour les amateurs de mathématiques) :
$S_{echange}=\pi\cdot D\cdot L$ donc $L=\dfrac{S_{echange}}{\pi \cdot D}$