Trocador de calor ar-solo

Um trocador de calor ar-solo (também conhecido pelos nomes de poços provençais , calor subterrâneo , chaminé solar ou, mais recentemente, poços climáticos ) é um trocador geotérmico de muito baixa energia usado para resfriar ou aquecer o ar soprado em um edifício. Este tipo de trocador é usado principalmente em invólucros passivos .

Princípio

O permutador ar-solo é utilizado para alimentar um edifício com ar circulando-o primeiro numa conduta enterrada que, dependendo das condições climáticas, o arrefece ou pré-aquece utilizando a inércia térmica do solo. O ar atua como um fluido de transferência de calor, enquanto o tubo atua como um trocador de calor enquanto canaliza o ar para o edifício.

O poço provençal, embora seja usado principalmente como um sistema de resfriamento natural, também pode ser usado no inverno para pré-aquecer o ar que entra ou para manter a casa livre de congelamento. O mesmo é verdade para o poço canadense.

Este sistema é baseado na simples observação de que a temperatura subterrânea:

Essas descobertas devem ser comparadas com os seguintes dados:

Na prática, o tubo será enterrado a pelo menos 1,5 metros de profundidade e como tal:

Como o processo é passivo e baseado na capacidade térmica do solo, um trocador ar / solo pode ser contraproducente para pré-aquecimento / resfriamento em certas partes do dia e / ou ano em comparação com o ar externo. Para evitar isso, recomenda-se uma entrada direta de ar e uma válvula (manual ou elétrica) para contornar o poço.

Usando o princípio da inércia térmica, o sistema é ainda mais eficiente quando as amplitudes térmicas externas diárias são fortes ou quando enfrenta eventos climáticos extremos de curta duração, como uma nevasca , desde que a entrada de ar seja protegida da neve.

Bem elementos

Trocador de calor: o tubo

O tubo constitui um trocador de calor entre um fluxo de ar e o solo (ou qualquer outro material com alta capacidade térmica específica ).

O tubo deve atender a várias restrições, dependendo de seu ambiente:

Se o tubo não for uma peça, as juntas entre as diferentes seções também devem atender a essas características.

A condutividade térmica do material que compõe o tubo afeta de forma insignificante a eficiência térmica do sistema (ganho de apenas 8% entre PE-HD e ferro fundido, por exemplo).

As redes de ferro dúctil ou polietileno de alta densidade atendem muito bem a esses critérios para esta aplicação. Sua reciclabilidade, resistência mecânica (resistência às raízes, retidão de longo prazo, resistência à ovalização, etc.) e inércia térmica são propriedades muito interessantes. É possível instalar essas redes sob a rodovia e até mesmo sob o edifício para otimizar o espaço.

Os tubos de PVC Nf têm uma camada extrudida no interior que reduz a troca de calor. O PVC não é recomendado para este tipo de aplicação porque contém cloro.

Circulação de ar

A operação do trocador de ar / piso é baseada na circulação de ar no tubo, que pode ocorrer:

O fluxo de ar se destina a circular no edifício:

Como o fluxo de ar fresco que entra atua como um fluido de transferência de calor, os dutos que distribuem o ar nos quartos devem ser isolados para que o calor / frio não seja perdido no sótão ou no porão, por exemplo, durante o seu andamento.

Um CMV de duplo fluxo tem outra vantagem do que ser a extensão de um trocador ar / solo, em termos de ganhos térmicos. Ele permite a instalação de um trocador de ar / ar que usa o calor / frio do ar que sai para aquecer / resfriar o ar que entra. Quanto ao poço, a troca nem sempre é útil e um tubo e também uma válvula de bypass (que permite o bypass deste trocador) são mais do que recomendados.

Se as leis em vigor geralmente impõem uma taxa mínima de renovação do ar nas residências, por outro lado não é proibido aumentar a frequência, especialmente no verão. A ventilação mecânica escolhida deve ser idealmente ajustável e suficientemente dimensionada para que seu consumo elétrico não aumente desproporcionalmente.

No caso de uma casa RT2012, a experiência mostrou que uma taxa de fluxo de três volumes por hora é necessária para ser capaz de resfriar o edifício. Um CMV de duplo fluxo acoplado ao poço canadense não permite a obtenção desse resultado. Um ventilador capaz de extrair entre 600 e 900 m 3 / h do poço canadense deve ser adicionado em paralelo  . Neste caso, o poço canadense deverá ser composto por dois ou três conduítes (DN200) em um comprimento de 35  m para manter uma vazão máxima de 3,5  m / se baixas perdas de pressão.

Proteção contra poluição

A renovação do ar no interior de uma casa ou sala permite o combate à poluição interna e para isso contribui o permutador ar / solo, ao limitar as perdas de calor. Os poluentes evacuados pela renovação apresentam várias formas, nomeadamente gasosas. Eles podem ser de origem humana e relacionados à respiração como o dióxido de carbono ou de origem natural como o radônio . Este último não é o único gás que emerge do solo, mas representa um perigo para a saúde por ser mais pesado que o ar e acima de tudo um contaminante radioativo . Naturalmente presente em todos os continentes e em todas as regiões, está mais presente nas zonas graníticas , vulcânicas ou portadoras de urânio e as autoridades sanitárias nacionais elaboram regularmente os mapas. Pelas suas características, tende a acumular-se nas depressões (caves ou locais mal ventilados): o risco aumenta com a sua concentração no ar respirado, é aí particularmente cancerígeno para os pulmões . Uma atenção particular no projeto do trocador ar / solo deve ser dada ao nível de impermeabilidade a este gás do tubo e de suas possíveis juntas para que não se tornem um difusor no edifício. No entanto, um poço em operação dilui essas possíveis infiltrações gasosas com ar fresco, trazendo as concentrações de radônio a um limite aceitável (com radioatividade abaixo de 150 Bq / m³). O problema surge durante um desligamento prolongado ou uso intermitente do poço, este gás mais denso que o ar pode ter se infiltrado lentamente e se acumulado no tubo: neste caso, é melhor purgá-lo graças a uma válvula dedicada (chamada de by-pass , ou seja, “bypass”) descarregando diretamente o ar para o exterior sem passar pelo edifício, antes de reiniciar. Outra solução que consiste em reverter o fluxo de ar leva a contaminar os tubos de alimentação com as emissões atmosféricas da casa. Deve-se notar que isso pode ocorrer naturalmente se a ventilação do poço for simplesmente interrompida sem que este seja bloqueado.

A possível proximidade de uma zona industrial classificada normalmente fornece um plano de prevenção de desastres , incluindo medidas de contenção , incluindo a interrupção da ventilação. Neste caso, seja natural ou mecânico, a ventilação deve poder ser interrompida rapidamente. No primeiro caso, o poço e possivelmente seu bypass devem ser facilmente bloqueados. No segundo caso, uma chave de fácil acesso, um fusível ou um disjuntor diferencial dedicado no quadro elétrico deve permitir o desligamento rápido do sistema. Após um desastre industrial, particularmente um desastre químico, deve-se tomar cuidado especial antes de reiniciar o poço, cujo tubo pode ter acumulado gases tóxicos pesados ​​( por exemplo: cloro ).

Se não for protegido por uma peneira e filtros , o poço se torna a porta de entrada para pragas para humanos ( roedores , répteis , insetos , artrópodes , pólens, etc.) que para alguns são vetores de doenças . As proteções são instaladas de fora para dentro com malhas cada vez mais finas. Os melhores filtros, contra o pólen, por exemplo, se você quiser se proteger dele, exigem mais manutenção e devem ser trocados com mais frequência sob pena de ficarem entupidos e bloquear a entrada de ar. Ao fechar o acesso a esses animais, o acúmulo de matéria orgânica e vegetal é limitado, evitando-se os excrementos , o armazenamento de alimentos , o acúmulo de solo ou matéria vegetal para a construção de ninhos . Os filtros também evitam que o tubo “aspire” folhas e poeira voando pelo ar. Sem isso, o acúmulo ao longo do tempo de todos esses elementos misturados à água de condensação pode formar um substrato para fungos , bolores e / ou bactérias . Odores ruins após a reinicialização de um trocador de ar / solo após um desligamento prolongado indicam a presença de materiais em decomposição ou fermentação .

A evacuação do condensado do poço, se for feita em rede de esgoto , requer a instalação de um sifão . Caso contrário, a sucção criada por um VMC não diferenciará entre o ar que sai do poço e o insalubre dos esgotos trazendo riscos à saúde e maus odores em todo o edifício ventilado. Para ser eficaz e não ser ele próprio uma fonte de poluição, o sifão deve ficar cheio e a água não estagnada, o que é difícil de conseguir na prática e exige um acompanhamento constante das instalações.

A manutenção e a prevenção, no entanto, continuam a ser a melhor maneira de evitar qualquer poluição ao longo da vida da instalação. A manutenção de rotina consiste na troca e / ou limpeza dos filtros, caso contrário as quedas de pressão aumentarão ao mesmo tempo que o consumo de energia da planta para instalações mecanizadas. A prevenção envolve o exame regular do tubo, por exemplo, a cada três anos, para inspecionar sua limpeza e integridade, especialmente em áreas de queda de pressão, como nos cotovelos.

Implementação e engenharia

Eficiência do trocador de calor

A eficiência da troca de calor entre o fluxo de ar e o solo depende de:

Bibliografia

Notas e referências

Notas

  1. Este é o calor latente de condensação, veja o artigo Entalpia de mudança de estado
  2. A chaminé solar / provençal é em pedra, sobressaindo da ampla fachada sul. Como resultado, mesmo no verão sem lareira, a lareira tem uma tiragem natural que aumenta com a quantidade de luz solar. Quanto mais quente o ar interno é comparado ao ar externo, mais ele sobe por convecção . Uma corrente de ar (depressão) é criada na base da chaminé permitindo que o ar fresco / morno seja aspirado do poço. A casa deve então ser hermeticamente fechada.

Referências

  1. Veja a legislação francesa, belga, etc.
  2. Na França, o IRSN é responsável pela realização de estudos e pesquisas sobre os riscos associados à radioatividade e, como tal, realiza campanhas de medição de radônio (ver Radon: Campanha nacional de medição de radônio , www.irsn .Fr,22 de junho de 2005[ ler online ] ).
  3. Margot Timarche, Dominique Laurier, Hélène Baysson, Olivier Catelinois, Avaliação de risco de câncer na inalação de radônio , www.irsn.fr, 16/06/2007 [ leia online ]
  4. Na França, a classificação na zona Seveso II , por exemplo (consulte a Diretiva Seveso ), incluindo, entre outras, a Diretiva Europeia 96/82 / CE [ leia online ] .
  5. "  CANADIAN WELL: Build and Do It Yourself  " , em bien-canadien.autoconstruction.info (acessado em 9 de abril de 2019 )
  6. "  Guide Raisonné de la construction économique - Bâtir Sain  " , em batirsain.org (acessado em 9 de abril de 2019 )
  7. "  Uso de trocadores de ar / piso para aquecimento e resfriamento de edifícios  " , em www.unige.ch (acessado em 9 de abril de 2019 )
  8. "  CETIAT - Documentação - Publicações  " , em www.cetiat.fr (acessado em 29 de abril de 2020 )
  9. [ ler online ]

Veja também

Artigos relacionados

links externos