Etudes numérique et expérimentale de récupérateurs d’eaux pluviales enterrés géothermiques pour le rafraîchissement passif des bâtiments

Numerical and experimental studies of burried geothermal rainwater tanks for passive cooling of buildings

• Auteur / Autrice : Lucas Striegel
• Direction : Yannick Hoarau, Hossein Nowamooz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energetique, génie des procédés
• Date : Soutenance le 17/12/2024
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Peuportier, Yun-Jun Cui, Nadège Martine Blond, Jean-Baptiste Bouvenot, Édouard Walther
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christian Inard, Stéphane Ginestet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Énergie

Eaux pluviales -- Collecte

Refroidissement passif

Mots clés libres

Géocooling

Cuve de récupération d’eaux de pluie

Rafraîchissement passif

Stockage thermique à surface libre

Acquisition de données long terme

Modélisation numérique

Geocooling

Rainwater harvesting tank

Passive cooling

Free-surface thermal storage

Long-term data acquisition

Numerical modeling

Résumé

Face au changement climatique, caractérisé notamment par des périodes caniculaires plus longues et intenses, mais aussi par une disponibilité irrégulière de la ressource en eau, il est nécessaire d’apporter des solutions sobres en consommations énergétiques pour renforcer la résilience des bâtiments. Les cuves de récupération d’eaux de pluie enterrées sont des systèmes de plus en plus exploités qui permettent la gestion et le stockage de l’eau. En y immergeant un échangeur de chaleur, il est possible de profiter de l’effet géothermique de l’eau et du sol environnant pour rafraîchir les bâtiments de façon passive. Ce travail de recherche vise à étudier les performances et la faisabilité de ces systèmes hybrides. Un modèle numérique a été développé et validé grâce aux données recueillies par l’instrumentation de prototypes à l’échelle 1 pendant près de trois ans. L’exploitation du modèle a mis en évidence les facteurs influents du système. Des règles de prédimensionnement pour évaluer la quantité d’énergie potentiellement récupérable ont ensuite été établies. Le modèle du système a ensuite été intégré dans un outil de simulation énergétique du bâtiment pour évaluer les gains en termes de confort des occupants.

In the face of climate change, characterized by longer and more intense heatwaves, as well as irregular availability of water resources, it is essential to provide energy-efficient solutions to strengthen the resilience of buildings. Underground rainwater tanks are increasingly being exploited as systems for managing and storing water. By immersing a heat exchanger in the tank, it is possible to harness the geothermal effect of the water and surrounding soil to passively cool buildings. This research aims to study the performance and feasibility of these hybrid systems. A numerical model was developed and validated using data collected from the monitoring of full-scale prototypes over a period of nearly three years. The model was used to highlight the key factors influencing the system. The model was used to identify the factors influencing the system. Presizing rules were then established to assess the amount of energy that could potentially be recovered. The system model was then integrated into a building energy simulation tool to assess the gains in terms of occupant comfort.