Implantation et profondeur
La tranchée (et par la suite le puits canadien) devra se situer au minimum à 2 m de toute plantation et bâtiment.
Pour limiter l'influence de l'environnement sur la température du sol et donc sur celle du puits canadien, il convient d'enfouir les conduits le plus profondément possible. On visera une profondeur de 1 à 4 m.
Prise d'air
La prise d'air sera située à une hauteur de 100 cm minimum ou dans un mur de soutènement.
Configuration du tracé
Pertes de charge
Les pertes de charge sont dues aux frottements dans le mouvement de l'air. Elles dépendent de la longueur, de la sinuosité (nombre de coudes, ), du revêtement du matériau et du diamètre du conduit, ainsi que de la vitesse de l'air. Le ventilateur doit surmonter ces pertes de charge pour faire avancer l'air dans le puits canadien. Il est entendu que pour être performant, le puits canadien ne peut pas générer une consommation excessive du ventilateur.
Le calcul des pertes de charge est relativement compliqué (voir dispositif Conduits de ventilation).
En première approximation, on pourra utiliser les valeurs suivantes :
Pertes de charge dans un puits canadien en fonction du diamètre et du débit [Pa/m]
Débit | Diamètre 150 mm | Diamètre 200 mm | Diamètre 250 mm | Diamètre 300 mm |
---|---|---|---|---|
200 m³/h | 1,1 | 0,25 | - | - |
400 m³/h | 3,5 | 0,9 | 0,3 | 0,1 |
600 m³/h | 8 | 1,9 | 0,6 | 0,25 |
800 m³/h | 15 | 3 | 1 | 0,55 |
1000 m³/h | 20 | 5 | 1,6 | 0,7 |
En règle générale, on essaiera, même pour les grands conduits enterrés, de limiter les pertes de charge à moins de 100 Pa pour l'ensemble du puits canadien. Si l'efficacité thermique du puits canadien s'élève à 80 % (l'air à la sortie du puits canadien comble 80 % de la différence entre la température à l'entrée et la température du sol), la surconsommation des ventilateurs peut rester limitée à environ la moitié du bénéfice thermique du puits canadien (en termes d'énergie primaire).
Il est par ailleurs important de dimensionner le puits canadien de telle sorte que la vitesse de l'air dans le puits canadien soit suffisante (> +/-2 m/s) pour obtenir un courant d'air turbulent qui favorise l'échange thermique entre l'air et le sol. Cependant, les pertes de charge étant liées à la vitesse, on visera à rester dans des pertes de charges acceptables (voir tableau ci-dessus).
On peut partir du principe qu'un puits canadien bien dimensionné assure un refroidissement de 7 à 8 °C les jours chauds en été et de 10 °C les jours extrêmement chauds.
Comment limiter les pertes de charge ?
Pour limiter les pertes de charge, il faudra :
- Limiter les coudes dans le puits canadien,
- A diamètre égal, préférer plusieurs conduits d'une longueur limitée plutôt qu'un nombre réduit de conduits plus longs. Si plusieurs conduits enterrés sont installés, ils seront espacés d'au minimum 5 fois leur diamètre.
- Privilégier des conduits larges.
Dans la conception de l'installation à double flux, il convient de tenir compte des pertes de charge indirectes occasionnées par le puits canadien qui induisent une surconsommation électrique du ventilateur.
Les figures ci-dessous illustrent différents tracés envisageables pour limiter les coudes et les pertes de charge d'un puits canadien.
Diamètres des conduits
Pour atteindre un rendement de l'échange thermique d'environ 80 %, le concepteur pourra se baser sur le tableau suivant.
Longueur de conduit nécessaire (en mètres) pour un échange thermique de 80 %
Débit par conduit [m³/h | Diamètre 100 mm | Diamètre 150 mm | Diamètre 200 | Diamètre 250 | Diamètre 300 |
---|---|---|---|---|---|
100 | 10,6 | 11,7 | 13,3 | ||
200 | 11,3 | 12,7 | 14,3 | 15,9 | 17,2 |
300 | 13,1 | 15,1 | 17,2 | 19 | |
400 | 13,7 | 15,9 | 17,7 | 20,4 | |
500 | 14,1 | 16,4 | 19 | 21,6 | |
600 | 14,7 | 16,9 | 19,8 | 22,5 | |
700 | 17,7 | 20,2 | 23,6 | ||
800 | 18,3 | 21 | 24,6 | ||
900 | 18,5 | 21,5 | 25,1 | ||
1000 | 18,6 | 21,8 | 25,8 |
Par exemple, pour fournir 1000 m³/h d'air frais à un bureau, le choix se portera sur un conduit de 22 m de long et de 250 mm de diamètre.
Lorsque les abords ne permettent pas de telles longueurs, il est possible de superposer les conduits. Cette superposition a néanmoins une incidence sur le rendement qui devra être évaluée. En prenant l'exemple précédent, on pourrait aussi utiliser deux conduits de 16,5 m et de 200 mm de diamètre amenant chacun 500 m³/h, ce qui est en fait préférable pour atteindre un rendement de 80%. Le nombre de conduits dépend donc de l'espace disponible, mais aussi du débit d'air neuf nécessaire pour rafraîchir. Ainsi, il pourra parfois être nécessaire d'établir un zonage thermique du bâtiment et, plutôt que de vouloir rafraîchir l'ensemble de ce bâtiment, on envisagera de regrouper les espaces à refroidir (cafétéria, salles de réunions, serveurs, bibliothèques, ) sur un même groupe de ventilation alimenté par le puits canadien.