Group thermal response testing for energy piles

Thermal response testing is an in situ technique for characterising the thermal conductivity of the ground around a borehole heat exchanger. The test has seen renewed interest in recent years as an increasing number of ground heat exchangers are being constructed to provide renewable heating and cooling energy as part of ground source heat pump systems. The thermal response test involves applying a constant heating power to the ground via a circulating heat transfer fluid. Most test rigs are set up to cater for deep boreholes, with available heat transfer lengths typically more than 100m, and therefore have electrical heater capacities of a corresponding size. Pile heat exchangers are generally much shorter and the heat exchange length can be a little as 10m. This means that many standard thermal response test rigs cannot provide a low enough heating power and there is a risk of excessive temperature changes developing, especially during longer duration tests which can be recommended for larger diameter piles. One solution is to carry out the thermal response test on a group of piles, thereby increasing the effective heated length. This has the added advantage of testing a larger volume of soil. This paper examines the principles behind group thermal response testing for energy piles and considers the advantages and limitations of the approach with reference to a case study.

Les essais réponse thermique sont une technique de chantier pour la caractérisation de la conductivité du sol autour d’un échangeur de chaleur dans un trou de forage. Depuis quelques années il y a de plus en plus d’intérêt autour de cet essai en raison du fait que l’on construit de plus en plus d’échangeurs de chaleur souterrains pour le chauffage et climatisation à énergie renouvelable comme partie des systèmes de pompe géothermique. Pour faire l’essai réponse thermique l’on expose de la puissance de chauffage constante au sol par moyen de la circulation d’un fluide caloporteur. La plupart des bancs d’essai sont conçus afin que l’on puisse les utiliser avec des trous de forage profonds, ayant typiquement plus de 100m de longueur de transfert de chaleur disponible, et ont donc des capacités de chauffage électrique de dimension adaptée. Les pieux géothermiques sont typiquement beaucoup plus courts et la longueur d’échange de chaleur peut n’être que de 10m. Par conséquent beaucoup de bancs d’essai réponse thermique ne peuvent pas fournir de la puissance de chaleur qui est suffisamment basse et il y a un risque de changements de température excessifs, en particulier pendant les essais d’une durée plus longue qui peut être recommandés pour les pieux de grand diamètre. Une solution est de faire l’essai réponse thermique sur un groupe de pieux, de cette façon on augmente la longueur chauffée effective. Ceci a l’avantage en plus de faire l’essai sur une plus grande volume de terre. Ce rapport examine les principes qui sous-tendent les essais réponse thermique de groupe pour les pieux énergétiques et aborde les avantages et limitations de l’approche en référant à une étude de cas.