Module dromosense.sencity
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import numpy as np
from dromosense.constantes import kelvin
import math
class SenCityOne:
"""
Cette classe réalise un premier couplage du système complet et nourrit un ensemble de vecteurs numpy:
Tinj_sto : température du fluide de charge à l'injection dans le stockage
Tsor_sto : température du fluide de charge après transit dans le stockage
Tsor_pac : température du fluide de décharge au sortir de la PAC à la réinjection dans le stockage
Tinj_pac : température du fluide de décharge à l'injection dans la PAC
Tsable : température du stockage/sable
diff : valeur de la dérivée de la température du stockage en °C/s ou K/s
Tinj_dro : température d'injection dans le dromotherme
Tsor_dro : température de sortie du dromotherme
On initialise Tinj_dro et Tsor_dro à 10
pertes : pertes instantannées dans le stockage en W (prérequis : nécessite l'utilisation de setPertes)
agenda_dro et agenda_pac : agendas de fonctionnement du dromotherme et de la PAC
Pgeo : puissance géothermique à extraire pour satisfaire le besoin du bâtiment en W
par exemple, avec une PAC de COP 3, la puissance géothermique à extraire vaut 2/3 du besoin total du bâtiment
Pour l'utiliser :
```
# instanciation
# RSB = route stock bâtiment
RSB=SenCityOne(meteo.shape[0],3600)
# définition du système
RSB.set(eff,k,coeff,msto,cpsto,msable,cpsable,mpac,cpac)
# injection du besoin
RSB.Pgeo = (COP-1) * besoin_total / COP
# définition de la fenêtre de simulation et paramétrage des agendas
simStart = i_summerStart
simEnd=i_summerStart+365*24
RSB.agenda_dro[simStart:simEnd]=np.ones(simEnd-simStart)
RSB.agenda_pac[simStart:simEnd]=np.ones(simEnd-simStart)
for i in range(simStart,simEnd):
if RSB.Pgeo[i]==0:
RSB.agenda_pac[i]=0
# bouclage
# dromo : échangeur dromotherme selon la classe OneDModel, traversé par un débit unitaire qdro_u en m3/s
# unitaire s'entendant par mètre linéaire selon le profil en long
for i in range (int(simStart),int(simEnd)):
RSB.SystemLoop(i,qdro_u,dromo)
```
"""
def __init__(self,size,step):
"""
size : nombre de points pour la discrétisation temporelle
step : pas de temps en secondes
"""
self.simPertes = 0
self.step=step
self.Tinj_sto=np.zeros(size)
self.Tsor_sto=np.zeros(size)
self.Tsor_pac=np.zeros(size)
self.Tinj_pac=np.zeros(size)
self.Tsable=np.zeros(size)
self.diff=np.zeros(size)
self.Tinj_dro=10*np.ones(size)
self.Tsor_dro=10*np.ones(size)
self.agenda_dro=np.zeros(size)
self.agenda_pac=np.zeros(size)
self.pertes=np.zeros(size)
self.Pgeo=np.zeros(size)
def set(self,eff,k,coeff,msto,cpsto,msable,cpsable,mpac,cpac):
"""
paramètres permettant de caractériser le système couplé
eff : efficacité de l'échangeur de séparation de réseaux
k : coefficient du système géothermique équipant le stockage en W/K
coeff : sans unité - rapport des conductivités thermiques des fluides circulant dans l'échangeur de séparation de réseaux (dromo/stockage)
msto : débit massique du fluide dans le système géothermique du stockage en kg/s
cpsto : capacité thermique du fluide circulant dans le système géothermique du stockage en J/(K.kg)
msable : masse de sable humide (sable sec + eau ) en kg
cpsable : capacité calorifique massique du sable humide en J/(K/kg)
mpac : débit massique du fluide dans la PAC en kg/s
cpac : capacité calorifique massique du fluide dans la PAC en J/(K.kg)
"""
self.eff=eff
self.k=k
self.coeff=coeff
self.msto=msto
self.cpsto=cpsto
self.msable=msable
self.cpsable=cpsable
self.mpac=mpac
self.cpac=cpac
"""
calcul de B et C - cf notebook
"""
self.B = (msto * cpsto - k/2) * coeff * eff
self.C = 1 - k / (2 * mpac *cpac)
print("le k du système géothermique vaut {} W/K".format(k))
print("coeff vaut {}".format(coeff))
print("B vaut {} W/K".format(self.B))
print("C vaut {}".format(self.C))
def StockLoop(self,i):
"""
réalise une itération sur la température du stockage
calcule la dérivée de la température du massif de stockage en K/s ou °C/s
retourne la valeur de Tsable[i+1]
4 cas distincts :
1) appel d'énergie en provenance du bâtiment + dromotherme en marche
2) appel d'énergie en provenance du bâtiment + dromotherme arrêté
3) pas d'appel d'énergie en provenance du bâtiment + dromotherme en marche
4) pas d'appel d'énergie en provenance du bâtiment + dromotherme arrêté
modélise les pertes dans le stockage si la méthode setPertes a été utilisée
"""
if self.simPertes==0:
self.pertes[i]=0
else:
pertes_Laterales=self.SL_iso*(self.Tsable[i]-self.Tsous_sol(-1.125,i))
pertes_Base=self.SB_iso*(self.Tsable[i]-self.Tsous_sol(-2.25,i))
self.pertes[i]=self.u_th*(pertes_Laterales+ pertes_Base)
pac=self.agenda_pac[i]
dro=self.agenda_dro[i]
if pac==1 and dro==1:
der = (self.msto * self.cpsto * (self.Tinj_sto[i] - self.Tsor_sto[i]) - self.Pgeo[i]-self.pertes[i]) / (self.msable * self.cpsable)
if pac==1 and dro==0:
der = (- self.Pgeo[i]-self.pertes[i])/ (self.msable * self.cpsable)
if pac==0 and dro==1:
der = (self.msto * self.cpsto * (self.Tinj_sto[i] - self.Tsor_sto[i])-self.pertes[i]) / (self.msable * self.cpsable)
if pac==0 and dro==0:
der = -self.pertes[i]/(self.msable * self.cpsable)
#der =0
self.diff[i+1]=der
## schéma de discrétisation
return self.Tsable[i]+self.step*der
def SystemLoop(self,i,qdro_u,dromo):
"""
dromo : échangeur dromotherme simulé selon la classe OneDModel
qdro_u : débit unitaire en m3/s traversant le dromotherme, unitaire s'entendant par mètre linéaire selon le profil en long
1) On applique StockLoop avec les résutats de l'état précédant, ce qui nous permet de calculer Tsable[i]
2) On met à jour les température d'injection et de sortie de la PAC
3) On réalise ensuite une itération de dromotherme selon 2 cas distincts
********************************************************************************
cas 1: le dromotherme est en marche
le fluide circule avec un débit unitaire qdro_u
Si Tsor_dro <= Tsable : goto cas 2 (dromotherme à l'arrêt) + on passe la valeur de agenda_dro[i] à 0
Si Tsor_dro > Tsable : alimentation du stockage
********************************************************************************
cas 2: le dromotherme est à l'arrêt - débit nul
l'échangeur de séparation de réseau ne tourne pas
pas de prélèvement par l'échangeur de séparation de réseau
`Tinj_dro[i] = Tsor_dro[i]`
pas d'évolution des températures du stockage
`Tsor_sto[i]=Tsor_sto[i-1]` et `Tinj_sto[i]=Tinj_sto[i-1]`
"""
# étape 1
self.Tsable[i]=self.StockLoop(i-1)
dro=self.agenda_dro[i]
pac=self.agenda_pac[i]
y = self.Tsable[i]
# étape 2
if pac == 1 :
self.Tinj_pac[i] = y-self.C*self.Pgeo[i]/self.k
self.Tsor_pac[i] = self.Tinj_pac[i]-self.Pgeo[i]/(self.mpac*self.cpac)
else:
self.Tinj_pac[i] = self.Tinj_pac[i-1]
self.Tsor_pac[i] = self.Tsor_pac[i-1]
# étape 3
if dro == 1:
dromo.iterate(i,self.Tinj_dro[i-1]+kelvin,qdro_u)
self.Tsor_dro[i]=dromo.T[i,1,-1]-kelvin
if self.Tsor_dro[i] < y :
#print("step {} y vaut {} et prev vaut {}".format(i,y,Tsor_dro[i]))
self.agenda_dro[i] = 0
self.Tinj_dro[i] = self.Tsor_dro[i]
self.Tinj_sto[i] = self.Tinj_sto[i-1]
self.Tsor_sto[i] = self.Tsor_sto[i-1]
else :
self.Tsor_sto[i] = ( self.k * y + self.B * self.Tsor_dro[i] ) / ( self.k + self.B)
self.Tinj_sto[i] = self.Tsor_sto[i] + self.coeff * self.eff * (self.Tsor_dro[i] - self.Tsor_sto[i])
self.Tinj_dro[i] = self.Tsor_dro[i] - self.eff * (self.Tsor_dro[i] - self.Tsor_sto[i])
else:
dromo.iterate(i,self.Tinj_dro[i-1]+kelvin,0)
self.Tsor_dro[i] = dromo.T[i,1,-1]-kelvin
self.Tinj_dro[i] = self.Tsor_dro[i]
self.Tinj_sto[i] = self.Tinj_sto[i-1]
self.Tsor_sto[i] = self.Tsor_sto[i-1]
def setPertes(self,Tmoy,Tamp,lambda_sable,rho_sable,e_iso,SL_iso,SB_iso,lambda_iso):
"""
paramètres à prendre en compte pour la modélisation des pertes
Tmoy : Température moyenne annuelle du sous-sol en °C
Tamp : l'amplitude annuelle de la température i.e Tmax-Tmin en °C
tf : jour correspondant à la température minimale du sous-sol (18 janvier à Chambéry) en secondes écoulées depuis le début de l'année
lambda_sable : conductivité thermique du sous-sol en W/(K.m)
rho_sable : masse volumique du sable en kg/m^3
lambda_iso : conductivité thermique de l'isolant autour du stockage en W/(K.m)
SL_iso : surface de l'isolant le long des parois latéraux du stockage en m2
SB_iso : surface de l'isolant posée à la base du stockage en m2
e_iso : épaisseur de l'isolant en m
"""
self.simPertes=1
self.tf=18*24*3600
# w pulsation exprimée en s-1
self.w = 2*math.pi / (8760*3600)
self.Tmoy=Tmoy
self.Tamp=Tamp
self.SL_iso=SL_iso
self.SB_iso=SB_iso
# a diffusivité thermique du sous-sol, en m2/s
a = lambda_sable / (self.cpsable * rho_sable)
self.za = math.sqrt( 2 * a / self.w )
self.u_th = lambda_iso / e_iso
def Tsous_sol(self,z,i):
"""
La température du sous-sol est une fonction sinusoidale, obtenue à partir de l'équation de la propagation de la chaleur dans le sous-sol.
La pulsation w a été ajustée dans setPertes pour que la période soit une année
z : profondeur en mètres
i : indice temporel dans la discrétisation
"""
factor = math.cos(self.w * (self.step * i - self.tf) + z/self.za ) * math.exp(z /self.za)
return self.Tmoy - self.Tamp * factor
Classes
class SenCityOne (size, step)-
Cette classe réalise un premier couplage du système complet et nourrit un ensemble de vecteurs numpy:
Tinj_sto : température du fluide de charge à l'injection dans le stockage
Tsor_sto : température du fluide de charge après transit dans le stockage
Tsor_pac : température du fluide de décharge au sortir de la PAC à la réinjection dans le stockage
Tinj_pac : température du fluide de décharge à l'injection dans la PAC
Tsable : température du stockage/sable
diff : valeur de la dérivée de la température du stockage en °C/s ou K/s
Tinj_dro : température d'injection dans le dromotherme
Tsor_dro : température de sortie du dromotherme
On initialise Tinj_dro et Tsor_dro à 10
pertes : pertes instantannées dans le stockage en W (prérequis : nécessite l'utilisation de setPertes)
agenda_dro et agenda_pac : agendas de fonctionnement du dromotherme et de la PAC
Pgeo : puissance géothermique à extraire pour satisfaire le besoin du bâtiment en W
par exemple, avec une PAC de COP 3, la puissance géothermique à extraire vaut 2/3 du besoin total du bâtiment
Pour l'utiliser :
# instanciation # RSB = route stock bâtiment RSB=SenCityOne(meteo.shape[0],3600) # définition du système RSB.set(eff,k,coeff,msto,cpsto,msable,cpsable,mpac,cpac) # injection du besoin RSB.Pgeo = (COP-1) * besoin_total / COP # définition de la fenêtre de simulation et paramétrage des agendas simStart = i_summerStart simEnd=i_summerStart+365*24 RSB.agenda_dro[simStart:simEnd]=np.ones(simEnd-simStart) RSB.agenda_pac[simStart:simEnd]=np.ones(simEnd-simStart) for i in range(simStart,simEnd): if RSB.Pgeo[i]==0: RSB.agenda_pac[i]=0 # bouclage # dromo : échangeur dromotherme selon la classe OneDModel, traversé par un débit unitaire qdro_u en m3/s # unitaire s'entendant par mètre linéaire selon le profil en long for i in range (int(simStart),int(simEnd)): RSB.SystemLoop(i,qdro_u,dromo)size : nombre de points pour la discrétisation temporelle
step : pas de temps en secondes
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class SenCityOne: """ Cette classe réalise un premier couplage du système complet et nourrit un ensemble de vecteurs numpy: Tinj_sto : température du fluide de charge à l'injection dans le stockage Tsor_sto : température du fluide de charge après transit dans le stockage Tsor_pac : température du fluide de décharge au sortir de la PAC à la réinjection dans le stockage Tinj_pac : température du fluide de décharge à l'injection dans la PAC Tsable : température du stockage/sable diff : valeur de la dérivée de la température du stockage en °C/s ou K/s Tinj_dro : température d'injection dans le dromotherme Tsor_dro : température de sortie du dromotherme On initialise Tinj_dro et Tsor_dro à 10 pertes : pertes instantannées dans le stockage en W (prérequis : nécessite l'utilisation de setPertes) agenda_dro et agenda_pac : agendas de fonctionnement du dromotherme et de la PAC Pgeo : puissance géothermique à extraire pour satisfaire le besoin du bâtiment en W par exemple, avec une PAC de COP 3, la puissance géothermique à extraire vaut 2/3 du besoin total du bâtiment Pour l'utiliser : ``` # instanciation # RSB = route stock bâtiment RSB=SenCityOne(meteo.shape[0],3600) # définition du système RSB.set(eff,k,coeff,msto,cpsto,msable,cpsable,mpac,cpac) # injection du besoin RSB.Pgeo = (COP-1) * besoin_total / COP # définition de la fenêtre de simulation et paramétrage des agendas simStart = i_summerStart simEnd=i_summerStart+365*24 RSB.agenda_dro[simStart:simEnd]=np.ones(simEnd-simStart) RSB.agenda_pac[simStart:simEnd]=np.ones(simEnd-simStart) for i in range(simStart,simEnd): if RSB.Pgeo[i]==0: RSB.agenda_pac[i]=0 # bouclage # dromo : échangeur dromotherme selon la classe OneDModel, traversé par un débit unitaire qdro_u en m3/s # unitaire s'entendant par mètre linéaire selon le profil en long for i in range (int(simStart),int(simEnd)): RSB.SystemLoop(i,qdro_u,dromo) ``` """ def __init__(self,size,step): """ size : nombre de points pour la discrétisation temporelle step : pas de temps en secondes """ self.simPertes = 0 self.step=step self.Tinj_sto=np.zeros(size) self.Tsor_sto=np.zeros(size) self.Tsor_pac=np.zeros(size) self.Tinj_pac=np.zeros(size) self.Tsable=np.zeros(size) self.diff=np.zeros(size) self.Tinj_dro=10*np.ones(size) self.Tsor_dro=10*np.ones(size) self.agenda_dro=np.zeros(size) self.agenda_pac=np.zeros(size) self.pertes=np.zeros(size) self.Pgeo=np.zeros(size) def set(self,eff,k,coeff,msto,cpsto,msable,cpsable,mpac,cpac): """ paramètres permettant de caractériser le système couplé eff : efficacité de l'échangeur de séparation de réseaux k : coefficient du système géothermique équipant le stockage en W/K coeff : sans unité - rapport des conductivités thermiques des fluides circulant dans l'échangeur de séparation de réseaux (dromo/stockage) msto : débit massique du fluide dans le système géothermique du stockage en kg/s cpsto : capacité thermique du fluide circulant dans le système géothermique du stockage en J/(K.kg) msable : masse de sable humide (sable sec + eau ) en kg cpsable : capacité calorifique massique du sable humide en J/(K/kg) mpac : débit massique du fluide dans la PAC en kg/s cpac : capacité calorifique massique du fluide dans la PAC en J/(K.kg) """ self.eff=eff self.k=k self.coeff=coeff self.msto=msto self.cpsto=cpsto self.msable=msable self.cpsable=cpsable self.mpac=mpac self.cpac=cpac """ calcul de B et C - cf notebook """ self.B = (msto * cpsto - k/2) * coeff * eff self.C = 1 - k / (2 * mpac *cpac) print("le k du système géothermique vaut {} W/K".format(k)) print("coeff vaut {}".format(coeff)) print("B vaut {} W/K".format(self.B)) print("C vaut {}".format(self.C)) def StockLoop(self,i): """ réalise une itération sur la température du stockage calcule la dérivée de la température du massif de stockage en K/s ou °C/s retourne la valeur de Tsable[i+1] 4 cas distincts : 1) appel d'énergie en provenance du bâtiment + dromotherme en marche 2) appel d'énergie en provenance du bâtiment + dromotherme arrêté 3) pas d'appel d'énergie en provenance du bâtiment + dromotherme en marche 4) pas d'appel d'énergie en provenance du bâtiment + dromotherme arrêté modélise les pertes dans le stockage si la méthode setPertes a été utilisée """ if self.simPertes==0: self.pertes[i]=0 else: pertes_Laterales=self.SL_iso*(self.Tsable[i]-self.Tsous_sol(-1.125,i)) pertes_Base=self.SB_iso*(self.Tsable[i]-self.Tsous_sol(-2.25,i)) self.pertes[i]=self.u_th*(pertes_Laterales+ pertes_Base) pac=self.agenda_pac[i] dro=self.agenda_dro[i] if pac==1 and dro==1: der = (self.msto * self.cpsto * (self.Tinj_sto[i] - self.Tsor_sto[i]) - self.Pgeo[i]-self.pertes[i]) / (self.msable * self.cpsable) if pac==1 and dro==0: der = (- self.Pgeo[i]-self.pertes[i])/ (self.msable * self.cpsable) if pac==0 and dro==1: der = (self.msto * self.cpsto * (self.Tinj_sto[i] - self.Tsor_sto[i])-self.pertes[i]) / (self.msable * self.cpsable) if pac==0 and dro==0: der = -self.pertes[i]/(self.msable * self.cpsable) #der =0 self.diff[i+1]=der ## schéma de discrétisation return self.Tsable[i]+self.step*der def SystemLoop(self,i,qdro_u,dromo): """ dromo : échangeur dromotherme simulé selon la classe OneDModel qdro_u : débit unitaire en m3/s traversant le dromotherme, unitaire s'entendant par mètre linéaire selon le profil en long 1) On applique StockLoop avec les résutats de l'état précédant, ce qui nous permet de calculer Tsable[i] 2) On met à jour les température d'injection et de sortie de la PAC 3) On réalise ensuite une itération de dromotherme selon 2 cas distincts ******************************************************************************** cas 1: le dromotherme est en marche le fluide circule avec un débit unitaire qdro_u Si Tsor_dro <= Tsable : goto cas 2 (dromotherme à l'arrêt) + on passe la valeur de agenda_dro[i] à 0 Si Tsor_dro > Tsable : alimentation du stockage ******************************************************************************** cas 2: le dromotherme est à l'arrêt - débit nul l'échangeur de séparation de réseau ne tourne pas pas de prélèvement par l'échangeur de séparation de réseau `Tinj_dro[i] = Tsor_dro[i]` pas d'évolution des températures du stockage `Tsor_sto[i]=Tsor_sto[i-1]` et `Tinj_sto[i]=Tinj_sto[i-1]` """ # étape 1 self.Tsable[i]=self.StockLoop(i-1) dro=self.agenda_dro[i] pac=self.agenda_pac[i] y = self.Tsable[i] # étape 2 if pac == 1 : self.Tinj_pac[i] = y-self.C*self.Pgeo[i]/self.k self.Tsor_pac[i] = self.Tinj_pac[i]-self.Pgeo[i]/(self.mpac*self.cpac) else: self.Tinj_pac[i] = self.Tinj_pac[i-1] self.Tsor_pac[i] = self.Tsor_pac[i-1] # étape 3 if dro == 1: dromo.iterate(i,self.Tinj_dro[i-1]+kelvin,qdro_u) self.Tsor_dro[i]=dromo.T[i,1,-1]-kelvin if self.Tsor_dro[i] < y : #print("step {} y vaut {} et prev vaut {}".format(i,y,Tsor_dro[i])) self.agenda_dro[i] = 0 self.Tinj_dro[i] = self.Tsor_dro[i] self.Tinj_sto[i] = self.Tinj_sto[i-1] self.Tsor_sto[i] = self.Tsor_sto[i-1] else : self.Tsor_sto[i] = ( self.k * y + self.B * self.Tsor_dro[i] ) / ( self.k + self.B) self.Tinj_sto[i] = self.Tsor_sto[i] + self.coeff * self.eff * (self.Tsor_dro[i] - self.Tsor_sto[i]) self.Tinj_dro[i] = self.Tsor_dro[i] - self.eff * (self.Tsor_dro[i] - self.Tsor_sto[i]) else: dromo.iterate(i,self.Tinj_dro[i-1]+kelvin,0) self.Tsor_dro[i] = dromo.T[i,1,-1]-kelvin self.Tinj_dro[i] = self.Tsor_dro[i] self.Tinj_sto[i] = self.Tinj_sto[i-1] self.Tsor_sto[i] = self.Tsor_sto[i-1] def setPertes(self,Tmoy,Tamp,lambda_sable,rho_sable,e_iso,SL_iso,SB_iso,lambda_iso): """ paramètres à prendre en compte pour la modélisation des pertes Tmoy : Température moyenne annuelle du sous-sol en °C Tamp : l'amplitude annuelle de la température i.e Tmax-Tmin en °C tf : jour correspondant à la température minimale du sous-sol (18 janvier à Chambéry) en secondes écoulées depuis le début de l'année lambda_sable : conductivité thermique du sous-sol en W/(K.m) rho_sable : masse volumique du sable en kg/m^3 lambda_iso : conductivité thermique de l'isolant autour du stockage en W/(K.m) SL_iso : surface de l'isolant le long des parois latéraux du stockage en m2 SB_iso : surface de l'isolant posée à la base du stockage en m2 e_iso : épaisseur de l'isolant en m """ self.simPertes=1 self.tf=18*24*3600 # w pulsation exprimée en s-1 self.w = 2*math.pi / (8760*3600) self.Tmoy=Tmoy self.Tamp=Tamp self.SL_iso=SL_iso self.SB_iso=SB_iso # a diffusivité thermique du sous-sol, en m2/s a = lambda_sable / (self.cpsable * rho_sable) self.za = math.sqrt( 2 * a / self.w ) self.u_th = lambda_iso / e_iso def Tsous_sol(self,z,i): """ La température du sous-sol est une fonction sinusoidale, obtenue à partir de l'équation de la propagation de la chaleur dans le sous-sol. La pulsation w a été ajustée dans setPertes pour que la période soit une année z : profondeur en mètres i : indice temporel dans la discrétisation """ factor = math.cos(self.w * (self.step * i - self.tf) + z/self.za ) * math.exp(z /self.za) return self.Tmoy - self.Tamp * factorMethods
def StockLoop(self, i)-
réalise une itération sur la température du stockage
calcule la dérivée de la température du massif de stockage en K/s ou °C/s
retourne la valeur de Tsable[i+1]
4 cas distincts :
1) appel d'énergie en provenance du bâtiment + dromotherme en marche
2) appel d'énergie en provenance du bâtiment + dromotherme arrêté
3) pas d'appel d'énergie en provenance du bâtiment + dromotherme en marche
4) pas d'appel d'énergie en provenance du bâtiment + dromotherme arrêté
modélise les pertes dans le stockage si la méthode setPertes a été utilisée
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def StockLoop(self,i): """ réalise une itération sur la température du stockage calcule la dérivée de la température du massif de stockage en K/s ou °C/s retourne la valeur de Tsable[i+1] 4 cas distincts : 1) appel d'énergie en provenance du bâtiment + dromotherme en marche 2) appel d'énergie en provenance du bâtiment + dromotherme arrêté 3) pas d'appel d'énergie en provenance du bâtiment + dromotherme en marche 4) pas d'appel d'énergie en provenance du bâtiment + dromotherme arrêté modélise les pertes dans le stockage si la méthode setPertes a été utilisée """ if self.simPertes==0: self.pertes[i]=0 else: pertes_Laterales=self.SL_iso*(self.Tsable[i]-self.Tsous_sol(-1.125,i)) pertes_Base=self.SB_iso*(self.Tsable[i]-self.Tsous_sol(-2.25,i)) self.pertes[i]=self.u_th*(pertes_Laterales+ pertes_Base) pac=self.agenda_pac[i] dro=self.agenda_dro[i] if pac==1 and dro==1: der = (self.msto * self.cpsto * (self.Tinj_sto[i] - self.Tsor_sto[i]) - self.Pgeo[i]-self.pertes[i]) / (self.msable * self.cpsable) if pac==1 and dro==0: der = (- self.Pgeo[i]-self.pertes[i])/ (self.msable * self.cpsable) if pac==0 and dro==1: der = (self.msto * self.cpsto * (self.Tinj_sto[i] - self.Tsor_sto[i])-self.pertes[i]) / (self.msable * self.cpsable) if pac==0 and dro==0: der = -self.pertes[i]/(self.msable * self.cpsable) #der =0 self.diff[i+1]=der ## schéma de discrétisation return self.Tsable[i]+self.step*der def SystemLoop(self, i, qdro_u, dromo)-
dromo : échangeur dromotherme simulé selon la classe OneDModel
qdro_u : débit unitaire en m3/s traversant le dromotherme, unitaire s'entendant par mètre linéaire selon le profil en long
1) On applique StockLoop avec les résutats de l'état précédant, ce qui nous permet de calculer Tsable[i]
2) On met à jour les température d'injection et de sortie de la PAC
3) On réalise ensuite une itération de dromotherme selon 2 cas distincts
cas 1: le dromotherme est en marche
le fluide circule avec un débit unitaire qdro_u
Si Tsor_dro <= Tsable : goto cas 2 (dromotherme à l'arrêt) + on passe la valeur de agenda_dro[i] à 0
Si Tsor_dro > Tsable : alimentation du stockage
cas 2: le dromotherme est à l'arrêt - débit nul
l'échangeur de séparation de réseau ne tourne pas
pas de prélèvement par l'échangeur de séparation de réseau
Tinj_dro[i] = Tsor_dro[i]pas d'évolution des températures du stockage
Tsor_sto[i]=Tsor_sto[i-1]etTinj_sto[i]=Tinj_sto[i-1]Expand source code
def SystemLoop(self,i,qdro_u,dromo): """ dromo : échangeur dromotherme simulé selon la classe OneDModel qdro_u : débit unitaire en m3/s traversant le dromotherme, unitaire s'entendant par mètre linéaire selon le profil en long 1) On applique StockLoop avec les résutats de l'état précédant, ce qui nous permet de calculer Tsable[i] 2) On met à jour les température d'injection et de sortie de la PAC 3) On réalise ensuite une itération de dromotherme selon 2 cas distincts ******************************************************************************** cas 1: le dromotherme est en marche le fluide circule avec un débit unitaire qdro_u Si Tsor_dro <= Tsable : goto cas 2 (dromotherme à l'arrêt) + on passe la valeur de agenda_dro[i] à 0 Si Tsor_dro > Tsable : alimentation du stockage ******************************************************************************** cas 2: le dromotherme est à l'arrêt - débit nul l'échangeur de séparation de réseau ne tourne pas pas de prélèvement par l'échangeur de séparation de réseau `Tinj_dro[i] = Tsor_dro[i]` pas d'évolution des températures du stockage `Tsor_sto[i]=Tsor_sto[i-1]` et `Tinj_sto[i]=Tinj_sto[i-1]` """ # étape 1 self.Tsable[i]=self.StockLoop(i-1) dro=self.agenda_dro[i] pac=self.agenda_pac[i] y = self.Tsable[i] # étape 2 if pac == 1 : self.Tinj_pac[i] = y-self.C*self.Pgeo[i]/self.k self.Tsor_pac[i] = self.Tinj_pac[i]-self.Pgeo[i]/(self.mpac*self.cpac) else: self.Tinj_pac[i] = self.Tinj_pac[i-1] self.Tsor_pac[i] = self.Tsor_pac[i-1] # étape 3 if dro == 1: dromo.iterate(i,self.Tinj_dro[i-1]+kelvin,qdro_u) self.Tsor_dro[i]=dromo.T[i,1,-1]-kelvin if self.Tsor_dro[i] < y : #print("step {} y vaut {} et prev vaut {}".format(i,y,Tsor_dro[i])) self.agenda_dro[i] = 0 self.Tinj_dro[i] = self.Tsor_dro[i] self.Tinj_sto[i] = self.Tinj_sto[i-1] self.Tsor_sto[i] = self.Tsor_sto[i-1] else : self.Tsor_sto[i] = ( self.k * y + self.B * self.Tsor_dro[i] ) / ( self.k + self.B) self.Tinj_sto[i] = self.Tsor_sto[i] + self.coeff * self.eff * (self.Tsor_dro[i] - self.Tsor_sto[i]) self.Tinj_dro[i] = self.Tsor_dro[i] - self.eff * (self.Tsor_dro[i] - self.Tsor_sto[i]) else: dromo.iterate(i,self.Tinj_dro[i-1]+kelvin,0) self.Tsor_dro[i] = dromo.T[i,1,-1]-kelvin self.Tinj_dro[i] = self.Tsor_dro[i] self.Tinj_sto[i] = self.Tinj_sto[i-1] self.Tsor_sto[i] = self.Tsor_sto[i-1] def Tsous_sol(self, z, i)-
La température du sous-sol est une fonction sinusoidale, obtenue à partir de l'équation de la propagation de la chaleur dans le sous-sol.
La pulsation w a été ajustée dans setPertes pour que la période soit une année
z : profondeur en mètres
i : indice temporel dans la discrétisation
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def Tsous_sol(self,z,i): """ La température du sous-sol est une fonction sinusoidale, obtenue à partir de l'équation de la propagation de la chaleur dans le sous-sol. La pulsation w a été ajustée dans setPertes pour que la période soit une année z : profondeur en mètres i : indice temporel dans la discrétisation """ factor = math.cos(self.w * (self.step * i - self.tf) + z/self.za ) * math.exp(z /self.za) return self.Tmoy - self.Tamp * factor def set(self, eff, k, coeff, msto, cpsto, msable, cpsable, mpac, cpac)-
paramètres permettant de caractériser le système couplé
eff : efficacité de l'échangeur de séparation de réseaux
k : coefficient du système géothermique équipant le stockage en W/K
coeff : sans unité - rapport des conductivités thermiques des fluides circulant dans l'échangeur de séparation de réseaux (dromo/stockage)
msto : débit massique du fluide dans le système géothermique du stockage en kg/s
cpsto : capacité thermique du fluide circulant dans le système géothermique du stockage en J/(K.kg)
msable : masse de sable humide (sable sec + eau ) en kg
cpsable : capacité calorifique massique du sable humide en J/(K/kg)
mpac : débit massique du fluide dans la PAC en kg/s
cpac : capacité calorifique massique du fluide dans la PAC en J/(K.kg)
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def set(self,eff,k,coeff,msto,cpsto,msable,cpsable,mpac,cpac): """ paramètres permettant de caractériser le système couplé eff : efficacité de l'échangeur de séparation de réseaux k : coefficient du système géothermique équipant le stockage en W/K coeff : sans unité - rapport des conductivités thermiques des fluides circulant dans l'échangeur de séparation de réseaux (dromo/stockage) msto : débit massique du fluide dans le système géothermique du stockage en kg/s cpsto : capacité thermique du fluide circulant dans le système géothermique du stockage en J/(K.kg) msable : masse de sable humide (sable sec + eau ) en kg cpsable : capacité calorifique massique du sable humide en J/(K/kg) mpac : débit massique du fluide dans la PAC en kg/s cpac : capacité calorifique massique du fluide dans la PAC en J/(K.kg) """ self.eff=eff self.k=k self.coeff=coeff self.msto=msto self.cpsto=cpsto self.msable=msable self.cpsable=cpsable self.mpac=mpac self.cpac=cpac """ calcul de B et C - cf notebook """ self.B = (msto * cpsto - k/2) * coeff * eff self.C = 1 - k / (2 * mpac *cpac) print("le k du système géothermique vaut {} W/K".format(k)) print("coeff vaut {}".format(coeff)) print("B vaut {} W/K".format(self.B)) print("C vaut {}".format(self.C)) def setPertes(self, Tmoy, Tamp, lambda_sable, rho_sable, e_iso, SL_iso, SB_iso, lambda_iso)-
paramètres à prendre en compte pour la modélisation des pertes
Tmoy : Température moyenne annuelle du sous-sol en °C
Tamp : l'amplitude annuelle de la température i.e Tmax-Tmin en °C
tf : jour correspondant à la température minimale du sous-sol (18 janvier à Chambéry) en secondes écoulées depuis le début de l'année
lambda_sable : conductivité thermique du sous-sol en W/(K.m)
rho_sable : masse volumique du sable en kg/m^3
lambda_iso : conductivité thermique de l'isolant autour du stockage en W/(K.m)
SL_iso : surface de l'isolant le long des parois latéraux du stockage en m2
SB_iso : surface de l'isolant posée à la base du stockage en m2
e_iso : épaisseur de l'isolant en m
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def setPertes(self,Tmoy,Tamp,lambda_sable,rho_sable,e_iso,SL_iso,SB_iso,lambda_iso): """ paramètres à prendre en compte pour la modélisation des pertes Tmoy : Température moyenne annuelle du sous-sol en °C Tamp : l'amplitude annuelle de la température i.e Tmax-Tmin en °C tf : jour correspondant à la température minimale du sous-sol (18 janvier à Chambéry) en secondes écoulées depuis le début de l'année lambda_sable : conductivité thermique du sous-sol en W/(K.m) rho_sable : masse volumique du sable en kg/m^3 lambda_iso : conductivité thermique de l'isolant autour du stockage en W/(K.m) SL_iso : surface de l'isolant le long des parois latéraux du stockage en m2 SB_iso : surface de l'isolant posée à la base du stockage en m2 e_iso : épaisseur de l'isolant en m """ self.simPertes=1 self.tf=18*24*3600 # w pulsation exprimée en s-1 self.w = 2*math.pi / (8760*3600) self.Tmoy=Tmoy self.Tamp=Tamp self.SL_iso=SL_iso self.SB_iso=SB_iso # a diffusivité thermique du sous-sol, en m2/s a = lambda_sable / (self.cpsable * rho_sable) self.za = math.sqrt( 2 * a / self.w ) self.u_th = lambda_iso / e_iso