ISO 17628:2015

Geotechnical investigation and testing — Geothermal testing — Determination of thermal conductivity of soil and rock using a borehole heat exchanger

Reconnaissance et essais géotechniques — Essais géothermiques — Détermination de la conductivité thermique des sols et des roches dans les sondes géothermiques

L'ISO 17628:2015 spécifie les exigences relatives à l'essai de réponse géothermique. Cet essai comprend la détermination in situ de la conductivité thermique dans un sol et une roche saturés et non saturés à l'aide d'une sonde géothermique. Pour cet essai, des liquides caloporteurs ne subissant pas de changements de phase sont utilisés. La conductivité thermique est un paramètre important utilisé dans la conception des systèmes de stockage et d'échange thermiques. Un essai de réponse géothermique mesure la réponse en température au forçage thermique d'une sonde géothermique ou l'extraction d'énergie thermique d'un forage. La réponse en température est liée aux paramètres thermiques du sol et du forage tels que la conductivité thermique et la résistance du forage ; elle est donc utilisée pour obtenir des estimations de ces paramètres importants. L'ISO 17628:2015 s'applique aux sondes géothermiques installées dans des forages verticaux ou inclinés d'une profondeur courante allant jusqu'à 400 m, par exemple, et d'un diamètre allant jusqu'à 200 mm.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 21-Jul-2015
• ICS: 13.080.20 - Physical properties of soils
• ICS: 93.020 - Earthworks. Excavations. Foundation construction. Underground works
• Technical Committee: ISO/TC 182 - Geotechnics
• Drafting Committee: ISO/TC 182 - Geotechnics
• Current Stage: 9093 - International Standard confirmed
• Completion Date: 03-Dec-2020

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 17628
First edition
2015-07-15
Geotechnical investigation and
testing — Geothermal testing
— Determination of thermal
conductivity of soil and rock using a
borehole heat exchanger
Reconnaissance et essais géotechniques — Essais géothermiques —
Détermination de la conductivité thermique des sols et des roches
dans les sondes géothermiques
Reference number
ISO 17628:2015(E)
©
ISO 2015

---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 17628:2015(E)

COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2015, Published in Switzerland
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized otherwise in any form
or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on the internet or an intranet, without prior
written permission. Permission can be requested from either ISO at the address below or ISO’s member body in the country of
the requester.
ISO copyright office
Ch. de Blandonnet 8 • CP 401
CH-1214 Vernier, Geneva, Switzerland
Tel. [phone]
Fax [phone]
[e-mail]
www.iso.org
ii © ISO 2015 – All rights reserved

---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 17628:2015(E)

Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols and abbreviations . 3
5 Installation of borehole heat exchangers . 4
5.1 Drilling rigs and ancillary equipment . 4
5.1.1 General. 4
5.1.2 Requirements for the drilling rigs and equipment . 4
5.2 Borehole heat exchangers, filling, and annular space filling materials . 5
5.2.1 Borehole heat exchanger material . 5
5.2.2 Heat transfer fluid of the borehole heat exchanger tubes . 5
5.2.3 Annular space filling material . 5
5.3 General requirements prior to installation . 6
5.3.1 Requirements on the drilling and installation site . 6
5.3.2 Selection of drilling techniques and installation methods . 6
5.3.3 Preliminary information needed before starting drilling and installation . . 6
5.3.4 Environmental requirements . 7
5.3.5 Safety requirements . 7
5.4 Execution. 7
5.4.1 Drilling . 7
5.4.2 Installation of borehole heat exchangers . 8
5.4.3 Annular space filling . 8
5.4.4 Functional testing . 9
5.4.5 Site reinstatement . . .12
6 Geothermal response testing .12
6.1 General .12
6.2 Test equipment .13
6.3 Test procedure .13
6.4 Test results.15
6.5 Evaluation of the test results .15
7 Report .16
7.1 Field report .16
7.1.1 Record of the installation of the heat exchanger tubes .17
7.1.2 Annular space filling record .17
7.1.3 Checking record .18
7.1.4 Record of measured values and test results .18
7.1.5 Record of evaluated test results .18
7.2 Report of the results .18
Annex A (informative) Example of a form for the preliminary information on the intended
installation of heat exchanger .20
Annex B (informative) Field reports .22
Annex C (informative) Example of the graphical presentation of the installed borehole heat
exchanger and the geology along the borehole .27
Bibliography .28
© ISO 2015 – All rights reserved iii

---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 17628:2015(E)

Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of any
patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or on
the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical Barriers
to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
ISO 17628 was prepared by European Committee for Standardization (CEN) Technical Committee
CEN/TC 341, Geotechnical investigation and testing, in collaboration with ISO Technical Committee
ISO/TC 182, Geotechnics, Subcommittee SC 1, in accordance with the agreement on technical cooperation
between ISO and CEN (Vienna Agreement).
iv © ISO 2015 – All rights reserved

---------------------- Page: 4 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 17628:2015(E)
Geotechnical investigation and testing — Geothermal
testing — Determination of thermal conductivity of soil
and rock using a borehole heat exchanger
1 Scope
This International Standard specifies requirements for the Geothermal Response Test (GRT). This test
comprises the in situ determination of the thermal conductivity in saturated and unsaturated soil and
rock in a heat exchanger installed in a borehole. For this test, liquid heat transfer media not subjected to
phase changes are used.
The thermal conductivity is an important parameter used in the design of thermal storage and thermal
exchange systems.
A Geothermal Response Test measures the temperature response to a thermal energy forcing of a
borehole heat exchanger (BHE) or the extraction of thermal energy from a borehole. The temperature
response is related to the thermal parameters of the ground and borehole filling material, such as
thermal conductivity and borehole resistivity, and is therefore used to obtain estimated or derived
values of these parameters.
This International Standard applies to heat exchangers installed in vertical or inclined boreholes with
length up to e.g. 400 m and with a diameter of up to 200 mm.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated
references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 14688-1, Geotechnical investigation and testing — Identification and classification of soil — Part 1:
Identification and description
ISO 14689-1, Geotechnical investigation and testing — Identification and classification of rock — Part 1:
Identification and description
ISO 22475-1, Geotechnical investigation and testing — Sampling methods and groundwater measurements —
Part 1: Technical principles for execution
EN 16228-1, Drilling and foundation equipment - Safety - Part 1: Common requirements
EN 16228-2, Drilling and foundation equipment - Safety - Part 2: Mobile drill rigs for civil and geotechnical
engineering, quarrying and mining
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 22475-1 and the following apply.
3.1
borehole heat exchanger
BHE
one or two U-tubes or one coaxial tube in a borehole through which the exchanger fluid circulates
Note 1 to entry: See Figure 1 and Figure 2.
© ISO 2015 – All rights reserved 1

---------------------- Page: 5 ----------------------
s
r
r
s
ISO 17628:2015(E)

s
r1
B
F
E
a) single U-tube
s
r
1
B
F
E
b) double U-tube c) coaxial tube
Key
r borehole radius λ thermal conductivity of the annular space filling
1 F
r inner radius λ thermal conductivity of the inner borehole tube
i w
r outer radius λ thermal conductivity of the outer borehole tube
a s
r inner radius of the outer tube λ thermal conductivity of the ground
o E
r outer radius of the outer tube B tube spacing
s
Figure 1 — Cross-section of examples of borehole heat exchanger tubes
2 © ISO 2015 – All rights reserved
r
0
0
r

---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 17628:2015(E)

6
1
2
3
4
5
Key
1 heat exchanger outlet
2 heat exchanger inlet
3 borehole wall
4 annular space filling
5 connection
6 ground level
Figure 2 — Example of a borehole heat exchanger including annular space filling
3.2
geothermal response test
test to obtain the thermal conductivity
4 Symbols and abbreviations
Table 1 — List of symbols and abbreviations
Symbol Designation Unit
2
A total cross sectional area of a conducting surface m
B tube spacing m
H length of the borehole heat exchanger m
k slope
m mass of a substance kg
3
ρc volume related thermal capacity J/m /K
p
Q heat supply W
r borehole radius m
0
r inner radius m
i
© ISO 2015 – All rights reserved 3

---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 17628:2015(E)

Table 1 (continued)
Symbol Designation Unit
r outer radius m
a
r inner radius of the outer tube m
o
r outer radius of the outer tube m
s
Re Reynold’s number
R borehole resistance
b
T temperature °C
T undisturbed ground temperature °C
0
T fluid temperature at time t °C
f
t minimum test duration
1
x thickness of the conducting surface separating two different temperatures m
λ thermal conductivity W/m/K
λ thermal conductivity of the ground W/m/K
E
λ effective thermal conductivity W/m/K
eff
λ estimated thermal conductivity W/m/K
est
λ thermal conductivity of the annular space filling W/m/K
F
λ thermal conductivity of the outer borehole tube W/m/K
s
λ thermal conductivity of the inner borehole tube W/m/K
w
5 Installation of borehole heat exchangers
5.1 Drilling rigs and ancillary equipment
5.1.1 General
The drilling equipment selected shall be of the appropriate size and type in order to produce the
required quality.
5.1.2 Requirements for the drilling rigs and equipment
Drilling rigs with appropriate stability, power, and equipment such as drill rods, casing, core barrels,
and bits shall be selected in order that the required depth and stability of the borehole can be achieved.
The drilling rig and equipment shall allow all drilling functions to be adjusted accurately.
When specified, the following drilling parameters should be measured and recorded against depth:
a) penetration rate (m/min);
b) drilled length (m);
c) flushing medium recovery rate (l/min);
d) azimuth and inclination (degree);
e) borehole diameter (mm);
f) casing and casing length (m);
g) flush medium.
4 © ISO 2015 – All rights reserved

---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 17628:2015(E)

5.2 Borehole heat exchangers, filling, and annular space filling materials
5.2.1 Borehole heat exchanger material
The material of the borehole heat exchanger tubes and bottom concerning the following shall be selected
related to the purpose and the design:
a) quality;
b) durability;
c) corrosion;
d) thermal resistance;
e) impact resistance;
f) hydraulic resistance;
g) compressive strength;
h) resistance to deformation;
i) safety, related to contamination of the ground and ground water;
j) dimensions (diameter, wall thickness, and distance).
Plastic tubes shall have the quality of at least PE 100 black pipe for non-potable underground use and should
be made of the same material as the borehole heat exchanger which will be installed for the later BHE-array.
Tube spacers shall be attached to U-tubes in order to avoid thermal shortcuts. The minimum spacer
distance shall be at least 2 m.
Beginning at the bottom of the borehole heat exchanger, the tubes shall possess length marks every
meter in numerical order starting at zero and increasing to the end of the tubes to check the installed
length at all times.
5.2.2 Heat transfer fluid of the borehole heat exchanger tubes
The heat transfer fluid of the borehole heat exchanger tubes shall fulfil the requirements of the test
design and the environmental regulations.
Water or de-ionized water should be used because of its good hydrodynamic properties and it does not
endanger the ground and the groundwater, if a leakage of the borehole heat exchanger occurs.
The specific thermal capacity of the heat transfer fluid shall be known.
The use of antifreeze additives shall be justified. If used, the annular space filling has to be adapted to
freezing and thawing conditions in order to avoid cracks.
The design shall take into account the minimum temperature of the heat transfer fluid.
5.2.3 Annular space filling material
The annular space filling material shall provide the thermal transport from the ground to the borehole
heat exchanger and vice versa. It shall seal the borehole to the ground level to prevent contaminants
from entering and aquifers that might have been penetrated. The filling material shall ensure a durable,
physically and chemically stable incorporation of the borehole heat exchanger in the ground. It shall be
suited for all the respective deployment temperatures.
The filling material shall be selected according to expected thermal conductivity of the surrounding
ground and ground water.
© ISO 2015 – All rights reserved 5

---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 17628:2015(E)

Thermally improved filling materials with a thermal conductivity of > 2 W/mK should be used.
The material shall be chemically harmless for the environment and health.
5.3 General requirements prior to installation
5.3.1 Requirements on the drilling and installation site
Drilling points shall be marked on the site before drilling commences. Their location and elevation shall
be surveyed correctly and in accordance with site conditions and entered in a site plan on completion
of the installation.
Drilling and installation sites shall be investigated with respect to relevant hazards, underground
utilities, former or current underground mining activities, natural cavities, and unexpected, unexploded
ordnance and, if necessary, appropriate actions have to be taken. Installation locations on contaminated
ground have to be dealt with by special procedures.
The environmental impact of drilling and installation shall be considered. Special principles have to
be applied in
— water supply areas,
— areas with artesian or confined groundwater conditions,
— areas with multiple aquifers, and
— grounds with swellable or collapsible rocks or soils.
The distance to existing buildings should be at least 2 m; the stability may not be jeopardized.
5.3.2 Selection of drilling techniques and installation methods
The techniques and methods for drilling and installation shall be selected according to the purpose of
the borehole heat exchanger in relation to the expected geological and hydrogeological conditions.
If installation in unstable ground is necessary, stable or stabilized boreholes are required using casings
or suitable flushing media.
Sampling techniques, sample transportation, and storage procedures shall be selected according to
ISO 22475-1 on the basis of the required sample quality class.
The knowledge of the geological and hydrogeological conditions is necessary for the interpretation of
the results of the Geothermal response test and for the selection of the annular space filling material.
5.3.3 Preliminary information needed before starting drilling and installation
The following preliminary information shall be available before starting drilling and installation:
a) location of the planned borehole heat exchanger;
b) requirements on numbering of boreholes;
c) identification and planned depths of boreholes based on the outline design;
d) orientation, inclination, and acceptable deviations in boreholes;
e) installation plan of the borehole heat exchanger including the annular space filling;
f) tolerances of borehole depth and installation length;
g) expected geology and hydrogeology;
6 © ISO 2015 – All rights reserved

---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 17628:2015(E)

h) space requirements, accessibility of the drilling site, transport routes;
i) environmental and safety risks associated with, e.g. flushing media or additives intended to be used
as well as regulations for their use;
j) possible risks, e.g. underground and overhead services, traffic, unexpected and unexploded
ordnance, contamination;
k) preparation of the disposal of drilling mud and cuttings;
l) supply of auxiliary materials, water and energy;
m) sampling method and sampling category intended;
n) sample handling, storage, and transport intended according to ISO 22475-1;
o) requirements concerning planned measurements in the borehole heat exchanger;
p) required accuracy and uncertainty of measurements;
q) frequency of measurements;
r) in situ tests intended;
s) site reinstatement;
t) environmental care;
u) emergency arrangements;
v) clarification of necessary permissions;
w) name of contact person;
x) planned flow of information.
5.3.4 Environmental requirements
Regarding nuisance and environmental protection, for each particular situation, the respective national
standards, specifications or statutory requirements or respective international standards shall be applied.
5.3.5 Safety requirements
Regarding safety on the site and safety of the working practices, the respective national standards,
specifications or statutory requirements or respective international standards shall be applied.
Drill rigs shall be in accordance with EN 16228-1 and EN 16228-2.
Every borehole shall be fenced or temporarily capped in a safe manner until the installation has been finished.
5.4 Execution
5.4.1 Drilling
The drilling methods have to be selected according to the expected geology and hydrogeology. In the
case that the borehole is not stable, it shall be stabilized by a supporting liquid (e.g. bentonite suspension)
or by casing.
NOTE In suitable soils, a push-in technique can be used instead of drilling. Where required, the inclination of
the casing and the borehole can be checked by an inclinometer measurement.
© ISO 2015 – All rights reserved 7

---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 17628:2015(E)

A possibility for sampling of cuttings shall be provided. If more than one drill rig is working at the same
site, the rigs shall keep a sufficient distance from another to minimize the interaction during drilling
and grouting.
5.4.2 Installation of borehole heat exchangers
The borehole heat exchanger shall be prefabricated to avoid welding at the installation site. It shall have a
pressure test certificate. Mechanical damages during transport, storage, and installation shall be avoided.
The borehole heat exchanger tubes shall be filled with water and pressure-tight capped before
installation. It shall be predetermined whether an additional weight is required at the bottom of the
borehole heat exchanger tubes. The density of the flushing media, if used, shall be checked to ensure
its compliance with the selected predetermined weight. The borehole heat exchanger shall be held back
initially when placed into the borehole to avoid it from sliding in too quickly. The tubes cannot be pushed
from the ground level. The tubes can only be drawn in a straight position by a suitable device that
applies any force directly at the bottom of the borehole heat exchanger. The meter marks on the tubes
shall be reported.
In circumstances where the borehole is dry, the BHE tube should not be filled with water until after
installation.
The tremie pipes for filling the annular space should be placed together with borehole heat exchanger
in the borehole considering the dimensions of the left space. Several tremie pipes can be required
depending on the borehole depth to ensure continuous grouting. The number and lengths of the tremie
pipes shall have been defined by the design in advance. The tremie pipes shall be clearly marked, i.e. the
depth or length of the respective tremie pipe shall be recognizable at the ground level.
During prolonged frost periods, the tubes can also be filled with an antifreeze fluid that is compatible
with ground array design.
The installation shall be recorded according to 7.1.2.
5.4.3 Annular space filling
After the installation of the borehole heat exchanger, the annular space shall be filled with materials
whose permeability after hardening is equal or less than that of the surrounding ground, e.g. in order to
stabilize the borehole, to provide a good thermal transfer, and to prevent contamination and connections
between aquifers and vertical drainage along the borehole heat exchanger tubes.
The grout shall be placed by means of a tremie lowered to the bottom of the borehole. The tremie should
remain in the borehole. If it is removed, this should not happen until the infill material flows out at the
surface with a density equal to the density at which it was injected. The injection operation shall be
continued during removal.
If there is an influence of the ground and groundwater conditions on the filling process, special technical
requirements for filling shall be specified in advance. Voids shall not occur during the placement of the
filling material in the borehole.
Due to certain conditions, e.g. hydrogeological and geological conditions, more than one grouting tube
can be required to ensure the filling of the annular space from the bottom to the top.
When withdrawing the grouting tube, the outlet shall always be below the current filled level to prevent
entrapped air. A grouting tube that remains in the borehole shall remain filled with suspension.
The annular space shall be infilled, consolidated, and capped in such a manner that there will be no
subsequent depression at ground level due to the settlement to the infill material. After one or two days,
the level of annular space filling shall be checked. Any depressions shall be equalized.
The properties and the preparation of the filling material shall be recorded.
8 © ISO 2015 – All rights reserved

---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 17628:2015(E)

The filling amount shall be recorded and continuously compared to the target quantity. If there are any
differences, appropriate measures shall be resolved.
While withdrawing the casing, if used, the borehole heat exchanger tubes may not be damaged.
The annular space filling shall be recorded according to 7.1.3.
After the annular space has been filled, a functional test according to 5.4.4 on the fluid-filled tubes shall
be carried out.
5.4.4 Functional testing
The functional test of the water-filled borehole heat exchanger consists of a flow test and a pressure test.
The pressure test shall be carried out under the following conditions:
a) the test equipment and the heat exchanger shall be completely de-aired;
b) the tube temperatures shall be in the permissible range; the test equipment, the head of the heat
exchanger and the supply pipes, if used, have to be in the shade;
c) anti-freeze measures shall be applied, if the temperature is below 0 °C.
The pressure test shall be carried out in different stages (see Table 2).
Table 2 — Course of the pressure test
Stage Description Duration
1 Decompression
Only a small differential pressure is built up during the instal-
lation of the heat exchanger tubes and the flow test. Therefore,
the decompression stage can be omitte
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 17628
Première édition
2015-07-15
Reconnaissance et essais
géotechniques — Essais
géothermiques — Détermination de la
conductivité thermique des sols et des
roches dans les sondes géothermiques
Geotechnical investigation and testing — Geothermal testing —
Determination of thermal conductivity of soil and rock using a
borehole heat exchanger
Numéro de référence
ISO 17628:2015(F)
©
ISO 2015

---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 17628:2015(F)

DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2015, Publié en Suisse
Droits de reproduction réservés. Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée
sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur
l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à
l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Ch. de Blandonnet 8 • CP 401
CH-1214 Vernier, Geneva, Switzerland
Tel. [phone]
Fax [phone]
[e-mail]
www.iso.org
ii © ISO 2015 – Tous droits réservés

---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 17628:2015(F)

Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et abréviations . 3
5 Installation de sondes géothermiques . 4
5.1 Appareils de forage et équipements auxiliaires . 4
5.1.1 Généralités . 4
5.1.2 Exigences relatives aux appareils et équipements de forage . 4
5.2 Matériaux des sondes géothermiques, de remplissage et de remplissage de
l’espace annulaire . 5
5.2.1 Matériau de la sonde géothermique . 5
5.2.2 Fluide de forage pour tubes de sondes géothermiques . 5
5.2.3 Matériau de remplissage de l’espace annulaire . 5
5.3 Exigences générales avant l’installation . 6
5.3.1 Exigences relatives au forage et au site d’installation . 6
5.3.2 Choix des techniques de forage et des méthodes d’installation . 6
5.3.3 Informations préliminaires requises avant le début du forage et de l’installation 6
5.3.4 Exigences environnementales . . 7
5.3.5 Exigences relatives à la sécurité . 7
5.4 Exécution. 8
5.4.1 Forage . 8
5.4.2 Installation des sondes géothermiques . 8
5.4.3 Remplissage de l’espace annulaire . 8
5.4.4 Essais fonctionnels . 9
5.4.5 Remise en état du site . .12
6 Essais géothermiques .12
6.1 Généralités .12
6.2 Équipement d’essai .13
6.3 Mode opératoire de l’essai .13
6.4 Résultats d’essai .15
6.5 Évaluation des résultats d’essai .15
7 Procès-verbaux .16
7.1 Procès-verbal établi sur le site .16
7.1.1 Procès-verbal d’installation des tubes des sondes géothermiques .17
7.1.2 Procès-verbal de remplissage de l’espace annulaire .17
7.1.3 Procès-verbal de contrôle .18
7.1.4 Procès-verbal des valeurs mesurées et des résultats d’essai .18
7.1.5 Procès-verbal des résultats d’essai évalués .18
7.2 Procès-verbal des résultats .18
Annexe A (informative) Exemple de formulaire pour les informations préliminaires sur
l’installation prévue d’une sonde géothermique.20
Annexe B (informative) Procès-verbaux établis sur le site .22
Annexe C (informative) Exemple de représentation graphique de la sonde géothermique
installée et de la géologie le long du forage .27
Bibliographie .28
© ISO 2015 – Tous droits réservés iii

---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 17628:2015(F)

Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne
la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant les
références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l’élaboration
du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de brevets reçues par
l’ISO (voir www.iso.org/patents).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données pour
information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à
l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux
principes de l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant :
Avant-propos - Informations supplémentaires
L’ISO 17628 a été élaborée par le Comité Européen de Normalisation (CEN) Comité Technique CEN/TC 341,
Reconnaissance et essais géotechniques, en collaboration avec l’ISO Comité Technique ISO/TC 182,
Géotechnique, Sous-comité SC1, conformément à l’accord de coopération technique entre l’ISO et le CEN
(Accord de Vienne).
iv © ISO 2015 – Tous droits réservés

---------------------- Page: 4 ----------------------
NORME INTERNATIONALE ISO 17628:2015(F)
Reconnaissance et essais géotechniques — Essais
géothermiques — Détermination de la conductivité
thermique des sols et des roches dans les sondes
géothermiques
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale spécifie les exigences relatives à l’essai de réponse géothermique. Cet
essai comprend la détermination in situ de la conductivité thermique dans un sol et une roche saturés et
non saturés à l’aide d’une sonde géothermique. Pour cet essai, des liquides caloporteurs ne subissant pas
de changements de phase sont utilisés.
La conductivité thermique est un paramètre important utilisé dans la conception des systèmes de
stockage et d’échange thermiques.
Un essai de réponse géothermique mesure la réponse en température au forçage thermique d’une sonde
géothermique ou l’extraction d’énergie thermique d’un forage. La réponse en température est liée aux
paramètres thermiques du sol et du forage tels que la conductivité thermique et la résistance du forage ;
elle est donc utilisée pour obtenir des estimations de ces paramètres importants.
La présente Norme internationale s’applique aux sondes géothermiques installées dans des forages
verticaux ou inclinés d’une profondeur courante allant jusqu’à 400 m, par exemple, et d’un diamètre
allant jusqu’à 200 mm.
2 Références normatives
Les documents suivants, en tout ou partie, sont référencés de façon normative dans le présent document
et sont indispensables à son application. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 14688-1, Reconnaissance et essais géotechniques — Dénomination, description et classification des
sols — Partie 1: Dénomination et description.
ISO 14689-1, Reconnaissance et essais géotechniques — Dénomination, description et classification des
roches — Partie 1: Dénomination et description.
ISO 22475-1, Reconnaissance et essais géotechniques — Méthodes de prélèvement et mesurages
piézométriques — Partie 1: Principes techniques des travaux.
EN 16228-1, Machines de forage et de fondation — Sécurité — Partie 1: Prescriptions communes
EN 16228-2, Machines de forage et de fondation — Sécurité — Partie 2: Machines mobiles de forage de génie
civil, de géotechnique, de forage d’eau, d’exploration de sol, d’énergie géothermique, de mines et carrières
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 22475-1 ainsi que les
suivants s’appliquent.
© ISO 2015 – Tous droits réservés 1

---------------------- Page: 5 ----------------------
s
r
r
s
ISO 17628:2015(F)

3.1
sonde géothermique
un ou deux tubes en U ou un tube coaxial dans un forage dans lequel circule le fluide échangeur
Note 1 à l’article: à l’article : Voir Figures 1 et 2.
s
r1
B
F
E
a) Tube en U simple
s
r
1
B
F
E
b) Tube en U double c) Tube coaxial
Légende
r rayon du forage λ conductivité thermique du matériau de remplissage de l’espace
1 F
annulaire
r rayon intérieur λ conductivité thermique du tube intérieur de forage
i w
r rayon extérieur λ conductivité thermique du tube extérieur de forage
a s
r rayon intérieur du tube extérieur λ conductivité thermique du sol
o E
r rayon extérieur du tube extérieur B distance entre tubes
s
Figure 1 — Section transversale d’exemples de tubes de sonde géothermique
2 © ISO 2015 – Tous droits réservés
r
0
0
r

---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 17628:2015(F)

6
1
2
3
4
5
Légende
1 tube retour
2 tube aller
3 paroi du forage
4 remplissage de l’espace annulaire
5 raccordement
6 niveau du sol
Figure 2 — Exemple de sonde géothermique incluant une étanchéité d’espace annulaire
3.2
essai de réponse géothermique
essai visant à obtenir la conductivité thermique
4 Symboles et abréviations
Tableau 1 — Liste des symboles et des abréviations
Symbole Désignation Unité
A aire totale de la section transversale d’une surface conductrice m²
B distance entre tubes m
H longueur de la sonde géothermique m
k pente
m masse d’une substance kg
3
ρc capacité thermique volumique J/m /K
p
Q puissance thermique W
r rayon du forage m
0
r rayon intérieur m
i
© ISO 2015 – Tous droits réservés 3

---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 17628:2015(F)

Tableau 1 (suite)
Symbole Désignation Unité
r rayon extérieur m
a
r rayon intérieur du tube extérieur m
o
r rayon extérieur du tube extérieur m
s
Re nombre de Reynolds
R résistance du forage
b
T température °C
T température du sol non remanié °C
0
T température du fluide au temps t °C
f
t durée minimale de l’essai
1
x épaisseur de la surface conductrice séparant deux températures différentes m
λ conductivité thermique W/m/K
λ conductivité thermique du sol W/m/K
E
λ conductivité thermique effective W/m/K
eff
λ conductivité thermique estimée W/m/K
est
λ conductivité thermique du matériau de remplissage de l’espace annulaire W/m/K
F
λ conductivité thermique du tube extérieur de forage W/m/K
s
λ conductivité thermique du tube intérieur de forage W/m/K
w
5 Installation de sondes géothermiques
5.1 Appareils de forage et équipements auxiliaires
5.1.1 Généralités
Le matériel de forage sélectionné doit être de taille et de type appropriés afin d’obtenir la qualité requise.
5.1.2 Exigences relatives aux appareils et équipements de forage
Des appareils de forage ayant une stabilité, une puissance et un équipement appropriés, tels que tiges de
forage, tubage, tube carottier et outils de forage, doivent être sélectionnés de manière à pouvoir obtenir
la profondeur et la stabilité requises du forage.
L’appareil et l’équipement de forage doivent permettre un réglage précis de toutes les fonctions de forage.
Lorsque cela est spécifié, il convient de mesurer et d’enregistrer les paramètres de forage suivants en
fonction de la profondeur :
a) vitesse de fonçage (m/min) ;
b) longueur forée (m) ;
c) débit de récupération du fluide de rinçage (l/min) ;
d) azimut et inclinaison en cas de forage incliné (degré) ;
e) diamètre du forage (mm) ;
f) tubage et longueur de tubage (m) ;
g) fluide de rinçage.
4 © ISO 2015 – Tous droits réservés

---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 17628:2015(F)

5.2 Matériaux des sondes géothermiques, de remplissage et de remplissage de
l’espace annulaire
5.2.1 Matériau de la sonde géothermique
Le matériau des tubes et du pied de la sonde géothermique doit être choisi en fonction de l’objectif et de
la conception, en termes de :
a) qualité ;
b) durabilité ;
c) corrosion ;
d) résistance thermique ;
e) résistance au choc ;
f) résistance hydraulique ;
g) force de compression ;
h) résistance à la déformation ;
i) sécurité liée à la contamination du sol et des nappes souterraines ;
j) dimensions (diamètre, épaisseur de paroi et distance).
Les tubes en plastique doivent au moins avoir la qualité d’un tube PE 100 noir pour utilisation enterrée
non potable et il convient de les fabriquer avec le même matériau que celui de l’échangeur de chaleur
géothermique qui sera installé pour le réseau.
Des bagues d’écartement de tube doivent être fixées sur les tubes en U pour éviter les ponts thermiques.
La distance minimale entre bagues d’écartement doit être de 2 m.
Les tubes doivent comporter des marques de longueur tous les mètres, par ordre numérique croissant
de zéro jusqu’à l’extrémité des tubes, afin de pouvoir vérifier à tout moment la longueur installée.
5.2.2 Fluide de forage pour tubes de sondes géothermiques
Le fluide de forage pour tubes de sondes géothermiques doit satisfaire aux exigences de conception de
l’essai et aux réglementations en matière d’environnement.
Il convient d’utiliser de l’eau potable ou de l’eau déminéralisée en raison de ses bonnes propriétés
hydrodynamiques et parce qu’elle ne met pas en danger le sol et les nappes souterraines en cas de fuite
de la sonde géothermique.
L’utilisation d’additifs antigel doit être justifiée. En cas d’utilisation, l’étanchéité de l’espace annulaire
doit être adaptée aux conditions de gel et de dégel afin d’éviter les fissures.
La conception doit tenir compte de la température minimale du fluide caloporteur.
5.2.3 Matériau de remplissage de l’espace annulaire
Le matériau de remplissage de l’espace annulaire doit assurer le transfert thermique entre le sol et
la sonde géothermique et vice versa. Il doit assurer l’étanchéité du forage jusqu’au niveau du sol pour
empêcher l’entrée de polluants et protéger les aquifères susceptibles d’avoir été perforés. Le matériau
de remplissage doit assurer l’intégration durable et stable, physiquement et chimiquement, de la sonde
géothermique dans le sol. Il doit être adapté à toutes les températures de déploiement concernées.
Le matériau de remplissage doit être choisi en fonction de la conductivité thermique de l’encaissant et
des eaux souterraines.
© ISO 2015 – Tous droits réservés 5

---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 17628:2015(F)

Il convient d’utiliser des matériaux de remplissage ayant une conductivité thermique > 2 W/m/K.
Le matériau doit être chimiquement sans danger pour l’environnement et la santé.
5.3 Exigences générales avant l’installation
5.3.1 Exigences relatives au forage et au site d’installation
Les points de forage doivent être repérés sur le site avant le début du forage. Leur emplacement et leur
élévation doivent être relevés correctement et selon les conditions du site, et intégrés dans un plan du
site à la fin de l’installation.
Les sites de forage et d’installation doivent faire l’objet d’une reconnaissance en ce qui concerne les
dangers pertinents, les réseaux enterrés et le matériel de guerre inattendu et n’ayant pas explosé, et des
mesures appropriées doivent être prises si nécessaire. Les emplacements d’installation sur un terrain
contaminé doivent être traités par des procédures particulières.
L’impact environnemental du forage et de l’installation doit être étudié. Des principes particuliers
doivent être appliqués dans :
— les zones d’alimentation en eau ;
— les zones présentant des conditions d’eaux souterraines artésiennes ou confinées ;
— les zones présentant de multiples aquifères ;
— les terrains comportant des roches ou des sols gonflants ou effondrables.
Il convient que la distance minimale par rapport aux bâtiments existants soit de 2 m ; la stabilité ne peut
pas être compromise.
5.3.2 Choix des techniques de forage et des méthodes d’installation
Les techniques et méthodes de forage et d’installation doivent être choisies en fonction du but de la
sonde géothermique en relation avec les conditions géologiques et hydrogéologiques attendues.
Si une installation dans un sol instable est nécessaire, des forages stables ou stabilisés sont requis, en
utilisant des tubages ou des fluides de forage appropriés.
Les techniques d’échantillonnage et les procédures de transport et de stockage des échantillons doivent
être choisies conformément à l’ISO 22475-1, en se basant sur la classe de qualité d’échantillon requise.
Il est nécessaire de connaître les conditions géologiques et hydrogéologiques pour interpréter les résultats
de l’essai de réponse géothermique et pour choisir le matériau de remplissage de l’espace annulaire.
5.3.3 Informations préliminaires requises avant le début du forage et de l’installation
Les informations préliminaires suivantes doivent être disponibles avant le début du forage et de
l’installation :
a) emplacement prévu de la sonde géothermique ;
b) exigences relatives à la numérotation des forages ;
c) identification et profondeurs prévues des forages sur la base de l’avant-projet ;
d) orientation, inclinaison et déviations acceptables des forages ;
e) plan d’installation de la sonde géothermique, incluant l’étanchéité de l’espace annulaire ;
f) tolérances sur la profondeur du forage et la longueur de l’installation ;
6 © ISO 2015 – Tous droits réservés

---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 17628:2015(F)

g) conditions géologiques et hydrogéologiques attendues ;
h) exigences en termes d’espace, accessibilité du site de forage, itinéraires de transport ;
i) risques pour l’environnement et la sécurité associés, par exemple, aux fluides de rinçage ou aux
suspensions devant être utilisés ainsi que réglementations concernant leur utilisation ;
j) risques possibles, par exemple réseaux enterrés et aériens, circulation, matériel de guerre inattendu
et n’ayant pas explosé, contamination ;
k) préparation en vue de l’élimination de la boue et des cuttings ;
l) approvisionnement en matériaux auxiliaires, eau et énergie ;
m) méthode et catégorie d’échantillonnage prévues ;
n) manipulation, conservation et transport des échantillons prévus conformément à l’ISO 22475-1 ;
o) exigences concernant les mesurages prévus dans la sonde géothermique ;
p) exactitude et incertitude de mesure requises ;
q) fréquence des mesures ;
r) essais in situ prévus ;
s) remise en état du site ;
t) protection de l’environnement ;
u) dispositions en cas d’urgence ;
v) éclaircissements concernant les autorisations nécessaires ;
w) nom de la personne à contacter ;
x) échange d’informations prévu.
5.3.4 Exigences environnementales
En ce qui concerne les nuisances et la protection de l’environnement, pour chaque situation particulière,
les normes nationales, spécifications ou exigences réglementaires pertinentes ou les Normes
internationales pertinentes doivent être appliquées.
5.3.5 Exigences relatives à la sécurité
En ce qui concerne la sécurité sur le site et la sécurité des pratiques de travail, les normes nationales,
spécifications ou exigences réglementaires pertinentes ou les Normes internationales pertinentes
doivent être appliquées.
Les appareils de forage doivent être conformes à l’EN 16228-1 et l’EN 16228-2.
Chaque forage doit être clôturé ou obturé de façon provisoire et sûre jusqu’à la fin de l’installation.
© ISO 2015 – Tous droits réservés 7

---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 17628:2015(F)

5.4 Exécution
5.4.1 Forage
Les méthodes de forage doivent être sélectionnées en fonction de la géologie attendue. Lorsque le forage
n’est pas stable, il doit être stabilisé par un fluide stabilisateur (par exemple suspension de bentonite)
ou par un tubage.
NOTE Dans les sols appropriés, une technique de fonçage peut être utilisée à la place du forage. Si nécessaire,
l’inclinaison du tubage et du forage peut être vérifiée par mesure à l’aide d’un inclinomètre.
Une possibilité d’échantillonnage des cuttings doit être offerte. Si plusieurs appareils de forage sont
utilisés sur le même site, les appareils doivent être installés à une distance suffisante les uns des autres
afin de réduire au minimum l’interaction pendant le forage et l’injection de coulis.
5.4.2 Installation des sondes géothermiques
La sonde géothermique doit être préfabriquée pour éviter tout soudage sur le site d’installation. Elle doit
avoir un certificat d’essai de pression. Les dommages mécaniques pendant le transport, le stockage et
l’installation doivent être évités.
Les tubes de la sonde géothermique doivent être remplis d’eau et obturés de façon étanche avant
l’installation. Il faut déterminer si un poids supplémentaire est requis au pied des tubes de la sonde
géothermique. La masse volumique du fluide de rinçage, s’il est utilisé, doit être contrôlée pour s’assurer
de sa conformité au poids prédéterminé sélectionné. La sonde géothermique doit être retenue au départ
lorsqu’elle est placée dans le forage afin d’éviter qu’elle ne glisse trop rapidement. Les tubes ne peuvent
pas être enfoncés depuis le niveau du sol. Les tubes peuvent uniquement être tirés en position droite par
un dispositif adapté qui applique une force directement au niveau du pied de la sonde géothermique. Les
repères métriques sur les tubes doivent être consignés.
Dans les cas où le trou de forage est sec, il convient de ne pas remplir le tube de la sonde géothermique
avant son installation.
Il convient que les tubes d’injection de coulis pour remplir l’espace annulaire soient placés dans le forage
avec la sonde géothermique en tenant compte des dimensions de l’espace résiduel. Plusieurs tubes
d’injection de coulis peuvent être nécessaires selon la profondeur du forage pour assurer une injection
continue de coulis. Le nombre et la longueur des tubes d’injection de coulis doivent avoir été définis au
préalable lors de la conception. Les tubes d’injection de coulis doivent être clairement marqués, c’est-à-
dire que la profondeur ou la longueur du tube doit être visible au niveau du sol.
Pendant les périodes de gel prolongées, les tubes peuvent également être remplis d’un fluide antigel
compatible avec la conception du réseau au sol.
L’installation doit être enregistrée conformément à 7.1.2.
5.4.3 Remplissage de l’espace annulaire
Après l’installation de la sonde géothermique, l’espace annulaire doit être rempli à l’aide de matériaux
ayant une perméabilité inférieure ou égale à celle du sol environnant, par exemple pour stabiliser le
forage, pour assurer un bon transfert thermique et pour empêcher toute contamination et connexions
entre des aquifères et le drainage vertical le long des tubes de la sonde géothermique.
Le coulis doit être mis en place au moyen d’un tube d’injection descendu jusqu’à la base du forage. Il
convient que le tube d’injection reste dans le trou de forage. Si celui-ci est retiré, il convient de le faire
qu’après avoir constaté le débordement du matériau de remplissage avec une densité égale à celle à
laquelle il a été injecté. L’injection doit être continue durant le retrait du tube d’injection.
Si les conditions du sol et des nappes souterraines ont une influence sur le processus de remplissage, des
exigences techniques particulières doivent être spécifiées à l’avance pour le remplissage. Aucune cavité
ne doit se former lors de la mise en place du matériau de remplissage dans le forage.
8 © ISO 2015 – Tous droits réservés

---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 17628:2015(F)

Dans certaines conditions, par exemple hydrogéologiques et géologiques, plusieurs tubes d’injection
peuvent être requis pour assurer l
...