GENIE CLIMATIQUE ET ENERGETIQUE

Sophia Antipolis

Description

Niveau: Supérieures
GENIE CLIMATIQUE ET ENERGETIQUE SYNTHESE MISE AU POINT D'UNE NOUVELLE METHODE DYNAMIQUE D'ESSAI DE POMPES A CHALEUR GEOTHERMIQUES Projet de Fin d'Etudes réalisé au CSTB, Sophia Antipolis. par Tristan SALQUE Tuteur : Peter RIEDERER AOUT 2010

• méthode


• méthode dynamique


• pac


• test bench


• essai de pac géothermiques


• pac réelle


• modélisation des systèmes


• optimisation de la méthode


• banc d'essai

Sujets

• Antipolis
• Peter Riederer
• Méthode
• Test bench

Informations

• Publié par: profil-fouv-2012
• Publié le: 01 août 2010
• Nombre de lectures: 33
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 1 Mo

Extrait

                                                 

                       

GENIE CLIMATIQUE ET ENERGETIQUE

SYNTHESE

MISE AU POINT D’UNE NOUVELLE METHODE DYNAMIQUE D’ESSAI DE POMPES A CHALEUR GEOTHERMIQUES

Projet de Fin d’Etudes réalisé au CSTB, Sophia Antipolis.   par Tristan SALQUE      Tuteur : Peter RIEDERER

AOUT 2010

   

                                                                                          Fiche d’objectifs PFE   Sujet : Mise au point d’une nouvelle méthode d’essais de pompes à chaleur géothermiques     - Tâche 1 : Conception du banc d’essai Des simulations dynamiques sous Simulink sont menées dans un premier temps pour valider le bon fonctionnement du banc. La régulation est testée sous différentes sollicitations en prévision des tests réels.   - Tâche 2 : Construction du banc d’essai et paramétrage de la régulation La construction comprend à la fois la partie hydraulique, électrique ainsi que la régulation. Une fois le banc construit, un long travail sur les paramètres de la régulation est nécessaire afin d’avoir un banc d’essai le plus rapide, stable et précis possible.   - Tache 3 : Optimisation de la méthode de test L’optimisation de cette nouvelle méthode de tests passe par la mise en place de nombreuses simulations dynamiques de systèmes de PAC géothermiques complet sous Simulink. Il faut créer puis comparer différentes approches de tests de PAC afin de retenir la plus performante.   - Tache 4 : Test de la méthode sur une PAC réelle Enfin, la méthode de test est appliquée à une PAC réelle connectée sur le banc.

Remerciements 

    Je tiens en premier lieu à remercier Peter RIEDERER, chercheur au CSTB de Sophia- Antipolis, pour la confiance qu’il m’a accordée en me proposant ce PFE et pour son soutien sans faille durant ces 6 mois.   Merci également à Werner KEILHOLZ, ingénieur au département Technologies de l’Information du CSTB, pour son aide précieuse sur les types TRNSYS.   Enfin, je remercie l’ensemble de mes collègues de travail pour leur bonne humeur, et en particulier Vincent PARTENAY, doctorant au CSTB, pour ses conseils avisés sur la géothermie.       

Etudiant : T. SALQUE Mise au point d’une nouvelle méthode dynamique Tuteur : P. RIEDERER d’essai de PAC géothermiques – Aout 2010

 

« Mise au point d’une nouvelle méthode dynamique d’essai de pompes à chaleur géothermiques »   Résumé : La nécessité d’innovation dans le domaine des nouvelles énergies impose aux industriels de développer des produits performants toujours plus rapidement. La plupart du temps, les performances annuelles de ces produits, dont les pompes à chaleur (PAC), doivent être estimées à partir de tests standards menés dans des conditions statiques. Pour accélérer et améliorer ce processus, une méthode de test dynamique basée sur une technique d’émulation et appliquée aux PAC géothermiques a été développée. L’objectif est de mettre au point une méthode de test permettant une évaluation fine des performances annuelles réelles d’une PAC obtenues en seulement 12 jours de tests. L’optimisation de la méthode se fait par des simulations dynamiques de systèmes de PAC (bâtiment, sol, PAC et météo). La différence entre les performances réelles annuelles et celles obtenues par un test réduit avec la méthode est inférieure à 9% pour neuf climats différents. Un banc d’essai permettant d’émuler le comportement du bâtiment et du sol est conçu pour tester la méthode avec une PAC réelle.   Mots clés : Pompe à chaleur, géothermie, banc d’essai, régulation, émulation, méthode dynamique, performance, identification             « Development of a new dynamic test method of ground source heat pumps »   Abstract: The necessity of innovation on the field of renewable energy systems imposes on the industry to develop faster and faster new products while managing perfectly the quality of them. In most cases, annual performances of heat pumps have to be estimated from simplified standardized test results In order to accelerate and improve this process, a dynamic emulation test method applied on ground source heat pumps has been developed. The aim is to prepare a testing method for heat pumps allowing the evaluation of their annual performances close to real in only 12 days of test. The method is improved by dynamic simulations of heat pump systems (building, soil, heat pump and weather). The difference between real annual performance and performance obtained by reduced tests using this method is below 9 percent for nine different climates. A test bench, that emulates the building and the boreholes, has been built to test the method with a real heat pump.     Key words: heat pump, ground source, test bench, control, emulation, dynamic method, performance, identification               Etudiant : T. SALQUE Mise au point d’une nouvelle méthode dynamique Tuteur : P. RIEDERER d’essai de PAC géothermiques – Aout 2010 1

SOMMAIRE         Introduction......................................................................................................................... 4     1. La géothermie très basse température...................................................................... 5     2. La construction du banc d’essai................................................................................ 6 2.1. La conception du banc d’essai ................................................................................ 6 2.1.1. Le principe du banc .......................................................................................... 6 2.1.2. La conception de la régulation.......................................................................... 7 2.2. Validation du fonctionnement du banc par simulation.............................................. 9 2.2.1. Mise en œuvre de la simulation sous Simulink ................................................. 9 2.2.2. Analyse des résultats ......................................................................................11 2.3. La construction du banc d’essai .............................................................................13 2.4. Validation de la métrologie .....................................................................................16 2.4.1. Etalonnage......................................................................................................16 2.4.2. Calcul d’incertitudes ........................................................................................17 2.4.3. Bilan de puissance ...................................................................................... 19   ....   3. Les résultats du banc d’essai..................................... ......2. 0........................................ 3.1. Description de la PAC à l’essai...............................................................................20 3.2. Tests en régime stationnaire ..................................................................................20 3.2.1. Protocole d’essai.............................................................................................20 3.2.2. Résultats des mesures....................................................................................21 3.2.3. Interprétation des résultats ..............................................................................21 3.3. Tests de la régulation du banc ...............................................................................24 3.3.1. Réponse à un échelon ....................................................................................24 3.3.2. Réponse à des échelons simultanés ...............................................................25     4. La méthode des 12 jours........6 ...2. ................................................................................ 4.1. Le principe de la méthode ......................................................................................26 4.2. Les jours types de chaque mois .............................................................................27 4.3. La modélisation des systèmes ...............................................................................29 4.3.1. Le modèle identifié de PAC .............................................................................29 4.3.2. La modélisation du bâtiment............................................................................30 4.3.3. La modélisation des sondes géothermiques....................................................33 4.4. Analyse de la méthode...........................................................................................36 4.4.1. Analyse des énergies délivrées par la pompe à chaleur ..................................36 4.4.2. Analyse des valeurs du COP annuel du système de PAC géothermique ........39 Etudiant : T. SALQUE Mise au point d’une nouvelle méthode dynamique Tuteur : P. RIEDERER d’essai de PAC géothermiques – Aout 2010 2

4.5. Application de la méthode à une PAC réelle ..........................................................40 4.5.1. Démarche .......................................................................................................40 4.5.2. Résultats de la simulation ...............................................................................41 4.5.3. La régulation lors des cycles de la PAC ..........................................................41 4.5.4. L’identification des performances de la PAC ...................................................42     5. Les possibilités d’optimisation des tests de PAC................................................ 44....  5.1. Vers un banc d’essai plus complet et rapide ..........................................................44 5.1.1. La maîtrise des pertes de charge ....................................................................44 5.1.2. Une régulation encore plus rapide...................................................................45 5.2. Des pistes d’amélioration de la méthode des 12 jours............................................46 5.2.1. La durée du test ..............................................................................................46 5.2.2. Les jours types ................................................................................................46 5.2.3. Les résultats de la simulation annuelle ............................................................46     Conclusion .........................................................................................................................4.7     Bibliographie.........................48........ .....................................................................................     Sommaire des annexes.. ............................................................................ 94........................                                                           Etudiant : T. SALQUE Mise au point d’une nouvelle méthode dynamique Tuteur : P. RIEDERER d’essai de PAC géothermiques – Aout 2010 3