Equipements et composants

La nécessité de réduire la quantité de CO2 émise et l’épuisement progressif des ressources imposent une réduction des consommations moyenne d’énergie. L’objectif fixé par le gouvernement français est d’atteindre 50 kWhep/m2.an pour les besoins de chauffage et d’eau chaude sanitaire à court terme  et un bâtiment à énergie positive à moyen terme. En conséquence, une forte isolation des murs ne suffit pas pour atteindre l’objectif souhaité, ainsi l’introduction des systèmes de chauffage et de rafraichissement à haute performance énergétique est indispensable. Ces systèmes peuvent réduire les consommations énergétiques non renouvelables de façon suffisante s’ils fonctionnent avec des énergies renouvelables intermittentes et non intermittentes.

Différents type d'équipements sont étudiés au CES :

Les pompes à chaleur

La recherche sur les pompes à chaleur se structure autour de problématiques à différentes échelles et portées.

Au niveau de la modélisation

Différentes approches de modélisation sont développées allant de modèles détaillés dynamiques ou en régime permanent. Ces modèles sont adaptés pour l'aide à la conception et le contrôle avancé mais sont incompatibles avec la modélisation du bâtiment de part leur non linéarité et leur temps de calcul. Des modélisations très simplifiées existent (empiriques ou semi-empiriques) utilisables dans des modèles de bâtiment mais peu précises. Des approches intermédiaires, par réduction des modèles détaillés permettront d'améliorer la précision.

Au niveau des fluides de travail

La réglementation des fluides frigorigènes évolue rapidement pour répondre à des exigences environnementales (faible pouvoir de réchauffement global, pas d'impact sur la couche d'ozone). Ces règlementations renforcées en Europe par rapport aux accords internationaux conduisent à une remise en question globale des fluides utilisés jusqu'aujourd'hui. A ce niveau, il s'agit d'identifier les meilleurs candidats et pour ceux ci établir l'ensemble des données scientifiques et techniques ( propriétés thermodynamiques, coefficients d'échange et de pertes de charge, caractérisation des compresseurs et des lubrifiants...)

Au niveau des systèmes

La recherche à ce niveau répond à plusieurs objectifs:

- Miniaturisation des PAC en prévision des bâtiments à très basse consommation. Pour cela, des travaux sont menés pour développer des échangeurs compacts et efficaces tels que les échangeurs à mini-canaux. Des compresseurs adaptés à vitesse variables doivent également être adaptés.

- Réduction de l'impact du givrage: le givrage constitue un des problèmes majeurs des PAC sur l'air. Les travaux à ce niveau vont des méthodes de conception, au développement d'ailettes spéciales voir des techniques d'élimination du givre par hybridation avec des systèmes dessicants.

- Contrôle de la puissance: la recherche se structure surtout au niveau des compresseurs à vitesse variable. Des PAC hybrides incluant des sources d'énergie complémentaire sont également étudiées pour améliorer les performances saisonnières.

La micro cogéneration

L’objectif de ces travaux est d’identifier le potentiel d’intégration d'équipements de micro-cogénération fonctionnant avec différents types d’énergies renouvelables ou non dans le secteur bâtiment. Les différentes technologies de micro-cogénération sont comparées afin de choisir celle qui peut s’adapter le mieux au bâtiments. Les travaux portent sur :

  • la caractérisation des performances des équipements en régime permanent et transitoire;
  • la modélisation des équipements adaptée à la simulation énergétique des bâtiments;
  • l'analyse de différentes solutions de dimensionnement intégrant un stockage de chaleur;
  • l 'évaluation technico-économique des systèmes.

Plusieurs micro-cogénérateurs (moteur Stirling gaz, moteur à combustion interne, micro-turbine) ont été testés de manière à aboutir à un modèle générique pouvant être paramétré à l'aide de base de données de caractéritiques de matériels ou avec des valeurs par défaut.

Les objectifs  sont de développer une méthodologie pour évaluer les performances de la micro-cogénération en tenant compte de l’impact des usageset d'apporter des éléments de réponse pour la préconisation des solutions techniques de micro-cogénérations dans les différents types de bâtiments (tertiaire notamment) et du stockage thermique et/ou électrique. L’insertion de la micro-cogénération dans un quartier constitué de bâtiments d’usages et de tailles différents est étudiée en liason avec Efficacity..

Climatisation solaire

La climatisation solaire apparait comme une solution prometteuse pour réduire les émissions de CO2 dans les bâtiments du fait de la concomitance des besoins de refroidissement et des apports solaires. Différentes voies de climatisation solaire existent :

Le travaux du CES visent à apporter des réponses aux objectifs suivants:

  • Evaluer les performances des solutions de climatisation solaire par rapport aux solutions de classiques ;
  • Optimiser la conception et la régulation de la climatisation solaire par dessiccation ;
  • Développer des procédures de dimensionnement de la climatisation solaire.

Pour ce faire, nous avons développé des modèles physiques pour chacun des composants caractérisant une centrale de climatisation solaire par dessiccation. Nous avons étudié différentes stratégies de régulation du système et proposé des méthodes de dimensionnement dans le projet ECOCLIM financé par l'ADEME et mené en partenariat avec le CSTB. Le CES a, en outre, participé au premier projet de démonstration français de climatisation solaire par dessiccation à la Maison des énergies à Chambéry.

Le CES dispose d'un banc d'essais de composants d'une centrale de refroidissement par dessiccation. Ce banc permet d'évaluer les performances réelles des composants et de tester des nouveaux composants plus performants :

 

 

 

Équipements et composants - MINES ParisTech
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