Thèse
Auteur :
Rivière Philippe

Date de soutenance :
11 mai 2004

Directeur(s) de thèse :
Adnot Jérôme



École :

MINES ParisTech
Intitulé de la thèse : Performances saisonnières des groupes de production d'eau glaçée


Résumé : L'efficacité énergétique des groupes de production d'eau glacée est caractérisée en Europe par un point de fonctionnement nominal, non représentatif du comportement saisonnier. Afin d'élaborer un index des performances saisonnières, il faut déterminer les performances des groupes de production d'eau glacée à charge partielle, ainsi qu'une représentation des conditions de fonctionnement rencontrées au cours d'une saison.
Les performances de plusieurs groupes à puissance étagée sont étudiées en régime stationnaire. Les résultats de deux campagnes expérimentales montrent que l'absence de caractérisation des différents régimes de puissance conduit à des erreurs de conception des équipements qui dégradent leur efficacité énergétique à puissance réduite. Un modèle de comportement des performances des groupes à taux de charge et température d'entrée d'air au d'eau variable est réalisé.
Une boucle d'essais permettant la caractérisation des performances dans des conditions de fonctionnement dynamique a été mise au point. Cette boucle permet d'étudier la dégradation des performances en cyclage (fonctionnement du type tout ou rien), essentiellement liée à la puissance électrique de veille de l"˜alimentation électrique des équipements. De plus, des essais réalisés sur des groupes à puissance étagée montrent l'existence de défauts de régulation qui dégradent l'efficacité énergétique des équipements.
Le couplage du modèle de groupe et des courbes de besoins thermiques simulées pour un bâtiment de bureau permet de calculer les performances saisonnières des groupes pour différents climats et systèmes. Il est mis en évidence que l'efficacité nominale ne permet pas de caractériser l'efficacité énergétique moyenne d'un équipement. Une méthode de réduction des besoins thermiques horaires est mise au point. Elle permet de définir un index de calcul des performances saisonnières des groupes de production d'eau glacée européens.Partie 1 - contexte et etat de l'art des normes de performances saisonnieres - 1
introduction - 3
1.1 systemes de climatisation - 5
1.1.1 topologie - 5
1.1.2 stock de systemes centralises europeens - 6
1.1.3 consommation des systemes a groupe de production d'eau glacee - 6
1.2 etat de l'art des normes de performances saisonnieres - 8
1.2.1 methode simplifiee de calcul des performances saisonnieres - 9
1.2.2 analyse du calcul saisonnier de la norme ashrae 116 - 10
1.2.3 analyse du calcul saisonnier de la norme ari 550/590 - 14
1.3 conclusion - 20
partie 2 - performances en conditions stabilisees - 22
2.1 caracterisation technologique des gpeg europeens - 24
2.1.1 frigorigenes - 24
2.1.2 compresseurs - 26
2.1.3 echangeurs - 35
2.1.4 detendeurs - 37
2.2 impact des variations des conditions d'operation - 38
2.2.1 banc d'essais - 38
2.2.2 performances a puissance reduite - 41
2.2.3 variation des performances a temperature d'entree d'air variable - 50
2.3 base de donnees experimentales - 58
2.3.1 incertitudes experimentales - 59
2.3.2 donnees etendues disponibles - 61
2.3.3 modelisation simplifiee des performances par etage des gpeg - 61
2.3.4 performances a temperature d'air ou d'eau variable au condenseur - 66
2.3.5 performances a capacite partielle - 67
conclusion - 72
partie 3 - performances en regime dynamique - 74
3.1 fonctionnement a charge partielle: approche theorique - 76
3.1.1 regulation des gpeg - 76
3.1.2 description du phenomene de cyclage - 79
3.1.3 modelisation des pertes liees au cyclage - 81
3.1.4 prise en compte normative du cyclage - 89
3.2 performances a charge partielle d'un gpeg mono-etage - 93
3.2.1 banc d'essais - 93
3.2.2 resultats d'essais - 97
3.2.3 prevision de la degradation des performances a charge partielle - 106
3.3 performances a charge partielle de gpeg a puissance etagee - 113
3.3.1 banc d'essais - 113
3.3.2 importance de la regulation - 113
3.3.3 impact du fonctionnement en cyclage entre etages de puissance - 117
3.4 conclusion - 120
3.4.1 prise en compte des pertes en cyclage pour le calcul des performances saisonnieres - 120
3.4.2 modele retenu pour les groupes multi-etages - 121
3.4.3 de l'interet de realiser des essais en regime dynamique 123
partie 4 - performances saisonnieres des gpeg - 124
4.1 outils nÉcessaires - 126
4.1.1 courbes de charge horaires "systÈme - bÂtiment" 126
4.1.2 calcul de l'efficacitÉ saisonniÈre au pas de temps horaire 128
4.1.3 mÉthode de rÉduction des courbes de charge - 136
4.1.4 conclusion sur la mÉthode de rÉduction des courbes de charge - 145
4.2 facteurs d'influence des performances saisonniÈres 146
4.2.1 impact du climat et du systÈme - 147
4.2.2 impact ÉnergÉtique du surdimensionnement - 151
4.2.3 conclusion - 152
4.3 index de performances saisonniÈres - 153
4.3.1 calcul des conditions rÉduites pour l'europe - 153
4.3.2 index final - 156
4.4 conclusion - 160
conclusion generale - 161
nomenclature - 162
bibliographie - 165

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