MESURES IN SITU DES PERFORMANCES DES APPAREILS DE PRODUCTION THERMODYNAMIQUE

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1 MESURES IN SITU DES PERFORMANCES DES APPAREILS DE PRODUCTION THERMODYNAMIQUE Cédric TEUILLIÈRES (*), Odile CAURET (*), Dominique MARCHIO (**), Philippe RIVIERE (**) (*) EDF R&D, Département ENERBAT (**) MINES ParisTech, CES

2 CONTEXTE Environnement réglementaire exigeant Règlementation thermique des bâtiments Directives européennes La pompe à chaleur, une solution performante et bas carbone Réduction de la consommation électrique Réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) COP lab COP in-situ Nécessité de mesurer la performance in-situ

3 Comment mesurer le COP in-situ des systèmes air/air? Objectif Trouvons : Chercher une une méthode méthode moins moins intrusive intrusive!

4 METHODOLOGIE Validation d une méthode de référence Utilisation de mesures intrusives sur le fluide frigorigène Validation de la méthode sur une PAC air/eau : bilan sur le condenseur Validation de méthodes in-situ Méthode externe in-situ Utilisation des mesures sur l air Évaluation du débit d air par une mesure du champ de vitesses Méthode interne in-situ Utilisation des propriétés du fluide frigorigène Bilan d énergie sur le compresseur

5 METHODOLOGIE Validation d une méthode de référence Utilisation de mesures intrusives sur le fluide frigorigène Validation de la méthode sur une PAC air/eau : bilan sur le condenseur Validation de méthodes in-situ Méthode externe in-situ Utilisation des mesures sur l air Évaluation du débit d air par une mesure du champ de vitesses Méthode interne in-situ Utilisation des propriétés du fluide frigorigène Bilan d énergie sur le compresseur

6 Méthode de référence Utilisation d une pompe à chaleur air/eau Bilan énergétique sur le condenseur Boucle hydraulique Circuit frigorifique T Banc de préparation d eau T Débitmètre électromagnétique Banc d essai laboratoire

7 Côté fluide frigorigène Méthode de référence Validation en régime stabilisé Validation en régime transitoire Côté eau Puissance calorifique de la méthode de référence par rapport à la mesure sur la boucle d eau Ecart sur les énergies calorifiques entre la méthode de référence et la mesure sur boucle d eau

8 METHODOLOGIE Validation d une méthode de référence Utilisation de mesures intrusives sur le fluide frigorigène Validation de la méthode sur une PAC air/eau : bilan sur le condenseur Validation de méthodes in-situ Méthode externe in-situ Utilisation des mesures sur l air Évaluation du débit d air par une mesure du champ de vitesses Méthode interne in-situ Utilisation des propriétés du fluide frigorigène Bilan d énergie sur le compresseur

9 Méthode externe in-situ Les enthalpies sont déterminées via la température sèche et l humidité Le débit d air est calculé via un ensemble d anémomètres à fil chaud La pression atmosphérique est prise en compte Identification préalable du champ de vitesse pour mieux implanter les capteurs

10 Méthode externe in-situ Exemple de disposition des «fils chauds» sur une unité extérieure Le positionnement des «fils chauds» est issu de la mesure du champ des vitesses

11 Méthode interne in-situ Les températures sont mesurées via des sondes de contact et permettent : Calcul des pressions et des enthalpies dans le système Identification des conditions de fonctionnement non standard de la PAC (dégivrage, phases transitoires, ) Schéma d une pompe à chaleur air/air (Pour un cycle simple)

12 Méthode interne in-situ Modèle de pertes thermiques du compresseur ( Q pertes ) Q pertes = a T com T amb + b(t 4 com T 4 amb) convection rayonnement Utilisation de corrélations de transferts thermiques adaptées à la technologie et la géométrie du compresseur Pas de prises en compte des phénomènes de conduction (jonctions, supports) Recherches en cours pour l amélioration de l estimation des pertes (modélisation) (compresseur twin rotary)

13 VALIDATION (régime stabilisé) ~60 essais réalisés en régime stabilisé -Température extérieure, entre -15 et 18 C -Température intérieure fixée Débit masse de fluide frigorigène de la méthode interne comparé à la mesure de référence Ecart des puissances thermiques des deux méthodes par rapport à la méthode de référence Comparaison sur les puissances calorifiques

14 COP (kwh/kwh) VALIDATION (régime dynamique) Développement d un algorithme de traitement de données utilisant la méthode «interne» 10 heures d essais en régime dynamique Evènements transitoire (dégivrage) Puissance calorifique calculée par la méthode in situ en comparaison avec la valeur de référence sur l ensemble du test COP calculé par la méthode in situ en comparaison avec la valeur de référence sur l ensemble du test Validation de la méthode «interne» en régime dynamique Incertitude de la méthode fonction de l occurrence des événements transitoires

15 VALIDATION (conclusion) Les deux méthodes sont validées expérimentalement La méthode sur l air : Installation capteurs délicate / expertise de l installateur exigée Solution inadaptée compte tenu de la variété des modèles d unité intérieure La méthode «interne» sur le fluide : non-intrusive (sondes de contact uniquement) Validée en régimes stabilisé et dynamique Taux d huile fixé à 2% (étude biblio) Incertitude ± 100%

16 négatifs positifs PERSPECTIVES Méthode «interne» sur le fluide frigorigène Semble adaptée à l ensemble des systèmes de production thermodynamique Adaptée à des architectures de systèmes plus complexes démontrée expérimentalement (système à injection intermédiaire) Représente une alternative économique sérieuse pour les systèmes à eau Sensible à l évaluation des pertes thermiques, la concentration d huile Recherches en cours sur la fiabilisation de la méthode de mesure par l amélioration de l évaluation des pertes thermiques du compresseur investigation sur la concentration d huile Développement d une méthode de détection de défauts

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