Mesure in situ de la performance saisonnière de la PAC air/air résidentielle

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1 Mesure in situ de la performance saisonnière de la PAC air/air résidentielle Cong Toan TRAN septembre 010 (Séminaire des doctorants ECLEER) Directeur de thèse: Dominique MARCHIO Maître de thèse: Philippe RIVIERE Tuteur/tutrice d entreprise: Michel COEVOET et Christine ARZANO-DAURELLE

2 Contexte En France, la demande de la pompe à chaleur (PAC) air/air est de plus en plus forte. Cependant, quelle est sa performance réelle? Le SCOP est probablement éloigné du COP nominal déclaré par les constructeurs. Dans un essai in situ à Tokyo, SCOP=0,6 Le SCOP dépend non seulement de l efficacité intrinsèque de la PAC mais également: des conditions climatiques de la qualité de l installation de la PAC du besoin de chaleur et le SCOP peut être dégradé faute de maintenance besoin d une méthode in situ Q P dt SCOP calo calo Q P dt elec elec Actuellement, il n existe pas de méthode simple et fiable qui permette de mesurer le SCOP de la PAC air/air chez l utilisateur pour une période longue

3 Plan Fonctionnement de la PAC air/air Démarche : choix des méthodes Méthode intrusive, dite «Masse volumique»: conception et résultats expérimentaux Prospectives

4 PAC à compression de vapeur: généralités 1 1 (Correct) 1 (Incorrect ou transitoire) Machine thermodynamique qui permet de transférer la chaleur du milieu froid au milieu chaud PAC air/air: les sources sont l air extérieur et l air intérieur de l habitation Fonctionnement «correct» Fonctionnement «incorrect» ou transitoire Point 1 Gaz Gaz Point Liquide Liquide ou diphasique Point Diphasique Diphasique Point Gaz Gaz ou diphasique

5 Fonctionnement réversible UI 1 Puissance calorifique 1 UE 1 Puissance frigorifique En rouge: Chauffage En bleu: Refroidissement modes possibles: chauffage, refroidissement ou dégivrage Il suffit d inverser le sens de circulation pour sélectionner le mode souhaité 5

6 Méthodes de mesure in situ Q P dt SCOP calo calo Q P dt elec elec Méthode Principe de mesure Endroit Externe Sur l air Batterie intérieure ou extérieure Interne Sur le réfrigérant Circuit frigorifique Para. mesurés Point fort q, T, Hr Mesure peu intrusive Faisable chez client Point faible Précision faible Fiable dans les conditions réalistes à longue durée? q, T, p Précision élevée Mesure intrusive Non applicable chez client 6

7 Procédure Validation de la méthode interne Méthodes internes et méthode des enthalpies de l eau Sur PAC air/eau En laboratoire Validation de la méthode externe Méthodes internes et méthodes externes Sur PAC air/air En laboratoire aux conditions réelles Campagne de mesure in situ Méthodes externes Sur PAC air/air Chez client à longue durée 7

8 Méthodes internes Puissance calorifique T P P 1 T 1 D 1 1 D 1 1 Puissance frigorifique D 1 mesure le débit masse D détermine le titre de vapeur débitmètre à ultrason méthode «Vitesse du fluide» débitmètre à effet de Coriolis méthode «Masse volumique» En principe, ces méthodes peuvent être utilisées à la fois en mode chauffage et en mode refroidissement 8

9 Limitations des méthodes internes Pour les PAC résidentielles, le débit masse est faible et la canalisation frigorifique est petite la précision des débitmètres peut être faible Les fabricants de débitmètres ne garantissent pas la précision des mesures diphasiques Il existe une plage de titre de vapeur (x inf,x sup ) où D ne fonctionne plus En mode refroidissement, ce problème peut être résolu en mesurant l enthalpie au point. Il suffit d installer T et P si le fluide au point est en phase liquide. 9

10 Méthodes internes améliorées en mode refroidissement T P P 1 T 1 D1 D 1 P T 1 Puissance frigorifique 10

11 Conception du banc d essai La méthode «Masse volumique» est choisie PAC testée: de type air/eau Zubadan de Mitsubishi Mode de fonctionnement testé: chauffage 11

12 Banc d essai Unité interne Débitmètres 1 Unité externe

13 Résultats expérimentaux Dégivrage Conditions d essai : Text=-7 C T_eau en entrée PAC = 0 C f_comp = 61Hz Pseudo-stationnaire Transitoire Typiquement, il y a trois périodes différentes La précision varie selon les périodes 1

14 Résultats expérimentaux : période pseudo stationnaire Mode calcul 1 (sans tenir la mesure de masse volumique) Mode calcul (Vitesses homo.) Mode calcul (Corré. de Yashar) Essai r f-s-cond q f-e-cond x (mode ) P_e P_f_1 Ecart1 P_f_ Ecart P_f_ Ecart (kg/m) (kg/s) kw kw kw kw _F50_0_0_01 985,7 15,7 0% 11, 11, 1,79% 11, 1,79% 11, 1,79% _F7_7_0_01 670, % 7,8 8,9 7,% 8,0% 7,9 1,1% _F61 0_01 61,7 180,7 9% 8,9 9,9 1,5% 8,91 7,8% 8,79 6,0% _F61_-7_0_01 78, 150,1 8% 5,8 8,08 8,8% 6,78 16,5% 6,7 7,7% Plus le titre de vapeur est grand, plus la précision est faible à cause de la mesure de la masse volumique La précision peut être améliorée par : Utilisation des autres corrélations de taux vide Détermination de la quantité d huile dans le circuit frigorigène 1

15 Résultats expérimentaux : périodes variables dégivrage pseudostationnaire transitoire Période transitoire: la précision est faible à cause du titre de vapeur élevé Période de dégivrage: la méthode ne donne pas une précision acceptable, car : Le titre est très élevé Le changement est très rapide Mais cela n influence pas significativement la précision totale, car la période ne dure que minutes sur un cycle de 150 minutes environ 15

16 Conclusion : méthode «Masse volumique» La méthode «Masse volumique» mesure le COP avec une précision de moins de % si le titre de vapeur à la sortie du condenseur est faible (< 7%). Plus le titre est grand, plus la précision est importante. La méthode n est pas efficace pour la période dégivrage mais il n y aura pas d impact important sur la mesure du COP d un cycle complet Elle peut donner une précision acceptable pour un essai de longue durée En tant que méthode «de référence», la méthode est fiable car: Pour la période pseudo-stationnaire et en transitoire : la précision est acceptable Pour la période de dégivrage : pas besoin de «référence» parce qu il n y a généralement pas d échange thermique à l échangeur interne le dans cas d une PAC air/air 16

17 Prospectives On continue de tester la méthode «Masse volumique» dans les conditions variables Les méthodes externes seront validées en conditions réelles (en laboratoire ou in situ) sur une PAC air/air en utilisant la méthode «Masse volumique» comme référence. Une campagne de mesure de longue durée sur une PAC air/air chez l utilisateur sera réalisée avec une (des) méthodes externes retenues. 17

18 Merci de votre attention Questions Réponses 18