MEC Projet Étape 2. Michaël Kummert

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1 MEC 6214 Projet Étape 2 Michaël Kummert

2 Rappel : objectif général 2

3 Objectif Concevoir une station de recherche autonome (ou pratiquement autonome) 3

4 Cahier des charges Équipes de 3 étudiants Mélanger les programmes Concevoir une station de recherche autonome (ou pratiquement autonome) en climat très froid Utilisation du solaire thermique pour l eau chaude domestique et le chauffage Solaire photovoltaïque pour la production d électricité (optionnellement petite(s) éolienne(s)) Génératrice diesel auxiliaire Analyse économique pour obtenir le coût annualisé de l énergie produite sur le cycle de vie (Levelized Life Cycle Cost) Rapport en 3 étapes: 25 %, 25 %, 50 % 4

5 Étape 2 5

6 Étape 2 : système solaire thermique Le système solaire thermique doit fournir 90 % des besoins en chaleur pour l eau potable et l Eau Chaude Domestique (ECD) Fonte de la neige/glace Chauffage de l eau chaude domestique à 50 C On ne considère pas le chauffage des locaux à cette étape-ci Note : dans le design final, vous pourrez décider de fournir moins de chaleur avec le solaire thermique et plus à partir d électricité (PV ou éolienne). Mais cette étape 2 vous permettra de voir ce que donnerait une configuration thermique qui assure 90 % des besoins en chaleur pour l eau (potable et ECD) On ne considère pas les besoins en électricité pour l équipement, l éclairage, et les appareils pour le moment 6

7 Étape 2 : hypothèses de modélisation Fonte de la neige : indépendamment des conditions réelles d enneigement sur le site, on considère que toute l eau utilisée par la station est obtenue par la fonte de neige. On fera l hypothèse que cette neige entre à -1 C et que la quantité d énergie nécessaire pour l amener à 1 C est de kj/kg. L eau potable (froide) est utilisée à cette température de 1 C, tandis que l eau chaude domestique est chauffée (voir point suivant). Pour le chauffage de l eau chaude domestique, vous devez garantir une température d alimentation de 50 C minimum. Si vous fournissez une température inférieure, un appoint électrique fournira la différence. Vous devrez également comptabiliser cette énergie électrique. 7

8 Demande de chaleur (et d électricité, ignorée pour le moment) Lors de l étape 1 (étude de faisabilité), des données provisoires ont été fournies pour vous permettre un dimensionnement grossier du système. Pour la suite du projet, la demande énergétique a été évaluée à l aide d un modèle réaliste de bâtiment. Elle est fournie dans des fichiers (différents pour chaque groupe) sur Moodle. Il est normal que les valeurs soient différentes des estimations de départ, et qu il y ait une variabilité plus grande de jour en jour. Les fichiers sont appelés «HeatWaterElecLoad-Gxx.txt» où xx est le numéro de votre groupe. Les fichiers ont 6 colonnes : No Variable Unités Description 1 Time h Temps (de 0 à 8760 h) 2 QSpH kw Puissance thermique nécessaire pour le chauffage des locaux (space heating) pas utilisé à cette étape-ci 3 mdotsph kg/h Débit d eau chaude nécessaire pour le composant Type 682 qui modélise le chauffage des locaux (space heating) ce débit est calculé pour un TT de 10 C et vous devrez donc assurer une température d alimentation de 40 C (voir plus bas) pas utilisé à cette étape-ci 4 mdotw kg/h Débit massique total d eau consommée (i.e. débit devant être fourni par la fonte de neige) 5 mdotdhw kg/h Débit massique d eau chaude domestique (domestic hot water), i.e. partie du débit d eau qui doit être chauffée jusqu à 50 C depuis la sortie du système de fonte de neige 6 PelEqLiAp kw Puissance électrique appelée par les équipements (equipment), l éclairage (lighting) et les appareils divers (appliances) pas utilisé à cette étape-ci 8

9 Limites de ce que vous devez considérer Pertes de charge dans le réseau solaire et dans les circuits de distribution : vous ne devez pas calculer les pertes de charge. Vous devez cependant choisir la taille des tuyaux pour maintenir une vitesse acceptable dans les tuyaux (on recommande généralement une vitesse entre 0.4 m/s et 1 m/s) et dans les capteurs (selon les recommandations des manufacturiers). Vous devez estimer les pertes de chaleur de la tuyauterie des capteurs solaires. Vous devez également estimer sommairement la puissance de pompage pour en tenir compte dans les économies d énergie et les coûts d opération. Réseaux de distribution d eau chaude et de chauffage des locaux à l intérieur du bâtiment : vous pouvez négliger ceux-ci et considérer que le système s arrête à la partie centralisée. Vous devez cependant tenir compte de la température minimale à fournir pour l eau chaude (voir ci-dessus) 9

10 Période occupée, pas de temps et durée de la simulation La station sera occupée 6 mois par an. Pour les endroits situés dans l hémisphère nord, la période occupée est du 1 er avril au 30 septembre; pour les endroits situés dans l hémisphère sud elle va du 1 er octobre au 31 mars. Notez que vous ne pouvez pas changer ces dates (contrairement à ce qui était le cas pour l étape 1). Vous pouvez commencer votre simulation à l heure 0 et ne simuler qu une année, mais vous devrez démontrer que vous avez ajusté les conditions initiales des dispositifs de stockage (réservoirs d eau et batteries) afin que les conditions que vous imposez au temps 0 soient proches des conditions que vous calculez au temps 8760 h. Ceci nécessite une adaptation par essai et erreur. Alternativement, vous pouvez démarrer la simulation à l heure 8016 et ne comptabiliser les résultats qu entre l heure 8760 et l heure (une année complète), en supposant que vos dispositifs de stockage ne permettent pas plus de quelques jours d autonomie. Les fichiers de données fournis s adapteront automatiquement (c est-à-dire que TRNSYS commencera à l heure 8016 dans le fichier et retournera au début lorsqu il atteindra la fin du fichier). Les fichiers de données pour la demande énergétique sont fournis avec un pas de temps de 15 min. Par conséquent, vous devrez utiliser un pas de temps inférieur ou égal à 15 min pour vos simulations. Ce pas de temps doit être un diviseur entier de 15 min, par exemple 1 min, 3 min, 5 min, ou 7.5 min. Une valeur de 5 min est recommandée si le temps de calcul est acceptable. 10

11 Livrable : rapport (5 pages max) Pas besoin d introduction sur le site etc. (gardez ça pour le rapport final) Présentation votre concept, en fournissant un schéma de principe qui permet de comprendre le fonctionnement (c est-à-dire pas un screenshot du projet TRNSYS). Cette section doit également préciser comment le système est régulé (stratégies de contrôle). C est la configuration finale que vous devez présenter, pas vos essais et erreurs. Présentation de la performance énergétique de votre système (à nouveau, on parle de la configuration finale). Ceci inclut des résultats annuels qui devraient être présentés sous la forme d un diagramme de Sankey (ou d un diagramme représentant les quantités d énergie sur un schéma). Cette section doit également inclure des résultats plus fins qui permettent de comprendre l opération du système et le rôle des différents composants (par exemple bilans journaliers, graphiques dynamiques avec les valeurs à chaque pas de temps sur des périodes sélectionnées). Brève conclusion 11