Développement d'une méthodologie d'évaluation des performances de systèmes de pompes à chaleur géothermiques

Development of a new methodology for the evaluation of performance of ground coupled heat pump systems

• Auteur / Autrice : Vincent Partenay
• Direction : Étienne Wurtz, Peter Riederer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil et sciences de l'habitat
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Chambéry
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'optimisation de la conception et ingénierie de l'environnement (Le-Bourget-du-Lac, Savoie)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Jacques Roux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chauffage géothermique

Pompes à chaleur

Mots clés libres

Simulation dynamique

Résumé

L'évaluation précise des performances de systèmes de pompes à chaleur géothermiques est un facteur clé pour justifier l'intérêt du déploiement de cette technologie parmi les nombreux systèmes de chauffage, refroidissement et production d'eau chaude sanitaire disponibles. Bien qu'au niveau de la pompe à chaleur même il existe des méthodes permettant de caractériser son efficacité en conditions nominales, l’extrapolation aux performances annuelles du système global composé de la pompe à chaleur, du bâtiment, de la sonde géothermique, du climat et de la régulation associée reste très approximative. Afin de prendre en compte les effets dynamiques à plus ou moins long terme inhérents à un tel système, l’objectif de cette thèse est de proposer une nouvelle méthodologie d'évaluation des performances de systèmes de pompes à chaleur géothermiques basée sur la technique de l'émulation. Cette technique permet d'incorporer une pompe à chaleur réelle dans un environnement de simulation dans lequel les possibilités de modélisation de systèmes sont multiples. Dans un premier temps, un état de l'art des méthodes d'évaluation existantes est réalisé, puis dans un deuxième temps, la modélisation de sondes géothermiques abordée à travers un recensement des modèles existants, le développement d'un modèle et une étude expérimentale. Enfin, le principe de la nouvelle méthodologie d'essai développée est présenté et mis en application à l'aide d'un banc d'essai adapté.

The accurate evaluation of performance of ground coupled heat pump systems is a key factor for a broader exploitation of this technology among other various available systems for heating, cooling and domestic hot water production. Although there exist methods allowing to assess the efficiency of the heat pump itself in nominal conditions, the extrapolation to annual performances of the global system composed of the heat pump itself, the building, the ground heat exchanger, the climate and the associated controller, remains quite approximative. In order to take into account dynamic effects that are inherent to such a system, the objective of the thesis is to present a new methodology for the evaluation of performance of ground coupled heat pump systems, based on the emulation technique. The latter allows to integrate a real heat pump in a simulated environment that offers multiple system configurations. First, a state of the art of the existing methods is realized. Then the ground heat exchanger modelling is dealt with through a litterature review of existing models, the development of a new model and its experimental comparison. Finally, the principle of the developed methodology is presented and a first application is performed on an adapted test bench.