Étude de l’interaction thermo-aéraulique entre un capteur PV et une pompe à chaleur (PAC) intégrés à un bâtiment basse exergie

Study of thermal-aeraulic interaction between a PV/T system and a heat pump integrated into a low exergy building

• Auteur / Autrice : Hachem Ben Nejma
• Direction : Bruno Peuportier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Soutenance le 25/09/2012
• Etablissement(s) : Paris, ENMP
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre énergétique et procédés (Paris ; Fontainebleau, Seine et Marne ; Sophia-Antipolis, Alpes Maritimes) - Centre Énergétique et Procédés
• Jury : Président / Présidente : Alain Trombe
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Peuportier, Eric Auzenet, Alain Ricaud
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pierre Neveu, Christophe Ménézo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Constructions -- Économies d'énergie

Pompes à chaleur

Générateurs photovoltaïques

Mots clés libres

Photovoltaïque

Pompe à chaleur

Bâtiment

Simulation dynamique

Photovoltaics

Heat pump

Building

Dynamic simulation

Résumé

Les contextes énergétique et environnemental actuels rendent nécessaire la réduction de la consommation en énergie primaire des secteurs énergivores tels que le secteur du bâtiment. Pour y parvenir, plusieurs études se sont penchées sur la réduction des besoins de chauffage et de climatisation. Mais un autre potentiel d'amélioration réside dans l'étude de la qualité de l'énergie employée pour répondre à ces besoins. En effet, le contenu exergétique des besoins du bâtiment étant faible, il est possible de réduire le contenu exergétique de l'énergie consommée par les systèmes assurant ces besoins. Cette réduction permet de baisser la consommation en énergie primaire.Dans cette optique, une étude des interactions thermiques possibles entre un capteur PV et une pompe à chaleur a été menée. Elle vise la valorisation de l'énergie thermique à faible contenu exergétique dissipée par les panneaux photovoltaïques. Des modèles aérothermique coté PV et semi-physique du système thermodynamique de la pompe à chaleur on été développés. Cette modélisation a permis la conception d'un système global composé d'un capteur PV-T hybride, d'une pompe à chaleur et d'un ballon de stockage. Son interaction est gérée en dynamique avec un modèle de bâtiment basse consommation via un outil de simulation thermique du bâtiment. Une étude énergétique et exergétique a permis d'évaluer le potentiel de ce système en le comparant avec des systèmes classiques. Un banc d'essai dédié à la validation du modèle de la pompe à chaleur a été réalisé. Une maison basse consommation a été construite. Le système conçu y a été installé et instrumentalisé. Les données recueillies ont permis une validation expérimentale du modèle global.

The energetic consumption of high consuming sectors such as the building sector should be reduced due to the actual environmental context. Many studies studied the reduction of heating and cooling capacities. But amelioration can be done when studying the exergy used. In fact, the exergetic content of energetic building demand is low. Then, it is possible to reduce the exergetic content of energetic systems used to match this demand. In this optic, a study of the possible thermal interaction between a PV system and a heat pump is lead. It aims to promote the thermal energy with a low exergetic content produced by the PV system. Aerothermal model for PV system and semi empirical model for heat pump system are used. Models help in the conception of a global system including a hybrid photovoltaic thermal PV system, a heat pump, and a storage device. A dynamic building model is used. Energetic and exergetic study allowed evaluating the potential of such a system. An experimental bench is used to validate the heat pump model. Experimental data coming from an experimental building are used to validate the global model results.