Etude et conception d'une pompe à chaleur multi-fonctions entrainée par un moteur à gaz pour les bâtiments à énergie positive

Study and design of multi-function heat pump driven by gas engine for positive energy buildings

• Auteur / Autrice : Amine Mekdache
• Direction : Assaad Zoughaib
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Energétique et Procédés
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2013; Soutenance le 20/12/2016
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Energétique et Procédés
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : CES - Centre Efficacité énergétique des Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)

Mots clés

Mots clés libres

Pompe à chaleur

Solaire thermique

Bâtiments à énergie positive

Eaux grises

Récupération de chaleur

Heat pump

Thermal solar

Positive enrgy buidings

Gray waters

Heat recovery

Résumé

Les pompes à chaleur à compression de vapeur, figurent parmi l’une des technologies les plus efficaces pour poursuivre les efforts en matière d’efficacité énergétique dans le secteur du bâtiment résidentiel et tertiaire. Les pompes à chaleur les plus commercialisées actuellement sont les pompes à chaleur aérothermiques fonctionnant à l’électricité. Néanmoins, les performances de ce type de pompe à chaleur se dégradent par temps froid et deviennent médiocres pour des températures inférieures à 7 °C. En plus, l’énergie fatale est souvent perdue dans les centrales de production d’électricité réduisant ainsi les gains en énergie primaire de plus de 38 %. L’innovation la plus efficace pour revaloriser le potentiel de ces systèmes thermodynamique consiste à utiliser des sources froides à grand potentiel énergétique et éxergétique tout au long de l’année et de faire fonctionner la PAC par une logique de type cogénération pour transformer toute l’énergie primaire en énergie utile. Ainsi, le nouveau concept des pompes à chaleur entrainées par un moteur thermique et utilisant les eaux grises comme source froide est analysé. L’étude théorique a permis de démontrer la haute efficacité énergétique de l’intégration d’une telle pompe à chaleur pour la production de chauffage et d’ECS. Le développement d’un démonstrateur a permis d’une part de démontrer la faisabilité technique d’une PAC, pouvant produire la totalité des besoins d’ECS et un ratio de chauffage en fonction du type de bâtiment et des conditions climatiques, et d’autre part de démontrer sa haute efficacité énergétique avec un facteur d’amplification d’énergie primaire de 2,5 tout au long de l’année. Ce nouveau concept est associé à un nouveau système de stockage d’ECS permettant de supprimer la destruction d’exergie par le mélange d’eau froide et d’eau chaude et de distribuer l’ECS sur le réseau à moindre coût énergétique.

Heat pumps are among the most efficient technologies to pursue energy efficiency efforts in the residential and commercial building sector. Nowadays, the most traded and available heat pumps are electrically driven aero thermal heat pumps. Nevertheless, the performance of this type of heat pump decreases in cold weather and deteriorates even more for temperatures below 7 ° C. In addition, fatal energy is often lost in generation plants, which reduces primary energy gains by more than 38%. The most efficient innovation to upgrade the potential of these thermodynamic systems is to use cold sources with high energy and exergy potential throughout the year and to operate the heat pump through a cogeneration logic that transforms all the primary energy into useful energy. Thus, the new concept of heat pumps driven by a heat engine and using gray water as a cold source is considered as an efficient solution. The theoretical analysis has proved the high energy efficiency of the integration of such a heat pump for the production of heating and DHW. The development of a demonstrator made it possible, on the one hand, to demonstrate the technical feasibility of the HP, which can produce all the DHW requirements and a heating ratio according to the type of building and its installation climate, And on the other hand, it showed its high energy efficiency with a primary energy amplification factor of 2.5 throughout the year. This new concept is combined with a new DHW storage system that prevents the destruction of exergy by mixing cold and hot water and distributes the DHW on the network at lower energy costs.