Modélisation d'un habitat équipé d'une unité de climatisation par adsorption alimentée par une pompe à chaleur géothermique

Modeling of a habitat equipped with an adsorption cooling unit powered by a geothermal heat pump

• Auteur / Autrice : Djanfar El-Maktoume
• Direction : Xavier Chesneau, Zely Arivelo Randriamanantany
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 13/03/2023
• Etablissement(s) : Perpignan en cotutelle avec Université d'Antananarivo
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Modélisation pluridisciplinaire et simulations (Perpignan)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Vauquelin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Neveu, Victor Razafinjato
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Vauquelin, Nirinarison Jean Razafinjaka

Mots clés

Mots clés contrôlés

Géothermie

Logement

Climatisation

Pompes à chaleur

Adsorption

Mots clés libres

Modélisation

PAC

Géothermie

Adsorption

Climatisation

COP

Modelling

Heat pump

Geothermal energy

Adsorption

Cooling

COP

Résumé

Ce mémoire de thèse étudie la modélisation d’un habitat équipé d’un climatiseur par adsorption alimenté par une pompe à chaleur (PAC) géothermique. Il traite la valorisation de l'énergie géothermique pour le rafraîchissement d'habitat par un système de production de froid par adsorption. Le climatiseur est composé d’un générateur faisant appel au couple zéolithe/méthanol, d'un condenseur et d'un évaporateur placé sur la face interne de l'une des parois verticales de l'habitat. La désorption est assurée par l'apport de chaleur de la source géothermique qui accroit la température de la zéolithe pour libérer la vapeur du méthanol. La modélisation se base sur la description des transferts de chaleur et de masse. Les équations sont établies grâce au premier principe de la thermodynamique en utilisant les analogies qui existent entre les transferts thermiques et électriques. Le modèle d’adsorption de Dubinin-Astakhov est utilisé pour décrire la quantité de masse adsorbée. La discrétisation et la résolution d’équations sont faites par la méthode des différences finies appliquée à un point de la surface d’échange considérée. Le rafraichissement d'air est opéré grâce à un transfert convectif entre l’air de l’enceinte habitable et la surface de l’évaporateur. Les résultats sont présentés pour la journée type de Novembre des Comores. L’observation des températures de l’habitat avec et sans climatiseur montre que l’utilisation de ce dernier contribue à baisser les températures internes. Les variations des principaux paramètres montrent leurs influences sur l’air intérieur de l’habitat donc sur la production du froid. Le COP de la PAC est ainsi évalué à 0.46 et cette valeur est acceptable comparée à celles d’autres travaux antérieurs. L’étude économique du climatiseur par adsorption a montré que ce dernier est rentable par rapport au climatiseur classique.

This thesis develops the modeling of a habitat equipped with an adsorption air conditioner powered by a geothermal heat pump (GHP). It focuses on geothermal energy valorization for housing refrigeration by means of adsorption cooling system. Air conditioner is made up of a generator using zeolite/methanol, a condenser and an evaporator placed on the internal face of habitat vertical walls. Desorption is ensured by the heat supply from geothermal source which increases zeolite temperature in order to release the vapor from the methanol. The modeling is based on heat and mass transfers approach. Thermodynamics first law and analogy between electric and heat transfers are used to equations set-up process. Dubinin-Astakhov adsorption model is used to describe adsorbed mass quantity. Finite difference method applied to a considered point of the exchange surface are used for discretization and equation solving. Convective transfer between habitable enclosure air and evaporator surface generates air cooling. Presented results concern only for typical November day in Comoros. Different temperatures of habitat with and without an air conditioner shows that adsorption cooling unit helps to lower internal temperatures. Variation of the main parameters shows their influences on inside habitat air. Economic study shows that cooling habitat with adsorption air conditioner is more benefit compared with conventional air conditioner.