Analyse Et Simulations De D Fauts Des Quipements De Climatisation En Vue D Un Audit Nerg Tique
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Analyse et simulations de défauts des équipements de climatisation en vue d'un audit énergétique
Dans le contexte énergétique actuel une vraie chasse aux économies d'énergie est ouverte, spécialement dans le secteur du bâtiment qui constitue en Europe le secteur le plus énergivore. D'un côté les innovations technologiques sont importantes et les nouvelles constructions ont des consommations très inférieures aux anciennes. De l'autre côté, le taux de renouvellement de bâtiments et des systèmes n'est pas capable d'assumer à lui seul les objectifs de réduction de consommations et d'émissions de CO2 (Kyoto, facteur 4 etc.). Ce n'est donc qu'en s'intéressant à l'existant que de tels objectifs deviennent possibles. La climatisation est aujourd'hui un enjeu car le marché est en forte croissance (renforcé aussi par le réchauffement de la planète) et le stock européen est déjà important. La Directive de performance énergétique des bâtiments s'intéresse aux systèmes de climatisation en prévoyant l'inspection périodique des systèmes de plus de 12 kW. L'inspection vise à évaluer le bon fonctionnement du système et ensuite à proposer des actions d'amélioration. La thèse cherche à déterminer et quantifier les problèmes que les principaux systèmes de climatisation rencontrent pendant leur vie du point de vue technique. Il s'agit de savoir comment les détecter, quels sont les impacts énergétiques et les effets sur le confort. Les technologies de climatisation sont nombreuses et diversifiées selon le type et les besoins spécifiques du bâtiment. On a donc retenu deux types de système à analyser, les plus courants sur le marché européen : les climatiseurs split et les groupes de production d'eau glacée. Les caractéristiques des appareils représentatifs sont celles des technologies utilisées dans les années passées et couramment présentes dans le stock. Après avoir déterminé les défauts de fonctionnement les plus courants pour ces deux types de système, les défauts sont analysés du point de vue physique puis modélisés par des outils spécifiques bâtis à partir d'une structure existante, afin de mesurer les impacts sur les performances et de déterminer les paramètres mesurables qui caractérisent chaque défaut. Ensuite, on observe les effets des défauts dans un contexte plus proche de la réalité par des simulations qui incluent la dégradation des systèmes dans des bâtiments type avec des climats de référence. Une troisième étape de ce travail consiste à relier le niveau du défaut au temps afin d'observer la dégradation progressive et de pouvoir déterminer la fréquence des actions de correction optimisée en termes d'énergie et de coût. On peut ainsi obtenir une courbe de performance pluriannuelle avec ou sans action corrective ou préventive. La modélisation est l'outil principal de cette thèse car flexible et performant pour isoler l'effet de dégradation de chaque défaut. Surtout, le problème posé constitue un cas ou la vérification expérimentale est longue et où les différents effets s'additionnent. Ceci étant, tous les éléments expérimentaux recensés dans la littérature ont été utilisés pour valider les résultas et paramétrer certains modèles.
Développement d'une méthodologie d'analyse coût-bénéfice en vue d'évaluer le potentiel de réduction des impacts environnementaux liés au confort d'été
Le développement de la climatisation individuelle est une préoccupation grandissante pour les pouvoirs publics français. Dans ce cadre, cette thèse vise à évaluer, sous l'angle de l'Analyse Coût-Bénéfice (ACB), des solutions permettant de concilier amélioration du confort d'été et réduction des impacts environnementaux. Après avoir éclairci le concept d'ambiance climatique confortable, des méthodes de monétisation de l'inconfort et des externalités sont développées en vue d'être integrées dans l'évaluation économique d'actions d'amélioration du confort d'été. Les potentiels d'actions portant sur l'enveloppe et l'usage des bâtiments sont ensuite quantifiés en termes de réduction des besoins de refroidissement (locaux climatisés) et d'amélioration du confort d'été (locaux non climatisés). Des stratégies efficaces de lutte contre l'inconfort sont identifiées. Il apparaît d'autre part que les rénovations d'enveloppe des bâtiments, réalisées en vue de réduire les besoins de chauffage, peuvent fortement détériorer le confort d'été. Les potentiels d'amélioration des performances environnementales des climatiseurs sont ensuite estimés, ce qui nécessite le développement d'une méthode d'évaluation de l'efficacité énergétique saisonnière des appareils. L'Analyse en Cycle de Vie réalisée montre que l'atténuation des impacts requiert de se concentrer sur la réduction des consommations électriques puis sur le cycle de vie du fluide frigorigène. Enfin, l'ACB d'actions d'amélioration du confort d'été est réalisée, puis complétée par un travail prospectif d'estimation des impacts de la climatisation dans le parc existant français. La superficie climatisée pourrait croître de 650 % d'ici 2030, le secteur résidentiel représentant alors l'essentiel des surfaces (90 %). Des mesures de maîtrise de la demande d'énergie, associées à la récupération des fluides frigorigènes, peuvent néanmoins réduire fortement les impacts engendrés.
Simulation dynamique des systèmes de climatisation
La gestion avancée de la qualité de l'air et de la consommation des installations de climatisation passe par une maîtrise de la régulation, et par une vérification de leurs performances. La modélisation physique des équipements permet d'envisager une résolution des problèmes sous une formulaion empruntée à l'automatisme : modèles d'état (systèmes continus linéaires) et machines à états finis (systèmes séquentiels). Basée sur l'analyse systémique, une méthodologie est mise en œuvre au moyen d'un logiciel de programmation graphique, comportant un module dédié à la programmation en séquentiel. Une gestion est ainsi défine pour les systèmes dessiccant. Les méthodes de paramétrage des régulateurs continus (multivariables) sont analysées. Les plus pertinentes sont appliquées en simulation au cas des systèmes à débit d'air variable. La garantie des performances de ces systèmes à débit d'air variable est quantifiée : - du point de vue de leur mise en œuvre par rapport au débit constant- par l'évaluation de l'impact (énergie/qualité de l'air) de la résolution de défauts. Les résultats obtenus sont confrontés à une campagne expérimentale.