Soutenance mémoire
Typologie selon le vecteur de froid
Afin de répondre aux besoins thermiques d’un bâtiment, la chaine énergétique entre la consommation d’un vecteur énergétique (gaz, électricité, fioul, solaire, biomasse,) et le chauffage ou la climatisation d’un local, peut être examiné en considérant deux grands types de système :
-Les systèmes de production centralisée à air et à eau : dans ce cas la production et la distribution d’un ou plusieurs vecteurs énergétiques (eau et/ou air) permettent d’alimenter une ou plusieurs zones du bâtiment.
-Les systèmes à détente directe : dans ce cas un circuit frigorifique plus ou moins complexe est utilisé pour rafraichir et/ou chauffer une ou plusieurs zones du bâtiment, les systèmes les plus complexes étant ceux à débit de réfrigérant variable et les plus simples les split-system.
Dans notre travail, nous limiterons notre étude aux systèmes à air et à eau. Ainsi, pour le premier type de système, le réseau de distribution peut être raccordé à plusieurs types de systèmes de traitement d’air :
-Un système de traitement d’air centralisé : le réseau de distribution hydraulique est utilisé pour refroidir ou chauffer de l’air qui est à son tour redistribué par un réseau de distribution aéraulique dans une ou plusieurs zones du bâtiment.
-Un système de traitement d’air décentralisé : le réseau de distribution hydraulique est directement utilisé pour refroidir ou chauffer l’air dans chacune des zones du bâtiment.
-Un système de traitement d’air mixte : le réseau de distribution hydraulique est utilisé à la fois pour refroidir ou chauffer de l’air redistribué ensuite par un réseau aéraulique mais également pour assurer un traitement local de la température au niveau d’une ou plusieurs zones. Les systèmes de traitement d’air ainsi définis peuvent desservir une ou plusieurs zones du bâtiment. Cette distinction permet de comprendre l’interaction entre l’architecture des réseaux hydrauliques d’eau chaude/d’eau glacée et l’architecture du réseau aéraulique.
Le contrôle central : mode été / hiver
Lorsque le chauffage et le rafraîchissement sont assurés à l’aide d’échangeur(s) air/eau, des spécificités apparaissent pour l’organisation des réseaux d’eau. Une typologie de cette sous-architecture est établie dans la partie 1.3. En effet, certains systèmes doivent être associés ou dissociés pour permettre de chauffer ou de refroidir la zone considérée. Pour les bâtiments existants, il est possible de rencontrer un système de contrôle indépendant pour le chauffage et le refroidissement. La commutation (ou encore inversion) du chauffage au refroidissement s’effectue centralement au moyen de vannes. Cette commutation peut s’effectuer automatiquement, par un régulateur piloté par la température extérieure, ou manuellement par le manager du bâtiment ou pendant une opération de maintenance.
Architecture du réseau d’eau glacée à plusieurs pompes
Ce type d’architecture est envisagé dans des installations importantes. En effet, pour de telles applications, il n’est pas rare d’observer que le circuit secondaire se décompose en plusieurs sous circuits desservant des zones diverses du bâtiment. Ce type d’architecture permet alors de séparer hydrauliquement la distribution de l’eau et la production en fonction des charges spécifiques de chaque zone. Nous reviendrons sur la notion d’équilibrage au paragraphe 1.7. Quelle que soit l’architecture d’un réseau d’eau glacée à plusieurs pompes, le système de pompage situé au niveau du circuit de distribution (circuit secondaire), peut être constitué de deux façons différentes :
-Un module de pompage situé à l’entrée du système de distribution
-Un module de pompage dédié à chaque zone du bâtiment. Ces pompes sont positionnées à l’entrée du réseau de chaque zone. Différentes technologies existent afin d’assurer un découplage hydraulique de l’installation :
-Un tuyau de bipasse équipé d’une vanne deux voies motorisée est une première solution. [ASHRAEA07]. Ce bipasse dit bipasse lisse est constitué d’un tube ayant le même diamètre que les tuyauteries s’y raccordant.
-L’utilisation d’une bouteille de découplage (encore appelé bouteille casse pression) est une seconde solution. Celle-ci permet de découpler et de rendre hydrauliquement indépendant le circuit primaire et secondaire
Equilibrage du réseau et interférences hydrauliques
Les caractéristiques de transfert thermique des échangeurs varient fortement en fonction du débit. La conception de l’architecture d’un réseau et de sa régulation implique intrinsèquement que le débit nominal ne peut être respecté sans la mise en place d’un équilibrage adéquat. Par exemple, la mise en parallèle d’échangeurs dans un circuit d’eau induit généralement une variation de débit entre les différentes branches raccordées. Mais le fonctionnement non nominal de l’installation par la régulation de débit accentue également la mauvaise répartition des débits. Les deux phénomènes suivants doivent être distingués :
-La mauvaise répartition des débits en régime de fonctionnement nominal
-Des interférences hydrauliques pendant le fonctionnement de l’installation (en dehors du régime nominal) Les définitions associées sont données dans le paragraphe suivant.
Définitions existantes de la température d’inversion et de la température de non climatisation
Des définitions différentes peuvent être données par les fabricants et d’autre part par les exploitants. Les fabricants [CIAT1] définissent le mode été/hiver à l’aide de la règle suivante : le groupe produira du froid dès que la température intérieure sera supérieure à la consigne de température. La production de chaud est contrôlée de manière antagoniste par rapport à celle de froid. Cette définition a pour objet l’exploitation d’un système de climatisation de type split-system. Comme celui-ci, d’autres systèmes de climatisation existants sont implantés et contrôlés localement grâce à une sonde de température introduite dans la zone climatisée. En pratique cette définition des fabricants n’est donc pas opératoire à elle seule pour des systèmes plus complexes. Il faut alors la compléter par la description des systèmes pour savoir comment sont gérés les différentes consignes et les différents équipements. Nous proposons donc d’examiner si l’application d’une consigne pour définir le mode chaud et le mode froid est envisageable pour les systèmes utilisant l’air extérieur comme air primaire c’est à dire par rapport aux systèmes à eau glacée aux paragraphes 1.1.2 et 1.1.3. Pour un système à deux tubes, le passage du mode été au mode hiver correspond à la température d’inversion de la zone considérée. Cette température assure le bon fonctionnement de ce type de système. Le changement étant généralement effectué manuellement par l’exploitant deux fois par an. Ainsi, un inconfort des occupants peut apparaitre dans certaines zones du bâtiment et ce en particulier en période d’intersaison. Ainsi il existe une température de non-climatisation correspondant à une certaine température extérieure en dessous de laquelle le refroidissement n’est pas nécessaire [ASHRAES04]. Pour un système quatre tubes, le mode chaud et le mode froid peuvent apparaître selon la charge thermique de chaque zone. Ainsi, la production de chaud ou celle de froid peuvent être assurées toute l’année. Pour un système quatre tubes parfaitement conçu,le confort doit être respecté toute l’année. Dans ce cas la détermination de la température de non climatisation permettrait d’éteindre les équipements de production et de distribution de froid.
Détermination de la charge maximale d’une zone
Il existe trois types de méthode pour évaluer la charge qui peuvent être utilisées par les praticiens lors de la phase de conception :
-Les méthodes basées sur l’expérience du concepteur
-Les méthodes statiques
-Les méthodes dynamiques
Nous développons plus en détail ces trois méthodes d’évaluation dans le chapitre 4 partie 4.1. Nous retiendrons que chacune de ces méthodes admet un degré de simplicité d’utilisation variable.
La maintenance d’une installation
Nous ne développons pas dans ce chapitre les différentes actions que l’équipe de maintenance doit effectuer régulièrement. Toutefois, nous notons que la maintenance d’une installation peut se décomposer en trois types d’actions. Le premier type correspond à une action préventive, c’est-à-dire la mise en place d’une action pour empêcher l’occurrence d’un défaut. Par exemple le nettoyage périodique d’un condenseur permet de maintenir périodiquement les propriétés de transfert thermique de l’échangeur. Le deuxième type correspond à une action corrective c’est-à-dire la mise en place d’une action pour supprimer la cause d’un défaut détecté. Par exemple le calibrage des sondes de température intérieure permet de maintenir le confort de l’occupant. Le troisième type correspond à une action curative, c’est-à-dire la mise en place d’une action pour supprimer le défaut détecté. Ce type d’action peut s’avérer temporairement efficace mais ne perdurera pas dans le temps. En effet, si le défaut intervient prématurément sur la durée de vie « normale » d’un équipement, il peut être envisageable de compléter ce type d’action par la mise en place d’une action corrective. L’équipe de maintenance peut consigner ces différentes actions dans un registre. On notera que certaines de sociétés de maintenance utilisent un outil informatisé pour consigner cet ensemble d’informations : on parle dans ce cas de gestion de la maintenance assistée par ordinateur (GMAO).
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 DE LA CONCEPTION A L’EXPLOITATION DES SYSTEMES DE CLIMATISATION A EAU GLACEE
1.1 RECONNAISSANCE D’UN SYSTEME : TYPOLOGIE D’UN SYSTEME
1.2 COMMENT EXPLOITER UN SYSTEME : LA REGULATION ET LES TECHNIQUES D’EXPLOITATION
1.3 COMPRENDRE LA REGULATION ET L’ARCHITECTURE CENTRALE DE LA DISTRIBUTION D’EAU
1.4 COMPRENDRE L’ARCHITECTURE LOCALE D’UN RESEAU DE DISTRIBUTION D’EAU
1.5 COMPRENDRE LA REGULATION DE L’EMISSION
1.6 ANALYSER UN RESEAU DE DISTRIBUTION D’EAU DANS UN BATIMENT
1.7 COMPRENDRE L’INSTALLATION DU RESEAU DE DISTRIBUTION
1.8 EXPLOITER LES RESEAUX DE DISTRIBUTION D’EAU GLACEE
1.9 DE LA CHARGE THERMIQUE AU DIMENSIONNEMENT DES EQUIPEMENTS
1.10 LA MAINTENANCE D’UNE INSTALLATION
1.11 LE CONFORT THERMIQUE DES OCCUPANTS
1.12 SYNTHESE DE LA BIBLIOGRAPHIE
CHAPITRE 2 ETABLISSEMENT D’UN REFERENTIEL D’OPPORTUNITES ENERGETIQUES
2.1 METHODE POUR ETABLIR UN REFERENTIEL D’OPPORTUNITES ENERGETIQUES
2.2 ANALYSE D’UNE LISTE D’OPPORTUNITES
2.3 L’EFFICACITE DE LA DISTRIBUTION, UNE OPPORTUNITE D’ECONOMIE D’ENERGIE ?
2.4 L’EFFICACITE DE LA PRODUCTION, UNE OPPORTUNITE D’ECONOMIE D’ENERGIE ?
2.5 L’EFFICACITE DE L’EMISSION, UNE OPPORTUNITE D’ECONOMIE D’ENERGIE ?
2.6 LA MAITRISE DU BESOIN THERMIQUE DU BATIMENT
2.7 SYNTHESE DES OPPORTUNITES ENERGETIQUES
CHAPITRE 3 COMMENT IDENTIFIER DES OPPORTUNITES ENERGETIQUES ?
3.1 METHODOLOGIE DE BENCHMARKING
3.2 METHODES DE DETECTION DE DEFAUTS UTILISEES DANS LA MAINTENANCE
3.3 L’INSPECTION NORMATIVE DES INSTALLATIONS
3.4 FORMALISATION DE REFERENTIELS POUR L’IDENTIFICATION
3.5 SYNTHESE DES DIFFERENTES METHODOLOGIES D’IDENTIFICATION
CHAPITRE 4 METHODES ET PROCEDURES D’EVALUATION DES ECONOMIES D’ENERGIE
4.1 METHODES D’EVALUATION DES ECONOMIES D’ENERGIE
4.2 LES SERVICES ENERGETIQUES, UNE EVALUATION GARANTIE DE L’ECONOMIE D’ENERGIE ?
4.3 STRUCTURE ET CONTENU D’UNE PROCEDURE D’IDENTIFICATION D’ECONOMIE D’ENERGIE
4.4 SYNTHESE DES METHODES D’EVALUATION DES ECONOMIES D’ENERGIE
CHAPITRE 5 SELECTION D’OUTILS DE MODELISATION POUR L’EVALUATION DES ECONOMIES D’ENERGIE
5.1 TECHNIQUES DE MODELISATION POUR UNE EVALUATION DYNAMIQUE
5.2 MODELISATION DE L’ENVELOPPE
5.3 SELECTION D’UN OUTIL DE MODELISATION DYNAMIQUE MODELISATION DU CONTROLE DES EQUIPEMENTS
5.5 MODELISATION D’UN MOTEUR POUR EVALUER DES ECONOMIES D’ENERGIE
5.6 MODELISATION DE LA DISTRIBUTION D’EAU / D’AIR POUR EVALUER DES ECONOMIES D’ENERGIE
5.7 MODELISATION D’UNE BATTERIE FROIDE
5.8 SYNTHESE DE LA SELECTION DE MODELES ET TECHNIQUES DE MODELISATION
CHAPITRE 6 APPLICATION DES METHODES POUR L’EXPLOITATION DU RESEAU D’EAU GLACEE
6.1 ANALYSE TECHNIQUE DES SOLUTIONS
6.2 PROCEDURE D’IDENTIFICATION DES OPPORTUNITES
6.3 RECHERCHE DE METHODES D’EVALUATION DES ECONOMIES D’ENERGIE
6.4 MISE AU POINT D’UNE BASE DE DONNEE D’EQUIPEMENTS ET DE BATIMENTS
6.5 METHODE D’EVALUATION DES ECONOMIES D’ENERGIE POUR LE CONTROLE D’UN SYSTEME 4 TUBES
6.6 METHODES D’EVALUATION DES ECONOMIES D’ENERGIE POUR L’EXPLOITATION DU DEBIT VARIABLE
6.7 METHODES D’EVALUATION DE LA CONSOMMATION PRE-MODERNISATION
6.8 PROCEDURE D’IDENTIFICATION D’ECONOMIE D’ENERGIE POUR L’EXPLOITATION DU DEBIT VARIABLE
6.9 PROCEDURES D’IDENTIFICATION D’ECONOMIE D’ENERGIE POUR L’EXPLOITATION CENTRALE
CHAPITRE 7 APPLICATION DE STRATEGIES D’EXPLOITATION POUR ECONOMISER L’ENERGIE ET MAITRISER LE CONFORT DE L’OCCUPANT
7.1 INTERACTION ENTRE LE CONFORT ET L’EXPLOITATION D’UN SYSTEME DE CLIMATISATION
7.2 EVALUATION DE L’AMELIORATION DU CONFORT POUR LE CONTROLE D’UN SYSTEME DEUX TUBES
7.3 EVALUATION DES ECONOMIES D’ENERGIE POUR UNE EXPLOITATION HYBRIDE DE LA TEMPERATURE
7.4 SYNTHESE DES PROPOSITIONS
CHAPITRE 8 PROPOSITION DE BENCHMARKS PARAMETRES POUR UNE INSPECTION REGLEMENTAIRE
8.1 CRITIQUE DE L’APPROCHE REGLEMENTAIRE EXISTANTE DE LA PROCEDURE D’INSPECTION
8.2 VERS UNE EVALUATION QUANTITATIVE DE L’EFFICACITE ET DES CONCLUSIONS DE QUALITE
8.3 EVALUATION DE L’EFFICACITE D’UN GROUPE FRIGORIFIQUE
8.4 EVALUATION DE LA CONSOMMATION DES EQUIPEMENTS EN FONCTION DE LEURS SPECIFICITES DE CONCEPTION
8.5 EVALUATION QUANTITATIVE DE L’EFFICACITE DE L’EXPLOITATION
8.6 DEVELOPPEMENT D’UNE PROCEDURE D’EVALUATION DU SSEER D’UNE INSTALLATION EXISTANTE
8.7 UTILISATION D’UNE LISTE D’OPPORTUNITES ENERGETIQUES POUR LE DEVELOPPEMENT D’UNE PROCEDURE D’INSPECTION
8.8 SYNTHESE DE LA PROCEDURE D’INSPECTION REGLEMENTAIRE PROPOSEE
CONCLUSIONS
REFERENCES
ANNEXE 1 LISTE DES OPPORTUNITES ENERGETIQUES
ANNEXE 2 EXEMPLES DE FICHES SYNTHETIQUES D’OPPORTUNITES ENERGETIQUES
ANNEXE 3 EXEMPLES D’ESTIMATIONS DE L’ECONOMIE D’ENERGIE POUR UNE EXPLOITATION A DEBIT VARIABLE
ANNEXE 4 EXEMPLE D’APPLICATION DES PROCEDURES DEVELOPPEES
ANNEXE 5 PROCEDURE DE MESURE DE LA PUISSANCE ELECTRIQUE POUR UN RESEAU DESEQUILIBRE
ANNEXE 6 DETERMINATION DU ESEER D’UN GPEG A DEFAUT D’INFORMATION
ANNEXE 7 STATISTIQUES DES CERTIFICATS D’ECONOMIES D’ENERGIE (CEE)
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