Efficacité énergétique des thermofrigopompes
Résumé
Mes activités de recherche portent sur le fonctionnement des thermofrigopompes (TFP), machines frigorifiques par lesquelles sont valorisées simultanément les productions de froid et de chaleur. Jusqu’à présent, j’ai travaillé sur les machines frigorifiques les plus classiques, celles à compression de vapeur. La première partie de ce mémoire est la synthèse de mes travaux scientifiques qui présente l’ensemble des études menées en autonomie et avec l’aide de mes collègues, enseignants-chercheurs et techniciens, et des étudiants de licence (1), de master (9), de doctorat (2) et de post-doctorat (1) que j’ai co-encadrés. Ce mémoire me permet de faire un bilan complet des actions menées tout au long de ces années en tant que chercheur, de montrer la cohérence de ma démarche de recherche et de présenter certaines études ou analyses complémentaires aux travaux publiés dans des journaux et présentés dans des congrès.
Dans le premier chapitre de la synthèse de mes travaux scientifiques, je présente les usages des productions des thermofrigopompes sous la forme d’une analyse des besoins de différents types de bâtiments et d’une revue bibliographique des installations. Les applications des TFP que j’ai étudiées sont diverses et variées : chauffage d’ambiance, eau chaude sanitaire (ECS), eau chaude pour un procédé de dessalement,
rafraîchissement d’ambiance…
J’expose ensuite les principes de fonctionnement du cycle frigorifique à compression de vapeur dans le deuxième chapitre. J’ai appliqué des moyens et des méthodes d’amélioration des performances des cycles frigorifiques et de la gestion des productions de chaleur et de froid pour satisfaire les besoins thermiques. Pour cela, j’ai mené des études paramétriques, des analyses énergétiques et exergétiques ainsi que des
calculs d’impact environnemental par TEWI.
Dans chaque étude, une réflexion sur le fluide frigorigène a été menée par des études comparatives. La performance est fortement liée au fluide frigorigène qui subit un cycle thermodynamique. Les propriétés thermophysiques et autres caractéristiques des fluides frigorigènes employés dans les TFP sont présentées dans le troisième chapitre. Pour des raisons environnementales, les fluides frigorigènes naturels ont souvent été préférés dans mes différentes études. J’ai ainsi pu collecter des corrélations rencontrées dans la littérature pour le calcul des coefficients d’échange convectifs adaptées aux machines étudiées.
Le chapitre quatre résume les résultats de recherche expérimentaux et numériques obtenus au travers de mes co-encadrements et de mes autres activités. De nouvelles architectures de circuits frigorifiques ont été conçues. Des prototypes couplant chauffage-rafraîchissement, chauffage-rafraîchissement-ECS et rafraîchissement-dessalement ont été élaborés, construits et testés. Ces systèmes ont été modélisés finement à l’aide des logiciels EES [1] et TRNSYS [2], couplés à des modèles de bâtiments et soumis aux sollicitations de différents climats. Les résultats montrent que les TFP sont des systèmes généralement très performants. Toutefois, une forte simultanéité des besoins est primordiale. La production simultanée de froid et de dessalement est une piste d’étude à approfondir avec le CO2 comme fluide frigorigène.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)