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Theses Year : 2009

Part load optimization of commercial reversible heat pumps

Optimisation des performances non nominales des pompes à chaleur réversibles pour le secteur tertiaire

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Abstract

Seasonal performance optimization of reversible heat pumps contributes to the reduction of energy consumption in the commercial building sector. A detailed thermodynamic model of a commercial heat pump (compressor, condenser, expansion valve, evaporator) at off-design conditions is developed. The heat pump model, validated by experiments in laboratory and in-situ, is coupled to a building thermal load model to evaluate the seasonal performance of the heat pump and to improve its design according to this criterion. Seasonal performance optimization is then led to respond to two different objectives: - Local perspective optimum: optimization with respect to a specific installation with focus on heat output regulation or prioritizing design optimal design in heating or in cooling mode. The seasonal optimization of the heat pump is carried out on an office building for different building characteristics (new and existing) simulated under different climates in order to test the sensitivity of the results. - Industrial point of view optimum: integration of innovative devices to support competition and to increase the product ranking for performance labeling. The performance improvements are completed with a technical-economic study, based on the heat pump main components costs decomposition. Finally, the payback time of the optimized heat pump is determined for the different building and climates.
L'optimisation des performances non nominales des pompes à chaleur réversibles contribue à la réduction des consommations énergétiques du secteur tertiaire. Une modélisation thermodynamique détaillée d'une pompe à chaleur destinée au secteur tertiaire (compresseur, condenseur, détendeur, évaporateur) en régime non nominal est réalisée. Le modèle de pompe à chaleur validé par expérimentation en laboratoire et in-situ est couplé à un modèle de calcul des besoins thermiques de bâtiment afin d'évaluer les performances saisonnières de la PAC et d'améliorer la conception en fonction de ce critère. Des voies d'optimisation des performances saisonnières sont évaluées suivant deux axes principaux : -Optimum du point de vue local : optimisation par rapport à une courbe de besoins donnée ; interviennent la régulation de puissance, la conception orientée mode chaud ou orientée mode froid. Ces simulations sont réalisées sur un bâtiment tertiaire de type neuf ou existant. Une étude de sensibilité des résultats au climat du lieu d'installation est également réalisée. -Optimum du point de vue industriel : par l'intégration de composants innovants à fort enjeu concurrentiel pour un bon positionnement vis-à-vis de l'étiquetage européen des systèmes de climatisation. Les améliorations de performance sont complétées par une étude technico-économique, basée sur la décomposition des coûts de la PAC selon ses principaux composants. On détermine finalement le temps de retour de la machine optimisée en fonction du type de bâtiment et du climat.
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Dates and versions

pastel-00566590 , version 1 (16-02-2011)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00566590 , version 1

Cite

Elias Kinab. Optimisation des performances non nominales des pompes à chaleur réversibles pour le secteur tertiaire. Thermique [physics.class-ph]. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00566590⟩
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