Systemic optimization of micro-cogenerations integrated to buildings
Optimisation systémique de micro-cogénérateurs intégrés au bâtiment
Résumé
Micro-cogeneration systems appeared on the market in the last decades. They are recognised and stimulated in numerous countries as a mean of reducing the energy consumption and the green house gases emissions of buildings. In France however, their introduction and sustainability on the market is restrained by their economic and environmental analysis not yet precisely assessed, and by the fact that the technology is unknown from the architects and contractors. Thus, a numerical model that could be integrated in dynamic building and systems simulation software is created. A detailed experimental campaign conducted on a Stirling-based gas fired micro-cogenerator enabled a simplification of the model by means of a selection of the relevant parameters. That way, an identification procedure with few parameters has been designed. It reduces the experimental needs to calibrate the model, but preserves the models validity, thanks to the modelling of physical phenomena and the use of thermodynamic properties found in the literature. The calibrated and validated model has been integrated in a numerical tool for simulating micro-cogeneration systems coupled to buildings. The thermal needs of the building, for heating and hot domestic water purposes, as well as its electrical needs have been modelled. The building thus modelled has been coupled with the micro-cogenerator and a thermal storage. A cost function that associates energetic and environmental performances has been defined. This permits the optimisation of the sizing and operation of the building-integrated system.
es systèmes de micro-cogénération, émergents sur le marché, sont reconnus et encouragés dans de nombreux pays comme un outil de réduction de l'empreinte énergétique des bâtiments ainsi que des émissions de gaz à effet de serre. En France néanmoins, leur introduction et leur pérennisation rencontre un certain nombre de verrous, parmi lesquels un bilan économique et environnemental restant à évaluer précisément et une méconnaissance de la technologie par les acteurs de la filière : prescripteurs et maîtres d'ouvrage. Une modélisation numérique permettant l'intégration dans des environnements de simulation numérique de bâtiments et de systèmes a donc été élaborée. Une campagne d'essais très détaillée sur une micro-cogénération à moteur Stirling fonctionnant au gaz a permis de simplifier le modèle en retenant les paramètres clés. On en a déduit une procédure d'identification à peu de paramètres réduisant au maximum les besoins expérimentaux pour le paramétrage tout en conservant une validité au modèle grâce à la prise en compte des phénomènes physiques et des données thermodynamiques accessibles dans la littérature. Une fois le modèle établi paramétré et validé, on l'a intégré dans une plate-forme de simulation des systèmes de micro-cogénération couplés à des bâtiments. On y modélise les besoins thermiques, de chauffage et d'eau chaude sanitaire, et les besoins électriques de bâtiments, permettant le couplage avec le micro-cogénérateur et un stockage thermique. Ceci permet l'optimisation du dimensionnement et de la conduite du système en recourant à un programme dédié et en définissant une fonction de résultat qui associe performances énergétiques et environnementales.
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