Analyse de sensibilité d’un système de production d’eau chaude sanitaire avec des capteurs solaires thermiques, une pompe à chaleur et d’un stockage
Arnaud Lapertot, Andrea Kindinis
: alapertot@estp-paris.eu
Institut de Recherche en Constructibilité, ESTP Paris, 94230 Cachan, France
Mots clés : analyse de sensibilité, analyse multicritère, eau chaude sanitaire, capteur solaire thermique, pompe à chaleur, stockage de chaleur
Résumé :
La consommation d’Eau Chaude Sanitaire (ECS) représente environ 20% de l’énergie finale dans le secteur du bâtiment [1]. Il est donc nécessaire d’utiliser des dispositifs de production basés sur les énergies renouvelables afin d’améliorer ces performances. Une des solutions possibles est d’utiliser un système énergétique basé sur les capteurs solaires thermiques couplés à une pompe à chaleur (PAC) et un stockage d’ECS. De plus, le dimensionnement du dispositif doit respecter certaines limites pour éviter son surcoût ou sa sous-performance, c’est pour cela qu’une procédure d’analyse de sensibilité et d’aide à la décision multicritère est appliquée.
Le système énergétique, basé sur les travaux de [2], est installé dans un bâtiment résidentiel passif et permet de satisfaire la demande d’ECS tout au long de l’année. Le dispositif capte l’irradiation solaire grâce à ses panneaux solaires thermiques pour chauffer un fluide caloporteur, puis cette énergie est transférée vers une pompe à chaleur eau-eau. Cette PAC requiert de l’énergie électrique pour produire une plus grande quantité d’énergie thermique, ce qui permet ensuite de remplir un ballon d’ECS. Enfin, la demande d’ECS est modélisé à travers un profil de puisage
L’objectif de cette étude est de déterminer les limites de dimensionnement qui permettront de simplifier la procédure d’optimisation par la suite. Pour cela, une analyse de sensibilité [3] et une procédure d’aide à la décision sont appliquées au modèle dynamique qui tient compte de plusieurs variables et critères. En effet, les paramètres d’étude sont la surface des panneaux solaires, la puissance de la PAC et le volume du stockage de chaleur. Les critères du problème sont de maximiser le coefficient de performance et de minimiser le coût de l’énergie.
Les résultats de la procédure d’analyse de sensibilité et d’aide à la décision montrent que les objectifs n’évoluent pas dans le même sens, puisque l’amélioration des performances engendre un coût supplémentaire. De plus, ce processus permet de définir les limites de dimensionnement les plus adéquates pour des différentes variables. Effectivement, certaines valeurs de paramètres ne permettent pas d’obtenir un système performant ou économique, il sera donc important de les identifier afin d’amélioration la procédure d’optimisation. Dans cette étude, différentes typologies de logements et profils de puisage sont considérés afin de voir l’impact sur les critères.
Références :
[1] E. Fuentes and L. Arce and J. Salom, A review of domestic hot water consumption profiles for application in systems and buildings energy performance analysis, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 81 (2018) 1530-1547, DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.229.
[2] Launay, S., Kadoch, B., Le Metayer, O. and Parrado, C. (2019). Analysis strategy for multicriteria optimization: Application to inter-seasonal solar heat storage for residential building needs. Energy. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.12.181.
[3] Montgomery, D. C. (2013). Design and analysis of experiments, John Wiley & Sons, ISBN: 978-1-118-14692-7.
doi : https://doi.org/10.25855/SFT2023-044
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