Présentation de l’exercice
Cet exercice montre comment modéliser avec Thermoptim une pompe à chaleur sol-eau destinée à chauffer une maternelle. Il s’agit d’un exercice construit à partir d’un cas réel installé en Angleterre.
On considère que vous savez déjà modéliser un cycle frigorifique dans Thermoptim. Si ce n’est pas le cas, commencez par traiter l’exercice de la séance S31
Une fois le modèle paramétré et son bilan exergétique établi, les échangeurs sont construits, et l’évaporateur dimensionné, afin de montrer la marche à suivre pour y arriver : sa surface est calculée sur la base d’une estimation des coefficients d’échange thermiques internes à l’échangeur.
L’ensemble de ces calculs est relativement compliqué et demande de prendre certaines précautions. Si vous n’êtes pas familier avec la construction des échangeurs dans Thermoptim, nous vous conseillons de vous référer à la séance S18 qui traite spécifiquement de cette question.
(Séance réalisée le 22/02/05 par Renaud Gicquel)Enoncé du problème
PAC sol autour d’une maternelle
Eau glycolée 25 % volume
T sol : départ 0 °C – retour 7 °C
T chauffage : départ 44 °C – retour 35 °C
Puissance 35 kW chauffage (Tex = 5 °C)
Frigorigène : propane
Modéliser l’installation
Dresser le bilan exergétique
Dimensionner l’évaporateur
Cycle sans les échangeurs
Construction de l’échangeur
Ecran de l’échangeur
Ecran de l’échangeur
Schéma complet
Bilan exergétique cycle simple
Bilan exergétique global
Rendement exergétique = exergie cédée au circuit de chauffage sur exergie reçue
Bilan exergétique d’une chaudière
Dimensionnement de l’évaporateur
Évaporateur co-axial en cuivre
Diamètre intérieur : 16 mm
Écartement entre les tubes : 4 mm
Frigorigène à l’intérieur
Récapitulatif
Cet exercice vous a permis, autour d’une étude de cas réaliste de pompe à chaleur sol-eau, de dresser des bilans exergétiques, de vous familiariser avec le calcul des échangeurs dans Thermoptim, et même de dimensionner la surface de l’un d’entre eux.
Vous trouverez dans l’archive téléchargeable à partir du lien ci-dessous tous les fichiers de travail utilisés lors de cet exercice, en particulier les fichiers de projet et de schéma des modèles de la pompe à chaleur et de la chaudière à laquelle l’efficacité de son mode de chauffage est comparé.
Dans la version actuellement diffusée de Thermoptim, le calcul des coefficients d’échange thermique doit être fait à la main, en dehors du progiciel. Une version capable de faire du dimensionnement technologique est en cours de développement. Elle permettra aussi d’étudier le fonctionnement en régime non-nominal de divers systèmes. Si vous souhaitez des renseignements à son sujet, reportez-vous au site de référence de Thermoptim.
Les valeurs utilisées pour calculer les coefficients d’échange thermique sont approchées, à la fois parce que l’évaporateur est en réalité un échangeur bizone du fait de la présence de la surchauffe, et parce que les corrélations donnant le nombre de Nusselt ont une précision limitée. Notre objectif est simplement de donner quelques indications sur la manière dont U peut être estimé, sachant qu’un calcul précis serait beaucoup plus compliqué et de surcroît sort du champ de la thermodynamique.