On va considérer que les systèmes de refroidissement fonctionnent 6 mois, commençant par Mai et finissant par octobre alors que les heures de travail commencent à 7 heures matin et se terminent à 7 heures après midi. Pour estimer le coût du fonctionnement pour chaque système que nous avons, il faut déterminer la consommation électrique probable au cours de leur durée de fonctionnement.
Les ventilo-convecteurs ne seront pas pris en considération dans la comparaison de consommation électrique, parce que leur charge électrique est égale dans les deux systèmes. La comparaison principale est entre le GRL et sa la pompe et le VRV.
La charge de refroidissement n'est pas constante au cours de la journée, cela change beaucoup entre le jour et la nuit, et même entre les heures de la journée. La principale cause de cette différence de charge de refroidissement est la variation de charge solaire pendant la journée. Une simulation a été faite par le logiciel ‘Hourly analysis program’ pour aboutir à des résultats fiables à propos des charges horaires de l’ensemble du bâtiment (figure 56).
Figure 54: les charges horaires de juillet
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Data for July
Lo ad ( kW ) Hour of Day 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
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Figure 55: les charges horaires des 6 mois.
95 ENERGIE CONSOMEE PAR LE GRL :
La variation de la charge à chaque heure contribue à une variation du COP donc le COP du GRL n’est pas constant, il varie avec la charge, ainsi que la charge électrique. Dans notre cas pour calculer le coût de fonctionnement on va trouver le coefficient EER (Energy efficiency Ratio) qui est le rapport entre la capacité réelle et la puissance réelle consommée par le compresseur.
Mais comme le GRL est de capacité modulable donc on admet un nouveau coefficient ‘IPLV’ (integrated part load value) qui est une caractéristique de performance développer par Ashrae et utilisé pour décrire ce type de GRL. L’IPLV est déduit du rendement de l’équipement fonctionnant à plusieurs capacités, il est très important car il tient compte de l’usage de l’énergie, et de cout d’exploitation durant la vie du GRL.
On peut calculer l’IPLV par la formule suivante :
- IPLV = 0.01 A + 0.42B + 0.45C + 0.12D (BTU/hr / W) A= COP ou EER @ 100% load
B= COP ou EER @ 75% load C= COP ou EER @ 50% load D= COP ou EER @ 25% load
Ou bien directement on peut trouver ce coefficient par le catalogue du constructeur (dans notre cas IPLV vaut 14.6).
-calcul de IPLV : IPLV = 0.01*9.7+ 0.42*13.1 + 0.45*15.5 + 0.12*17.1 =
0.097 + 5.502 + 6.975 + 2.052 = 14.62 (BTU/ hr /W).
La valeur IPLV est une caractéristique du GRL, elle n’est pas destiné à être utiliser pour prédire la consommation d’énergie annuelle pour n’importe qu’elle application ou conditions d’opérations.
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- méthode de calcul : D’une autre manière, en calculant le pourcentage de la charge de refroidissement par rapport à la capacité maximale du GRL et le coefficient de performance pour cette charge partielle pour chaque heure, nous permet de déterminer la consommation électrique. Or pour chaque courbe de la figure 57, il existe une équation numérique qui relie les points, mais cette équation est très compliquer car pour relier 12 point on a besoin d’une équation de degrés 11, pour cela j’ai facilité mon travail par décomposer chaque courbe en 12 lignes droites a équation bien définie pour une intervalle du temps bien défini. Il est simple de déduire la consommation électrique tout en intégrant les droites (Qf(t)/COP) entre ces bornes pour trouver les surfaces engendrées par ces courbe qui représentent dans notre cas la consommation électrique.
Tout d’abord l’équation qui donne l’évolution du COP en fonction du % de la capacité total (x) :
COP(x) = -0.6078x3 - 0.9117x2 - 0.8737x + 5.1567
Figure 56: COP (x) du GRL
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Commençant par le mois de mai, un calcul détaillé sera présenté tout de suite entre deux heures du mois de mai, puis je présenterais les résultats pour tous les autres points de tous les mois, le calcul des autres points serait présenté dans l’annexe.
D’après les résultats du HAP, a 7 :00 am du mois de mai la charge vaut 270.1 KW alors qu’à 8 :00 am cette charge vaut 265.2 KW.
L’équation de la droite qui relie les deux points : Y= a*t + b
La pente ‘a’ vaut (y2-y1)/ (t2-t1) = (265.2-270.1)/(8-7) = - 4.9 KW/hr. La valeur de la constante ‘ b ‘ vaut y1-a*t1 = 270.1- (-4.9)*7 = 304.4 KW. Donc : Y = -4.9 * t + 304.4
X1 = 270.1/531.75 = 0.51 X2= 265.2/531.75 = 0.5 COP (x1) = 4.410597 COP (x2) = 4.431422 COP moyenne = (4.410597 + 4.431422)/2 = 4.421009.
La consommation électrique entre 7:00 am et 8:00 am donc égale :
E1 =
∫78−𝟒.𝟗 ∗ 𝐭 + 𝟑𝟎𝟒.𝟒𝐶𝑂𝑃
dt = 61 kWh
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Etablissement de l’équation analytique générale Ei de tous les points :
Ei =
𝐶𝑂𝑃1∫ 𝑎 ∗ 𝑡 + 𝑏
𝑡1𝑡2=
𝐶𝑂𝑃1∗ (
1 2∗ 𝑎 ∗ (𝑡2
2− 𝑡1
2) + 𝑏 ∗ (𝑡2 − 𝑡1))
=
𝐶𝑂𝑃1∗ (
1 2∗
(y2−y1) (t2−t1)∗ (𝑡2
2− 𝑡1
2) + ((𝑦1 −
y2−y1 𝑡2−𝑡1∗ 𝑡1) ∗ (t2 − t1))
Notant que la consommation totale en mai vaut
C1= ∑ 𝑬𝒊
𝟏𝟐𝟏
*22
= 29 942 KWhLa consommation du pompe ayant une capacité nominal 12.2 kW fonctionnant 1584 h /an est égale 19 325 KW.
La consommation totale annuelle vaut 189 888 KWh ENERGIE CONSOMEE PAR LE VRV :
La même démarche est utilisée pour calculer les consommations électriques du VRV. Les courbes des charges de refroidissements sont les même indépendamment du système utilisé. Seul le COP du système se diffère. L’équation qui donne l’évolution du COP du VRV (MDS 200B) en fonction du % de la capacité total (x) :
COP(x) = -7.9238x3 + 13.257x2 - 8.8762x + 6.6286
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La consommation totale du système VRV est égale à la somme des consommations des 6 unités extérieures.
Par analogie à la procédure de calcul faite pour le GRL, on constate que la consommation électrique totale du VRV vaut 163890 KWh.
COMPARIASON ENTRE LES DEUX SYSTEMES :
Figure 59:Les consommations électriques mensuelles de deux systèmes
En supposant que le coût du kWh au Liban est de 0,12 $, le coût de fonctionnement pour les deux systèmes vaut :
-Système GRL : 189 888 KWh x 0.12 $/KWh = 22 786 $ / an. -Système VRV : 163 890 KWh x 0.12 $/KWh = 19 666 $ / an.
On remarque que les besoins énergétiques du GRL sont presque 1,16 fois plus que celles du VRV, or les résultats montrent que le système GRL coûte 3120 $ de plus par année que le système VRV.
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