I.5.1 Implication dans le programme ORASOL
I.5.1.1 Présentation du projet ORASOL
Sur le plan national, le projet d'Optimisation des procédés de RAfraîchissment SOLaire (ORASOL) porté par L'Agence National de Recherche (ANR) a pour objectif d'améliorer la connaissance sur les performances des systèmes de rafraîchissement solaire couplé au bâtiment [Lucas, 2008]. Ce projet regroupe six laboratoires de recherche (le LaTEP à Pau, le LIMSI à Orsay, le LOCIE et le CEA à Chambéry, PROMES à Perpignan et PIMENT à La Réunion) et deux industriels CIAT et TECSOL.
A terme, l'objectif de ce projet est de mettre à la disposition des maîtres d'œuvre, des outils d'aide à la décision, leur permettant de proposer aux maîtres d'ouvrage une installation dont les performances et le dimensionnement soient optimisés. A l'échéance de ce programme d'une durée de trois ans, il est prévu de réaliser :
• une étude d’optimisation des procédés thermodynamiques,
• des outils de dimensionnement utilisables en phase étude de faisabilité,
• des outils d’optimisation de dimensionnement d’installations.
Trois différents procédés sont étudiés : la dessiccation, la thermochimie et l'absorption, à travers quatre pôles de recherche, à savoir :
• Pôle 1 : analyse thermodynamique des procédés (analyse énergétique, exergétique et technologie des cycles ; étude des régimes transitoires),
• Pôle 2 : procédés par dessiccation (étude des composants ; étude du couplage système/bâtiment),
• Pôle 3 : procédés par absorption (étude de prototypes expérimentaux de faibles puissances ; études d’installations réelles de moyennes à fortes puissances),
• Pôle 4 : procédés thermochimiques (suivi expérimental du pilote thermochimique existant ; modélisation et validation du procédé thermochimique en régime instationnaire ; optimisation énergétique, thermodynamique et fonctionnelle ainsi que l’évaluation technico-économique du procédé).
[23]
Le pôle 1 a un rôle transversal de comparaison et d’analyse des trois procédés de production de froid solaire étudiés par les pôles 2, 3 et 4. Les pôles 2, 3 et 4 ont pour objectif de produire différents outils en s’appuyant sur les résultats de l’analyse du pôle 1 et sur des moyens mis en commun entre les autres partenaires. Cela concerne la diffusion de modèle de composants de systèmes de production de froid, de composants de contrôles ou des modèles d’installations complètes. D’autre part, certains partenaires, ne disposant pas d’installations expérimentales, bénéficieront malgré tout des résultats des manipulations de ceux qui en disposent.
Concrètement, les résultats attendus pour ce projet supposent la réalisation de différents outils d’aide à la décision tels que :
• des outils de simulation de composants, des systèmes ou d’installations complètes,
• des outils de dimensionnement d’installations,
• des outils de commande optimale de systèmes ou d’installations,
• des outils d’optimisation de dimensionnement.
I.5.1.2 Implication du laboratoire PIMENT
C'est dans le cadre du projet ORASOL que le laboratoire de Physique et Ingénierie Mathématique appliquées à l'Energie et à l'environnemeNT (PIMENT) s'est proposé de réaliser une installation de rafraîchissement solaire à absorption liquide sur le site de l'IUT de Saint Pierre à La Réunion (installation RAFSOL). Cette installation d'une puissance frigorifique de 30 kWf, est chargée de rafraîchir quatre salles d'enseignement du département génie civil de l'IUT pour une surface totale de 170 m².
Le deuxième axe sur lequel nous intervenons dans ce projet est la réalisation d'outils de simulations numériques permettant de prédire les performances d'une installation de rafraîchissement solaire en fonction des sollicitations extérieures. L'objectif étant de maîtriser et d'optimiser le confort heure par heure dans le bâtiment. Chaque composant (capteurs solaires, ballons de stockage, machine à absorption, tour de refroidissement,...) est donc modélisé et validé indépendamment avant d'être couplé dans le modèle général. Pour cela deux types d'outils sont réalisés :
• Un outil simplifié faisant intervenir des modèles de composant basés sur les courbes constructeurs. Cet outil permet de rendre compte des performances de l'installation à l'échelle d'une saison.
• Un outil détaillé basé sur une modélisation phénoménologique de chaque composant. Cet outil permet de déterminer les performances de l'installation à l'échelle de la journée dans le but d'optimiser son fonctionnement et d'étudier le couplage des différents composants.
A terme ces outils seront diffusés aux autres partenaires du projet.
[24]
I.5.2 Implication dans les travaux de le Tâche 38 de l'IEA
I.5.2.1 Présentation des travaux de la Tâche 38
Au niveau mondial, des travaux de recherche sur la thématique du rafraîchissement solaire sont réalisés par l'IEA (International Energy Agency). Ces travaux ont débuté en 1999 avec la mise en place de la Tâche 25 [Task 25, 1999] regroupant de nombreux chercheurs répartis dans onze pays.
L’objectif de ce travail était d’améliorer les conditions de commercialisation pour les systèmes de rafraîchissement assistés par énergie solaire, afin de réduire la consommation d'énergie primaire et les pics de consommation d'électricité dus à la climatisation.
Cependant à l’issue des travaux de la tâche 25 en 2005, un certain nombre d’interrogations persistent. En juin 2006, le Comité Directeur de l'Accord de Coopération de l'Agence Internationale de l'Energie (AIE) "Chauffage et Rafraîchissement solaire" (Solar Heating & Cooling) a décidé de le prolonger par un nouveau programme : le projet n°38, intitulé "Systèmes solaires de conditionnement d'air et de réfrigération" [Task 38, 2006].
Le but est de mettre en œuvre des mesures pour accélérer l’introduction commerciale des systèmes de rafraîchissement solaire dans différents secteurs (résidentiel, tertiaire, industriel) et d’encourager de nouvelles activités de recherche pour le développement de systèmes et procédés innovants.
I.5.2.2 Implication dans la Tâche 38
Le laboratoire PIMENT participe aux travaux de la Tâche 38 au niveau de l'analyse expérimentale des données issue de notre installation en utilisant une stratégie d’uniformisation des résultats développée dans cette tache [Sparber, 2008]. Le Tableau I-1 présente quelques installations participant à ces travaux. De plus, nous participons à un exercice commun de simulation numérique proposé par cette Tâche. Le but est de comparer les résultats des différents outils de modélisation à travers des hypothèses communes. Le fichier d'entrée de l'exercice contient les conditions météorologiques du lieu considéré ainsi que les charges dans le bâtiment au pas de temps horaire.
Les résultats de ce travail ont donné lieu à une publication commune à plusieurs laboratoires et piloté par Bongs [Bongs, 2010].
Désignation Lieu Technologie Bâtiment Capteurs solaires Puissance frigorifique nominale
RAFSOL La Réunion
(France) Absorption Université 90 m² plans 30kW
DREAM Palerme
(Italie) Dessiccant Université 25 m² plans 24kW CARTIF Valadolid Absorption Bureaux 37,5 m² plans et 35kW
[25]
(Espagne) 40 m² sous vide
TOWN HALL Gleisdorf (Autiche)
Absorption
Bureaux 134 m² plans
35kW
Dessiccant 35kW
Cantine ISE Freiburg
(Allemagne) Adsorption Cantine 22m² plans 5,5 kW
Tableau I-1 : Récapitulatif de quelques installations participant aux travaux de la Tâche 38