Maximisation du COP du GCRI pour la configuration 1

Chapitre VI Couplage du GCRI au bâtiment

GCRI _{utile tot}

n _{elec tot} _{meca tot}

Maximisation du COP du GCRI pour la configuration 1

Chapitre VI Couplage du GCRI au bâtiment

VI.4 Résultats de l’optimisation du COP du GCRI

VI.4.1 Maximisation du COP du GCRI pour la configuration 1

( ) ( ) ( ) ( )

n

COP

n n

φ

φ φ

=

+

3 [VI.20]

Pour cette première série de simulations, nous considérons également un unique circuit

hydraulique par zone pour l’émetteur.

VI.4.1 Maximisation du COP du GCRI pour la configuration 1

Nous étudions dans un premier temps la configuration 1 (deux modules thermoélectriques

en cascade directe entre les échangeurs).

Les différents tableaux de résultats que nous allons présenter dans cette partie indiquent :

- la consommation annuelle pour le chauffage,

- le nombre d’heures de chauffage par an,

- le COP annuel du GCRI,

- le COP annuel du système induit par la maximisation du COP du GCRI,

- le nombre d’échangeurs utiles et sources et de modules thermoélectriques

maximum nécessaires au système (correspondant au besoin de chauffage maximal

sur l’année).

VI.4.1.1 Bâtiment 1

Le tableau VI-2 présente les pertes de charges pour le plancher chauffant ainsi que la

consommation mécanique qu’elles induisent. Ces résultats étant invariants d’une ville à

l’autre et d’un bâtiment à l’autre, ils ne sont pas présentés dans le tableau 3. Le tableau

VI-2 illustre également la perte de charges maximale par échangeur ainsi que la consommation

mécanique correspondante. Les deux chiffres présentés pour le nombre d’échangeurs

correspondent respectivement au nombre d’échangeurs parcourus par le fluide utile et au

nombre d’échangeurs parcourus par le fluide source.

Tableau VI-2 : Performances annuelles du bâtiment 1 pour la configuration 1 après

optimisation du COP GCRI pour la ville de Paris

Tableau VI-3 : Performances annuelles du bâtiment 1 pour la configuration 1 après

optimisation du COP GCRI pour la ville de Montpellier

Les consommations mécaniques induites par les échangeurs sont infimes en comparaison

à celles de l’émetteur. Les très fortes pertes de charges (entre 1 et 5 bars) pour l’émetteur sont

dues à la vitesse de 1m.s-1 que nous imposons.

La pièce la plus consommatrice par mètre carré quelle que soit la ville considérée est la

salle de bain (35,9 kWh.m-².an-1 pour Paris et 16,72 kWh.m-².an-1 pour Montpellier), vient

ensuite la zone de jour et enfin, celle de nuit. Par ailleurs, pour les deux villes, le COP annuel

du GCRI est le plus faible pour la salle de bain (2,11 pour Paris et 2,17 pour Montpellier),

puis vient le COP pour la zone de jour et enfin pour les chambres. Le système doit assurer une

température maximale de la pièce à 23 °C pour la salle de bain, à 20 °C pour la zone jour et à

17 °C pour la zone nuit. Par conséquent, la température moyenne du fluide utile sur l’année

sera logiquement plus élevée pour la salle de bain que pour la zone jour et encore plus que

pour la zone nuit (ces températures sont disponibles en annexes IV). La différence de

température entre le fluide source et le fluide utile est donc la plus élevée pour la salle de bain,

d’où des COP annuels du GCRI plus faibles.

Le débit est constant dans l’émetteur, la différence de température entre l’entrée et la

sortie est donc la plus élevée pour la zone jour puis la zone nuit et enfin la salle de bain. En

effet la différence de température entre l’entrée et la sortie est directement fonction du besoin

de puissance totale de la zone considérée.

Les COP annuels du GCRI sont les plus élevés à Montpellier. Les besoins de puissance

étant plus faibles, la différence de température entre les fluides caloporteurs est donc moins

élevée. De manière générale, les COP obtenus pour le GCRI sont très bons (supérieur à 2 et

même à 3 pour la zone nuit) et permettent d’envisager une commercialisation du système.

Quelle que soit la ville considérée, le nombre de modules thermoélectriques et donc

d’échangeurs nécessaires au fonctionnement du GCRI pour le besoin maximal de chauffage

dans l’année est relativement élevé. Néanmoins, il est important de confronter ce résultat à la

faible taille d’un module thermoélectrique (5,5 cm *5,5 cm). Si nous considérons la ville de

Paris, le besoin est d’environ 3 modules thermoélectriques par mètre carré pour la zone jour

qui occupe 50 m². Le besoin est semblable pour la zone nuit et la salle de bain.

Il existe une importante différence entre le COP du GCRI que nous optimisons et le COP

annuel résultant pour le système complet. Le COP annuel du système inclut la consommation

mécanique du fluide dans l’émetteur. Il est donc bien inférieur à celui du COP annuel du

GCRI. L’évolution des COP annuels du système par ville est inverse à celle du COP du

GCRI. En effet, la vitesse sous le plancher est la même pour toutes les zones et pour les deux

villes. La consommation mécanique est donc également la même pour chacune des villes. Par

conséquent, plus le besoin de puissance sera faible, plus l’impact de la consommation

mécanique sera important, d’où un COP annuel du système le plus faible pour la ville de

Montpellier.

Cette conclusion est très importante dans une optique d’industrialisation d’un tel système

pour des bâtiments à faible consommation énergétique. L’optimisation du générateur seul

trouve ses limites avec la baisse de la consommation des logements. Bien que les normes

actuelles sur les pompes à chaleur portent essentiellement sur le générateur, l’intégration de

l’émetteur dans le processus d’optimisation semble être un élément fondamental dans une

dues à la vitesse de 1m.s^-1 que nous imposons.

salle de bain (35,9 kWh.m^-².an^-1 pour Paris et 16,72 kWh.m^-².an^-1 pour Montpellier), vient