Chapitre 1 : Revue bibliographique sur la STD, les systèmes VRV et l’ACCV
3.1. Bases de la simulation
Chaque système (système VRV et système mono-split) est simulé séparément sous le logiciel EnergyPlus. Le coefficient de performance choisi pour tous les deux systèmes est de 3,5.
Programme de fonctionnement des systèmes
Le système fonctionne suivant le programme compact annuel suivant :
Figure 20: Programme annuel de fonctionnement du système VRV 3.2. Simulation du système VRV sous EnergyPlus
Les versions récentes du logiciel EnergyPlus regorgent de modules de simuler les systèmes VRV. Appelés dans cet environnement comme une pompe à chaleur à
Toute l'année
volume de réfrigérant variable (VRF Heat pump system), le modèle permet de simuler tous les modes de fonctionnement (mode de rafraîchissement, mode de chauffage et le mode de récupération de chaleur.) Le modèle est basé sur deux modules différents : Air conditionner : VariableRefrigerantFlow, ZoneHVAC : TerminalUnit : VariableRefrigerantFlow, ZoneHVAC : control qui sont interconnectés comme le montre la figure 23. Le premier permet de modéliser l’unité extérieure du système et le dernier permet de modéliser chacune des unités intérieures raccordées à l’unité extérieure. Cependant, la simulation sous EnergyPlus est faite pour joindre à une zone une et une seule unité intérieure.
Chacune des modules de mettre les caractéristiques relatives à chaque unité ainsi que des caractéristiques du terrain telles que la longueur de tuyauteries séparant les unités intérieures.
Toutes les zones à climatiser sont dotées d’un organe contrôle de température par thermostat grâce au module de modélisation de thermostat : ZoneControl :Thermostat.
Figure 21: Modélisation des systèmes VRV sous EnergyPlus [23]
La simulation des systèmes VRV sous EnergyPlus permet de ressortir entre autres la quantité d’électricité consommée par le système sur la période de simulation utilisée et la température intérieure de chaque zone.
Dans le cadre de notre étude, nous avons simulé notre bâtiment test + système VRV. Chaque zone du bâtiment est pourvue d’une unité intérieure dont la puissance frigorifique est considérée exactement égale au besoin de climatisation de la zone.
3.2.1. Résultats de la simulation du bâtiment + système VRV
Les résultats obtenus après simulation du bâtiment climatisé par le système VRV sont donnés en quantité d’énergie électrique mensuelle consommée. Ces résultats sont suivis de la somme totale pour obtenir la consommation électrique totale annuelle due au système VRV.
Figure 22: Répartition par usage des consommations électriques dans le bâtiment-Système VRV
Tableau 27: Consommation électriques mensuelles du système VRV Consommation électrique mensuelle du système VRV
Mois Energie consommée (kWh)
Répartition par usage des consommations électriques dans le bâtiment
Eclairage Equipements électriques Systèmes VRV
Février 1011,73
Figure 23: Consommations mensuelles dues revenant aux systèmes VRV.
3.3. Simulation des systèmes mono-split sous EnergyPlus
Les systèmes de climatisation unitaires sont généralement simulés sous EnergyPlus grâce aux modules suivants : HVACTemplate:Zone:unitary et HVACTemplate:System:UnitarySystem [22].
Figure 24 : Diagramme schématique des modèles de systèmes mono-split sous EnergyPlus
3.3.1. Résultats de la simulation du bâtiment + systèmes Mono-split
Les résultats obtenus après simulation du bâtiment climatisé par les systèmes mono-split sont donnés en quantité d’énergie électrique mensuellement consommée.
Figure 25: Répartition par usage de consommations électriques dans le bâtiment
Eclairag…
Equipements électriques
36%
Systèmes Mono-split 47%
Répartition par usage des consommations électriques dans le bâtiment
Eclairage Equipements électriques Systèmes Mono-split
Tableau 28: Consommations électriques mensuelles des systèmes mono-split Consommation électrique mensuelle des systèmes mono-split
Mois Energie consommée (kWh)
Figure 26: Consommations électriques mensuelles des systèmes mono-split
0
Tableau 29: Récapitulation des simulations
Tableau récapitulatif
Système Système
VRV
Systèmes Mono-split Consommations électriques annuelles (KWH) 11832,79 16436,55 Pourcentage d’économie d’énergie générée par
les systèmes VRV
28%
Chapitre 4
Analyse de coût de cycle de vie
Chapitre n° 4 : Analyse de coût cycle de vie
Dans ce chapitre, nous allons utiliser l’analyse de coût de cycle pour faire une comparaison entre les systèmes mono-split et le système VRV. Le logiciel EnergyPlus est utilisé pour évaluer le coût de cycle de vie relatif à l’utilisation de chaque système. Une évaluation des différents coûts intervenant dans l’analyse de coût de cycle de vie a été d’abord faite.
4.1. Période d’étude de l’analyse de coût de cycle de vie (ACCV)
La durée de vie des systèmes mono-split est en moyenne de 6 ans [24]. Selon l’article [25] la durée de vie des systèmes VRV peut être prise 15 ans. Par contre dans la thèse [16], la durée de vie prise est de 20 ans. Afin d’avoir un multiple de la durée moyenne de vie des systèmes mono-split, la durée de vie de l’étude est prise égale à 18 ans. Ainsi, des coûts de remplacement seront considérés dans l’évaluation du coût de cycle de vie des mono-split.
4.2. Evaluation des coûts nécessaires à l’ACCV 4.2.1. Cas des systèmes mono-split
4.2.1.1. Coût d’investissement initial des systèmes mono-split
Dans le but de faire une estimation des coûts d’acquisition des systèmes mono-split, nous procédons d’abord à un choix des systèmes mono-split dans le catalogue d’un constructeur.
Choix des systèmes mono-split
Nous avons choisi le constructeur Westpoint pour le choix des unités composant le système mono-split correspondant à chaque local ou chaque zone du
bâtiment. Grâce au catalogue de ce constructeur nous avons choisi les modèles tropicalisés de type mural suivants :
Figure 27: Modèle westpoint [26]
Tableau 30. : Modèles de systèmes mono-split par zone Choix des modèles par zone
Magasin matériel WSM-0911.LHEC 1
Pharmacie de stockage WSM-0911.LHEC 1
Salle de réunion WSM-0911.LHEC 2
Bureau de gestionnaire comptable
WSM-0911.LHEC 1
Bureau de médecin-chef WSM-0911.LHEC 1
Secrétariat WSM-0911.LHEC 1
Archives WSM-0911.LHEC 1
Caisse WSM-0911.LHEC 1
Coût d’acquisition
En se référant à une facture pro-forma obtenue auprès d’un point de vente de la marque WestPoint, le coût d’acquisition de l’ensemble des systèmes mono-split peut être évaluée à 2200000 .
Coût d’installation des mono-split
En considérant que chaque système mono-split installé exige une dépense de 50000FCFA comprenant la rémunération de la main d’œuvre, on a :
= 50000 × 11
= 550000
Ainsi le coût total d’investissement initial est évalué à :
= 2750000
= $ 5500
Une marge de 10% est prévue les autres coûts initiaux. Ainsi, on a :
= $ 6050
Ce coût sera répété tous les six (06) ans pour coût de remplacement.
4.2.1.2. Coût annuel de maintenance des systèmes mono-split
Sur la base du chiffre proposé par ASHRAE pour la maintenance des systèmes de climatisation, tels les mono-split, le coût annuel de maintenance, d’opération et de réparations est estimé à $ 0.25/ft² soit $ 2,69 par m² de surface de plancher climatisée. [16]. Ainsi :
& = 2,69 × 170,18
& = $ 457,8 4.2.2. Cas du système VRV
4.2.2.1. Coût d’investissement initial relatif au système VRV On choisit également tout d’abord un constructeur pour un choix de système : unités intérieures et extérieure.
Choix de l’unité extérieure
Le constructeur utilisé pour le choix du système de climatisation VRV est le constructeur AIRWELL. La charge totale de climatisation du bâtiment est de , . Ainsi l’unité extérieure sélectionnée est une unité extérieure de la gamme FLOWLOGIC II d’une puissance frigorifique de . Sa référence est AWAU-YCV280-H13. Le condenseur de l‘unité est à air [27].
Choix des unités intérieures
Les unités intérieures ont été choisies avec le même constructeur.
Le choix des unités intérieures a été opéré suivant les principes suivants :
La puissance frigorifique de l’unité intérieure est la plus proche disponible dans le catalogue du constructeur ;
La puissance de l’unité intérieure est supérieure à la puissance frigorifique demandée par la zone.
Nous avons choisi les modèles HAV du constructeur AIRWELL. Ces unités intérieures sont de type mural.
Tableau 31: Unités intérieures du système VRV choisies Choix d’unités intérieures
Zones Unités intérieures
Bureau des agents d’hygiène AWSI-HAV007-N11 Bureau d’agents comptables AWSI-HAV007-N11
Magasin matériel AWSI-HAV007-N11
Pharmacie de stockage AWSI-HAV007-N11
Salle de réunion AWSI-HAV009-N11
AWSI-HAV009-N11 Bureau de gestionnaire comptable AWSI-HAV007-N11 Bureau de médecin-chef AWSI-HAV007-N11
Secrétariat AWSI-HAV007-N11
Archives AWSI-HAV007-N11
Caisse AWSI-HAV007-N11
Figure 28: Unité extérieure AWAU-YCV280-H13 et modèle HAV d’une unité intérieure de marque AIRWELL. [27]
Coût d’acquisition du système VRV
Auprès d’une société de la place, qui installe les systèmes VRV, les coûts d’acquisition des unités du système VRV ont été obtenus.
Tableau 32: Prix des unités du système VRV.
Unités Unité extérieure Unités intérieures
Référence AWAU-YCV280-H13 AWSI-HAV007-N11 AWSI-HAV009-N11
Prix HT 6100000 393000 405000
Prix TTC 7198000 463740 477900
= 7198000 + 463740 × 9 + 477900 × 2 = 9081280
Coût d’installation du système VRV
= 250000 × 1 + 50000 × 11
= 800000
En supposant une marge de 10 % pour les autres coûts, le coût total d’investissement initial pour le système VRV peut donc être évalué à :
= 1,1 × ( + )
= 1,1 × (9081280 + 800000)
= 10869408
= $ ,
Coût annuel de maintenance du système VRV
Nous prenons l’estimation donnée dans le document [16], à savoir $ 0.2/ft²/année soit $ 2,153 par m² de surface de plancher climatisée par année.
& = 2,153 × 170,18
& = $ ,
Coût annuel de la consommation électrique de chaque système
Le bâtiment est un service. Nous prenons donc la tarification de 72 / soit $ 0,144/ réservée pour les abonnés auprès de la SBEE pour les abonnés de sa catégorie [28].
4.2. Simulation du coût de cycle de vie de chaque système
Le logiciel EnergyPlus a été utilisé pour faire l’évaluation du coût de cycle de vie relatif à chaque système. Les modules utilisés pour faire cette évaluation sont : Utilitycost : Tariff, Utilitycost : ChargeSimple Lifecyclecost : Parameters, ChargeSimple, Lifecyclecost : Recurringcosts, Lifecyclecost : NonRecurringcosts.
La devise utilisée pour la simulation est le dollar américain (US Dollar). Et nous prenons une équivalence de $1 = 500 pour la conversion.
4.2.1. Cas des systèmes mono-split
Tableau 33 : Paramètres de calcul du coût de cycle de vie : système Mono-split Mono-split : Analyse de coût de cycle de vie
Paramètres Valeurs en US Dollars $
Investissement initial 6050
OM&R 457,8
Valeur résiduelle au bout de la période d’étude 0
Coût d’électricité consommée par an 0,144 / ℎ
Coût de remplacement 6050/6
Taux d’actualisation 12%
Période d’étude 06
Après simulation, le coût de cycle de vie évalué pour le cas des systèmes mono-split est estimé à :
= $ ,
4.2.2. Cas du système VRV
Tableau 34 : Paramètres de calcul du coût de cycle de vie : Système VRV Système VRV : Analyse de coût de cycle de vie
Paramètres Valeurs en US Dollars $
4.3. Evaluation de la valeur actuelle nette
= −
= $ 39717,69 − $ 34506,79
= $ ,
=
4.4. Evaluation des délais de récupération
Par ailleurs, la simulation du calcul du coût de cycle a permis de connaitre les coûts actualisés et non actualisés évalués par an de chaque système tout au long de la période d’étude : 18 ans.
4.4.1. Délai de récupération simple
Les valeurs non actualisées sont utilisées pour le calcul du délai de récupération non actualisé.
Tableau 35: Calcul du délai de récupération simple
Année Système VRV Cumul Mono-split Cumul Différences
Le délai de récupération simple est donc de 06 ans 3mois.
4.4.2. Délai de récupération actualisé
Les valeurs actualisées sont utilisées pour le calcul du délai de récupération non actualisé.
Tableau 36: Calcul du délai de récupération actualisé
Année Système VRV Cumul Mono-split Cumul Différences
1 21269 21269 13426,19 13426,19 7842,81
2 1660,12 22929,12 2780,08 16206,27 6722,85
3 1482,25 24411,37 2482,21 18688,48 5722,89
4 1323,44 25734,81 2216,26 20904,74 4830,07
5 1181,64 26916,45 1978,8 22883,54 4032,91
6 1055,04 27971,49 1766,79 24650,33 3321,16
7 942 28913,49 4314,2 28964,53 -51,04
8 841,07 29754,56 1408,47 30373 -618,44
9 750,96 30505,52 1257,57 31630,57 -1125,05
10 670,5 31176,02 1122,83 32753,4 -1577,38
11 598,66 31774,68 1002,52 33755,92 -1981,24
12 534,52 32309,2 895,11 34651,03 -2341,83
13 477,25 32786,45 2185,71 36836,74 -4050,29
14 426,11 33212,56 713,58 37550,32 -4337,76
15 380,46 33593,02 637,12 38187,44 -4594,42
16 339,69 33932,71 568,86 38756,3 -4823,59
17 303,3 34236,01 507,91 39264,21 -5028,2
18 270,8 34506,81 453,49 39717,7 -5210,89
Le délai de récupération actualisé obtenu est d’environ 07 ans.
CONCLUSION GENERALE
CONCLUSION GENERALE
Le but visé dans cette étude est de faire une étude comparative entre les systèmes Mono-split, système de climatisation le plus utilisé au Bénin pour la climatisation des bureaux et autres, et le système centralisé VRV. Pour ce faire, nous avons utilisé les outils de la simulation thermique dynamique de bâtiment et les outils de l’analyse de coût de cycle de vie. Le logiciel de travail est le logiciel de simulation thermique dynamique EnergyPlus.
L’étude est centrée sur un bâtiment considéré représentatif des bâtiments administratifs du Bénin. Son plan est adapté du plan de bâtiment type proposé dans le document [5]. Une définition de la structure du bâtiment, de la composition de son enveloppe thermique, de l’activité au sein du bâtiment a été préalablement effectuée. Avec un fichier météorologique, le bâtiment est localisé dans la ville de Cotonou. Les différentes simulations effectuées ont permis de prime abord de conclure que les systèmes VRV permettent de faire une économie d’énergie de plus de 28% sur les systèmes mono-split.
Dans un deuxième temps, l’analyse de coût de cycle de vie effectuée sur une période d’étude de 18 ans, avec un taux d’actualisation de 12%, montre que les systèmes VRV comme permettent de faire, à la fin de la période d’étude, une économie de . Suite aux critères de délai de récupération, on obtient 06 années 3mois pour le délai de récupération simple et 07 années pour le délai de récupération actualisé.
Les délais de récupération sont inférieurs à la période d’étude, le choix des systèmes VRV s’avère donc plus rentable que le choix des systèmes mono-split pour la climatisation des locaux du bâtiment d’étude. L’étude a donc permis de présenter les systèmes VRV comme des systèmes permettant de faire des économies d’énergie et d’argent en comparaison avec les systèmes Mono-split.
Comme perspectives, afin de compléter ses résultats, nous suggérons que dans les prochaines études qu’on évalue la puissance frigorifique à partir de laquelle, le choix des systèmes VRV est rentable par rapport aux systèmes mono-split.
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[32] «Introduction à l'analyse de cycle de vie,» ADEME, 2005.
Annexe
ANNEXE 1 : Plan du bâtiment tiré du code d’efficacité énergétique
ANNEXE 2 : Vues du bâtiment d’étude
ANNEXE 3 : Présentation des outils de simulation du logiciel EnergyPlus
ANNEXE 4 : Choix des systèmes de climatisation
Système VRV
Unité extérieure
Unités intérieures
Système Mono-split
ANNEXE 5 :Pro-forma