Applications et étude des différentes possibilités de couplage

Le chapitre 2 a permis le choix et l’amélioration d’un modèle de PAC air-air existant en vue de son intégration dans le modèle de bâtiment Comfie. Il intègre la modélisation du comportement de ces PAC dans leur fonctionnement à pleine charge, et à charge partielle dans les conditions aux sources nominales et non-nominales. Le modèle de givrage a été amélioré en vue de prendre en compte l’influence de l’humidité relative de l’air sur les performances du système. La modélisation de l’influence de l’humidité dans les plages de températures hors givrage a également fait l’objet d’une amélioration. Un modèle de régulation du ventilateur de l’unité extérieure a également été proposé en vue de prendre en compte les variations de débit au niveau de l’unité extérieure en fonction du taux de charge lorsque les systèmes de PAC étudiées sont équipées de compresseurs contrôlés par inverter. Les résultats du modèle de PAC à pleine charge ont été validés par rapport au modèle de PAC air-air détaillé du laboratoire d’Oak Ridge. Le modèle à charge partielle est basé sur des résultats de tests de l’institut de recherche suédois SP, qui propose une série de points de fonctionnement à charge partielle sur plus d’une vingtaine de PAC air-air. Le modèle de dégivrage a été paramétré par rapport aux résultats de plusieurs travaux de la littérature. On dispose ainsi d’un modèle global, sensible aux principaux paramètres influençant la consommation et les performances des PAC air-air. Il a été implémenté en langage Pascal dans le modèle de bâtiment Comfie qui permet le calcul des performances saisonnières de ces systèmes dans leur mise en œuvre conventionnelle, mais également couplés à des sources d’air tempérées intégrées au bâtiment.

Le chapitre 3 contient une présentation de l’ensemble des modèles de sources d’air tempérées utilisé dans ce chapitre à des fins de couplage avec la source froide du modèle de PAC sélectionné. Le couplage entre le modèle de bâtiment et le modèle de PAC y est également présenté. Ce modèle est nécessaire pour prendre en compte la perturbation des débits de renouvellement d’air lors du couplage de la source froide de la PAC et des sources d’air tempéré. Le modèle d’humidité de l’air ajouté au modèle de bâtiment y est également détaillé. Pour chacune des sources d’air tempéré une étude de sensibilité a permis de mettre en avant les paramètres primordiaux venant influencer le comportement dynamique de chacune d’entre elles, ainsi que des zones chauffées adjacentes. Ainsi la température des zones dépendent principalement : (a) du débit de renouvellement d’air ; (b) des caractéristiques constructives ; (c) de la région climatique, et de l’orientation.Le chapitre 4 a utilisé le modèle global d’enveloppe + PAC pour étudier le comportement et les performances de ces systèmes couplés à une source froide d’air idéale. On entend par idéale, une source dont la température est augmentée d’un écart constant par rapport à la température extérieure. Ce chapitre a également été l’occasion d’étudier l’influence du dimensionnement des PAC sur leur performance saisonnière. Plusieurs paramètres influençant le comportement du système de PAC ont pu être mis en avant : (a) la technologie et le type de régulation (marche-arrêt ou inverter) ; (b) le dimensionnement (c) la région climatique qui influence à la fois la température de la source froide et les besoins de chauffage, et donc la puissance délivrée par la PAC.

Une maison de constructeur a été choisie pour cette étude. A l’origine il s’agissait d’une maison de plain pied construite sur vide sanitaire d’une surface habitable initiale de 70 mc. Le procédé de construction est à ossature métallique habillée à l’extérieur par des petites dalles minces de béton et à l’intérieur par une cloison de doublage, avec interposition d’une lame d’air, caractéristique d’une construction industrielle. Elle était équipée d’une chaudière fioul à air pulsé, de fenêtres à simple vitrage, et la ventilation du logement se faisait de façon naturelle. Depuis sa construction en 1971, plusieurs agrandissements et améliorations sont venus la compléter :Dans le cas de la maison avant travaux de 1971, les ponts thermiques sont considérés comme négligeables. Pour la maison après isolation des murs par insufflation de billes de polystyrène, les ponts thermiques sont considérés forfaitairement sur l’ensemble des liaisons entre parois verticales avec une valeur de 0,7.W.m-1.K-1, ce qui correspond à des ponts thermiques non traités. Cette valeur est ramenée à 0,1.W.m-1.K-1 pour des murs extérieurs isolés par l’extérieur. De ce cas, les fenêtres ont été ramenées dans le plan de l’isolant, réduisant les ponts thermiques des entourages de fenêtres, considérés alors comme négligeables.