Validation Expérimentale de la PAC à Stockage

Introduction

Pour tester ce système de PAC intégrant un stockage par chaleur latente, un banc d’essais a été conçu. La PAC avec son condenseur stockeur/déstockeur sera étudiée dans des conditions réalistes en mesurant les grandeurs pertinentes pendant son fonctionnement. Le banc permet de valider les résultats des simulations, de mieux comprendre les phénomènes physiques et les problèmes pratiques de mise en œuvre. Le banc est conçu de façon à tester plusieurs échangeurs stockeurs et chacun permet de tester plusieurs MCP. De plus, l’échangeur sera testé en deux étapes : la première étape consiste à faire fondre le MCP par de l’air chaud, seule l’étape de déstockage par l’air est alors étudiée. Ceci a pour but de simplifier les problèmes d’essais et de se concentrer sur l’étude de l’échangeur seul. La deuxième étape consiste à étudier le système PAC complet en phases de stockage, de déstockage et en fonctionnement normal. II. Schémas du banc Le schéma du banc est présenté Figure IV-1. Il comporte un circuit d’air composé d’un ventilateur, d’un refroidisseur à eau, d’un réchauffeur électrique, d’un registre de contrôle du débit d’air et finalement de l’échangeur stockeur. La quantité d’énergie absorbée durant le stockage peut être calculée par le bilan d’énergie sur l’air. Une fois le MCP totalement fondu, le chauffage de l’air s’arrête, le circuit d’air commence à refroidir l’air pour déclencher la phase de déstockage. L’air entrant dans l’échangeur stockeur, à la température de consigne (considérée de 21 °C), absorbe de l’énergie thermique du MCP pour sortir à la température de soufflage (entre 23 °C et 32 °C). Après, il est refroidi par l’eau froide à travers le refroidisseur, puis chauffé par le réchauffeur pour reprendre la température de consigne (21 °C). Le ventilateur à vitesse variable et le registre offrent une plage de débit d’air allant de 50 à 800 m3 .h-1 . Ainsi la capacité de déstockage est réglable. La Figure IV-2 montre le schéma de fonctionnement pour tous les régimes : stockage, déstockage et chauffage simple. Le circuit d’air est toujours le même. L’échangeur stockeur est placé dans un circuit de PAC fonctionnant avec du R-134a. Cette PAC, par ses deux boucles parallèles, représente le système multi-split complet où les débits de fluide dans chaque boucle sont contrôlés. La première boucle comporte l’échangeur stockeur avec deux détendeurs. La deuxième comporte un condenseur à plaques fluide-eau. Les deux débits se rejoignent juste avant l’évaporateur à plaques, où passe l’eau glycolée venant du groupe froid. Ensuite, le fluide frigorigène entre dans le compresseur pour se diviser, en sortant à l’état vapeur surchauffée sous pression, dans les deux boucles.  Figure IV-1 – Schéma du banc d’essais pour fonctionnement en première étape Figure IV-2 – Schéma du banc d’essais pour fonctionnement en deuxième étape III. Acquisition et commande Afin de caractériser minutieusement l’échangeur stockeur et la PAC à stockage intégré, des capteurs de pressions, de températures, d’humidités et de débits ont été installés. En ce qui concerne la boucle d’air, des sondes PT100 sont intégrées en amont et en aval de chaque composant. La mesure de température au niveau de l’échangeur stockeur nécessite une plus grande précision. Pour cela, cinq sondes PT100 ont été disposées sur les surfaces de chaque côté de cet élément. Deux hygromètres à capteur de température intégré ont été placés également à l’entrée et à la sortie du condenseur. Le débit volumique de l’air circulant est mesuré à l’aide d’un anémomètre à fil chaud. Afin d’assurer un régime établi au niveau de la mesure du débit, une gaine de longueur égale à cinq fois le diamètre est installée en amont de l’anémomètre et la longueur en aval est égale à trois fois le diamètre. La régulation de la température d’entrée est faite par contrôle du débit d’eau passant par le refroidisseur et par la puissance fournie par le réchauffeur électrique. Le débit d’air circulant est contrôlable grâce au ventilateur à vitesse variable et au registre motorisé. La puissance de l’échange entre l’air et l’échangeur est calculée par l’équation : (Eq. IV-1) Il est également possible de réguler la puissance d’échange en contrôlant le débit d’air à l’aide d’un PID agissant sur le ventilateur à vitesse variable et sur le registre motorisé. En ce qui concerne la boucle frigorifique, des capteurs de pressions et de températures sont placés en amont et en aval de chaque élément. Un capteur différentiel de pression est branché en shunt du côté air du condenseur stockeur pour mesurer la perte de charge avec précision. Un débitmètre Coriolis (massique) est installé en amont du condenseur stockeur sur la boucle comportant l’échangeur stockeur. Un wattmètre mesure la puissance électrique absorbée par le compresseur. Le cycle thermodynamique est présenté Figure IV-3.