Redouane Ghoubali ,Paul Byrne, Frédéric Bazantay ETUDE EXPERIMENTALE D’UNE THERMOFRIGOPOMPE AU PROPANE EN FONCTIONNEMENT HIVERNAL Redouane Ghoubali ,Paul Byrne, Frédéric Bazantay redouane.ghoubali@univ-rennes1.fr TR2I : Thermique Recherche Internationale Industrie 23 & 24 mai 2016

Plan Introduction Conception d’une TFP au Propane Essais de performances (EN14511) Essais de basculement chauffage-simultané Conclusion

Introduction Contexte Français Simultanéité des besoins en chaud et froid dans les bâtiments provenant de : l’isolation renforcée des bâtiments : moins de besoins de chauffage mais risques de surchauffe l’été dans les bâtiments BBC (RT2012) l’augmentation des gains internes : occupation, équipements électriques… la production d’eau chaude sanitaire devenant le besoin majoritaire en chaud avec les nouvelles réglementations Contexte environnemental : HFC (soumis à la F-GAS en Europe) → Fluides frigorigènes largement utilisés dans les systèmes de chauffage et de rafraîchissement mais contribuent au réchauffement climatique

Introduction Objectifs : Thermofrigopompe (TFP), système thermodynamique de production simultanée de chaud et froid : Valorisation de l’énergie thermique usuellement rejetée par les installations de chauffage et de rafraîchissement classiques Choix d’un fluide frigorigène à faible impact environnemental Impact sur la couche d’ozone ODP nul Potentiel de réchauffement global GWP < 10 kgCO2 sur 100 ans

Introduction Concept de TFP sur air Mode thermofrigopompe Détendeur Condenseur ! Plus de besoins en Evaporateur Chauffage Rafraichissement Compresseur

Introduction Concept de TFP sur air Mode pompe à chaleur Détendeur Electrovanne fermée Air extérieur Condenseur Electrovanne ouverte Evaporateur ! Plus de besoins en Evaporateur Chauffage rafraichissement Compresseur

Introduction Concept de TFP sur air Mode rafraichissement Evaporateur Electrovanne fermée Air extérieur Détendeur Condenser ! Plus de besoins en Electrovanne ouverte Condenseur Evaporateur Chauffage Rafraichissement Compresseur

Introduction

Conception du prototype de TFP au propane Simplification de l’architecture du circuit frigorifique Modes de fonctionnement : Chauffage Rafraîchissement Simultané (chauffage et rafraîchissement) ECS / AIR ECS Simultané (ECS et rafraîchissement) Dégivrage

Conception du prototype de TFP au propane Récupération de l’énergie de sous-refroidissement lors du fonctionnement en mode chauffage

Conception du prototype de TFP au propane Récupération de l’énergie de sous-refroidissement : Dispositif de stockage Montée en température OUVERTE FERMEE Baisse de température FERMEE OUVERTE

Conception du prototype de TFP au propane Chauffage Rafraichissement Résultats : Essais performances (avec auxiliaires) Simultané

RESULTAT DES ESSAIS DE BASCULEMENT CHAUFFAGE/SIMULTANE L’amélioration du COP cycle avec un régime de basculement chauffage/simultané à 7°C de température d’air est de l’ordre de 5%.

RESULTAT DES ESSAIS DE DEGIVRAGE Identifier l’influence des différents paramètres de régulation suivants : Ecart entre la température de rosée du fluide frigorigène et la température d’air (seuil d’enclenchement du dégivrage) : 9, 11 et 12 K Seuil de basculement en mode équilibré : 10-16 °C Température de surface de la batterie (seuil de fin du dégivrage) : 15 °C

RESULTAT DES ESSAIS DE DEGIVRAGE Meilleurs résultats avec 11 K entre la température de rosée et la température d’air en entrée de batterie Avec un différentiel de 9 K, basculements plus fréquents sans réel besoin de dégivrage Perte de performance sensible avant d’arriver à 12 K

Comparaison du COP avec et sans stockage (régime 2/35) Augmentation des performances de 30% Le principe de stockage en mode chauffage permet de ne pas puiser d’énergie dans le ballon d’eau chaude comme c’est le cas dans le dégivrage par inversion de cycle des pompes à chaleur réversibles classiques.

Conclusion Les résultats obtenus avec une TFP au R290 (Propane) montrent des performances saisonnières intéressantes sur les plans énergétique et environnemental, Des points d’améliorations subsistent (compresseur, auxiliaires, optimisation charge en fluide frigorigène), Un gain en performance de 30% par rapport à un dégivrage classique par inversion de cycle grâce au stockage de chaleur sur le ballon d’eau froide en hiver La nouvelle architecture a fait l’objet d’un dépôt de brevet, Suite envisagée : Prototype d’une puissance plus importante, avec un circuit frigorifique légèrement différent, est en cours de fabrication par un industriel.

Merci pour votre attention