STM-GClim-6-Systèmes thermodynamiques

• ue-fip-gce-stm-gclim-6
• FIP Génie Climatique et Energétique

Semestre : 8

Responsable(s) du contenu pédagogique

• Gérard HERMAL
• Bernard FLAMENT

Total coefficient : 1

Total heures : 24 (8 cours, 8 TD, 8 projet)

Total heures travail personnel : 12

Prérequis

Froid (S6)
Thermodynamique (S7)

Objectif

Etre en mesure de dimensionner de manière optimale un système thermodynamique et son système d’appoint pour le chauffage et le rafraichissement des bâtiments (habitat, tertiaire, industrie) d’en évaluer les coûts et les impacts associés.

Ainsi l’apprenant est capable de « proposer, concevoir et mettre en œuvre des systèmes climatiques à forte efficacité énergétique, valorisant les énergies renouvelables et la récupération d’énergie…. »

Compétences attendues

Axe A1 : CONNAISSANCES ET COMPRÉHENSION
Capacité à mettre en place un raisonnement scientifique rigoureux. Capacité à mobiliser les ressources d'un large champ de sciences fondamentales.
- Être capable de transposer les connaissances scientifiques dans le domaine de la spécialité

Axe A3 : CONCEPTION TECHNIQUE
Capacité à mobiliser ou à développer des nouvelles méthodes de conception afin de concevoir des produits, des processus et des systèmes en tenant compte des dernières avancées techniques dans le domaine tout en prenant en compte les enjeux environnementaux et énergétiques.
- Établir les modèles en vue de la prévision du comportement du produit ou du système
- Choisir et appliquer les méthodes de dimensionnement et de modélisation
- Réaliser et interpréter des simulations

Axe A4 : PRATIQUE DE L’INGÉNIERIE
Aptitude à consulter et appliquer les codes de bonnes pratiques, sur la base d'études scientifiques et techniques, piloter et mettre en œuvre de manière structurée un projet ou un processus en organisant le travail des collaborateurs de l'entreprises dans le respect de la réglementation en matière de sécurité et dans le respect des valeurs sociétales et éthiques.
- Appliquer des méthodes de préconception ou de prédimensionnement
- Être capable de proposer une démarche d'ingénierie respectueuse des valeurs sociétales et environnementales

Programme

Introduction générale
Problématique du changement climatique, division par 4 des GES à l'horizon 2050.
Disponibilité des énergies fossiles

1) Rappels
1.1 Rappels de thermodynamique.
1.2 Sources des différentes PAC.
1.3 Déperditions et besoins thermiques
1.4 Rappels sur l'air humide.


2) Les différents coefficients de performance.
2.1 COP selon le cycle de Carnot
2.2 COP théorique des sources
2.3 COP théorique du cycle
2.4 COP du groupe moto compresseur
2.5 COP global de la PAC
2.6 COP global de l'installation
2.7 COP global moyen annuel de la PAC. Notion de SCOP
2.8 Application au calcul des consommations de chauffage


3 ) Choix d'un système en fonction des sources.
3.1 Sources froides et sources chaudes.
3.2 Etude des différentes températures de source.
3.3 Exemple : Déshydratation de l'air.
4) Dimensionnement d'un système de pompe à chaleur et calcul des consommations.
4.1 Calcul des déperditions thermiques. Analyse des DJU. Histogramme énergétique.

4.2 Etude d'une installation. Modes de fonctionnement des PAC.

4.3 Analyse du givrage et incidence sur les performances énergétiques.

5) Etude de l'impact environnemental d'une installation de chauffage ou de rafraichissement.
5.1 Rappels sur l'effet de serre.
5.2 Impact sur l'effet de serre des systèmes de pompe à chaleur.
5.3 Comparatif de l'effet de serre entre différents systèmes de chauffage.


6) Evolutions au niveau des PAC.
6.1 Cycle à réinjection de vapeur.
6.2 PAC haute température utilisant deux machines en cascade.
6.3 Cycle au CO2

7) Applications du cours (TD) :
• Calcul des consommations d’énergie annuelles d’une installation comportant une PAC. Détermination de l’optimum énergétique.
• Utilisation d’une PAC pour la déshumidificateur de l’air humide.
• Analyse prévisionnelle des consommations d’énergie d’un immeuble collectif. Comparatif selon les énergies utilisées.
• Valorisation par thermofrigopompe des rejets thermiques au condenseur d’un groupe frigorifique.

PROJET :
Travail en binôme sur une étude de cas d’installation utilisant une pompe à chaleur couplée à une chaudière. Evaluation des coûts annuels, de ratio de performance énergétique. Etude de différentes configurations de PAC et dimensionnement du prélèvement de chaleur au niveau de la source froide.

Contraintes pédagogiques - Méthodes pédagogiques

Cours de type magistral.

Contraintes pédagogiques - Moyens spécifiques

Polycopiés cours / TD
Utilisation du logiciel « REFPROP ».

Mode d'évaluation

Contrôle sur table
Rendu de projet

Bibliographie

BERNIER J, « La pratique des pompes à chaleur »
AICVF « Eau Chaude Sanitaire » Guide AICVF
HARTMANN F, NOVEMBRE R., « Les pompes à chaleur pour la maison individuelle. »
LEMALE J. « Les pompes à chaleur ». Dunod.
SABONNADIERE JC, « Nouvelles technologies de l’énergie » sous la direction de, Lavoisier.
MEUNIER et al, « Le froid industriel. », Dunod.
MEUNIER F, « Domestiquer l’effet de serre. Energies et changement climatique. » Dunod.
COSTIC, « Planchers chauffants. » Document de cours
COSTIC, « VMC », Document de cours