Jusqu'à présent, GHEtool offrait la possibilité d'optimiser les systèmes hybrides, mais aujourd'hui nous introduisons un tout nouveau module de simulation. La simulation et l'optimisation étant désormais disponibles, vous disposez d'une boîte à outils complète pour concevoir des systèmes géothermiques hybrides plus performants et plus efficaces.
Ce qu'il faut savoir sur les systèmes hybrides
Nous avons déjà écrit plusieurs articles sur l'optimisation des systèmes hybrides. En un premier article, Nous avons présenté le concept de systèmes hybrides et le potentiel géothermique. Les systèmes hybrides ont été définis comme la combinaison de différentes technologies de chauffage et de refroidissement qui, ensemble, répondent à la demande thermique du bâtiment. Il peut s'agir d'une pompe à chaleur géothermique (PCS) combinée à une pompe à chaleur à air (PACA), d'un refroidisseur sec avec une PCS, etc.
Le dimensionnement d'un système hybride n'est pas trivial, et encore moins celui d'un système géothermique hybride. C'est pourquoi, dans un deuxième article, Pour y parvenir, nous avons introduit deux méthodologies de conception : l'optimisation de la puissance et l'optimisation de l'énergie. La première approche aboutit à un système dont le coût d'investissement est le plus faible (en raison du surdimensionnement de 0%), mais une partie du potentiel géothermique reste inutilisée. Si, au contraire, vous optimisez le système pour un échange d'énergie maximal, vous surdimensionnez délibérément la pompe à chaleur pour échanger plus d'énergie avec le sol, ce qui réduit les coûts d'exploitation. Un exemple de cette méthode a été présenté dans un troisième article.
Une autre innovation a été apportée par l'introduction d'une approche plus généralisée : l'optimisation de l'équilibre, comme nous l'avons expliqué dans notre article sur le thème de l'équilibre. quatrième article. Ici, vous pouvez vous assurer que la répartition entre l'énergie géothermique et les systèmes auxiliaires se fait de manière à ne laisser subsister qu'un certain déséquilibre contrôlé.
Ensemble, ces trois méthodologies constituent une boîte à outils puissante pour trouver des solutions optimales. Cependant, il leur manque encore un élément clé : la flexibilité nécessaire pour mettre en œuvre votre propre stratégie de contrôle.
Simulation de systèmes hybrides
La différence entre l'optimisation et la simulation
Toutes les méthodes actuellement disponibles dans GHEtool Cloud sont des méthodes d'optimisation. Cela signifie que, compte tenu de certaines conditions limites, telles qu'une taille fixe de champ de forage et une demande thermique horaire, vous maximisez la part géothermique en optimisant la puissance, l'énergie ou l'équilibre. Ce processus peut être quelque peu lent, car il peut nécessiter de nombreuses itérations, et c'est précisément là que la flexibilité de la simulation entre en jeu.
Lorsque vous simulez un système hybride, vous partez toujours des mêmes conditions connues (la taille de votre champ de forage et la demande thermique horaire), mais vous définissez également la stratégie de contrôle de votre système hybride. En d'autres termes, à partir de quelle température seuil une technologie donnée doit-elle être activée ou désactivée ? Avec cette stratégie et un fichier météorologique donné, la demande géothermique peut être calculée directement sur la base de la logique de contrôle, sans qu'il soit nécessaire de procéder à des itérations. Les simulations sont donc beaucoup plus rapides. Cependant, la contrepartie est que vous ne travaillez pas nécessairement avec la solution optimale.
!Note
Si vous utilisez les méthodes d'optimisation, une stratégie de contrôle est impliquée. Puisque vous souhaitez que les températures de vos fluides restent dans certaines limites, l'algorithme d'optimisation adaptera la charge en conséquence pour répondre à cette exigence. Bien que cette stratégie de contrôle puisse être reproduite dans la réalité en utilisant un point de consigne de contrôleur basé sur la température des fluides géothermiques, il n'est pas facile de le faire.
Trois exemples de simulation de systèmes hybrides
Imaginons que vous ayez un grand bâtiment commercial dont une partie de la charge est assurée par une GSHP et l'autre par une ASHP. Comme vous savez que lorsque la température de l'air extérieur est supérieure à 10 °C, votre pompe à chaleur automatique a un meilleur rendement que votre pompe à chaleur générale, il est logique, du point de vue de la consommation d'électricité, d'utiliser de préférence la pompe à chaleur automatique au lieu de la pompe à chaleur générale. Ceci peut être facilement modélisé en définissant l'ASHP comme une une technologie de chauffage hybride qui fonctionne à partir d'une température seuil.
Une autre situation peut se produire, par exemple, dans le cadre d'une rénovation. Imaginez que vous ayez un bâtiment scolaire (pas très bien isolé) avec des systèmes d'émission à haute température alimentés par une chaudière à gaz. En automne et au printemps, la GSHP peut parfaitement chauffer ce bâtiment, mais lorsqu'il fait trop froid à l'extérieur, la chaudière à gaz se met en marche pour fournir les températures plus élevées requises. Ce phénomène peut être modélisé à l'aide d'un système de chauffage hybride fonctionnant en dessous d'un seuil de température.
Un dernier exemple pourrait être celui d'un immeuble de bureaux, où la centrale de traitement de l'air (CTA) a des difficultés à refroidir l'air en utilisant les températures passives du champ de forage lorsqu'il fait trop chaud à l'extérieur. Une solution pourrait consister à équiper la CTA d'un composant actif qui se met en marche pour fournir de l'air frais. le refroidissement hybride à partir d'un certain seuil de température.
!Note
Il existe également une quatrième option, dans laquelle un système hybride assure le refroidissement lorsque la température de l'air extérieur descend en dessous d'un certain niveau. Il peut s'agir, par exemple, du refroidissement de la ventilation nocturne. Comme il ne s'agit pas vraiment d'un ‘système’, cette option - bien que présente dans GHEtool - ne sera pas examinée plus avant.
Dans ce qui suit, nous verrons comment vous pouvez utiliser GHEtool Cloud pour simuler ces systèmes.
Simulation de systèmes hybrides avec GHEtool Cloud
Dans GHEtool, vous avez désormais la possibilité (lorsque vous avez téléchargé un profil de charge horaire) d'ajouter un système hybride lors du calcul du profil de température. Une capture d'écran de la section d'entrée est présentée ci-dessous.
!Note
Comme la simulation n'est pas un processus itératif, il est également possible d'ajouter un système hybride lors du calcul de la profondeur de forage requise.
Tout d'abord, puisque ces simulations de systèmes hybrides sont toutes basées sur un seuil de température extérieure, un fichier météorologique EPW est nécessaire. Idéalement, le même fichier météo utilisé pour le calcul de la charge horaire est également utilisé pour la simulation, de sorte que les demandes thermiques de pointe coïncident avec les informations météorologiques correctes.
!Note
Lors de la recherche de fichiers météorologiques, https://climate.onebuilding.org/ fournit gratuitement des fichiers EPW pour presque toutes les régions du monde et pour différentes années.
Ensuite, vous avez la possibilité d'ajouter jusqu'à quatre systèmes hybrides différents, chacun ayant son propre seuil de température au-dessus ou au-dessous duquel le système hybride respectif sera préféré pour le chauffage ou le refroidissement. Pour chaque option de chauffage/refroidissement hybride, vous pouvez également spécifier la puissance de ce système hybride.
Remarque !
Bien qu'il y ait quatre entrées distinctes pour les systèmes hybrides, cela ne signifie pas nécessairement que quatre systèmes différents doivent être modélisés. Il est parfaitement possible de modéliser une seule pompe à chaleur qui assure à la fois le chauffage et le refroidissement à partir d'un certain seuil.
Exemple de chauffage hybride
Le graphique ci-dessous montre la distribution de l'énergie dans le cas d'un système de chauffage hybride qui fournit 100 kW de chauffage lorsque la température extérieure descend en dessous de 2 °C. Comme le montre la figure, ce phénomène ne se produit (pour ce fichier météorologique) qu'en janvier, février et décembre. Pour les autres mois, l'effet est négligeable.
Lorsqu'un autre système hybride est ajouté, fournissant 200 kW et fonctionnant lorsque la température extérieure est supérieure à 10 °C, le profil ressemble à celui ci-dessous. Ici, vous pouvez voir que la part du chauffage géothermique est nettement plus faible, ce qui entraîne un déséquilibre différent et, par conséquent, un profil de température différent.
Limiter la puissance du champ de forage
Enfin, il est également possible de limiter la puissance géothermique maximale. Imaginez, par exemple, que vous ayez une demande de chauffage de 536 kW et qu'une pompe à chaleur soit déjà installée pour fournir un rafraîchissement supplémentaire en été. Vous pourriez alors limiter la puissance de pointe de la pompe à chaleur géothermique à 475 kW, par exemple. Cela signifie que dans vos résultats, il y aura désormais un ‘excès de chauffage’, puisque 100% de la charge de chauffage n'a pas pu être satisfaite par la GSHP.
En réalité, votre pompe à chaleur peut prendre en charge cette partie de la charge, ce qui vous donne un autre moyen de concevoir et de simuler des systèmes hybrides. Un exemple est présenté ci-dessous, où environ 1,3% de la demande annuelle de chauffage est maintenant indiquée comme ‘chauffage excédentaire’.
Conclusion
Le nouveau module de simulation des systèmes hybrides complète parfaitement les méthodes d'optimisation déjà disponibles. Bien qu'il ne garantisse pas la meilleure solution, il permet de simuler très simplement le comportement des systèmes hybrides dans la réalité.
Références
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- Regardez notre vidéo d'explication sur notre page YouTube en cliquant sur ici.