Modélisation et simulation dynamique d'un parc de bâtiments sur un réseau de chaleur et de froid

Abstract

Modélisation et simulation dynamique d’un parc de bâtiments sur un réseau de chaleur et de froid: Ce travail de fin d’études se concentre au cas du village commercial de Cristal Park. La particularité de ce projet est qu’il est entièrement fourni en énergie thermique par un réseau de chaleur et de froid. Le but ici est de modéliser dynamiquement le réseau de chaleur, d’évaluer les performances du système global et de fixer des critères afin de l’optimiser. Dans un premier temps, la modélisation des bâtiments est réalisée sous DesignBuilder et comparée via le logiciel de simulation dynamique Modelica. Le but est de calculer les besoins nominaux nécessaires en chaud, en froid ainsi qu’en ECS pour pouvoir dimensionner le réseau de chaleur. Une simulation thermique dynamique permet également d’obtenir l’évolution des besoins en fonction du temps durant une année entière. Après cela, les variations de quelques-unes des hypothèses importantes sont analysées pour montrer la variabilité du modèle aux paramètres initiaux. Dans un deuxième temps, le réseau de chaleur est modélisé sous Modelica afin de déterminer les pertes de charge ainsi que les pertes thermiques des différentes conduites et sous-stations. Une fois ce modèle réalisé, il fournit les pertes via le sol ainsi que l’évolution de l’énergie de production nécessaire à tout moment au cours d’une année type. Trois modèles sont créés ici avec des contrôles de plus en plus efficaces. Uniquement le dernier, le plus performant, contrôlant la température en sortie de sous-station ainsi que le débit injecté, est retenu par la suite. Avec la puissance totale nécessaire au réseau de chaleur, l’efficacité de production peut être déduite ainsi que la consommation en énergie primaire finale, la production étant modélisée de façon simplifiée uniquement avec un facteur de performance. En fonction de la charge du système de production ce coefficient est fourni et permet de calculer la consommation d’énergie primaire. Ce calcul est utilisé aussi bien pour le réseau froid que pour le chaud. Enfin le système global est simulé. La sensibilité de celui-ci à différents paramètres est étudiée au cours de la modélisation, parmi eux, la température du sol, le coefficient d’isolation thermique des tuyaux, les régimes de température ou encore la variation du type d’unité de production. En fonction de ces résultats, des variantes sont apportées au réseau en question afin de simuler les différentes performances et d’optimiser au mieux la totalité de la fourniture d’énergie.