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Méthode pour garantir les performances des installations de climatisation/chauffage solaire – MEGAPICS

Une garantie des performances des installations solaire pour le rafraîchissement, le chauffage et/ou la production d'eau chaude sanitaire solaire ?

Le projet concerne l’étude des installations solaires de rafraîchissement, le chaufffage et/ou la production d'ECS avec machines à sorption. Il vise l’amélioration des performances globales saisonnières sur leur durée de vie. Le projet a permis de développer les outils indispensables pour évaluer les performances mais aussi améliorer la fiabilité de ces installations solaires, pour un jour proposer une garantie de bon fonctionnement.

Améliorer la fiabilité des installations de climatisation et chauffage solaire

Les installations de climatisation et chauffage solaire sont l’une des solutions pour répondre aux exigences et objectifs nationaux en termes de réduction des consommations en énergie fossile et de rejet de gaz à effet de serre. Les installations utilisant des machines à sorption simple effet couplées à des capteurs solaires thermiques standards (tubes sous vide ou plan hautes performances) sont les plus répandues mais restent aujourd’hui trois à dix fois plus coûteuses qu’un système électrique à compression et sont beaucoup plus complexes de mise en œuvre. Dans ce contexte, il est nécessaire de quantifier correctement les économies réalisables et fiabiliser le fonctionnement des installations sur l’ensemble de leur durée de vie. <br />Le consortium a donc travaillé, au sein du projet MeGaPICS « Méthode pour Garantir les Performances des Installations de Climatisation et chauffage Solaire », à l’établissement du socle nécessaire à la mise en place future de garanties de performances, à savoir : <br />- une meilleure connaissance du fonctionnement des systèmes, <br />- une méthode fiable et simple de prévision des performances, <br />- des bonnes pratiques pour le dimensionnement et la conception ainsi que pour le télésuivi et l’entretien des installations.

Pendant le projet, les partenaires se sont appuyés sur :
- les connaissances, compétences et retour d’expériences professionnelles sur le sujet tant en matière de conception que d’exploitation des installations solaires,
- les modèles d’installation, outils de simulations et modélisations réalisés et développés dans de précédents projets de R&D sur la thématique,
- les données de monitoring issues de plusieurs années de suivi d’installations de rafraîchissement et chauffage solaire en fonctionnement.
En s’appuyant sur des modèles d’installations existantes issues du projet ORASOL notamment, les travaux de simulation ont permis de définir et quantifier l’influence de facteurs-clés sur les performances des installations de climatisation/chauffage solaire. Ces études de sensibilité constituent une base scientifique solide permettant de mettre en valeur les paramètres les plus importants lors du dimensionnement d’une installation.
Les installations dont les données ont été exploitées sont notamment les suivantes :
- rafraîchissement/chauffage solaire SOLERA au CEA à l’INES à Chambéry : machine à absorption (Rotartica 4,5 kW) couplée à un système solaire combiné (SSC) avec capteurs plans (Clipsol 30 m²), refroidissement par sondes géothermiques horizontales.
- rafraîchissement solaire RAFSOL à l’IUT Saint Pierre (La Réunion) : en fonctionnement depuis mars 2008; machine à absorption (EAW-Schüco 30 kW), capteurs plans double vitrage (Schüco 90 m²), tour de refroidissement.
- rafraîchissement/chauffage solaire SOLACLIM au CNRS-PROMES à Perpignan : en fonctionnement depuis l’été 2008; machine à adsorption (Sortech 7,5 kW), capteurs plans double vitrage (Schüco 25 m²), drycooler adiabatique.
-rafraîchissement/chauffage solaire Sonnenkraft au siège de l’entreprise General Solar Systems France à Haguenau : en fonctionnement depuis 2011; machine à absorption (YAZAKI 17,5 kW), capteurs plans (Sonnenkraft et Arcon 105 m²), drycooler.

Le projet a permis de développer et réaliser un ensemble d’outils visant à améliorer la qualité et la fiabilité des installations. Ils peuvent être utilisés par les professionnels pour leurs projets et réalisations. Sont mis à disposition au téléchargement sur le site web du projet les outils suivants :
- des guides de préconisations pour le prédimensionnement des installations collectives, le suivi d’un projet (maîtrise d’œuvre), le télésuivi (monitoring) des installations, l’entretien et la maintenance ;
- un outil de calcul de référence PISTACHE permettant d’évaluer théoriquement et de façon simplifiée les performances des installations solaires de production de chaud et de froid ; cet outil a été validé numériquement et expérimentalement et mis a disposition de la communauté internationale ;
- un tableau de suivi des performances avec bilan mensuel et calcul des indicateurs de performance et de leurs seuils ;
- un ensemble de schémas standardisés pour les installations collectives et packagées ;
- des fiches exemples d’installations solaires de rafraîchissement, chauffage et production d’eau chaude sanitaire.

En s’appuyant sur des modèles d’installations existantes, les travaux de simulation ont permis de définir et quantifier l’influence de facteurs-clés sur les performances des installations de climatisation/chauffage solaire. Ces études de sensibilité constituent une base scientifique solide qui a été complétée par l’exploitation de plusieurs années de données de monitoring recueillies sur plusieurs installations en fonctionnement.
Le projet a permis en 48 mois d’aboutir à des résultats valorisables largement auprès de la communauté scientifique et professionnelle solaire et améliore la connaissance sur le fonctionnement général des systèmes.
Les méthodes d’analyse de sensibilité employées par le laboratoire PIMENT sont réplicables et pertinentes. La méthode d’étude des systèmes sur banc de test mérite un approfondissement et une concertation au niveau international. Le logiciel PISTACHE nécessitera des mises à jour et des cessions de formation.

Les résultats du projet ont été diffusé et valorisé tout au long du projet à l'occasion de conférences scientifiques et techniques et de nombreux articles ont été rédigés. On peut citer notamment les conférences IBPSA françaises et internationales, les conférences OTTI Solar Air Conditionning, SHC et ESTEC et les journaux Solar Energy, Energy and Buildings et Energy Proceedia.

Le logiciel PISTACHE développé par le CEA à l'INES et TECSOL fait l'objet d'un dépôt auprès de l'Agence pour la Protection des Programmes.

Aujourd'hui la technologie de la climatisation solaire est représentée par plus d'une centaine d'installations dans le monde; il reste néanmoins des barrières techniques et économiques limitant le développement d'un large marché. Au niveau du système, les principaux freins sont liés à la complexité et la qualité de ces installations. Le projet MeGaPICS s'intéressera aux installations de climatisation/ chauffage solaire mettant en œuvre la plus mature et la plus utilisée des technologies : la sorption. Le projet MeGaPICS a pour objectif de créer des outils d'ingénierie aujourd'hui nécessaires à l'amélioration des performances annuelles globales de ce type d'installations et pour pouvoir à terme garantir celles-ci. Ces outils permettront de réaliser un contrôle du réel par rapport au prévisionnel, à tous les stades de l'opération solaire (conception, mise en œuvre, exploitation). Pour répondre à ces objectifs MeGaPICS propose de fournir aux professionnels du secteur solaire intéressés par ces procédés, des outils fiables et validés tel que: - Un outil de calcul de référence pour la prévision des performances des installations de climatisation / chauffage solaire, - Des guides de bonnes pratiques et de contrôle des procédures de maîtrise d'œuvre des installations (conception, suivi des travaux), - Des guides pour l'analyse et le contrôle du fonctionnement des installations (télécontrôle, maintenance).
L'outil de prévision des performances sera simple, adapté aux besoins et aux utilisateurs. Il utilisera la méthode de modélisation jugée la plus appropriée lors d'un état des lieux et d'analyses critiques préliminaires de modèles, outils et méthodes existants. Il sera validé avec les données de monitoring d'installations existantes et par la comparaison avec d'autres logiciels. Son développement s'appuiera sur les résultats d'études de sensibilité réalisées par les partenaires compétents sur des modèles théoriques existants et des installations expérimentales (bancs d'essais). Ces études viseront à quantifier l'impact de facteurs-clés sur les performances des installations de climatisation/ chauffage. La phase préliminaire du projet consistera pour cela en une identification de ces facteurs-clés et une définition des 'performances' (incluant non seulement la productivité solaire mais aussi la notion de confort). Le projet MeGaPICS se positionne donc comme un projet de recherche industrielle sur la thématique de la qualité des installations de climatisation/chauffage solaire. Le consortium du projet comprend des acteurs stratégiques issus du monde de la recherche et de l'industrie, ayant pour but commun de développer des compétences françaises et une filière professionnelle afin de faire émerger un marché de la climatisation/ chauffage solaire. Cette émergence dépendra en France des preuves apportées pour juger de l'efficacité et la fiabilité de tels systèmes ; ceci nécessite la création et la mise en place de procédures rigoureuses de mesure et de prévision des performance. Dans ce contexte et grâce à la diversité du Consortium, le projet MeGaPICS pourra aisément être valorisé et diffusé auprès de différentes cibles (niveau national et international, communauté scientifique, professionnels, ...). Le projet permettra également d'alimenter les instruments nationaux de développement des énergies renouvelables et de l'efficacité des bâtiments tel que le calcul règlementaire RT2012 et le Fonds Chaleur Renouvelable.

Coordinateur du projet

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Aide de l'ANR 0 euros
Début et durée du projet scientifique : - 0 Mois

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