Monitoring COP Box

Monitoring COP Box

Contexte

Le confort thermique est un élément important dans la vie de tous les jours. Pour subvenir à ce confort, différentes méthodes de chauffage peuvent être utilisées. En Suisse, le parc immobilier produit environ 40% des émissions de CO2 et consomme approximativement 45% de l’énergie Suisse. Un gros effort doit donc être réalisé durant ces prochaines années afin de réduire ces taux. [5] Le nombre d’installations de pompes à chaleur ne cesse d’augmenter d’année en année. Ces machines permettent de chauffer les bâtiments durant la saison froide et de préparer l’eau chaude sanitaire toute l’année. Ces équipements à énergie renouvelable, prennent la chaleur de l’environnement extérieur afin de le restituer aux bâtiments. Les sources de chaleur peuvent provenir de différentes origines :

• L’air comme source de chaleur.

• L’eau comme source de chaleur.

• Le sol comme source de chaleur (géothermie).

Avec les années, la pompe à chaleur devient de plus en plus performante et consomme toujours moins d’énergie électrique pour donner davantage d’énergie thermique. Afin de connaitre la performance de ces machines, une grandeur sans unité appelée coefficient de performance (COP) a été instaurée. Ce coefficient représente le rapport entre la quantité d’énergie produite (Thermique) et la quantité d’énergie utilisée (Electrique). [6] Le coefficient de performance de notre pompe à chaleur nous permet ainsi de connaître la performance de cette dernière par le biais de sa production de chaleur et de sa consommation électrique. Etant dans une ère où la quantité et la qualité de l’énergie est au coeur de nombreuses conversations, les énergies renouvelables sont toujours plus utilisées. Ces dernières étant des énergies dont les puissances de production peuvent varier rapidement, il est donc important de diversifier les sources de production. Afin de rendre notre réseau fiable, il peut donc s’avérer utile de connaitre nos consommations et nos productions précisément. Des problèmes peuvent souvent être rencontrés lors de la mise en service de nouvelles installations de pompes à chaleur. Les réglages de ces dernières sont généralement mal connus et, une grande partie du temps, la production de chaleur est faite par le biais de la résistance chauffante de la pompe à chaleur. Cela fait baisser considérablement le coefficient de performance globale de notre système. Il serait donc intéressant de pouvoir observer le coefficient de performance en direct afin de déterminer si l’utilisation d’une pompe à chaleur est faite de manière optimale ou non.

Cahier des charges et objectifs

L’objectif du projet proposé consiste à mettre en place un système de monitoring du coefficient de performance d’une pompe à chaleur. Pour pouvoir observer les résultats de manière pertinente, une acquisition devra être programmée. La première partie de ce travail de diplôme va donc consister à prendre en main le programme utilisé, soit le logiciel Qt Creator et comprendre la logique de la programmation en C. Un système d’acquisition de données devra ensuite être programmé en utilisant ce logiciel. Une comparaison de coefficient de performance du système développé au sein de la Haute école d’Ingénierie de Sion avec un système de mesure industriel devra être ensuite réalisée. Pour ce faire, des tests seront effectués sur une pompe à chaleur se trouvant dans le laboratoire thermique de la Haute école d’Ingénierie de Sion. Cette dernière est déjà instrumentée et des mesures peuvent être faites. Pour connaître le coefficient de performance, l’énergie électrique et thermique de nos installations devront être mesurées.

Des modifications devront ensuite être apportées au système afin de le rendre plus fiable et plus performant. Par la suite, un déploiement de ce système devra être réalisé sur différentes pompes à chaleur de la région afin de pouvoir récupérer les valeurs du COP de ces machines et les analyser. Le système installé et proposé aura les caractéristiques suivantes : il sera peu invasif, fiable et peu couteux. L’installation sera aussi aisée et ne devra aucunement interférer avec le système de commande des pompes à chaleur installées. Lorsque nos systèmes seront mis en place, des données supplémentaires comme la température extérieure et intérieure du bâtiment dans la phase de déploiement, permettront d’apporter des justifications aux variations des COP monitorés. Le but final du projet est donc de pouvoir visionner, sur un PC, les COP des différentes installations. Pour cela, il faudra pouvoir rassembler toutes les données acquises de nos différentes installations et les mettre en forme. Par la suite des graphiques permettront de visualiser nos résultats.

Conclusion

Ce travail de diplôme propose un outil simple à l’installation, d’un monitoring de coefficient de performance de pompe à chaleur. L’emploi d’un programme, utilisant le langage C, a été une solution très intéressante pour répondre aux besoins décrits dans le cahier des charges. L’utilisation d’un système, comme le Monitoring COP Box développé durant ce projet, ne sera dans aucun cas d’une précision égale à un système industriel comme celui implémenté sur la pompe à chaleur du laboratoire thermique de la Hes-SO de Sion, utilisant des capteurs Calec STII. Néanmoins les résultats obtenus suivent le cours de la réalité et sont exploitables. On remarque que sur une série de 5 tests réalisés, la différence de COP global entre les deux acquisitions ne dépasse pas une différence de valeur de 0.4. La réalisation de tests supplémentaires permettrait de comparer avec plus de précision les COP monitorés par le système développé. L’inertie thermique des tuyaux sur lesquels la prise de mesure de température est réalisée, ainsi que la précision des capteurs, peuvent poser problème lors de la lecture des COP instantanés.

Malgré cela, les COP globaux utilisant l’énergie et non la puissance, permettent d’effectuer des mesures sur des durées déterminées exploitables. L’outil réalisé durant ce travail de diplôme est utilisable et fonctionnel, mais une suite serait à prévoir. Des améliorations, comme l’emploi d’un débitmètre plus précis permettraient d’ajuster nos valeurs mesurées. L’installation des systèmes dans des maisons de client n’a pas été possible par manque de temps et d’informations. Néanmoins, le dispositif d’acquisition a été installé sur la pompe à chaleur présente au laboratoire thermique de la HEI afin de démontrer la plausibilité et le résultat de ce projet. Dans le futur, une continuation d’un tel projet, je pense, pourrait permettre une meilleure connaissance de la manière dont sont installées les pompes à chaleur et leur utilisation.

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Table des matières

Aide à la lecture
Liste des figures
Liste des tableaux
Liste des graphiques
Liste des images
1.Introduction
1.1. Contexte
1.2. Cahier des charges et objectifs
1.3. Choix du programme
1.4. Fonctionnement d’une PAC
2.Mesure de COP en laboratoire
2.1. Installation en laboratoire
2.2. Système d’acquisition Hes
2.3. Mise en forme de l’information
2.4. Acquisition des données sur Raspberry pi
2.5. Fichiers de configurations
2.6. Serveur ftp
2.7. Traitement des fichiers acquis
2.8. Affichages graphiques des COP
2.9. Comparaison des COP des deux systèmes
3.Monitoring COP Box
3.1. Liste de matériel et couts
3.2. Améliorations apportées
4.Suite à donner
4.1. Installation d’un VPN
4.2. Amélioration du Monitoring des différents COP
4.3. Affichage des résultats sur une page Web
4.4. Mise en commun des fichiers Qt
4.5. Installation d’un serveur ftp externe
4.6. Lancement du programme Qt sans environnement
4.7. Installation d’un débitmètre plus précis
Conclusion
Remerciements
Annexes
Planning
Contrôle de la PAC
Acquisition Calec
Serveur Z-wave
Serveur 1-wire
Liste de matériel et couts
Schéma mécanique des pièces de contact pour capteurs
Mesures de COP sans ajustements
Mesure de COP avec ajustements
Liste des runs
Liste des graphiques et image
Installation d’un nouveau système d’acquisition

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