Implémentation de modèles de boîte noire adaptés pour la caractérisation des performances de refroidisseurs commerciaux à sorption

Compte tenu de l’augmentation actuelle de la demande énergétique mondiale liée au refroidissement dans le secteur du bâtiment (notamment dans des climats tropicaux), l’utilisation de refroidisseurs faisant appel à des énergies renouvelables devient une nécessité plus qu’une option. Une source d’énergie spécialement intéressante est la géothermie profonde à des températures modérées (entre 70 et 120∘C) pour faire fonctionner des refroidisseurs à sorption. Les refroidisseurs à sorption peuvent être divisés en deux grandes catégories : à cycle fermé (dans lequel le fluide frigorigène n’est pas en contact direct avec l’air à refroidir, à savoir les systèmes à absorption et à adsorption) et à cycle ouvert (dans lequel le fluide frigorigène est en contact direct avec l’air refroidi, à savoir les systèmes de refroidissement par évaporation dissociative ou DEC).

La modélisation des systèmes à sorption est d’une importance fondamentale pour l’évaluation de leurs performances (en conditions dynamiques et sur des temps longs), et notamment lorsqu’ils sont couplés à d’autres systèmes avec un besoin et une disponibilité variables (bâtiment, stockage, source à air…). Selon le degré de compréhension physique de la machine, les différents modèles peuvent être divisés classiquement en trois catégories : boîte blanche (physique), boîte grise (semi-empirique), et boîte noire. Dans les cas où le potentiel des refroidisseurs à sorption doit être estimé pour une application spécifique, il n’est pas nécessaire de comprendre les phénomènes physiques à l’intérieur de la machine et, par conséquent, les modèles de boîte noire sont probablement l’outil le plus approprié pour la modélisation de ces machines étant donné leur simplicité, leur précision et leur facilité de mise en œuvre. Parmi les possibilités, il existe deux options qui pourraient être particulièrement intéressantes : la méthode de l’équation caractéristique (EC) adaptée et le modèle de la fonction de Carnot (MFC). En effet, ces méthodes utilisent des paramètres fonction des températures des sources thermiques (couramment utilisées par les chercheurs et les fabricants pour leur caractérisation) pour situer les différents régimes de fonctionnement des machines. Ces méthodes de modélisation n’ont été étudiées que dans le contexte des refroidisseurs à absorption. Néanmoins, la caractérisation des autres options de refroidisseurs à sorption est également nécessaire pour une comparaison entre les différentes solutions disponibles. Le présent travail a consisté donc à modéliser des refroidisseurs à sorption commerciaux (un refroidisseur à absorption à simple étage, un refroidisseur à adsorption à simple étage et un système DEC) à l’aide des méthodes MFC et EC adaptée. Le MFC a présenté les erreurs d’estimation les plus élevées ; ceci est dû au fait que le COPcarnot est un paramètre physique qui ne peut pas être ajusté (comme dans le cas de l’EC adaptée). Compte tenu du fait que le COPcarnot est un paramètre physique qui peut être utilisé pour comparer des machines de différentes géométries ou fluides de travail dans un domaine qui est uniquement fonction des températures, une nouvelle méthode de modélisation qui emploie le COPcarnot de la machine pourrait être nécessaire pour obtenir des modèles avec une meilleure précision.

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