Optimisation multicritère d’un système de production d’eau chaude sanitaire

Avec les réglementations thermiques récentes RT 2012 et à venir RT 2020, l’eau chaude sanitaire devient un poste de consommation de plus en plus important et peut représenter jusqu’à 50% de la consommation totale du bâtiment en énergie finale. Dans cette étude, une optimisation multicritère est appliquée à un système de production d’eau chaude sanitaire composé d’un chauffe-eau thermodynamique couplé à un stockage par chaleur sensible. L’eau du ballon est chauffée par une pompe à chaleur (PAC) via un échangeur à plaques. La source froide utilisée par la PAC est issue de la récupération de chaleur sur l’air extrait d’un logement de type collectif. Un modèle réduit, validé expérimentalement à l’aide d’un banc d’essai développé au laboratoire IUSTI, est utilisé pour simuler dynamiquement le système. Ce modèle permet de prendre en compte la variabilité du besoin en considérant des profils temporels de puisage d’eau chaude dans le ballon. Les paramètres importants identifiés pour le système sont la forme du puisage pour une consommation journalière donnée et deux variables de régulation. Ces variables de régulation permettent le déclenchement de la PAC soit à partir d’une hauteur de thermocline dans le ballon, soit à partir d’un temps de délai défini avant le pic de puisage du soir. Une optimisation, utilisant des algorithmes génétiques, permet alors d’identifier les jeux de paramètres qui permettent de maximiser à la fois le coefficient de performance du système et la part d’énergie renouvelable potentielle d’origine photovoltaïque. On tient compte en parallèle des contraintes de fourniture du besoin d’eau chaude et de traitement thermique d’élimination de la légionelle. Une méthode d’aide à la décision TOPSIS sélectionne ensuite les paramètres optimaux depuis le front de Pareto généré par l’optimisation. Afin de confirmer la pertinence de la démarche, un plan d’expérience est établi numériquement puis les résultats issus du modèle sont alors comparés à des résultats expérimentaux obtenus à partir du banc d’essai.