Etude climatisation d'un appartement
On souhaite configurer puis simuler une installation de climatisation d'un appartement ou d'une pièce d'habitation, afin de se familiariser avec le modèle "Groupe frigorifique mono-étagé". Les données sont les suivantes:
- Surface de l'appartement 34m2, hauteur sous plafond 2.60m, une seule façade extérieure de 8.5m de largeur, avec un coefficient global d'échange U=10kJ.h-1.m2.°C-1, et 90% de la résistance thermique venant de l'isolation intérieure du mur.
- Température intérieure désirée 20°C, température extérieure 35°C.
- Pour la climatisation: compresseur de 36cm3 fonctionnant à 2900tr.mn-1, rendement volumétrique 95%, rendement isentropique 80%, fluide R134a.
- Surfaces condenseur et évaporateur de 1m2 chacune, et coefficient global d'échange 800 kJ.h-1.m2.°C-1.
Rq: la configuration correspondante peut être entrée manuellement via l'interface ou chargée par le fichier "Clim_appt34m2_mono.txt" fourni.
Configuration de l'installation
Le volume d'air est de 34x2.6=88.4m3. La surface à prendre en compte pour les échanges avec l'extérieur est de 8.5x2.6=soit 22.1m2.
En considérant Cpair=1.2 kJ.kg-1.°C-1, et une masse volumique à 20°C de 1.205 kg.m-3, on obtient M×Cpair=88.4×1.205×1.2=128 kJ.°C-1.
En considérant la masse du mur égale à 2210 kg et Cpmur=1.5 kJ.kg-1.°C-1, on obtient M×Cpmur=2210x1.5=3315 kJ.°C-1.
Enfin pour le mur, U×S=10×22.1=221 kJ.h-1.°C-1.
Calculs préliminaires
Puissance P1 nécessaire pour refroidir l'air seul de 35 à 20°C en environ 15mn: P1=M×Cpair×(35-20)/(60×15)=2.13 kW
Puissance P2 pour maintenir la pièce à 20°C une fois établi le régime stationnaire: P2=U×S×Δθ=221×15=3315 kJ.h-1, soit 3315/3600=0.92 kW.
Simulation du refroidissement de la pièce
Tout étant à 35°C au départ, démarrer le compresseur et mesurer le temps T0 nécessaire pour abaisser la température à 21°C.
Mesurer le temps de marche T1 pour faire passer la température de 21 à 19°C.
Mesurer le temps d'arrêt T2 pour que la température remonte à 21°C.
Estimer le temps Ts mis pour atteindre le régime stationnaire (Température du mur, initialement à 35°C, constante dans le temps).
Réponses: T0=10mn, T1=2mn, T2=5mn, Ts= ~5 heures
Régulation de température par TSH-TSL
(temperature switch high et low, ou seuils de température haut et bas)
Configurer une régulation de température par TSH-TSL, en réglant les seuils haut et bas à 21 et 19°C. Mettre cette régulation de température en automatique et observer son fonctionnement sur plusieurs cycles. Discuter.
Ouvrir la fenêtre pendant 120s, et suivre l'évolution de la température et le fonctionnement de la régulation.
COP (coefficient de performance frigorifique)
Comparer le COP pratique et théorique, et discuter de quels équipements vient la différence entre les deux valeurs. Modifier quelques paramètres permettant d'améliorer le COP, et discuter.
COP théorique=Tsource froide/(Tsource chaude-Tsource froide)
Comparaison avec différentes puissances et différents fluides frigorigènes
Refaire l'étude avec un compresseur de 18cm3 de cyclindrée (au lieu de 36), et conclure sur le compresseur le mieux adapté à cette climatisation.
Refaire l'étude avec un compresseur de 10cm3, et du R407C comme fluide frigorigène. Comparer notamment COP et capacité volumétrique. Conclure.
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