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Analyse de l'efficacité énergétique par acquisition de données des récupérateurs de chaleur des eaux usées et du chauffage solaire de l'eau chaude domestique sur le site Benny Farm

Dupré, Guillaume (2009). Analyse de l'efficacité énergétique par acquisition de données des récupérateurs de chaleur des eaux usées et du chauffage solaire de l'eau chaude domestique sur le site Benny Farm. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les panneaux solaires de Benny-Farm constituent la plus grosse installation de ce genre au Québec. Malheureusement, le système de chauffage solaire n'a pu être étudié puisqu'il n'a pas été en fonction pendant la durée de cette étude. Par confre, afin de mesurer la radiation solaire avec une bonne précision et à faible coût dans un mesurage de système de chauffage solaire, une méthode de calibration de pyranomèfres photovoltaïque est présentée. La méthode, beaucoup plus simple et polyvalente que les autres méthodes proposées dans la littérature, a diminué l'erreur moyenne de 91% et 94%, l'écart type de 25% et 17% et l'erreur sur la puissance mesurée de 66% et 73% pour les deux pyranomètres testés lors de la mesure du rayonnement solaire pendant 15 jours. Cette méthode pourrait ouvrir la porte à une calibration standard par le manufacturier d'un modèle particulier.

Les récupérateurs de chaleur des eaux usées (RCEU) gagnent de plus en plus en popularité, mais la configuration de ces appareils sur le site de Benny-Farm n'a jamais été étudiée. Les deux bâtiments à l'étude, CHANCE et CHBF, ont chacun huit RCEU desservant 24 logements. Les RCEU sont installés en parallèle. Lorsqu'il y a une demande d'eau chaude domestique (ECD), le débit d'eau froide est donc séparé également sur les huit RCEU. La demande d'ECD, la température de l'eau froide et de l'eau préchauffée ont été enregistrées toutes les 1,5 minutes pendant plus de 250 jours sur deux bâtiments. Quoique le rendement des RCEU utilisés pour le préchauffage de l'ECD et/ou de l'eau froide de la douche ait été bien étudié par plusieurs chercheurs, des divergences sont attendues. D'abord, les possibilités que plusieurs RCEU soient utilisés en même temps changent le rendement. Les possibilités de récupérer la chaleur des débits non simultanés (ex. bain) sont aussi statistiquement plus élevées et les gains avec l'air Eunbiant peuvent influencer les données mesurées. Les données enregistrées ont montré que la simultanéité de la demande d'ECD n'est pas favorable au rendement, mais que la fréquence de la demande d'ECD est très élevée augmentant les probabilités de pouvoir récupérer la chaleur des débits non groupés. Finalement, il a été démonfré que les gains de chaleur des RCEU et de la tuyauterie d'eau froide et préchauffée par l'air ambiant sont considérables. Le rendement mesuré pendant la période estivale où la température de l'eau froide était supérieure à 20°C est de 12%>. La baisse du rendement théorique d'une telle configuration semble être compensée par la récupération de chaleur des débits non simultanés. Avec les factures de gaz naturel et les données emegisfrées, les pertes calculées de la recirculation d'ECD sont de 50%. Considérant un taux hypothécaire de 5% et une inflation de 3% sur le coût du gaz naturel, le retour sur l'investissement sans subvention est de 11.7 ans pour CHBF et 15.6 ans pour CHANCE. Cette configuration s'est avérée efficace dans les deux bâtiments à l'étude. De plus amples recherches sont nécessaires pour cormaîfre les limites de cette configuration.

Titre traduit

Energy efficiency monitoring of drain water heat recovery system and solar heating system for domestic hot water on Benny-Farm site

Résumé anglais

The biggest solar heating System in Quebec's province is on Benny-Farm site. Unfortunately, the installation wasn't working for the research's period so it couldn't be studied. However, to measure with good accuracy and at low cost the solar radiation in the monitoring of a solar System, a new calibration method for photovoltaic pyranometers is presented. This new method is much simpler and polyvalent than other existing methods. It has decreased mean error by 91% and 94%, error's standard déviation by 25% and 17% and the measured solar power by 66% and 73% for the two tested pyranometers over a 15 days measuring period. This method could make possible a standard calibration by the pyranometer producer for a particular model.

The drain water beat recovery System (DWHRS) is gaining in popularity, but the configuration of these devices on Benny-Farm site has never been studied. The two buildings studied, CHANCE and CHBF, each bave eight DWHRS on 24 apartments. Because the DWHRS are installed in parallel, the cold water flow is equally split on the eight DWHRS when there's a domestic hot water (DHW) demand. The DHW demand, the cold and preheated water temperatures bave ail been recorded every 1,5 minutes over 250 days. Although the DWHRS efficiency is well known in single family houses, differences are expected. First, chances of beat recovery on multiple DWHRS simultaneously are changing the efficiency. Also, the chances of recovering heat from batch flows (ex. bath) are increased. Finally, the heat transfer of the DWHRS with room air can modify the measure efficiency. The monitored data showed that impact of simultaneousness of DHW demand is not positive on the efficiency, but DHW demand frequency is with batch flow heat recovery. Finally, it has been demonsfrated that the heat gain of preheated water with room air through the DWHRS and piping System is substantial. The measured efficiency over the summer period where cold water température is over 20°C is 12%. It seems that the increase of batch flow heat recovery compensate for the theoretical efficiency drop of this DWHRS configuration. From natural gas bills and monitored data, the recirculation heat loss is 50% of the DHW energy needs. Considering a 5% mortgage rate and 3% annual rise for natural gas, the retum on investment without subsidy is 11,7 years for CHBF and 15,6 years for CHANCE. Even though this DWHRS configuration is good on the two studied buildings, more research is needed to identify the parameters that make this configuration a success.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliogr : f. 155-164.
Mots-clés libres: Économies d'énergie. Chaleur Récupération. Eaux usées. Chauffage solaire. Rayonnement solaire Mesure. benny-farm, calibration, chaud, domestique, eau, pyranomètre
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Lamarche, Louis
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Kajl, Stanislaw
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 12 août 2010 18:48
Dernière modification: 30 avr. 2015 18:57
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/40

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