{"id":{"repo_id":"sherbrooke","oai_identifier":"oai:usherbrooke.scholaris.ca:11143/21241"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/sherbrooke/oai:usherbrooke.scholaris.ca:11143/21241","repository":{"repo_id":"sherbrooke","name":"Université de Sherbrooke","base_url":"https://usherbrooke.scholaris.ca/server/oai/request"},"display":{"title":"A systematic heat recovery approach for designing integrated heating, cooling, and ventilation systems for greenhouses","abstract":"La récupération de chaleur joue un rôle crucial dans l'amélioration de l'efficacité énergétique et la réduction des coûts opérationnels dans le secteur de l'énergie. Dans le contexte de la gestion de l'énergie des serres, les mesures de récupération de chaleur offrent un potentiel significatif pour améliorer l'efficacité globale et la rentabilité tout en favorisant la durabilité. En ciblant spécifiquement la chaleur perdue par la ventilation, notre objectif est d'identifier des moyens efficaces et innovants pour exploiter cette source d'énergie abondante mais souvent négligée. Cette thèse a pour principal objectif de présenter une méthodologie systématique offrant des aperçus pratiques sur la conception d'un système de récupération de chaleur pour les serres en utilisant la technique d'intégration thermique. Compte tenu de la nature dynamique des processus des serres, l'Analyse Pinch dynamique (PA) est appliquée pour la toute première fois afin de concevoir un système de chauffage, de refroidissement et de ventilation intégré pour les serres. Ainsi, dans un premier temps, le système de conditionnement du climat des serres est défini en termes de flux distincts représentant les différents composants et processus au sein du système. Cette représentation basée sur les flux permet de comprendre de manière exhaustive la dynamique thermique du système, facilitant ainsi l'analyse de récupération de chaleur. Ensuite, les données requises pour définir entièrement tous les flux en fonction du temps (c'est-à-dire les besoins thermiques et de ventilation) sont calculées à l'aide d'un modèle climatique de serre développé dans Matlab/Simulink. L'Analyse Pinch dynamique est réalisée en deux étapes majeures: le ciblage énergétique et la conception du réseau d'échangeurs de chaleur. En utilisant des techniques de ciblage énergétique basées sur l'Analyse Pinch graphique (courbes composites), la méthodologie identifie les opportunités de récupération de chaleur et détermine les possibilités d'intégration au sein de la serre. Dans l'étape suivante, une approche heuristique est présentée pour attribuer un réseau d'échangeurs de chaleur adapté aux flux, permettant ainsi d'atteindre les objectifs énergétiques fixés. Dans cette approche, le problème de conception du réseau d'échangeurs de chaleur est résolu uniquement pour les périodes de temps les plus représentatives (c'est-à-dire les jours types) déterminées à l'aide du regroupement par clustering. Cela peut considérablement réduire l'effort de calcul en limitant les scénarios d'intégration à seulement quelques jours types plutôt qu'à une année entière. Ensuite, une analyse technico-économique est utilisée pour sélectionner la meilleure configuration de réseau d'échangeurs de chaleur parmi ces scénarios. Cette approche combinée garantit un placement efficace des échangeurs de chaleur et maximise les économies d'énergie et de coûts pour le système de conditionnement du climat des serres. L'ensemble de la méthodologie est appliqué et mis en oeuvre pour une étude de cas de serre située à Saskatoon, au Canada. En explorant l'application de l'Analyse Pinch dynamique dans les systèmes de récupération de chaleur des serres et en identifiant les domaines d'amélioration méthodologique, cette recherche apporte des connaissances précieuses et des avancées tant dans l'application de l'Analyse Pinch que dans la méthodologie générale.","abstract_html":"La récupération de chaleur joue un rôle crucial dans l'amélioration de l'efficacité énergétique et la réduction des coûts opérationnels dans le secteur de l'énergie. Dans le contexte de la gestion de l'énergie des serres, les mesures de récupération de chaleur offrent un potentiel significatif pour améliorer l'efficacité globale et la rentabilité tout en favorisant la durabilité. En ciblant spécifiquement la chaleur perdue par la ventilation, notre objectif est d'identifier des moyens efficaces et innovants pour exploiter cette source d'énergie abondante mais souvent négligée. 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L'ensemble de la méthodologie est appliqué et mis en oeuvre pour une étude de cas de serre située à Saskatoon, au Canada. En explorant l'application de l'Analyse Pinch dynamique dans les systèmes de récupération de chaleur des serres et en identifiant les domaines d'amélioration méthodologique, cette recherche apporte des connaissances précieuses et des avancées tant dans l'application de l'Analyse Pinch que dans la méthodologie générale.","Heat recovery plays a pivotal role in enhancing energy efficiency and reducing operating costs in the energy sector. In the context of greenhouse energy management, heat recovery measures hold significant potential to improve overall efficiency and profitability while improving sustainability. By specifically targeting ventilation waste heat, it is aimed to identify efficient and innovative ways to harness this abundant but often overlooked energy source. The primary objective of this thesis is to present a systematic methodology that offers practical insights into the design of a heat recovery system for greenhouses using heat integration technique. Considering the dynamic nature of greenhouse processes, dynamic Pinch Analysis (PA) is applied for the very first time to design an integrated greenhouse heating, cooling, and ventilation system. So, in the first step, the greenhouse climate conditioning system is defined in terms of distinct streams representing different components and processes within the system. This stream-based representation allows for a comprehensive understanding of the system's thermal dynamics, facilitating heat recovery analysis. Then, the required data to fully define all streams as a function of time (i.e. thermal and ventilation requirements) are calculated using a greenhouse climate model developed in Matlab/Simulink. Dynamic PA is accomplished in two major steps: energy targeting and heat exchanger network design. By employing energy targeting techniques based on graphical PA (composite curves), the methodology identifies heat recovery opportunities and determines the integration possibilities within the greenhouse. In the next step, a heuristic approach is presented to allocate a suitable heat exchanger network to the streams, thereby achieving the set energy targets. In this approach, the HEN design problem is solved only for the most representative time periods (i.e. typical days) determined using clustering. This can considerably reduce the computational effort by limiting the integration scenarios to only a few typical days rather than a whole year. Then, a technoeconomic analysis is employed to select the best HEN configuration among these scenarios. This combined approach ensures efficient heat exchanger placement and maximizes energy and cost savings for the greenhouse climate conditioning system. The entire methodology is applied and implemented for a greenhouse case study located in Saskatoon, Canada. By exploring the application of dynamic PA in greenhouse heat recovery systems and identifying areas for methodological enhancement, this research contributes valuable insights and advancements in both PA's application and methodology."]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["A systematic heat recovery approach for designing integrated heating, cooling, and ventilation systems for greenhouses"]}]}],"canonical_facts":{"dc:contributor.advisor":["Sorin, Mikhail"],"dc:creator":["Ghaderi Zefreh, Mohsen"],"dc:date.accessioned":["2023-12-05T16:48:36Z"],"dc:date.available":["2023-12-05T16:48:36Z"],"dc:date.issued":["2023"],"dc:description.abstract":["La récupération de chaleur joue un rôle crucial dans l'amélioration de l'efficacité énergétique et la réduction des coûts opérationnels dans le secteur de l'énergie. 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L'ensemble de la méthodologie est appliqué et mis en oeuvre pour une étude de cas de serre située à Saskatoon, au Canada. En explorant l'application de l'Analyse Pinch dynamique dans les systèmes de récupération de chaleur des serres et en identifiant les domaines d'amélioration méthodologique, cette recherche apporte des connaissances précieuses et des avancées tant dans l'application de l'Analyse Pinch que dans la méthodologie générale.","Heat recovery plays a pivotal role in enhancing energy efficiency and reducing operating costs in the energy sector. In the context of greenhouse energy management, heat recovery measures hold significant potential to improve overall efficiency and profitability while improving sustainability. By specifically targeting ventilation waste heat, it is aimed to identify efficient and innovative ways to harness this abundant but often overlooked energy source. The primary objective of this thesis is to present a systematic methodology that offers practical insights into the design of a heat recovery system for greenhouses using heat integration technique. Considering the dynamic nature of greenhouse processes, dynamic Pinch Analysis (PA) is applied for the very first time to design an integrated greenhouse heating, cooling, and ventilation system. So, in the first step, the greenhouse climate conditioning system is defined in terms of distinct streams representing different components and processes within the system. This stream-based representation allows for a comprehensive understanding of the system's thermal dynamics, facilitating heat recovery analysis. Then, the required data to fully define all streams as a function of time (i.e. thermal and ventilation requirements) are calculated using a greenhouse climate model developed in Matlab/Simulink. 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