A systematic heat recovery approach for designing integrated heating, cooling, and ventilation systems for greenhouses

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.

Name thesis:degree_name

Ph. D.

Level thesis:degree_level

Doctorat

Discipline thesis:degree_discipline

Génie mécanique

Grantor dc:publisher

Université de Sherbrooke

Year dc:date.issued

2023

Author dc:creator

• Ghaderi Zefreh, Mohsen

Advisor dc:contributor.advisor

• Sorin, Mikhail

• Pinch analysis
• Heat recovery
• Heat exchanger network
• Greenhouse
• Clustering
• Analyse Pinch
• Récupération de chaleur
• Réseau d'échangeurs de chaleur
• Serre
• Regroupement

Language dc:language.iso

en

Handle dc:identifier.uri

http://hdl.handle.net/11143/21241

OAI identifier oai:identifier

oai:usherbrooke.scholaris.ca:11143/21241