Review of phase change emulsions (PCMEs) and their applications in HVAC systems

Phase change material emulsions (PCMEs) are multifunctional fluids consisting of phase change materials (PCMs) and carrier fluids. PCMEs could be potential candidates as heat transfer media in heating, ventilation and air conditioning (HVAC) systems. This is mainly because PCME could take advantage of its high heat capacity to reduce flow rate and thus saving pumping power whilst delivering the same amount of cooling effect. PCME can also simultaneously act as cold storage to shift peak-load to off-peak time and improve the COP of systems. However, the optimum design of integrated system requires a good understanding of flow behaviour and heat transfer characteristics of PCMEs. In this paper, comprehensive reviews of their thermo-physical properties and potential applications as thermal energy storage and as alternative heat transfer fluids in air conditioning systems have been carried out to establish their limitations for future research

Modélisation du fonctionnement en régime dynamique d\u27une machine frigorifique bi-étagée à turbo-compresseurs - Application à sa régulation

La modélisation du fonctionnement en régime dynamique des machines frigorifiques permet d\u27améliorer leur gestion énergétique au travers d\u27une régulation optimisée. Dans ce domaine, les risques d\u27injection de liquide dans les compresseurs au cours des expérimentations sont évités par la simulation numérique. Dans cette thèse l\u27inertie mécanique du fluide a été prise en compte par l\u27écriture de l\u27équation du bilan de la quantité de mouvement dans sa forme instationnaire. Les propriétés thermodynamiques et de transport sont déduites d\u27un couple de variables d\u27état principales : la masse volumique et l\u27énergie interne massique, issues de l\u27intégration des équations de conservation de la masse et de l\u27énergie appliquées à des volumes de contrôle. La machine étudiée comporte deux étages de compression centrifuge avec un échangeur sous-refroidisseur intermédiaire et un évaporateur alimentés par deux détendeurs électroniques. Les conduites de liaison entre les différents composants sont également prises en compte. Les simulations permettent de concevoir puis de valider le système de régulation de la machine, et d\u27aider à la compréhension de son comportement suite à des variations brusques des variables externes (vitesse de rotation, débits et températures des sources). Le modèle permet également de mettre en évidence les conditions de fonctionnement ou les transitions qui conduisent à l\u27aspiration de liquide par le compresseur et de définir des pistes d\u27amélioration de la régulation

L'apport des technologies en matière de simulation numérique

International audienceL’ampleur des impacts environnementaux et des coûts externes associés rend nécessaire une transition énergétique et écologique. Ce contexte impose de rénover en profondeur le parc de bâtiments existant. Pour massifier cette rénovation, il est utile de rechercher des solutions à moindre coût et derassurer les investisseurs en garantissant les performances. Il faut également s’assurer que l’efficacité énergétique ne dégrade ni les autres critères environnementaux ni le niveau de confort thermique, car les bâtiments doivent être résilients face au changement climatique. Pour répondre à ces objectifs, les outils d’écoconception basés sur la simulation numérique peuvent être appliqués aux projets de rénovation

L'analyse de cycle de vie appliquée à l'écoconception des bâtiments et des quartiers

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Optimisation multicritère et analyse de cycle de vie de bâtiments zéro-énergie

International audienceThis article presents a multicriteria optimization method (criterias of final energy consumption and relative investment costs) based on a genetic algorithm (NSGA-II) coupled with a building performance simulation model (COMFIE). The optimization is applied to a passive house case study based in Bulgaria in the frame of from the european project AZEB (Affordable zero energy building). Designs from different levels of performance have been identified among the Pareto-optimal front and life cycle analysis (LCA, Equer) has been applied to assess their environmental impacts. LCA results analysis steer a recommendation to include an LCA objective function in the optimisation process or to complete optimisation study with LCA in order to identify energy plus solutions that are efficient in terms of cost and environmental impacts, and in order to avoid sub-optimal designs.L'article présente une méthode d'optimisation multicritère (critères de consommation d'énergie finale et de coût d'investissement relatif) basée sur un algorithme génétique NSGA-II couplé à un modèle de simulation énergétique dynamique (COMFIE). La méthode est appliquée à un cas d'étude de type maison passive situé en Bulgarie, dans le cadre du projet européen AZEB (Affordable zero energy building), afin de déterminer des solutions zéro-énergie à moindre coût d'investissement. Des conceptions de différents niveaux de performance sont identifiées au sein du front de Pareto dont les impacts environnementaux sont évalués par analyse de cycle de vie (ACV, Equer). Les résultats montrent que pour identifier des solutions à énergie positive efficientes en termes de coûts et d'impacts environnementaux et éviter d'aboutir à des conceptions sous-optimales, il est recommandé d'intégrer à l'algorithme d'optimisation une fonction objectif tirée de l'ACV ou de compléter l'optimisation par une étude ACV

A global model for fast calculation of the thermal response factor of large-scale boreholes heat exchangers combining the FLS model, the 2D heat equation and a threepoints method

International audienceIn order to progress towards more energy efficient buildings, vertical ground coupled heat pumps are a promising solution. Optimisation of both the design and operation of boreholes heat exchangers is a key factor to reduce energy consumption of such systems. This requires a fast evaluation of the thermal response factor of the ground heat exchanger, particularly if it contains numerous boreholes and operates for multiple years. To overcome this challenge, this article reports a new global model combining the finite line source (FLS) model, the two-dimensional (2D) heat conduction equation, and a newly developed three-points method. The borehole field is sorted in increasing distance categories, each being simulated with varying timesteps. The 2D heat conduction equation is used to determine: 1) when the detailed calculation needs to be performed; and 2) the growth of the timestep. A threepoints method avoiding double integration of the temperature profiles is proposed to evaluate the borehole wall temperature. The global model calculation time and accuracy were evaluated. The thermal response factor calculation for a square field of 26 26 boreholes for 1 simulated year took 4 seconds, showing a calculation time reduction factor of around 1 000 000, and relative errors smaller than 2 % compared to the original FLS model with superposition principle. For 20 simulated years, the proposed model took only 1 minute. It is appropriate for various boreholes configurations. Its features such as accuracy, speed and load-independency are essential for its integration into building energy simulation tools

Sensitivity analysis and uncertainty propagation to investigate the results’ robustness of building life cycle assessment

International audienceThis book is structured into three parts. The first part provides general information on the SETAC Europe 22 nd LCA Case Study Symposium, conducted from 20–22 September 2016 at the " Montpellier SupAgro " in Mont-pellier, France; the second part comprises the 3-day programme of the symposium, and the third part includes the abstracts of the presentations for the platform and poster sessions. The abstracts are reproduced as accepted by the Scientific Committee and appear in session order. In each abstract, the presenting author's name is underlined. The author index cross-references the corresponding abstract numbers. Affiliation, session and keyword indices are also included. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted in any form or by any means, electronic, electrostatic, magnetic tape, mechanical, photocopying, recording, or otherwise, without permission in writing from the copyright holder. All rights reserved. Authorization to photocopy items for internal or personal use, or for the purpose or internal use of specific clients, must be obtained in writing from the Society of Environmental Toxicology and Chemistry-Europe (SETAC Europe)

Building life cycle assessment tools developed in France

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Application of optimisation, building energy simulation and life cycle assessment to the design of an urban project

International audienceThe building sector is the economic sector of the EU that has the highest final energy consumption. In response to concerns about climate change, energy security and social equity, most countries plan to substantially reduce energy demand and greenhouse gas emissions. Moreover, 55 % of the world’s population lives in urban areas, a proportion that is expected to rise to 68 % by 2050. Finally, there are effective catalysts to improve environmental performance at the scale of urban projects. For these reasons, environmental impacts of the neighbourhood have to be minimised using reliable tools offering economically viable solutions. This paper presents a multicriteria optimisation methodology that has been developed to reduce both investment and environmental costs of buildings. The life cycle assessment methodology used in this study enables the evaluation environmental impacts over the whole life cycle of buildings. The optimisation of an individual building and the simultaneous optimisation of several buildings were carried out considering various criteria such as environmental impacts and construction cost, in the case of a 5-hectare urban project. A genetic algorithm was implemented in order to identify Pareto-optimal solutions associating a life cycle assessment tool to building energy simulation. The first step was to implement the NSGA-II algorithm and a comparison with the NSGA-III algorithm is considered in perspective. Results present optimal Pareto fronts minimising investment costs and CO2 emissions of buildings. In this way, a decision-making aid is proposed to urban planners

Elaboration de lois heuristiques à partir de la programmation dynamique : application à l'effacement de la consommation électrique de pointe dans les bâtiments performants

International audienceIn France, 40 % of buildings are heated with electrical devices causing high peak loads in winter. In this context, optimal strategies (under constraints related to comfort and maximum heating power) have been developed with the dynamic programming method to shift electricity consumption used for heating taking advantage of the building thermal mass. However, this exact optimisation method is time-consuming and can hardly be applied to real-time control. Complementary statistical techniques exist that allow for the " extraction " of logistic decision models from the optimal control simulation results. These rule extraction techniques model the relationship between a response variable and explanatory variables. In this study, a generalised linear model was used because it is able to mimic the general characteristics of the dynamic programming results with a small computational expense.En France, 40 % des bâtiments sont chauffés avec des équipements électriques, entraînant des pointes hivernales importantes. Dans cette optique, des stratégies optimales, prenant en compte différentes contraintes (de confort et de puissance maximale du chauffage) et visant à décaler une partie de la consommation du chauffage en utilisant la masse thermique du bâtiment, ont été élaborées grâce à la programmation dynamique. Cependant, cette méthode d'optimisation est coûteuse en temps de calcul et difficilement applicable à la régulation en temps réel. Pour ce faire, il existe des techniques statistiques permettant d'établir des lois heuristiques à partir des résultats de la programmation dynamique. Elles donnent lieu à l'identification de lois reliant le choix d'une action à des variables explicatives. Dans cette étude, la loi heuristique choisie est un modèle linéaire généralisé car il est capable de reproduire les caractéristiques générales des résultats de l'optimisation, avec un coût de calcul très faible