Système de chauffage et de refroidissement photovoltaïque pour les supermarchés : une avancée majeure dans les solutions énergétiques durables

Une équipe de chercheurs chinois a développé avec succès un système de chauffage et de climatisation innovant qui exploite l'énergie solaire et le stockage sur batterie. Cette technologie de pointe représente une avancée significative dans les solutions énergétiques durables pour les bâtiments commerciaux.

Les scientifiques à l'origine de ce projet expliquent : « Dans cette recherche, nous proposons un système intégré de chauffage et de climatisation respectueux de l'environnement pour les supermarchés commerciaux, qui associe la technologie solaire photovoltaïque à des capacités de stockage d'énergie. De plus, le système récupère la chaleur résiduelle générée par le compresseur pour produire de l'eau chaude, laquelle peut être utilisée dans diverses applications, notamment pour le bain, le chauffage des locaux et d'autres scénarios pratiques. » Afin d'évaluer pleinement le potentiel du système, les chercheurs ont réalisé des simulations pour analyser ses performances thermodynamiques et ses émissions de carbone dans diverses régions de Chine.

La particularité de ce système réside dans l'intégration intelligente d'un refroidisseur de gaz à eau (WC) et d'un refroidisseur de gaz à air (AC). De plus, il intègre des composants essentiels tels que des vannes d'étranglement (TV), un évaporateur, une pompe à eau, un panneau photovoltaïque, une batterie, un onduleur photovoltaïque et un contrôleur photovoltaïque. Le système a été modélisé pour fonctionner dans un supermarché de 1 866 m², en supposant un état de fonctionnement stable avec une surchauffe du compresseur réglée à 5 °C.

Dans le système proposé, le fluide de travail s'évapore d'abord dans l'évaporateur avant d'entrer dans le compresseur pour y être comprimé. Le fluide de travail à haute température résultant de la compression s'écoule ensuite dans le condenseur à eau, où il transfère sa chaleur à l'eau du robinet, la portant à haute température. Cette eau chauffée est ensuite pompée dans un ballon d'eau chaude, prête à être utilisée comme eau chaude sanitaire.

Les chercheurs ont détaillé le fonctionnement du système : « Après un refroidissement préliminaire dans le refroidisseur de gaz à eau, le fluide de travail passe par le condenseur à air, où il libère de la chaleur dans l'atmosphère. Ensuite, le fluide est refroidi davantage et dirigé vers la vanne d'étranglement. Enfin, le fluide de travail à basse température et basse pression retourne dans l'évaporateur, complétant ainsi le cycle de réfrigération. »

Pour évaluer l'efficacité du système, les chercheurs ont réalisé des simulations numériques dans cinq grandes villes chinoises : Harbin, Pékin, Shanghai, Kunming et Canton. Ils ont également comparé les résultats avec un système de référence dépourvu de composants photovoltaïques et de climatisation, et utilisant uniquement des toilettes pour le chauffage.

Selon les résultats de l'étude, « le coefficient de performance (COP) du système augmente initialement, puis diminue à mesure que la pression de refoulement augmente, atteignant sa valeur maximale à la pression de refoulement optimale. Lorsque la pression de refoulement atteint 8,13 MPa, le COP total maximal atteint 7,34. » De plus, l'étude a révélé qu'à mesure que la latitude d'une ville augmente, sa consommation globale d'électricité diminue. Comparé au système de base, le nouveau système permet une réduction impressionnante de la consommation d'énergie de 61,8 % à 76,2 %.

L'analyse a également démontré une corrélation claire entre la latitude d'une ville et les émissions du système. Globalement, l'adoption de ce nouveau système entraîne une réduction substantielle des émissions de carbone, comprise entre 51,3 % et 63,3 %. Les chercheurs ont conclu : « Notre nouveau système surpasse le système de référence en termes de réduction de la pression de refoulement. Plus la température ambiante est élevée, plus la réduction de la pression de refoulement est significative. À une température ambiante de 40 °C, la pression de refoulement peut être réduite jusqu'à 12,28 %. » Ce système innovant de chauffage et de climatisation alimenté par énergie photovoltaïque est très prometteur pour révolutionner les modes de consommation énergétique des supermarchés, offrant une alternative durable et efficace aux systèmes traditionnels.