Analyse des interactions énergétiques entre un aréna et son système de réfrigération

Abstract

La présente thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet stratégique sur les arénas financé par le CRSNG (Conseil de Recherche en Sciences Naturelles et en Génie du Canada) qui a pour but principal le développement d'un outil numérique capable d'estimer et d'optimiser la consommation d'énergie dans les arénas et curlings.

Notre travail s'inscrit comme une suite à un travail déjà réalisé par DAOUD et coll. (2006, 2007) qui a développé un modèle 3D (AIM) en régime transitoire de l'aréna Camilien Houde à Montréal et qui calcule les flux de chaleur à travers l'enveloppe du bâtiment ainsi que les distributions de températures et d'humidité durant une année météorologique typique. En particulier, il calcule les flux de chaleur à travers la couche de glace dus à la convection, la radiation et la condensation.

Dans un premier temps nous avons développé un modèle de la structure sous la glace (BIM) qui tient compte de sa géométrie 3D, des différentes couches, de l'effet transitoire, des gains de chaleur du sol en dessous et autour de l'aréna étudié ainsi que de la température d'entrée de la saumure dans la dalle de béton. Par la suite le BIM à été couplé le AIM.

Dans la deuxième étape, nous avons développé un modèle du système de réfrigération (REFSYS) en régime quasi-permanent pour l'aréna étudié sur la base d'une combinaison de relations thermodynamiques, de corrélations de transfert de chaleur et de relations élaborées à partir de données disponibles dans le catalogue du manufacturier. Enfin le couplage final entre l'AIM +BIM et le REFSYS a été effectué sous l'interface du logiciel TRNSYS.

Plusieurs études paramétriques on été entreprises pour évaluer les effets du climat, de la température de la saumure, de l'épaisseur de la glace, etc. sur la consommation énergétique de l'aréna. Aussi, quelques stratégies pour diminuer cette consommation ont été étudiées. Le considérable potentiel de récupération de chaleur au niveau des condenseurs qui peut réduire l'énergie requise par le système de ventilation de l'aréna à été mis en évidence.

Mots clés. Aréna, Système de réfrigération, Consommation d'énergie, Efficacité énergétique, Conduction au sol, Performance annuelle.

Abstract (AI English translation)

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This thesis is part of a strategic project on arenas funded by NSERC (Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada) whose main goal is the development of a digital tool capable of estimating and optimize energy consumption in arenas and curling centers.

Our work is a continuation of work already carried out by DAOUD et al. (2006, 2007) who developed a transient 3D model (AIM) of the Camilien Houde arena in Montreal and which calculates the heat flows through the building envelope as well as the temperature and humidity distributions during a typical meteorological year. In particular, it calculates heat fluxes through the ice layer due to convection, radiation and condensation.

Firstly, we developed a model of the structure under the ice (BIM) which takes into account its 3D geometry, the different layers, the transient effect, the heat gains from the ground below and around the arena. studied as well as the entry temperature of the brine into the concrete slab. Subsequently, BIM was coupled with AIM.

In the second step, we developed a model of the refrigeration system (REFSYS) in quasi-steady state for the arena studied based on a combination of thermodynamic relationships, heat transfer correlations and relationships developed from data available in the manufacturer's catalog. Finally, the final coupling between AIM +BIM and REFSYS was carried out using the TRNSYS software interface.

Several parametric studies have been undertaken to evaluate the effects of climate, brine temperature, ice thickness, etc. on the energy consumption of the arena. Also, some strategies to reduce this consumption have been studied. The considerable potential for heat recovery at the condenser level which can reduce the energy required by the arena's ventilation system has been highlighted.

Keywords. Arena, Refrigeration system, Energy consumption, Energy efficiency, Ground conduction, Annual performance.