Modélisation de réseaux thermiques avec intégration de récupération de chaleur et stockage thermique

L’objectif de carboneutralité d’ici 2050 impose une réduction massive des émissions de gaz à effet de serre (GES) dans tous les secteurs d’activité au Québec, y compris celui du bâtiment. L’électrification constitue une stratégie clé pour y parvenir. Cependant, elle fait face à un deuxième enjeu de taille pour le Québec : le problème de l’appel de pointe de puissance électrique sur le réseau, notamment en période de forte demande hivernale. Décarboner le secteur des bâtiments tout en limitant la pression sur le réseau nécessite donc de repenser les approches énergétiques urbaines. Dans ce contexte, les réseaux thermiques de quatrième et cinquième génération représentent une solution particulièrement intéressante à considérer. En effet, ces réseaux permettent la récupération de chaleur entre les besoins en chauffage et refroidissement, mais aussi l’intégration des énergies renouvelables, la valorisation des rejets thermiques et l’utilisation du stockage thermique. Ces réseaux de partage de chaleur et de froid reposent souvent sur des pompes à chaleur (PAC), une technologie clé grâce à son coefficient de performance élevé. Néanmoins, la conception de tels systèmes intégrant de nombreux acteurs requiert des outils de modélisation adaptés, dynamiques et complexes, tout en assurant un compromis entre des modèles fiables et des temps de calcul raisonnables. Ce mémoire propose un modèle de PAC développé dans le logiciel de simulation TRNSYS. Ce modèle est capable de répondre simultanément à deux consignes de température (évaporateur et condenseur) afin de couvrir à la fois des besoins de chauffage et de climatisation. Il intègre un mécanisme de récupération de chaleur, permettant d’exploiter la chaleur extraite en refroidissement pour répondre partiellement ou totalement aux besoins de chauffage. Afin de satisfaire l’intégralité des besoins, le modèle intègre la gestion d’une source externe lorsque la récupération est insuffisante. Une nouvelle approche pour modéliser la performance des PAC est d’abord proposée. Cette dernière repose sur une carte de performance tridimensionnelle, qui détermine la puissance thermique fournie à l’évaporateur et au condenseur en fonction des températures de sortie et d’une nouvelle variable : l’index d’opération du compresseur (Compressor Sequence Number, CSN), représentant l’intensité de fonctionnement du compresseur.