Liste thèses soutenues

Rami ABOU EID

Titre anglais : Design and modelling of high-energy-efficiency air-conditioning systems for railway cars
Date de soutenance : 19/12/16
Directeur de thèse : Didier MAYER

Mots clés en français : Systèmes de CVC ferroviaires,Confort thermique,Efficacité énergétique,modèle zonal,Modélisation dynamique de pompe à chaleur réversible,
Mots clés en anglais : Railway HVAC systems,Thermal comfort,Energy efficiency,Dynamic reversible heat pump model,Zonal model,

Résumé de la thèse en français
Dans une ère d'une demande croissante de l'énergie, le transport est un enjeu environnemental et économique. Puisque le transport ferroviaire est le plus efficace et le plus propre moyen de transport, l'augmentation de sa part du marché devrait réduire l'impact du secteur des transports dans l'avenir. Améliorer le confort thermique des passagers aidera certainement à augmenter son attractivité. Toutefois, le système CVC (chauffage, ventilation et climatisation) contribue de 32% de la consommation globale d'un train. Cette thèse vise à développer une méthodologie qui aidera à réduire les charges thermiques dans la salle des passagers et de concevoir un système de CVC innovant à très haute efficacité énergétique tout en tenant compte de toutes les contraintes ferroviaires. Tout d'abord, un modèle dynamique zonal et thermique de la salle des passagers a été développé et validé expérimentalement en utilisant les résultats de tests réalisés en chambre climatique. Après, le confort thermique des passagers dans un tramway et les charges thermiques en chauffage et en refroidissement ont été analysées ce qui a conduit àl'élaboration d'une série de solutions techniques qui réduisent sensiblement les charges thermiques (régulation de l'air frais, refroidissement gratuit ...). Le remplacement du chauffage électrique utilisé dans l'état de l'art par un chauffage thermodynamique est suggéré afin d'augmenter l'efficacité du système CVC. Une pompe à chaleur réversible pour une application ferroviaire a été conçue et modélisée dynamiquement tout en considérant les cycles de givrage et dégivrage de l'évaporateur. Le modèle a été validé expérimentalement où la baisse de la capacité de chauffage causée par le givre, la consommation d'énergie et le temps de dégivrage nécessaire ont été très bien prédit dans les simulations. Ensuite, des simulations annuelles de consommation d'énergie ont été réalisées pour les deux villes de Strasbourg et Marseille. Les solutions recommandées pour réduire les charges thermiques et pour augmenter l'efficacité énergétique du système, réduisent la consommation annuelle du système de 52% à Strasbourg et 35,5% à Marseille et augmentent le COP (coefficient de performance) annuel du système de 1,15 à 2,44 à Strasbourg et 1,55 à 2,53 à Marseille. Avec un retour sur investissement netestimé à moins d'un an, les solutions proposées sont très économiques.

Résumé de la thèse en anglais
In an era of growing demand of energy, transportation is an environmental and economic issue. Since Railway transport is the most efficient and the cleanest mean of transport, increasing its market share would reduce the transport sector's impact in the future. Improving the passengers' thermal comfort would certainly help increase its attractiveness. However, the HVAC (Heating,Ventilation and air conditioning) system's share of the train's global consumption is 32%. This thesis aims at developing a methodology that will help minimise the thermal loads in a passenger carriage and design an innovative highly energy efficient HVAC system while considering all the constraints of railway applications. At first, a dynamic zonal and thermal model of the passenger carriage was developed and validated experimentally using climatic chamber test results. After, a tramway's passengers' thermal comfort and the heating and cooling loads were analysed which led to a series of technical solutions that reduce substantially the thermal loads (fresh air regulation, Free cooling …). Replacing the state of the art's electrical heating with thermodynamic heating is suggested to increase the HVAC's efficiency. A reversible heat pump for railway application was designed and dynamically modelled while considering the frosting and defrosting cycles of the evaporator. The model was validated experimentally where the capacity drop due to frost accumulation, power consumption and the necessary defrost time were very well predicted in the simulations. Then, annual energy consumption simulations were performed for the two cities of Strasbourg and Marseille. The recommended energy efficient and load reducing provisions reduce the system's annual consumption by 52% in Strasbourg and 35.5% in Marseille and increase the system's annual COP (coefficient of performance) from 1.15 to 2.44 in Strasbourg and from 1.55 to 2.53 in Marseille. With an estimated net return on investment of less than a year, the proposed solutions are also very economic.

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