Multi-criteria optimization of an earth-air heat exchanger for different French climates

Autor: Arnaud Lapertot, Olivier Le Metayer, Jian Lin, Benjamin Kadoch, Mathias Cuny
Přispěvatelé: Kadoch, Benjamin, Institut universitaire des systèmes thermiques industriels (IUSTI), Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (ICube), École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg (INSA Strasbourg), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Les Hôpitaux Universitaires de Strasbourg (HUS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU), Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg (INSA Strasbourg), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Réseau nanophotonique et optique, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Outside air temperature
[INFO.INFO-RO] Computer Science [cs]/Operations Research [cs.RO]
020209 energy
02 engineering and technology
7. Clean energy
Multi-objective optimization
Temperature measurement
earth-air heat exchanger
sensitivity analysis
Heat exchanger
0202 electrical engineering
electronic engineering
information engineering
multiple-criteria decision-making
0601 history and archaeology
Sensitivity (control systems)
optimization multi-criteria
060102 archaeology
Renewable Energy
Sustainability and the Environment
business.industry
[PHYS.MECA.THER] Physics [physics]/Mechanics [physics]/Thermics [physics.class-ph]
TOPSIS
06 humanities and the arts
Mechanics
Radius
[INFO.INFO-RO]Computer Science [cs]/Operations Research [cs.RO]
renewable energy
Renewable energy
13. Climate action
[PHYS.MECA.THER]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Thermics [physics.class-ph]
Environmental science
business
Zdroj: Renewable Energy
Renewable Energy, 2020, 157, pp.342-352. ⟨10.1016/j.renene.2020.04.115⟩
Renewable Energy, Elsevier, 2020, 157, pp.342-352. ⟨10.1016/j.renene.2020.04.115⟩
ISSN: 0960-1481
1879-0682
DOI: 10.1016/j.renene.2020.04.115⟩
Popis: International audience; The Earth-Air Heat Exchanger (EAHE) is a system for cooling or preheating the blown air into a building. A modeling of this system is proposed from a model for the ground and a model for the exchanger. The results are in agreement between the outside air temperature of the numerical model and the experimental temperature measurements. A sensitivity analysis with factorial plans is carried out to determine the most impactful parameters, taking into account two energy criteria and one economic criterion. The results show that tube radius, tube length, air velocity, burial depth and soil nature are the most impactful parameters. A multi-criteria optimization study with genetic algorithms is then performed to determine the Pareto front. The criteria do not evolve in the same trend because when the cost of the energy recovered decreases, the coecient of performance and the EAHE eciency will deteriorate, and reciprocally. Finally, a multiple-criteria decision-making is carried out using the TOPSIS method to provide the optimal pipe conguration. The optimal solution provides a large tube length, an intermediate burial depth, and a small air velocity and tube radius. The EAHE can achieve strong energy performance in any French climate.
Databáze: OpenAIRE
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