Analyse et modélisation du comportement thermique d'un système de préchauffage d'air neuf pour l'habitat, intégrant un matériau à changement de phase

par Cheikh Seck

Thèse de doctorat en Génie Civil

Sous la direction de Stéphane Lassue.

Soutenue le 03-12-2010

à l'Artois, dans le cadre de ED Sciences pour l'ingénieur (n°72).

Le président du jury était Didier Defer.

Le jury était composé de Stéphane Lassue, Didier Defer, Etienne Gaviot, Fadi Hage Chehade.

Les rapporteurs étaient Etienne Gaviot, Fadi Hage Chehade.


  • Résumé

    L'objectif de cette thèse est d'étudier un système énergétique intégré dans l'enveloppe des bâtiments permettant de préchauffer l'air neuf.L'originalité du travail repose sur le fait que ce mur est équipé de matériau à changement de phase (MCP).Celui-ci a pour rôle de stocker l'énergie solaire captée en façade puis de la déstocker en préchauffant l'air neuf de ventilation. Notre étude est constituée de deux grandes phases, une phase expérimentale et une phase numérique.La phase expérimentale consiste à effectuer des essais en laboratoire, afin de connaître le comportement du système étudié sous sollicitations thermiques. Ces essais ont été réalisés grâce à un prototype du mur, instrumenté et installé entre deux cellules avec des conditions climatiques contrôlées.Le but de la phase numérique est de mettre en place un modèle ID permettant de simuler le comportement thermique du mur et en particulier celui du MCP. Ce modèle a été validé en comparant les résultats numériques avec ceux obtenus expérimentalement.Pour modéliser le changement de phase nous avons utilisé les paramètres thermophysiques du matériau obtenu par caractérisation expérimentale réalisée dans notre laboratoire. Nous avons ensuite utilisé la méthode de la capacité variable pour simuler le comportement de la paroi stockeuse du mur. Dans la dernière partie du travail numérique le modèle a été utilisé afin de montrer l'influence de quelques paramètres permettant d'optimiser les gains énergétiques.La simulation dynamique du système a été effectuée grâce au logiciel TRNsys, qui nous a permis d'effectuer des bilans énergétiques et d'estimer l'efficacité du système pour des climats variés.

  • Titre traduit

    Analysis and modeling of thermal behaviour of a building preheating fresh air system incorporating a phase change material.


  • Résumé

    The objective of this thesis is to study an integrated energy system in the building envelope for fresh air preheating. The originality of the work is that the wall is equipped with phase-change material (MCP) packed into briquettes. The main role ofthe wall is to preheat the fresh air (coming from outside) by destocking the solar energy captured in sunny periods.Our study consists of two phases, an experimental phase and a numerical one. The experimental phase involves a series of tests that allow studying the thermal behaviour of the system under thermal stress. These tests were done in laboratory through a prototype of the wall which is instrumented and installed between two airconditioned cells.The purpose of the numerical phase is to develop a one-dimensional model to simulate the thermal behaviour of the wall and especially that of MCP. This model has been validated by comparing numerical results with those obtained experimentally. To model the phase changing we used the thermophysical parameters of the same material obtained by experimental characterization conducted in our laboratory.We used a variable capacity method whose principle is to vary the heat capacity as a function of temperature in order to simulate the phase changing of the wall. The last part of the numerical work is the exploitation of the model, the aim is to determine the optimal configuration of the wall that provides maximum energy savings. Dynamic simulation of the system was performed using the TRNSYS. This one is equipped with weather files which allow carrying out heat balances and the estimation of the system efficiency for various climates.

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