Optimisation des transferts d'énergie thermique par l'utilisation du materiaux à changement de phase (MCP) : application aux bâtiments

by Laurie Karim

Doctoral thesis in Rhéologie de la matière complexe, des fluides et matériaux industriels

Under the supervision of Laurent Royon.

defended on 2014

in Paris 7 .


  • Abstract

    The current energetic issues lead us to find technical solutions for a sparing energy control and consumption. This research work embodies this approach by proposing an enhancement of thermal characteristics of buildings envelop. For this purpose, a new Phase Change Material is developed to increase the thermal inertia of buildings. Consequently, the HVAC consumption is drastically decreasing while thermal comfort for occupants is improved. A new shape stabilized PCM component is optimized to be appropriated for a building application. Many PCM compositions are tested to evaluate structural, thermal and mechanical properties. The PCM that represents the best compromise between the two last properties is chosen for an integration into floor panels. Two methods of incorporation are tested : direct integration into hollow floor panels and diffuse integration into the concrete of floor slab. Floor prototypes are made and tested under diverse thermal solicitations. At the same time, numerical studies corne to the conclusion that the thermal mode) for PCM behavior is valid. Finally, simulations forecast the impact of PCM integrated solutions by giving the comfort gains and energy savings for an office room during ar heatwave.


  • Abstract

    La réduction de la consommation énergétique dans les secteurs très énergivores peut être envisagée à travers l'utilisation de nouveaux matériaux. La solution envisagée dans le cadre de cette thèse porte sur l'intégration de Matériau à Changement de Phase (MCP) dans la structure du bâtiment afin d'augmenter l'inertie globale. Ainsi, le confort thermique est amélioré et les consommations liées au chauffage et la climatisation sont diminuées. Un MCP ayant la possibilité de conserver une structure solide quel que soit l'état physique de l'élément à changement de phase est mis au point. Le verrou technologique de l'enrobage est résolu permettant une intégration du MCP compatible avec des exigences de chantier. Plusieurs formulations de MCP sont réalisées et caractérisées expérimentalement. La formulation représentant le meilleur compromis entre paramètres thermiques et mécaniques est déterminé€ pour une intégration dans des planchers de bâtiments. Deux méthodes d'intégration sont testées : une incorporation directe dans les volumes disponibles d'une dalle alvéolée et une incorporation diffuse dans le béton de la dalle de compression. Des prototypes à l'échelle 1/5 et 1/2 de ces dalles optimisées sont réalisés et testés sous différentes sollicitations thermiques. Des simulations numériques, menées en parallèle, permettent de valider les modèles développés pour définir le comportement thermo-dynamique du MCP et des planchers incorporant du MCP. Finalement des études numériques prédisent l'impact de ces solutions à l'échelle réelle, en évaluant le gain de confort et les économies d'énergie réalisées pour une salle de bureau lors d'un épisode caniculaire.

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Informations

  • Details : 1 vol. (170 p.)
  • Annexes : 84 réf.

Where is this thesis?

  • Library : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB tested
  • Odds : TS (2014) 018
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