Contribution au stockage d'énergie thermique en bâtiment : déveveloppement d'un système actif à matériaux à changement de phase

Phase change materials (PCM) - thermal energy storage - exchanger Air / PCM - building - refresh -warming

• Auteur / Autrice : Blaise Ekomy Ango
• Direction : Denis Bruneau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie énergétique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Constructions

Chaleur -- Stockage

Contraintes (mécanique)

Résumé

L'objectif de nos travaux de thèse est de concevoir, dimensionner et fabriquer un système actif à matériaux à changement de phase (MCP) pour le rafraîchissement et réchauffement de la maison Napévomo en région Aquitaine, ce dernier participant au concours Solar Décathlon (SDE2010). L'approche proposé a pour but de fournir au lecteur suffisamment de connaissant en stockage thermique à base de MCP pour entreprendre la conception d'un système de rafraîchissement et de réchauffement d'un bâtiment passif. La démarche utilisée consisté dans un premier temps à faire l'état de l'art des systèmes de stockage thermique à base de MCP et à établir un cahier des Charges du système à concevoir. Ces données ont amèné à proposer un modèle de calcul stationnaire basé sur une approche NUT-ε moyennant la caractérisation préalable des MCP pour dimensionner et concevoir le système. Le dimensionnement étant validé en fonction des pertes de charge et le COP (coefficient de performance). Le système est fabriqué à l'échelle 1. Il est composé de quatre échangeurs Air-MCP. Chaque échangeur renferme un amas contenant de MCP. Ils sont disposés en quinconces sur des colonnes de petits tubes. Un ensemble de dispositifs expérimentaux améliorent la conductivité des MCP ainsi que l'échange thermique entre le système et son environnement. Les essais réalisés sur l'un des échangeurs montrent des résultats encourageants. Ce dernier rafraîchit l'air en 7-8 heures et il permet de régénérer les MCP en 6 heures en moyenne. Lors du concours Solar Décathlon (SDE2010), le système installé dans la maison Napévomo a montré sa capacité à assurer le rafraîchissement de l'air ambiant durant les 6 jours de la démonstraction

The aim of our thesis work is to design size and manufacture an active system to phase change materials (PCM) for cooling and warming the house Napévomo located in Aquitaine, the latter participating in the Solar Decathlon competition (SDE2010). The approach proposed is intended to provide the reader with enough knowledge in thermal storage based on PCM to tockle the design of a cooling and heating system in passive building. The approach started by a state of the art of thermal storage systems based on PCM and determines the design requirements. These data leads us to developed a numerical model based on a static approach NUT-ε through the PCM characterization determine the main dimensioning elements of the system. The design is validated according to the energy loss of the system and it performance coefficient. The system has been manufactured in full size. It consists in four heat exchanger containing the PCM. Each heat exchanger is composed by exchanger a cluster of PCM. They are arranged in staggered rows on columns of tubes. A set of experimental devices has been made to observe the improvement of the heat exchange conductivity between the environment and the heat exchanger containing the PCM. The tests performed on one of the exchangers show encouraging results. Indeed, it enables to cool down in 7-8 hours and to regenerate the PCM during of 6 hours. At the Solar Decathlon (SDE2010), the developed system has proved to be efficient in cooling down the ambient air during the 6 days of the demonstration.