Système intégré de rafraîchissement d’air pour le bâtiment à base de matériaux à changement de phase

Air-cooling integrated system in building using phase change material

• Auteur / Autrice : Fabien Rouault
• Direction : Jean-Pierre Nadeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie énergétique
• Date : Soutenance le 10/04/2014
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux - i2m - Institut de Mécanique et d'Ingénierie de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Patrick Salagnac
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Leonardo Veas, Patrick Sebastian, Philippe Lagière
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Pierre Bedecarrats, Frédéric Kuznik

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergie -- Stockage

Systèmes d'aide à la décision

Mots clés libres

Rafraîchissement semi-Passif

Outils de simulation dynamique

Stockage d'énergie

Matériaux à Changement de phase

Free-Cooling

Dynamic simulation tool

Heat storage

Phase change material

Résumé

Les systèmes de rafraîchissement d'air basés sur des échangeur-stockeurs composés de Matériaux à Changement de Phase (MCP) sont une alternative possible aux systèmes de climatisation pour le confort d'été dans les bâtiments. Toutefois, les performances de tels systèmes de rafraîchissement sont étroitement liées aux conditions climatiques et aux configurations des bâtiments à rafraîchir. L'objectif de ce travail de thèse est de développer un outil d'aide à la conception permettant un pré-dimensionnement optimal de systèmes de rafraîchissement d'air utilisant des MCP dès le stade de la conception préliminaire. Un modèle thermique dynamique simulant le comportement d'un échangeur-stockeur air/MCP est donc développé puis couplé à une plateforme logicielle de simulation thermique dynamique du bâtiment. Les modèles d'échangeur-stockeurs et de co-simulation sont validés à l'aide d'expériences menées sur deux prototypes d'échangeur-stockeur et la plateforme expérimentale de maison à énergie positive NAPEVOMO. Enfin un premier outil d'aide à la conception utilisant un algorithme d'optimisation est développé pour définir une configuration optimale de système maintenant le confort estival dans la maison NAPEVOMO.

Air-cooling systems using latent heat thermal energy storage (LHTES) are potential alternatives to air-conditioners for summer climate control in buildings. However, the performances of such systems are tightly linked to weather conditions and the configuration of the building to be cooled. The aim of this doctoral work is to develop a design support tool allowing optimally dimensioning an air-cooling system using phase change material at the preliminary design stage. A dynamic thermal model, simulating the behaviour an LHTES device exchanging with air, is developed and coupled with a building performance program. The LHTES and the co-simulation models are validated by comparison with experiments carried out on two prototypes of LHTES device and the experimental platform of zero energy building NAPEVOMO. Finally, a first design support tool using genetic algorithm is developed to define the optimal configuration of an air-cooling system for the summer comfort in « NAPEVOMO » house.