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Chadi Maalouf

ETUDE DU POTENTIEL DE RAFRAICHISSEMENT D’UN SYSTEME EVAPORATIF PAR DESORPTION AVEC REGENERATION SOLAIRE. Chadi Maalouf. LEPTAB- Université de La Rochelle Dirigée par : E. Wurtz. PLAN DE L’EXPOSÉ. Description du système Modélisation et simulations Suivi expérimental. PROBLEMATIQUE.

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Presentation Transcript

  1. ETUDE DU POTENTIEL DE RAFRAICHISSEMENT D’UN SYSTEME EVAPORATIF PAR DESORPTION AVEC REGENERATION SOLAIRE Chadi Maalouf LEPTAB- Université de La Rochelle Dirigée par : E. Wurtz

  2. PLAN DE L’EXPOSÉ • Description du système • Modélisation et simulations • Suivi expérimental

  3. PROBLEMATIQUE Climatiseurs traditionnels • Augmentation de la consommation d’électricité • Réfrigérants nuisibles a l’environnement • Rafraîchissement passif • Limité en période de canicule • Insuffisant pour les bâtiments à charge latente élevée Solution: Rafraichissement évaporatif avec régénération solaire

  4. DESCRIPTION DU SYSTEME Ballon de stockage Collecteur solaire Charge interne = occupants + éclairage Façade sud vitrée avec protection solaire Installation de traitement de l’air

  5. DETAILS DU SYSTEME Ballon de stockage Capteur solaire Air rejeté Air extrait Humidificateurs Local Air extérieur Air soufflé Roue dessiccante Ventilateur Echangeur rotatif

  6. VENTILATION ET HUMIDIFICATION DIRECTE Humidification directe Ventilation

  7. HUMIDIFICATION INDIRECTE Humidification indirecte

  8. HUMIDIFICATION COMBINEE Mode combiné

  9. FONCTIONNEMENT DU SYSTEME Mode dessiccant

  10. MODÉLISATION DES COMPOSANTS DU SYSTÈME • Humidificateurs à température humide constante • Méthode de NUT pour l’échangeur rotatif non hygroscopique et pour l’échangeur de régénération • Ballon de stockage: modèle à température uniforme • Capteur solaire modèle quasi-dynamique prenant en compte la capacité du capteur • Roue dessiccante: modèle développé par Stabat (2002) et utilisé dans ECOCLIM

  11. Pression partielle de vapeur d'eau (Pa) 1800 1400 air 1000 600 à la surface du dessiccant 200 0 entrée sortie FONCTIONNEMENT EN DESHUMIDIFICATION Air déshumidifié Air extérieur 20 tr/h

  12. Régénération FONCTIONNEMENT EN REGENERATION Réchauffeur sortie entrée 1500 air 2500 3500 à la surface du dessiccant Pression partielle de vapeur d'eau (Pa)

  13. MISE EN EQUATION Equation de conservation de masse Equation de transfert de masse Equation de conservation d’énergie Equation de transfert d’énergie Equation de l’isotherme de sorption

  14. MODELE D’ECOCLIM Deux efficacités par rapport au point d’équilibre de la matrice sont considérées Pt d’équilibre déterminé en se basant sur la méthode des caractéristiques appliquées aux équations de la roue desiccante (Banks, Close et Maclaine-Cross 1972)

  15. MÉTHODE DES CARACTÉRISTIQUES • Cas idéal, coefficients d’échanges thermique et massique infinis • T et h sont remplacés par F1 et F2 (les potentiels caractéristiques) • F1, et F2 ne peuvent être déterminés explicitement, seules les trajectoires isopotentielles peuvent être déterminées

  16. SORTIE IDEALE Hum. Abs. Kg/kg Température, °C

  17. OBJECTIFS DES SIMULATIONS

  18. COUPLAGE AVEC LE BATIMENT • L’air est supposé comme un gaz parfait et il est représenté par un nœud • Le modèle des parois est implémenté en utilisant la méthode des différences finies • Les échanges par rayonnement sont faits en utilisant la méthode de l’enceinte fictive (Walton 1980)

  19. SIMULATIONS • Etudes paramétriques pour une journée de référence • Utilisation des lignes limites • Simulations saisonnières • Couplage avec l’installation solaire

  20. ETUDES PARAMETRIQUES EN MODE DESSICCANT • Installation dessiccante couplée à un modèle de bâtiment à un nœud (température de régénération constante) Conditions de référence: Efficacité des humidificateurs 0,85 Echangeur rotatif 0,8 Rendement des ventilateurs 0,8 Température de régénération 50°C Local contient 40 personnes Eclairage de 600 W Energie de régénération supposée gratuite

  21. PARAMETRES DE LA SIMULATION • Température de régénération • Efficacité de l’humidificateur de soufflage • Efficacité de l’humidificateur de retour • Efficacité de l’échangeur rotatif • Rendement des ventilateurs • Débit de régénération autour de la roue dessiccante • Occupation du local • Vitesse de l’air dans la roue dessiccante • Prise en compte des transferts hygrothermiques dans le local

  22. EFFET DE LA TEMPERATURE DE REGENERATION

  23. COEFFICIENTS DE PERFORMANCE

  24. EFFET DE L’ECHANGEUR ROTATIF

  25. UTILISATION DES LIGNES LIMITES • Objectif: Etude du potentiel de l’installation dessiccante en fonction des conditions extérieures. • Définition d’une ligne limite: Dans le diagramme de l’air humide et pour un mode de fonctionnement donné, elle délimite les états de l’air extérieur à partir desquels l’air peut être refroidi à une température de soufflage donnée. • Elle est construite point par point par simulation

  26. LIGNE LIMITE EN HUMIDIFICATION DIRECTE

  27. LIGNES LIMITES POUR LES DIFFERENTS MODES DE FONCTIONNEMENT

  28. APPLICATION AUX LIGNES LIMITES

  29. SIMULATIONS SAISONNIERES

  30. LOGIQUE DE FONCTIONNEMENT Période d’occupation

  31. LOGIQUE DE FONCTIONNEMENT Période d’inoccupation: Plusieurs stratégies possibles ont été comparées La plus favorable correspond à l’humidification directe

  32. PARAMETRES CALCULES Paramètrescalculés: • Indice de besoin • Indice d’inconfort d’humidité • Pourcentage de fonctionnement en mode dessiccant • Qrégénération • Qélectrique • COP thermique saisonnier,COP électrique saisonnier, COP électrique sensible

  33. UTILISATION DU MODE DESSICCANT Pourcentage de fonc. en mode dessiccant, *100%

  34. VARIATION AVEC LA TEMPERATURE HUMIDE

  35. CONSOMMATIONS ENERGETIQUES

  36. INDICE DE BESOIN

  37. INDICE D’HUMIDITE

  38. PERFORMANCE DU SYSTEME

  39. COUPLAGE AVEC LE SOLAIRE:Modes de fonctionnement de l’installation solaire Régénération directe Régénération et déstockage Stockage et régénération Stockage Déstockage

  40. COUPLAGE INSTALLATION DESSICCANTE AVEC LE SOLAIRE • Deux concepts sont possibles: • Fonctionnement assisté par le solaire. Utilisation de la fraction solaire pour dimensionner l’installation solaire. • Fonctionnement autonome. Utilisation des simulations saisonnières pour minimiser les heures où les consignes en humidité et température sont dépassées.

  41. PARAMETRES DE DIMENSIONNEMENT • Fonctionnement autonome: • Indice de besoin(pour l’évaluation du confort) • Nombre des heures auxiliaires dans lesquelles l’énergie solaire n’est pas disponible Fonctionnement assisté: • Facteur solaire

  42. Fonctionnement Temp. humide moyenne saisonnière diurne (°C) V(débit de régénération/ débit de soufflage) Temp. humide max. (°C) Humidité absolue max. (g /kg air sec) Marseille 18,87 22,87 14,48 Cas 1 Autonome 1 Cas 2 Autonome 0,677 Cas 3 Assisté par le solaire 0,677 CAS ETUDIES Données météo

  43. CAS 1 & 2 (fonctionnement autonome) IB, ° heures Volume de stockage (m3)

  44. CAS 3 (fonctionnement assisté) Fraction solaire Volume de stockage (m3)

  45. SUIVI EXPERIMENTALPARTENAIRES • ARMINES-CEP (DIMENSIONNEMENT ET RÉGULATION) • LE LEPTAB (MESURES EXPÉRIMENTALES) • L’ASDER • ITF (BUREAU D’ÉTUDES) • LA VILLE DE CHAMBÉRY • L’ADEME • LE CONSEIL RÉGIONAL DE LA RÉGION RHÔNE-ALPES

  46. SUIVI EXPERIMENTAL Vue de l’installation couplée au bâtiment de la maison des énergies de Chambéry

  47. ROUE DESSICCANTE ROUE DESSICCANTE INDUSTRIEL: KLINGENBURG ROUE SECO H800/L900 D 695 E 450 MATERIAU CHLORURE DE LITHIUM Trég 40 à 70°C

  48. HUMIDIFICATEURS HUMIDIFICATEURS TYPE: ULTRASON FABRICANT: MICROMIST

  49. INSTALLATION HYDRAULIQUE BALLON DE STOCKAGE RECHAUFFEUR ELECTRIQUE

  50. PILOTAGE DE L’INSTALLATION A AIR

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