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ETUDE DU POTENTIEL DE RAFRAICHISSEMENT DUN SYSTEME EVAPORATIF PAR DESORPTION AVEC REGENERATION SOLAIRE Chadi Maalouf LEPTAB- Université de La Rochelle.

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

2 PLAN DE LEXPOSÉ Description du système Modélisation et simulations Suivi expérimental

3 PROBLEMATIQUE Climatiseurs traditionnels Augmentation de la consommation délectricité Réfrigérants nuisibles a lenvironnement 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 Collecteur solaire Façade sud vitrée avec protection solaire Charge interne = occupants + éclairage Installation de traitement de lair Ballon de stockage

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

6 VENTILATION ET HUMIDIFICATION DIRECTE Ventilation Humidification directe

7 Humidification indirecte HUMIDIFICATION INDIRECTE

8 Mode combiné HUMIDIFICATION COMBINEE

9 Mode dessiccant FONCTIONNEMENT DU SYSTEME

10 MODÉLISATION DES COMPOSANTS DU SYSTÈME Humidificateurs à température humide constante Méthode de NUT pour léchangeur rotatif non hygroscopique et pour léchangeur 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 air à la surface du dessiccant Pression partielle de vapeur d'eau (Pa) entréesortie Air extérieur FONCTIONNEMENT EN DESHUMIDIFICATION Air déshumidifié 20 tr/h

12 Pression partielle de vapeur d'eau (Pa) air entréesortie à la surface du dessiccant Réchauffeur FONCTIONNEMENT EN REGENERATION

13 Equation de conservation de masse Equation de transfert de masse Equation de transfert dénergie Equation de conservation dénergie Equation de lisotherme de sorption MISE EN EQUATION

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

15 Cas idéal, coefficients déchanges 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 MÉTHODE DES CARACTÉRISTIQUES

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

17 OBJECTIFS DES SIMULATIONS

18 COUPLAGE AVEC LE BATIMENT Lair 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 lenceinte fictive (Walton 1980)

19 SIMULATIONS Etudes paramétriques pour une journée de référence Utilisation des lignes limites Simulations saisonnières Couplage avec linstallation 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 Température de régénération Efficacité de lhumidificateur de soufflage Efficacité de lhumidificateur de retour Efficacité de léchangeur rotatif Rendement des ventilateurs Débit de régénération autour de la roue dessiccante Occupation du local Vitesse de lair dans la roue dessiccante Prise en compte des transferts hygrothermiques dans le local PARAMETRES DE LA SIMULATION

22 EFFET DE LA TEMPERATURE DE REGENERATION

23 COEFFICIENTS DE PERFORMANCE

24 EFFET DE LECHANGEUR ROTATIF

25 UTILISATION DES LIGNES LIMITES Objectif: Etude du potentiel de linstallation dessiccante en fonction des conditions extérieures. Définition dune ligne limite: Dans le diagramme de lair humide et pour un mode de fonctionnement donné, elle délimite les états de lair extérieur à partir desquels lair 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 doccupation

31 Période dinoccupation: Plusieurs stratégies possibles ont été comparées La plus favorable correspond à lhumidification directe LOGIQUE DE FONCTIONNEMENT

32 PARAMETRES CALCULES Paramètres calculés : Pourcentage de fonctionnement en mode dessiccant Qrégénération Qélectrique COP thermique saisonnier,COP électrique saisonnier, COP électrique sensible Indice de besoin Indice dinconfort dhumidité

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

34 VARIATION AVEC LA TEMPERATURE HUMIDE

35 CONSOMMATIONS ENERGETIQUES

36 INDICE DE BESOIN

37 INDICE DHUMIDITE

38 PERFORMANCE DU SYSTEME

39 COUPLAGE AVEC LE SOLAIRE: Modes de fonctionnement de linstallation solaire Déstockage StockageStockage et régénération Régénération et déstockageRégénération directe

40 COUPLAGE INSTALLATION DESSICCANTE AVEC LE SOLAIRE Deux concepts sont possibles: Fonctionnement assisté par le solaire. Utilisation de la fraction solaire pour dimensionner linstallation 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 lévaluation du confort) Nombre des heures auxiliaires dans lesquelles lénergie solaire nest pas disponible Fonctionnement assisté: Facteur solaire

42 CAS ETUDIES FonctionnementV(débit de régénération/ débit de soufflage) Cas 1Autonome1 Cas 2Autonome0,677 Cas 3Assisté par le solaire0,677 Temp. humide moyenne saisonnière diurne (°C) Temp. humide max. (°C) Humidité absolue max. (g /kg air sec) Marseille18,8722,8714,48 Données météo

43 IB, ° heures CAS 1 & 2 (fonctionnement autonome) Volume de stockage (m 3 )

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

45 SUIVI EXPERIMENTAL PARTENAIRES ARMINES-CEP (DIMENSIONNEMENT ET RÉGULATION) LE LEPTAB (MESURES EXPÉRIMENTALES) LASDER ITF (BUREAU DÉTUDES) LA VILLE DE CHAMBÉRY LADEME LE CONSEIL RÉGIONAL DE LA RÉGION RHÔNE-ALPES

46 Vue de linstallation couplée au bâtiment de la maison des énergies de Chambéry SUIVI EXPERIMENTAL

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

48 HUMIDIFICATEURS TYPE: ULTRASON FABRICANT: MICROMIST

49 INSTALLATION HYDRAULIQUE BALLON DE STOCKAGE RECHAUFFEUR ELECTRIQUE

50 PILOTAGE DE LINSTALLATION A AIR

51 PILOTAGE DE LINSTALLATION HYDRAULIQUE

52 CONCLUSION ET PERSPECTIVES Plusieurs méthodes (simulations saisonnières, lignes limites) ont montré que seul, le desiccant cooling est une solution intéressante pour les régions tempérées modérément humides (humidité absolue entre 13 et 16 g/kg dair sec). Les simulations ont montré le rôle de chaque composant, elles ont permis de réduire les besoins du système en énergie primaire (ventilation nocturne, by-pass) et de dimensionner linstallation solaire. SimSPARK est un outil adapté aux études paramétriques complexes.

53 Compléter les mesures expérimentales par des mesures sur de longues durées avec une logique de fonctionnement à respecter. Amélioration de la technologie à travers lutilisation et le développement déchangeurs plus performants (à surface de retour humide) ou lutilisation dautres matériaux dessiccants. CONCLUSION ET PERSPECTIVES


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