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 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

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

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

VENTILATION ET HUMIDIFICATION DIRECTE

HUMIDIFICATION INDIRECTE

HUMIDIFICATION COMBINEE Mode combiné

FONCTIONNEMENT DU SYSTEME Mode dessiccant

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

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

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

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

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)

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

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

OBJECTIFS DES SIMULATIONS

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)

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

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

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

EFFET DE LA TEMPERATURE DE REGENERATION

COEFFICIENTS DE PERFORMANCE

EFFET DE L’ECHANGEUR ROTATIF

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

LIGNE LIMITE EN HUMIDIFICATION DIRECTE

LIGNES LIMITES POUR LES DIFFERENTS MODES DE FONCTIONNEMENT

APPLICATION AUX LIGNES LIMITES

SIMULATIONS SAISONNIERES

LOGIQUE DE FONCTIONNEMENT Période d’occupation

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

PARAMETRES CALCULES Paramètres calculés: 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

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

VARIATION AVEC LA TEMPERATURE HUMIDE

CONSOMMATIONS ENERGETIQUES

INDICE DE BESOIN

INDICE D’HUMIDITE

PERFORMANCE DU SYSTEME

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

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.

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

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

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

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

SUIVI EXPERIMENTAL PARTENAIRES 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

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

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

HUMIDIFICATEURS HUMIDIFICATEURS TYPE: ULTRASON FABRICANT: MICROMIST

INSTALLATION HYDRAULIQUE BALLON DE STOCKAGE RECHAUFFEUR ELECTRIQUE

PILOTAGE DE L’INSTALLATION A AIR

PILOTAGE DE L’INSTALLATION HYDRAULIQUE

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 d’air 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 l’installation solaire. SimSPARK est un outil adapté aux études paramétriques complexes.

CONCLUSION ET PERSPECTIVES Compléter les mesures expérimentales par des mesures sur de longues durées avec une logique de fonctionnement à respecter. Amélioration de la technologie à travers l’utilisation et le développement d’échangeurs plus performants (à surface de retour humide) ou l’utilisation d’autres matériaux dessiccants.