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

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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 Humidificateurs
Air rejeté Air extrait Humidificateurs Local Air extérieur Air soufflé Roue dessiccante Echangeur rotatif Ventilateur

6 VENTILATION ET HUMIDIFICATION DIRECTE

7 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 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

12 FONCTIONNEMENT EN REGENERATION
Régénération 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 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

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 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

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 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

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/L D 695 E 450 MATERIAU CHLORURE DE LITHIUM Trég 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

51 PILOTAGE DE L’INSTALLATION 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 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.

53 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.