Méthodologie d'optimisation d'un nouveau concept de système solaire thermique hybride eau-air

Methodology for optimizing a new concept of hybrid water-air solar thermal system

• Auteur / Autrice : Patricia Carbajo Jiménez
• Direction : Gilles Fraisse, Étienne Wurtz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique et Génie des procédés
• Date : Soutenance le 20/12/2018
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et ingénierie des systèmes, de l'environnement et des organisations (Chambéry ; 2007-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'optimisation de la conception et ingénierie de l'environnement (Le-Bourget-du-Lac, Savoie)
• Jury : Président / Présidente : Joseph Virgone
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Joseph Virgone, Patrice Joubert, Laurent Zalewski, Antoine Leconte, Kátia Cordeiro Mendonça
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrice Joubert, Laurent Zalewski

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ventilation

Habitations -- Chauffage et ventilation

Mots clés libres

Solaire thermique

Ventilation

Préchauffage d'air

Modélisation

Expérimentation

Optimisation

Solar thermal

Ventilation

Air preheating

Modeling

Experimentation

Optimization

Résumé

En réponse à l’évolution de la réglementation thermique, les bâtiments tendent à être mieux isolés et plus étanches, diminuant leurs besoins de chauffage. La ventilation, nécessaire pour garantir la qualité de l’air intérieur, représente une perte énergétique non négligeable. De plus, les besoins d’eau chaude sanitaire (ECS) deviennent prépondérants par rapport à ceux de chauffage. Dans ce contexte, les systèmes solaires thermiques peuvent fournir une part importante des besoins du bâtiment. Ce travail étudie ainsi un système solaire thermique qui produit de l’ECS et préchauffe l’air de ventilation. Le principe de fonctionnement est d'abord analysé expérimentalement. Le concept se présentant prometteur, une co-simulation entre Dymola (langage Modelica) et EnergyPlus permet d'étudier plus en détail les performances du système dans son environnement (le bâtiment) pour différents hypothèses et paramètres de fonctionnement. Les résultats montrent un meilleur rendement des capteurs et du ballon par rapport à un CESI classique, ainsi qu’une augmentation de la fraction solaire pour la production simultanée d’ECS, de préchauffage d’air et de chauffage

Thermal regulation demands the construction of more efficient buildings that use less energy, in particular for heating. Air renewal, which is necessary to guarantee indoor air quality, represents a significant thermal loss in the energy balance of efficient buildings. Moreover, domestic hot water (DHW) needs become more important than heating needs. In this context, solar thermal systems can produce a significant part of the thermal needs in buildings. Indeed, this work studies a solar thermal system producing DHW and fresh air preheating. The operating principle is first analysed experimentally. As the system seems promising, a co-simulation between Dymola (using the Modelica language) and EnergyPlus is used to do a detailed study of the system performances in a building based on different assumptions and for different design parameters. The results show a better collector yield and tank efficiency regarding a classic solar water heater, as well as an increase of the solar fraction including DHW production, air preheating and space heating