Etude numérique et expérimentale destinée à l'exploitation des techniques de rafraîchissement par dessiccation avec régénération par énergie solaire

A numerical and an experimental investigation of a solar desiccant cooling installation

• Auteur / Autrice : Paul Bourdoukan
• Direction : Étienne Wurtz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : La Rochelle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Économies d'énergie

Climatisation -- Régulation

Constructions

Énergie solaire

Capteurs (technologie)

Simulation, Méthodes de

Refroidissement

Résumé

Dans l’optique de la préservation de l’environnement et de la réduction des consommations énergétiques des bâtiments, le rafraîchissement par dessiccation utilisant l’énergie solaire apparait comme une alternative aux systèmes de climatisation traditionnels énergivores dont l’impact environnemental est très élevé. Les résultats expérimentaux ont montré un potentiel très intéressant de cette technique pour les climats à humidité absolues modérée et la possibilité de procéder exclusivement à partir de l’énergie solaire avec un rendement global de l’installation solaire supérieur à 0,5. En comparant la consommation énergétique totale avec celle d’une installation traditionnelle utilisant la compression de vapeur pour la même capacité de refroidissement on obtient des résultats réduits de moitié. La validation expérimentale des modèles développés a montré des écarts très faibles et la simulation numérique de la configuration en tout air neuf est avantageuse pour des humidités absolues relativement modérées tandis que la configuration en recirculation est plus intéressante pour les humidités élevées. On a proposé une méthode de dimensionnement et une méthode de régulation qui est en mesure de maintenir les conditions du bâtiment dans la zone de confort. L’étude du potentiel solaire dans le procédé de rafraîchissement par dessiccation a montré que les capteurs sous vide ont une fraction solaire supérieure à 90%. Enfin l’analyse de cycle de vie menée sur l’installation dessicante en comparaison avec une installation traditionnelle a mis en évidence la pertinence du recours à ce procédé dans l’optique de la préservation des ressources et de la protection l’environnement.      

In the perspective to protect the environment and to reduce building energy consumption, solar desiccant cooling appears as an alternative to vapour compression systems. This technology associates different elementary changes of moist air and presents its highest potential during sunny days. In this work we conducted an experimental and a numerical investigation of a desiccant plant powered by solar vacuum tube collectors. Experimental results showed a high potential for moderately humid climates and the possibility to proceed solely by solar energy with an overall efficiency of the solar installation of 0. 5. When comparing the total energy consumption of the desiccant system and that of a traditional vapour compression system for the same operating conditions and same cooling capacity we obtained a reduction by a factor of 2. Numerical investigation of the system for the conventional and the recirculation configurations showed that the first is interesting for relatively moderately humidity while the second is recommended for elevated humidity. The elaboration of the supply conditions lines yielded a proposal of a dimensioning method. We proposed a control strategy for the system that was able to keep the building conditions in the comfort zone. The investigation of solar energy use in the desiccant process showed that vacuum tube collectors have a solar fraction over 90% and an overall efficiency of 0. 5. Finally the life cycle assessment conducted on the experimental desiccant plant in comparison with the vapour compression system showed that desiccant cooling is a relevant process in the perspective of the energy savings and the protection of the environment protection