Matériaux composites à hautes performances énergétiques pour l’optimisation des chauffe-eau solaires individuels : du matériau au procédé

High performance storage composite for solar domestic hot water system enhancement : from raw material to the solar process

• Auteur / Autrice : Didier Haillot
• Direction : Vincent Goetz, Xavier Py
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique et génie des procédés
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Perpignan
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan ; 1999-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux

Transitions de phases

Conservation de l'énergie

Matériaux -- Propriétés thermiques

Conception et construction

Appareils et matériel

Chauffe-eau solaires

Résumé

Ce travail de thèse s’insère dans un partenariat entre le laboratoire PROMES et la société Saunier Duval, partie prenante du groupe Vaillant, dans le but d’améliorer les performances des chauffe-eau solaires individuels (CESI). Dans le cadre de cette application particulière, le potentiel des matériaux à changement de phase (PCM) est envisagé. Notre démarche a consisté à la fois en l’étude de composites (élaboration et caractérisation) et à l’analyse du procédé afin de réaliser l’insertion optimale du matériau dans le système. Dans un premier temps, après avoir recensé les PCM répondant aux problématiques de notre application, nous avons élaboré et caractérisé des composites associant le graphite naturel expansé (GNE) et de matériaux de stockage à chaleur latente. Dans un second temps, ce travail a pour but de quantifier les performances d’un CESI dont le capteur intègre un des composites précédemment élaborés. Une approche numérique nous permet de simuler le comportement thermique et les rendements d’un tel système sous un climat spécifique et des consommations en eau chaude sanitaire (ECS) données. L’analyse de ces résultats numériques nous permettra de proposer plusieurs perspectives de travail.

This thesis takes place in a partnership between the PROMES laboratory and the Saunier Duval industry, part of the Vaillant Group, with the aim of improving the performance of solar domestic hot water (SDHW) system. Potential of phase change materials (PCM) for this particular application is investigated in this study. Our approach has been to associate the study of composites (preparation and characterization) and also the analysis of the process to achieve optimal integration of the material in the system. In the first part we have elaborated and characterized composite based on compressed expanded natural graphite (CENG) and PCM in order to validate the existence of materials having the characteristics necessary for the planned feature. The second part of this work aims to quantify the performance of a SDHW which includes the composite material previously developed. A numerical approach allows us to simulate the thermal behaviour and the efficiency of such a system. Analysis of these numerical results will give rise to several conclusion and prospects.