Utilisation des matériaux à changement de phase dans les bâtiments : revue approfondie, expérience, étude paramétrique et analyse physique

Use of Phase Change Materials in buildings : comprehensive reviews, experiments, parametric study and physical analyzes

• Auteur / Autrice : Khair El Din Faraj
• Direction : Cathy Castelain, Mahmoud Khaled
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, thermique et combustion
• Date : Soutenance le 29/03/2021
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Thermique et Energie de Nantes
• Jury : Président / Présidente : Nolwenn Le Pierrès
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jalal Faraj
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Kévyn Johannes, Jean-Pierre Bedecarrats

Mots clés

Mots clés contrôlés

Constructions -- Propriétés thermiques

Planchers chauffants

Transitions de phases

Matériaux -- Propriétés thermiques

Mots clés libres

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Résumé

Les bâtiments sont considérés comme des facteurs clés qui affectent la demande énergétique mondiale et ont des effets importants sur les émissions de gaz à effet de serre résultant des dispositifs de chauffage et de refroidissement intégrés. La transformation des rénovations et la création de nouveaux compartiments commerciaux et résidentiels visent à répondre aux exigences des constructions vertes durables et des bâtiments à énergie nette zéro développés pour soutenir le confort thermique et le bien-être humain. Une méthode consiste à intégrer le stockage d'énergie thermique à chaleur latente, en particulier les matériaux à changement de phase (MCP) dans les bâtiments: de manière active et passive. Le projet actuel présente une revue bien approfondie sur l’utilisation du MCP dans les bâtiments pour le chauffage, refroidissement et les applications hybride. Il a été démontré que les combinaisons et l'hybridation possibles de différentes applications MCP peuvent améliorer l'efficacité énergétique des bâtiments. Deux nouveaux prototypes modulaires avancés identiques, équipés de conteneurs de macro-encapsulation PCM à conductivité thermique améliorée, ont été proposés et mis en œuvre. L'étude se concentre sur des recherches expérimentales pour des systèmes de chauffage par le sol hydroniques/électriques actifs intégrés à des plaques PCM d'huile de coco (CO) impliquant des analyses paramétriques, thermiques et économiques. A partir les résultats obtenues expérimentalement, il a été constaté que l’utilisation correcte du PCM peut conduire à des économies, des conforts thermiques souhaités, et une efficacité énergétique élevée.

Buildings are considered key factors that affects global energy demand and have significant effect on greenhouse gas emissions resulting from integrated heating and cooling devices. Transforming renovations and establishing new commercial and residential compartments are directed to meet the requirements of sustainable green constructions and further developed Net Zero Energy Buildings sustaining thermal comfort and human welfare. To fulfill this goal, one method is integrating latent heat thermal energy storage particularly Phase Change Materials (PCM) in buildings: actively and passively. The current research project recent work on the use of PCM in buildings for heating, cooling and hybrid applications. It was shown that possible combinations and hybridization of different PCM applications can enhance building energy efficiency. Two identical new advanced modular prototypes, equipped with enhanced thermal conductivity PCM macro-encapsulation containers, were proposed and implemented. The study focuses on experimental investigations for active hydronic/electrical radiant floor heating systems integrated with coconut oil (CO) PCM plates involving parametric, thermal and economic analyses. According to the experimental results, it was found that proper utilization of CO-PCM plates coupled to a controlled active system leads great economy, to high comfortable conditions and high energetic efficiency.