Efficacité Énergétique dans les bâtiments

Efficacité Énergétique dans les bâtiments 

L’énergie est indispensable à toutes nos activités, elle est utilisée dans l’activité humaine sous différentes formes notamment, thermique, chimique, électrique et nucléaire, permettant à chacune des utilisations différentes. L’énergie est également considérée comme un bien-être social, elle nous donne la vie et assure notre bien-être.
Le bâtiment avec ses différents secteurs (habitation, tertiaire, résidentiel, …) utilise cette énergie pour répondre aux multiples besoins et conforts (éclairage, cuisson, chauffage, climatisation, etc.).

L’énergie utilisée dans la construction, la rénovation et l’utilisation du bâtiment peut être calculée et considérablement réduite. Une évaluation globale du bâtiment nécessite de prendre en compte la consommation d’énergie lors de sa fabrication, son fonctionnement et sa démolition. La flambée de la consommation d’énergie dans le monde durant ces dernières décennies est un fait incontestable.
L’énergie utilisée dans la construction, la rénovation et l’utilisation du bâtiment peut être calculée et considérablement réduite. Cette croissance a engendré de nouveaux défis, sur le plan environnemental et économique sachant que le changement climatique liée à l’augmentation des gaz à effets de serre est généré Provient principalement du CO2 dans la production et la consommation d’énergie.

Besoin d’énergie dans le bâtiment 

La demande totale d’un bâtiment est la quantité d’énergie nécessaire pour maintenir un climat intérieur approprié et répondre aux performances du bâtiment dans une période de temps donnée (eau chaude, cuisson, éclairage, chauffage, climatisation). Elle se caractérise par les différentes formes. Dans le bâtiment, le maintien d’un confort thermique agréable semble s’opposer aux recherches d’économie d’énergie ou nous ne pouvons traiter cette contradiction évidente qu’à travers le concept architectural de «globalisme». Pour cela, vous devez avoir une bonne compréhension des paramètres climatiques, de l’inertie thermique du bâtiment et de sa localisation.

Cette approche du besoin d’énergie de chauffage et de climatisation renvoie trois facteurs explicatifs (B. Chateau et B. Lappilonne, 1977) :
Besoin en température : est un besoin de climat intérieur, caractérisé par la température intérieure moyenne (chauffage ou climatisation). Ce besoin en température est, un besoin «social».
Caractéristiques physiques du bâtiment qui interviennent de façon prépondérante dans la création du besoin d’énergie sont : le volume et le degré d’isolation.
Le climat du site, qui détermine la période du besoin.
D’autres caractéristiques importantes telles que l’exposition au soleil, l’orientation au vent, le vitrage qu’on doit prendre en considération dès la conception et l’implantation.

Méthodes de Stockage d’énergie thermique 

Le stockage d’énergie est le processus de conservation de grandes quantités d’énergie pour une utilisation ultérieure. Par extension, cette déclaration fait également référence au stockage de matériaux contenant de l’énergie. La réalisation du stockage de chaleur nécessite généralement un compromis entre capacité de stockage, puissance de transmission ou de stockage, et perte. Il existe trois méthodes de stockage d’énergie thermique : Stockage par chaleur sensible. Stockage par la chaleur latente. Stockage par les processus chimiques.

Stockage d’énergie chimique : Quand une réaction chimique a lieu, il y a une différence entre l’enthalpie des substances présentes à la fin de la réaction et l’enthalpie des substances au début de la réaction. Cette différence d’enthalpie est appelée chaleur de réaction. Si la réaction est endothermique, elle absorbera cette chaleur. Si la réaction est exothermique, elle dégagera cette chaleur.
Stockage d’énergie thermique : L’énergie peut également être stockée sous sa forme thermique et ensuite restituée sous forme de chaleur. Le stockage de l’énergie thermique se présente comme une solution particulièrement intéressante puisqu’il permet de dissocier l’utilisation de la production de l’énergie (I.O. Salyer etA.K. Sircar ,1990). Le stockage d’énergie thermique (SET) peut être obtenu par refroidissement, le chauffage, la fusion, la solidification, la vaporisation, ou un matériau avec l’énergie sous forme de chaleur devient disponible lorsque le processus est inversé.

Le stockage d’énergie thermique comprend trois types : l’énergie à mesure qu’ils changent de phase stockage par chaleur latente. Stockage par chaleur sensible. La chaleur des réactions: thermochimie et absorption.

Matériaux à Changement de Phase (MCP) 

Les matériaux à changements de phase (MCP) sont des composés qui stockent et libèrent de la chaleur latente lors d’une transformation de phase (solide-liquide) à température constante. Comme pour la transformation de la glace en eau qui se produit lorsque la température dépasse les 0°C, les matériaux à changements de phase changent d’état (solide-liquide) en fonction de leur température de fusion.

Dans les bâtiments, il s’agit du même principe. Une fois que la température du matériau à changement de phase atteint son point de fusion, il commencera à fondre et à absorber une partie de l’énergie environnante afin de la stocker en grande quantité et, dès que la température devient inférieure, l’énergie stockée est restituée. Cette transition de phase est facilitée par l’augmentation de la surface d’échange entre le MCP et l’air ambiant. Généralement, il est intégré au sein des constituants d’une paroi pour faire diminuer les pics de température d’une pièce et de limiter l’utilisation de systèmes coûteux en énergie. Le MCP peut être couplé avec un système de ventilation nocturne où à une climatisation de dimensionnement réduite, pour qu’il puisse se générer plus efficacement (décharge de l’énergie).

Choix d’un MCP 

La première question qui peut se poser concerne l’utilisation de l’eau comme MCP. En effet, l’eau a d’excellentes propriétés de chaleur latente. Cependant, avec l’eau, nous sommes limités aux températures de 0 °C ou 100 °C (à pression atmosphérique) et de nombreuses applications nécessitent d’autres niveaux de températures. Des critères vont donc être définis pour faciliter le choix d’un MCP pour une application donnée (Feldman et al. 1993) :

Critères thermiques : le niveau de la température de changement de phase qui dépend de l’application. la valeur de la chaleur latente de fusion ( >130 kJ / kg pour être compétitif). une grande conductivité thermique pour des cinétiques de charge et de décharge rapides. une faible pression de vapeur pour minimiser les problèmes de tenue en pression des systèmes de stockage.

Critères physiques : un faible changement de volume lors du changement d’état pour le dimensionnement du stockage et sa tenue à la pression. une grande masse volumique pour que le MCP puisse réaliser un stockage suffisant dans le volume le plus faible possible. une fusion congruente lors de l’utilisation d’un corps composé.

Critères cinétiques : des cinétiques de charge et de décharge rapides. pas de surfusion qui détruit la cinétique et altère la possibilité de déstockage.

Critères de stabilité et de compatibilité avec les autres matériaux : stabilité du corps lors des cycles thermiques. compatibilité avec les matériaux du réservoir de stockage pour chaque phase pour éviter tous les problèmes de corrosion, de réactivité chimique ou électrochimique.

Critères chimiques: stabilité chimique des corps avec le temps et avec les niveaux de température. un bon taux de cristallisation.  ininflammabilité.  non-toxicité.

Critères économiques : un coût raisonnable. une bonne disponibilité.

Conditionnement des matériaux à changement de phase 

Le choix de la méthode de conditionnement du matériau à changement de phase est essentiel et doit se conformer et répondre aux besoins de l’application considérée. Par ailleurs, afin d’assurer le bon fonctionnement et la durabilité du système de stockage et, également afin d’éviter d’éventuels problèmes de corrosion ou de fuite du MCP, la nature du MCP doit être adaptée au système de stockage. Il existe de nombreuses techniques de conditionnement des matériaux à changement de phase, dont en particulier, la technique d’encapsulation (micro et macro-encapsulation). Les MCP peuvent être également intégrés par incorporation directe dans le «mélange humide» des matériaux du bâtiment ou par absorption (imprégnation) du MCP fondu dans les matériaux poreux du bâtiment (M.Bahrar,2018).

Macro-encapsulation :
La macro-encapsulation consiste à encapsuler le matériau à changement de phase dans des tubes, sachets, de sphères ou de panneaux. Ces conteneurs doivent être fabriqués avec des matériaux de bonnes conductivités et assez rigides pour limiter les risques de fuite du MCP, tels que l’aluminium, le cuivre, etc. La macroencapsualtion offre l’avantage de limiter les risques de fuite.

Micro-encapsulation :
La micro-encapsulation consiste à encapsuler le matériau dans des sphères ou des capsules de diamètre allant de 1 µm à 1000 µm (A.Waqas et Z. Din,2013). Les particules peuvent être incorporées aux matériaux de construction. La technique d’encapsulation permet d’éviter la fuite du matériau à changement de phase lors de la fusion, et ainsi toute interaction avec les autres matériaux de construction.

Table des matières

Introduction Générale
Chapitre 1 : Contexte et enjeux de l’efficacité Énergétique dans les bâtiments approche Energétique et Confort thermique
1-1. Introduction
1-1-1. Habitat solaire
1-2. Efficacité Énergétique dans les bâtiments
1-2-1. Définition de l’énergie
1-2-2. Besoin d’énergie dans le bâtiment
1-2-3. Réduction des consommations énergétiques dans le bâtiment
1-3. Economie d’énergie dans le processus de gestion énergétique
1-4. Perspective sur le besoin de maîtrise de la demande énergétique
1.5. Maîtrise de l’énergie et le contexte réglementaire en Algérie
1-6. Confort thermique
1-6-1. Paramètres du confort thermique
1-6-2. Amélioration du confort thermique
1.7. Conclusion
Chapitre 2 : Etat de l’aire utilisation des matériaux à changement de phase (MCP) en tant que matériaux de construction
2-1. Introduction
2-2-Méthodes de stockage d’énergie thermique
2-2-1. Stockage d’énergie chimique
2-2-2. Stockage d’énergie thermique
2-2-2-a. Stockage d’énergie thermique par chaleur sensible
2-2-2-a-1. Matériaux de stockage à chaleur sensible
a- Stockage par chaleur sensible avec un matériau liquide
b- Stockage par chaleur sensible avec un matériau solide
2-2-2-a-2. Quelques exemples de stockage de chaleur sensible
2-2-2-b. Stockage par chaleur latente
2-2-2-b-1. Les avantage de stockage par chaleur latente
2-3. Les Matériaux à Changement de Phase (MCP)
2-3-1. Description
2-3-2. Historique des MCP
2-3-3. Les différents changements d’état
2-3-4. Choix d’un MCP
2-3-5. Classification des matériaux à changement de phase
a-Les MCP organiques
b-Les MCP inorganiques
c-Les eutectiques
2-3-6. Avantages et inconvénients des trois types de MCP
2-3-7. Classe de MCP
2-3-8. Conditionnement des matériaux à changement de phase
2-3-8-1. Macro-encapsulation
2-3-8-2. Micro-encapsulation
2-3-9. Les domaines d’application
2-3-10. Incorporation des MCP dans les matériaux de construction
2-3-10-1. L’intégration du MCP dans le plâtre
2-3-10-2. L’intégration du MCP dans le béton
2-3-10-3. L’intégration du MCP dans la brique
2.4 Conclusion
Chapitre 3 : Modélisation numérique d’un planché en béton-MCP
3-1. Introduction
3-2. Formulation théorique du problème de transfert avec changement de phase
3-3. Méthode de résolution du problème de transfert avec changement de phase
3-3-1. Méthode à maillage mobile
3-3-2. Méthode à maillage fixe
A. Méthode de la capacité effective
B. Méthode enthalpique
3-4. Description du modèle numérique
3-5. Présentation des logiciels Gambit et Fluent
3-5-1. Préprocesseur Gambit
3-5-2. Code FLUENT
3-5-2-1. Interface du code Fluent
3-5-2-2. Mise en place problème dans FLUENT
3-6. Conclusion
Chapitre 4 : Résultats et interprétations
4-1. Introduction
4-2. Test de maillage
4-3. Résultats et discussions
4-4. Conclusion
Conclusion Générale
Références bibliographiques

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