Linéarisation du bilan du mur

Linéarisation du bilan du mur

-Évolution vers des ressources renouvelables

La révolution industrielle amorcée dans le courant du XVIIIe siècle en Angleterre a enclenché un processus mondial d’accroissement de recherche et de consommation d’énergie. La première ressource énergétique industrielle historique a été le charbon, puis les ressources se sont diversifiées au cours du temps avec le pétrole, le gaz, l’hydroélectricité et le nucléaire. L’abondance énergétique a profondément changé nos sociétés et a donné à l’homme les moyens de modifier son environnement. La croissance de cette demande énergétique a été continue depuis et, malgré quelques crises, elle s’est accélérée depuis les trois dernières décennies pour répondre aux besoins de pays dit émergents. Seulement au cours de la décennie (2001–2011), la consommation mondiale d’énergie est passée de 9 434 millions de tonnes équivalentes pétrole (Mtep) à 12 275 Mtep (British Petroleum, 2012). La part des pays non membres de l’OCDE passant de 42,6 % en 2001 à 54,9 % en 2011.

Cette importante consommation pose plusieurs problèmes. En effet, les principales ressources énergétiques sont non renouvelables et polluantes. Le pétrole, le gaz, le charbon et le nucléaire comptent pour 92 % (British Petroleum, 2012) des ressources énergétiques actuellement utilisées. Il y a là un manque flagrant de diversité de ressources posant à court ou moyen terme des problèmes d’approvisionnement en termes de quantité, de localisation et de mode d’extraction. La problématique de la quantité est que les principales ressources énergétiques utilisées dans le monde sont par définition finies et il faudra, à moyen ou long terme trouver des énergies de remplacement. Pour ce qui est de la localisation, si l’on prend l’exemple du pétrole, 48,1 % des réserves déclarées se situent au Moyen-Orient (British Petroleum, 2012).

Ressources solaires et leurs collecteurs

Même si l’ensoleillement n’est pas égal dans le monde, sa répartition permet l’utilisation de l’énergie solaire sous toutes les latitudes de manière cyclique (cycle journalier, cycle saisonnier). La Figure 1.1 représente l’irradiation moyenne sur le globe terrestre. On y remarque que les plus grandes valeurs ne se trouvent pas forcément à l’équateur, mais dans les grandes régions désertiques et les très hautes montagnes. Cela n’a pas empêché des pays comme l’Allemagne de développer des technologies liées au solaire pour diminuer sa dépendance énergétique à l’égard de ressources étrangères (Garric, 2012). Ces technologies ne sont pas évidentes à mettre en place, demandent un certain volontarisme, des politiques économiques d’implantation, et des aménagements pour les intégrer dans le réseau existant. Il faut aussi prévoir d’autres technologies pour compléter les lacunes de ces technologies solaires.

De l’UTC vers le TTC

De par leur taille, les UTC sont bien adaptés pour chauffer de grands bâtiments. Selon (Ressources naturelles Canada et Énergétique, 2008), la consommation pour le chauffage des bâtiments commerciaux et institutionnels était de 866 000 000 GJ en 2008. On comprendra que chauffer ou préchauffer l’air est une mesure d’efficacité énergétique non négligeable. Comme l’illustre la Figure 1.6, l’UTC est une plaque perforée chauffée par son exposition directe au soleil. L’espace situé derrière le collecteur (par lequel l’air récupéré est injecté dans le bâtiment) se nomme le plénum. En haut du collecteur, un ventilateur aspire l’air du plénum causant une dépression dirigeant l’air frais extérieur à travers dles perforations. L’air se réchauffe par convection en passant à travers les trous. L’air chauffé peut être utilisé pour le chauffage de bâtiments, pour le préchauffage de l’air de procédés ou dans le séchage de récoltes. La Figure 1.7 présente des exemples d’implantations d’UTC pour le chauffage de bâtiments. Ainsi, sur les photos du dessus, on voit les parois noires perforées exposées au soleil et sur la photo du dessous, les tuyaux amenant l’air préchauffé dans le bâtiment.

Influence de GSol

Plus GSol est grand, plus l’énergie solaire est disponible pour le collecteur. Les termes déterminant la capacité du collecteur à capter ce rayonnement ne dépendent pas de GSol, mais des paramètres optiques détaillés dans la section (5.3). La grandeur de GSol impacte les niveaux de température en jeu, ainsi plus grand est GSol, plus grandes sont les températures. Et donc à même capacité de captation d’énergie solaire récupération (αT identique) et même capacité de récupération par l’air de la chaleur (Vsucc identique), plus le niveau de température est élevé, plus les pertes par rayonnement augmentent et contribuent à diminuer η. Cependant, ces pertes restent faibles devant le gain total de chaleur ce qui explique la très faible variation de η. Ainsi donc, la disponibilité d’énergie solaire due à GSol augmente ΔT et qsort , mais fait très peu varier η car c’est Vsucc qui a une plus grande influence sur ce dernier.

Le rapport de stage ou le pfe est un document d’analyse, de synthèse et d’évaluation de votre apprentissage, c’est pour cela chatpfe.com propose le téléchargement des modèles complet de projet de fin d’étude, rapport de stage, mémoire, pfe, thèse, pour connaître la méthodologie à avoir et savoir comment construire les parties d’un projet de fin d’étude.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LITTÉRATURE
CHAPITRE 2 DESCRIPTION DU MODÈLE
2.1 Géométrie du collecteur
2.2 Description des phénomènes physiques
2.3 Hypothèses de modélisation
2.4 Calcul préliminaire des coefficients et des propriétés de l’air
2.4.1 Propriétés de l’air
2.4.2 Coefficient d’absorption et de réflection du rayonnement solaire
2.4.3 Coefficients d’échanges radiatifs
2.4.4 Coefficient d’échanges convectifs de la plaque perforée
2.4.5 Calcul du coefficient de convection sur le mur
2.5 Modèle mathématique
2.5.1 Bilan sur la plaque perforée semi-transparente
2.5.2 Bilan sur le mur
2.5.3 Bilan sur le plénum
2.5.4 Bilan total sur le collecteur
2.6 Questions de recherche
CHAPITRE 3 MODÉLISATION NUMÉRIQUE
3.1 Géométrie d’un volume de contrôle
3.2 Hypothèses liées à la discrétisation
3.3 Calcul des débits et des vitesses dans le plénum
3.4 Relation entre les températures
3.5 Calcul du coefficient de convection sur le mur d’un volume de contrôle
3.6 Linéarisation du bilan de la plaque
3.7 Linéarisation du bilan du mur
3.8 Linéarisation du bilan du plénum
3.9 Écriture matricielle des bilans et résolution
3.10 Algorithme de calcul
CHAPITRE 4 DESCRIPTION DES VARIABLES ET VÉRIFICATIONS DU MODÈLE NUMÉRIQUE
4.1 Description des variables
4.2 Vérification 1 : cas du rayonnement nul
4.3 Vérification 2 : cas de la vitesse de succion nulle
4.4 Vérification 3 : cas des réflectivités et émissivités nulles
4.5 Insensibilité au maillage
CHAPITRE 5 ANALYSE ET DISCUSSION DES RÉSULTATS
5.1 Matrices de graphiques
5.2 Maxima et minima dans le domaine considéré
5.3 Influence des paramètres optiques
5.4 Influence de Vsucc
5.5 Influence de GSol
5.6 Réponses aux questions de recherches
5.6.1 Question i : y a t’il moins de pertes lorqu’on augmente le débit?
5.6.2 Question ii : le choix des matériaux transparents influence t’il le rendement?
5.6.3 Question iii : le rendement va t’il être plus grand pour les faibles irradiations?
5.6.4 Question iv : la température de la plaque d’un TTC va-t-elle être moins élevée nque celle d’un UTC et donc les pertes vers l’extérieur moins grande?
CONCLUSION
RECOMMANDATIONS
ANNEXE I ARTICLE DE REVUE DE LITTÉRATURE
ANNEXE II RÉSULTATS DE TESTS DE TRANSMISSIVITÉ
ANNEXE III MATRICE DE RÉSULTATS COMPLÈTES
ANNEXE IV RÉSULTATS AVEC CONDUCTION
LISTE DE RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES