Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Revue des Energies Renouvelables Vol. 13 N°2 (2010) 355 – 368 355 Modélisation

Revue des Energies Renouvelables Vol. 13 N°2 (2010) 355 – 368 355 Modélisation d’un système de chauffage passif dans la région de Béchar K. Hami*, B. Draoui et O. Hami Faculté des Science et Technologie, Université de Béchar, B.P. 417, 08000 Béchar (reçu le 21 Janvier 2010 – accepté le 20 Juin 2010) Résumé - Dans le présent travail nous avons modélisé la convection naturelle en régime laminaire dans un local chauffé par la technique d’un mur Trombe ventilé adaptait au site de la ville de Béchar (sud oust de l’Algérie), d’une journée type d'hiver. Les équations régissant le mouvement d’air et le transfert de chaleur à l’intérieur du local sont résolues numériquement à l’aide de l’un des codes CFD ‘Fluent’. L’influence de la variation de la profondeur de la cheminée solaire sur le rendement thermique du système a été étudie. Le principe de fonctionnement du système est visualisé, les températures obtenues au niveau de la zone d’occupation sont adaptables à l’intervalle du confort thermique. Les résultats de simulation sont en bon accord avec ceux de la littérature. Abstract - In this work we modelled the natural convection in laminar mode in a room heated by the technique of a ventilated wall Trombe adapted to the site of Bechar (southern oust of Algeria), of a typical winter day. The equations governing the movement of air and the transfer of heat inside the room are solved numerically using one of CFD codes ‘Fluent’. The influence of the solar chimney depth variation of the on the thermal efficiency of the system has been studied. The principle of the system functioning is visualized. The temperatures obtained on the level of the occupation zone are adaptable to the interval of the thermal comfort. The results of simulation are in concord with those of the literature. Mots clés: Convection naturelle - Chauffage passif - Energie solaire – Modélisation numérique - Mur Trombe. 1. INTRODUCTION Compte tenu de l’épuisement et le coût des énergies utilisées actuellement, telles que les énergies fossiles, et du constat établi par les experts concernant les exigences écologiques, il est nécessaire de trouver des nouvelles sources d’énergies propres et gratuites, c’est-à-dire des énergies renouvelables, afin de préserver les ressources planétaires pour les générations futures. Dans le contexte actuel, l’énergie solaire est une alternative la plus intéressante et la plus avantageuse. Notre objectif est de l’utiliser dans l’habitat. Notre travail consiste à l’utilisation d’un mur capteur-stockeur (mur Trombe) qui reste l’un des systèmes les plus efficaces pour le chauffage passif des locaux. Les performances de ce mur dépendent de plusieurs paramètres, à savoir: sa nature, son épaisseur, présence ou non de thermocirculation. Dans ce travail, nous prévoyons une simulation numérique de la convection naturelle en régime laminaire dans un local muni d’un mur Trombe ventilé pendant une journée type d’hiver à l’aide de l’un des codes CFD ‘Fluent’. * hamikhelifa@yahoo.fr K. Hami et al. 356 2. POSITIONNEMENT DU PROBLEME Dans ce travail, nous prévoyons une simulation numérique de la convection naturelle en régime laminaire d’un écoulement d’air chauffé par un mur Trombe ventilé en utilisant l’un des codes CFD ‘Fluent’ (Version: 6.3.26) d’une journée type d’hiver du site de la ville de Béchar, avec toutefois du soleil de 8 h 00 à 18 h 00 (Fig. 1). 2.1 Géophysique de la ville de Béchar -·Latitude 31°37' N, - Longitude 2°14' W, - Altitude 813 m. 2.1 Approximation Nous pouvons considérer que le flux solaire ϕ (en W/m2) arrivant sur la face extérieure du mur Trombe entre 8 h 00 et 18 h 00 est de valeur maximale 550 (W/m2) à 13 h 00: • Local est inoccupé ou seulement chauffé par le rayonnement solaire direct à travers le vitrage, de 8 h 00 à 18 h 00; • Comment va évoluer pendant les 24 heures de fonctionnement du système, la température; • ) t ( T de l’air à l’intérieur du local si cette température est initialement de 10 °C ? ( ) ) m / W ( solaire Flux t sin . 550 ) t ( 2 36000 = = ϕ π (1) Le temps t est exprimé en seconde. Le flux solaire incident sur la vitre ϕ (W/m2) 36000 s = 10 h: c’est le temps d’ensoleillement, correspondant à la durée du jour en hiver, soit 555 max = ϕ (W/m2), c’est le flux solaire maximum à 13 h 00. Fig. 1: Flux solaire hivernal (mois de janvier) de la ville de Béchar 3. MODELISATION Notre modèle sert à décrire: Le phénomène physique de ‘la convection naturelle en régime laminaire dans un local chauffé par un mur Trombe ventilé’. Le fonctionnement d’un système de ‘chauffage passif par la technique d’un mur Trombe ventilé’. Modélisation d’un système de chauffage passif dans la région de Béchar 357 Le comportement d’un système naturel de ‘chauffage passif par la technique d’un mur Trombe ventilé’. Développer et optimiser un système physique de ‘chauffage passif par la technique d’un mur Trombe ventilé’. 3.1 Conditions théoriques Orientation du local plein sud et en plein solaire (orientation optimale). Masse suffisante pour les murs et les dalles (inertie thermique). Isolation thermique des parois (pour éviter les pertes thermique). Disponibilités des protections solaires naturelles ou artificielles (pour éviter la surchauffe). 3.2 Principe de fonctionnement L’air au contact de ce mur s’échauffe (Fig. 2), s’élève, et pénètre dans le local à travers des orifices en partie haut du mur. L’air intérieur, plus froid, est dégagé naturellement par les orifices inférieurs. Ce parcours est appelé ‘thermocirculation’. Le chauffage du local est obtenu principalement par convection sur la face interne du mur qui restitue la chaleur stockée avec un certain déphasage, alors qu’un chauffage instantané est possible grâce à la ‘thermocirculation’. Des clapets sont placés devant les orifices inférieurs pour éviter une circulation inverse la nuit [2]. 3.3 Modèle géométrique Fig. 2: Modèle géométrique du local étudié Tableau 1: Description des configurations étudiées Cas étudiés H (m) L (m) c (m) e (m) δ (m) b (m) Cas-1 3 5 2.80 0.60 0.20 0.30 Cas-2 3 5 2.80 0.60 0.20 0.30 Tableau 2: Propriétés physiques des matériaux choisis pour la simulation Cas étudiés ρ (kg/m3) λ (W/m.K) p C (J/kg.K) β (1/K) Fluide (air) 3 5 2.80 0.60 Solide (béton) 3 5 2.80 0.60 K. Hami et al. 358 3.4 Modèle mathématique Pour la formulation mathématique des équations régissant le mouvement d’air et le transfert de chaleur à l’intérieur du local, on adopte les hypothèses suivantes: L’écoulement et le transfert de chaleur sont bidirectionnels (2D) et instationnaire, L’écoulement est laminaire compte tenu des dimensions et des faibles gradients de température rencontré généralement en thermique des bâtiments, L’air est incompressible et newtonien, Les propriétés thermophysiques de l’air sont indépendantes de la température, sauf pour la masse volumique de l’air dans le terme de poussée, où celle-ci varie linéairement en fonction de la température et est donnée par la relation suivante: ] ) T T ( 1 [ 0 0 − β − ρ = ρ (2) Compte tenu de ces hypothèses, les équations traduisant la conservation de masse (3), de la quantité de mouvement (4) et de l’énergie (5) peuvent s’écrire: 0 x u i i = ∂ ∂ (3) i j i j i j i j i F x u µ x x P x u u t u . + ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ ∂ ∂ + ∂ ∂ − = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ + ∂ ∂ ρ (4) ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ λ ∂ ∂ = ∂ ∂ ρ + ∂ ∂ ρ i i i i i p p x u x x T u . C . t T . C . (5) 3.5 Conditions initiales et aux limites Initialement, on ne considère que la température de l’air à l’intérieur du local (Fig. 3) et constante: • C 10 ) 0 , y , x ( T ° = • L’air est en repos (sans mouvement): 0 V U = = • Sur les parois internes du local (condition de non glissement): 0 V U = = • Au niveau de la surface gauche du mur Tromble, b x = , ) H ( y δ − ≤ ≤ δ ( ) 36000 t 0 : avec , t sin . 550 36000 b x < < × × = ϕ π = • Verticale gauche (vitrage), 0 x = , 0 x T = ∂ ∂ • Verticale droite (mur latéral à droite du local), L x = , f T T = • Verticale droite (surface à droite du mur Trombe), ) e b ( x + = et ) H ( y δ − ≤ ≤ δ , 0 x T = ∂ ∂ • Horizontale haute (plafond), H y = , 0 y T = ∂ ∂ • Horizontale basse (sol), 0 y = uploads/Geographie/ art13-2-15-pdf.pdf