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République algérienne démocratique et populaire Ministère de l’enseignement sup

République algérienne démocratique et populaire Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique Université constantine I Faculté des sciences de l’ingénieur Département de génie climatique Mémoire Présenté en vue d’obtention du diplôme de magistère en génie climatique Option Thermique du bâtiment et réfrigération Présenté Par BENNOUI MOHAMED SALAH BENNOUI MOHAMED SALAH BENNOUI MOHAMED SALAH BENNOUI MOHAMED SALAH Devant le jury composé de : Thème OPTIMISATION DES PROCÉDÉS DE CLIMATISATION SOLAIRE Président : Azzedine Belhamri Professeur Université Constantine 1. Rapporteur : Said Zid MCA Université Constantine 1. Examinateurs : Zine Labidine mahri Professeur Université Constantine 1. Abdelmalek Bechtarzi MCA Université Constantine 1. Soutenu le :09-12-2013 Remerciements Ce mémoire a été réalisé sous la direction de Monsieur ZID Said, Maitre de conférences A à l’Université Constantine I et Directeur du laboratoire de Génie Climatique, Je tiens à le remercier pour son aide, son soutien, et ses continuels encouragements qui m’ont permis d’accomplir ce modeste travail. J’exprime mes remerciements et mon respect à Monsieur BELHAMRI Azzedine, Professeur à l’université Constantine I qui à accepté de présider le jury de la soutenance pour juger mon travail, ainsi que Monsieur MAHRI Zinelabidine Professeur à l’université Constantine I, et Monsieur Bechtarzi Abdelmalek, Maitre de conférences A à l’université Constantine I qui m’ont honoré en faisant partie des membres du jury. Mes remerciements s’adressent également à Monsieur BOUTOUT Abdelouahab du Centre National d’Etudes et Recherches Intégrées au Bâtiment pour ses conseils et son aide, à Monsieur SOTEHI Oualid du Laboratoire de l’Energie et l’Environnement pour les nombreux conseils qu’il m’a apportés, je remercie aussi chacun des enseignants du département de Génie Climatique qui m’ont aidé de prés ou de loin durant ma formation. Je ne manque pas de remercier aussi mes responsables hiérarchiques au sein de la Société Nationale de Tabacs et Allumettes Complexe du 18 Février, de leur compréhension et leur soutien durant la période de préparation de Magistère. En fin et que le meilleur soit pour la fin, je remercie chaleureusement ma famille qui m’a toujours soutenu et encouragé avec un spécial « merci » à ma femme qui m’a toujours aidé par ses encouragements et ses prières depuis la préparation du concours d’entrée en Magistère jusqu’à soutenance de la présente thèse. BENNOUI Mohamed Salah Dédicace à la mémoire de ma mère à ma femme à ma famille à mes amis … Table des matières i Table des matières ______ Table des matières i Liste des figures iii Nomenclature v Introduction 1 1 Procédés de climatisation solaire 3 1.1 Généralités sur la climatisation 3 1.1.1 Définition de la climatisation 3 1.1.2 Concevoir un système de climatisation 4 1.1.3 Les systèmes de traitement de l’air 5 1.1.4 La climatisation passive 6 1.2 Le froid par compression mécanique 6 1.2.1 Composants et principe de fonctionnement 6 1.2.2 Le coefficient de performance 8 1.2.3 Le fluide frigorigène 8 1.3 La climatisation à partir de sources de chaleur 9 1.3.1 Système à absorption (système fermé) 9 1.3.2 Système à adsorption (système fermé) 11 1.3.3 Système à dessiccation (système ouvert) 12 1.4 Travaux réalisés sur la climatisation solaire 15 2 L’énergie solaire thermique 17 2.1 Le gisement solaire 17 2.1.1 La sphère céleste 17 2.1.2 Les coordonnées célestes 18 2.1.3 Les temps solaires 20 2.1.4 Estimation horaire de l’ensoleillement 21 2.2 Le capteur solaire 23 2.2.1 Définition 23 2.2.2 Types de capteurs solaires 23 2.3 Stockage et appoint 25 3 Modélisation 26 3.1 Modélisation de la boucle solaire 26 3.1.1 Modélisation du capteur solaire 26 3.1.2 Modélisation du ballon de stockage 27 3.2 Modélisation de l’installation à absorption 28 3.2.1 Modélisation de la machine à absorption 28 3.2.2 Modélisation de la tour de refroidissement 30 3.3 Modélisation de l’installation à dessiccation 32 Table des matières ii 3.3.1 Modélisation de la roue dessiccante 32 3.3.2 Modélisation de l’échangeur rotatif 34 3.3.3 Modélisation de l’humidificateur 34 3.3.4 Modélisation de la batterie de régénération 34 4 Simulation 36 4.1 L’environnement de simulation TRNSYS 36 4.2 Les conditions de simulation 38 4.2.1 Les conditions climatiques 38 4.2.2 Description du bâtiment 40 4.3 Simulation de l’installation à absorption 44 4.3.1 Schéma de l’installation et stratégie de contrôle 44 4.3.2 Représentation sous TRNSYS 48 4.3.3 Dimensionnement 48 4.4 Simulation de l’installation à dessiccation 50 4.4.1 Schéma de l’installation et stratégie de contrôle 50 4.4.2 Représentation sous TRNSYS 53 4.4.3 Dimensionnement 53 5 Discussion des résultats 54 5.1 Résultats de simulation de l’installation à absorption solaire 55 5.2 Résultats de simulation de l’installation à dessiccation solaire 66 5.3 Comparaison avec une installation conventionnelle 74 5.4 Evaluation économique et environnementale 77 Conclusion 83 Bibliographie 85 Annexes 88 Annexe A : Les diagrammes utilisés dans les systèmes étudiés 89 A.1 Diagrammes utilisés dans les systèmes à absorption 89 A.1.1 Le diagramme d’Oldham 89 A.1.2 Le diagramme de Merkel 90 A.2 Diagramme psychométrique utilisé en dessiccation 91 A.3 Caractéristiques du matériau dessiccant 92 Annexe B : Description du bâtiment étudié 93 B.1 Architecture du bâtiment 93 B.2 Occupation et charges internes 93 B.3 Infiltrations et ventilation 93 Annexe C : Vue sur le simulateur TRNSYS 94 Résumé 96 Abstract 97 ص 98 Liste des figures iii Liste des figures ______ Figure 1.1 : Schéma de procédé thermodynamique de production de froid Figure 1.2 : Schéma de principe d’une machine frigorifique à compression mécanique Figure 1.3 : Schéma de principe d’une machine frigorifique à absorption Figure 1.4.a : Tour de refroidissement ouverte Figure 1.4.b : Tour de refroidissement fermée Figure 1.5 : Schéma de principe d’une installation frigorifique à adsorption Figure 1.6 : Schéma de principe d’une installation à dessiccation Figure 1.7 : Représentation d’une roue dessiccante Figure 1.8 : Echangeur rotatif Figure 1.9 : Représentation du process de climatisation par dessiccation Figure 2.1 : La sphère céleste Figure 2.2 : Les coordonnées géographiques Figure 2.3 : Les coordonnées horaires Figure 2.4 : Les coordonnées horizontales Figure 2.5 : Direction du rayonnement solaire Figure 2.6 : Vue d’un capteur à air Figure 2.7 : Vue d’un capteur plan Figure 2.8 : Vue d’un capteur sous vide Figure 2.9 : Vue d’un capteur à concentration Figure 2.10.a : Stockage avec appoint placé à la sortie du ballon Figure 2.10.b : Stockage avec appoint placé à la partie supérieure du ballon Figure 3.1 Représentation des nœuds dans un ballon d’eau chaude Figure 3.2 : Transfert de débit entre les nœuds Figure 3.3 : Les chaleurs échangées dans une machine à absorption Figure 3.4 : Efficacité d’une tour de refroidissement Figure 3.5 : Représentation des facteurs F1 et F2 Figure 3.6 : Modification des facteurs F1 et F2 par introduction des efficacités εF1et εF2 Figure 4.1 : Schéma illustrant l’échange de données entre les blocs de simulation Figure 4.2 : Variation de la température et de l’humidité relative à Alger le 17 Juillet Figure 4.3 : Variation mensuelle de l’ensoleillement et les besoins en froid pour la ville d’Alger Figure 4.4 : Variation de la température et de l’humidité relative à Constantine le 17 Juillet Figure 4.5 : Variation mensuelle de l’ensoleillement et les besoins en froid pour la ville de Constantine Figure 4.6 : Variation de la température et de l’humidité relative à Bechar le 17 Juillet Figure 4.7 : Variation mensuelle de l’ensoleillement et les besoins en froid pour Bechar Liste des figures iv Figure 4.8 : Plan du premier étage du bâtiment Figure 4.9 : Plan du deuxième étage du bâtiment Figure 4.10 : Température intérieure comparée à la consigne pour la ville d’Alger Figure 4.11 : Température intérieure comparée à la consigne pour la ville de Constantine Figure 4.12 : Température intérieure comparée à la consigne pour la ville de Bechar Figure 4.13 : Schéma de principe de l’installation solaire à absorption Figure 4.14 : Stratégie de contrôle pour la boucle solaire Figure 4.15 : Stratégie de contrôle pour la machine à absorption Figure 4.16 : Stratégie de contrôle pour le local à climatiser Figure 4.17 : Représentation du modèle de l’installation à absorption sous TRNSYS Figure 4.18 : Variation de la fraction solaire estivale avec la surface de capteurs Figure 4.19 : Variation de la température de stockage pour différents volumes Figure 4.20 : Schéma de principe de l’installation solaire à dessiccation Figure 4.21 : représentation du modèle de l’installation à dessiccation sous TRNSYS Figure 5.1 : Variation des températures d’eau chaude et d’eau glacée pour la machine à absorption le 17 Juillet à Constantine Figure 5.2 : Variation des puissances de la machine à absorption à Constantine le 17 Juillet Figure 5.3 : Variation de la fraction solaire journalière pour la machine à absorption Figure 5.4 : Variation saisonnière de l’énergie solaire et l’énergie auxiliaire Figure 5.5 : Variation saisonnière de l’énergie frigorifique et l’énergie thermique consommée Figure 5.6 : Variation saisonnière de la fraction solaire et du COP pour l’absorption Figure 5.7 : Variation saisonnière de l’énergie solaire à différents stades Figure 5.8 : Variation journalière des températures aux différents points du système à dessiccation solaire le 17 Juillet pour la ville de Bechar. Figure 5.9 : Variation journalière de la fraction solaire le 17 Juillet uploads/Geographie/ ben6435.pdf