Optimisation des installations solaires collectives d'eau chaude sanitaire : application des techniques « des faibles débits » et « du stockage divisé »
Les installations de production d'eau chaude solaire collective ayant peu évolué ces vingt dernières années, il paraissait important de rechercher des innovations afin de les améliorer d'un point de vue technico-économique.<br />Nous avons ainsi conçu un ballon de stockage à stratifi...
| Main Author: | |
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| Language: | FRE |
| Published: |
2005
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| Subjects: | |
| Online Access: | http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00367630 http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/36/76/30/PDF/these.pdf |
| Summary: | Les installations de production d'eau chaude solaire collective ayant peu évolué ces vingt dernières années, il paraissait important de rechercher des innovations afin de les améliorer d'un point de vue technico-économique.<br />Nous avons ainsi conçu un ballon de stockage à stratification, fonctionnant aussi bien dans les installations individuelles que dans les installations collectives.<br />La simulation du comportement d'un ballon domestique puis collectif grâce au code CFD Fluent a permis de mettre en évidence l'influence positive de la présence d'injecteurs à plaques sur les entrées solaires ainsi que sur l'entrée d'eau froide.<br />Les résultats expérimentaux, obtenus grâce à la mise en place d'un banc expérimental, ont permis de valider le modèle CFD ainsi que l'utilisation des injecteurs à plaques vis-à-vis de la stratification thermique. Une étude par injection de colorant a également permis d'étudier qualitativement la stratification au sein du ballon.<br />L'objectif du travail étant d'optimiser les installations solaires d'eau chaude collective, nous avons élaboré un modèle avec le logiciel TRNSYS. Il permet de simuler l'ensemble des composants intervenant dans la production solaire d'eau chaude sanitaire de telles installations. La validation du modèle de référence développé a été réalisée grâce à des données expérimentales. En effet, l'installation solaire de la maison de retraite « Les Berges de l'Hyères » située à Chambéry (73) a été instrumentée de façon à obtenir notamment le bilan énergétique aux bornes de chaque composant. La comparaison des résultats expérimentaux et numériques indique la cohérence du modèle, bien que des différences, néanmoins explicables, persistent.<br />Ce modèle a ensuite servi de base de comparaison dans la proposition d'installations innovantes plus performantes sur le plan énergétique. La comparaison des différentes solutions est basée sur le taux de couverture solaire corrigé. Contrairement au taux de couverture défini dans la Garantie de Résultats Solaires (GRS), le taux de couverture solaire corrigé considère l'énergie d'appoint ainsi que l'énergie nécessaire au fonctionnement des auxiliaires. Les conclusions à l'issue de ces simulations sont très satisfaisantes. En effet, les installations solaires collectives décentralisées atteignent des taux de couverture solaire corrigés de 30% et réduisent ainsi sensiblement les rejets de CO2. Nous avons également mis en évidence l'intérêt de faire fonctionner l'installation en débit variable. L'alimentation des pompes grâce à des cellules photovoltaïques est également très prometteuse.<br />Enfin, l'analyse économique montre que les installations à production solaire centralisée et à appoint individualisé, ainsi que les installations décentralisées, permettent d'effectuer des économies non négligeables sur la fourniture de l'énergie d'appoint. Cependant, l'investissement initial est fonction du nombre de ballons mis en place, et par conséquent, les temps de retour sont plus ou moins intéressants. |
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