Modélisation unidimensionnelle d'un collecteur solaire aéraulique

• Main Author: Genevès, Christophe
• Format: Others
• Published: École de technologie supérieure 2013
• Online Access: http://espace.etsmtl.ca/1245/1/GENEV%C3%88S_Christophe.pdf; http://espace.etsmtl.ca/1245/2/GENEV%C3%88S_Christophe%2Dweb.pdf

Les collecteurs solaires aérauliques perforés permettent de préchauffer de l’air. L’air en question est aspiré à travers une plaque perforée et chauffée par le rayonnement solaire. Lorsque la plaque perforée est semi-transparente, le mur derrière celle-ci peut être vu et elle confère ainsi un avantage esthétique par rapport aux collecteurs opaques. Ceci faciliterait l’acceptation de ce type de collecteur et par conséquent réduirait la consommation énergétique des bâtiments sur lesquels ils seraient installés. Au meilleur de notre connaissance, cette étude présente la première description des phénomènes physiques existant dans les collecteurs solaires aérauliques perforés transparents (ci-après TTC, selon l’acronyme anglais) ainsi qu’une formulation de ceux-ci par des bilans thermiques. Aux phénomènes déjà connus par l’étude des collecteurs solaires aérauliques perforés opaques (ci-après UTC, selon l’acronyme anglais), la transmissivité de la plaque, l’absorptivité, l’émissivité et la réflectivité du mur ont été ajoutées ainsi que l’échange thermique par convection au niveau du mur. Pour la modélisation, un certain nombre de simplifications ont été faites quand à l’écoulement et aux échanges thermiques par rayonnement. Le collecteur est subdivisé en volumes de contrôle unidimensionnels linéairement alignés et les bilans thermiques et de masse sont effectués sur chacun d’eux. La formulation des bilans est linéarisée de manière à produire un système matriciel que l’on peut résoudre par inversion et de manière itérative. Afin de comprendre les spécificités des TTC par rapport aux UTC, la transmissivité de la plaque, l’absorptivité du mur, la vitesse de succion ainsi que le rayonnement solaire incident sont rendus variables. Les résultats montrent que ce dernier avait très peu d’incidence sur le rendement du collecteur. Il n’influence que la quantité d’énergie disponible. Les paramètres optiques influent cependant sur la capacité d’absorber cette énergie. L’absorptivité globale du collecteur est définie pour rendre compte de la capacité du collecteur à absorber le rayonnement solaire. Ainsi, plus la transmissivité de la plaque augmente, plus l’absorptivité globale du collecteur diminue. Cette diminution est d’autant plus prononcée que l’absorptivité du mur est faible en raison de ce que le rayonnement solaire réfléchi sur le mur retraverse la plaque avec la même transmissivité puisque le rayonnement solaire réfléchi ne change pas de longueur d’onde. Enfin, la vitesse de succion détermine la capacité de l’air à récupérer la chaleur captée par le mur et la plaque. Plus cette vitesse est élevée, meilleures sont les performances. Les premiers résultats sur les paramètres optiques et la revue de ces simplifications permettent d’établir une série de recommandations et avenues de recherche qui complèteraient le modèle et valideraient ces résultats numériques.