utilisation des matériaux à changement de phase (mcp) en d...
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Contrat ADEME - PUCA N°°°° 04 04 C 0073 Notifié le 28/12/2004
D. QUENARD – H. SALLEE – K. JOHANNES – A. HUSAUNNDEE
Utilisation des Matériaux àChangement de Phase (MCP) en climatisation passive et chauffage d’intersaison
PA Consult
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Trois Types de Technologies
� Isolation :
� Panneaux Isolants sous Vide
� Apports Solaires Contrôlés
� Vitrages / Protections Solaires
� Stockage de Chaleur – Réémission
� Matériaux à Changement de Phase
Technologie Complémentaire : Ventilation Nocturne
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Trois Echelles d’Analyse
Composants :
� Réponse à des sollicitations contrôlées (rampes, sinusoïdes …)
�Matériaux :
� Analyse Thermique : T, λλλλ, Cp, L
Maquettes :
� Comportement en site extérieur
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�Partie expérimentale
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Trois Echelles d’Analyse
Composants :
� Réponse à des sollicitations contrôlées (rampes, sinusoïdes …)
�Matériaux :
� Analyse Thermique : λλλλ, Cp, L
Maquettes :
� Comportement en site extérieur
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Matériaux à Changement de Phase
Température de Fusion (°°°°C)
40
PEG
Choix des MCP
� Acide GrasEutectique (Myristique-Caprique)
Tf = 21.5 °°°°C� Paraffine
Tf = 25 °°°°C� Sel Hydraté
Eutectique (Chlorure Calcium + Potassium)Tf = 27 °°°°C
Enthalpie (kJ/L)
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Enthalpie – DSC - µcalorimétrie
Sensibilité à la Vitesse de mesure et à la Masse
Pâtre + MCP
T « onset »
Source : IEA – ECES – Annexe 17
T « fusion »
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 400
5
10
15
L=25 J/g.K
3°C/min (180°C/h) 0.3 °C/min (18°C/h)
Cp
J/g
.K
T °C
L=28 J/g.K
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16 18 20 22 24 26 28 30 32 34-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
Cp
J/g
.K
T °C
Exothermique
Endothermique
refroidissement
chauffage
16 18 20 22 24 26 28 30 32 34-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
Cp
J/g
.K
T °C
Exothermique
Endothermique
refroidissement
chauffage
16 18 20 22 24 26 28 30 32 34-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
Sel Acide gras Paraffine
Cp
J/g
.K
T °C
Exothermique
Endothermique
refroidissement
chauffage
Enthalpie - Surfusion
-Sel Hydraté
Surfusion
0,05 °C/min3 °C/heure
Exemple de courbe expérimentale
MCP :- Paraffine- Acide gras
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Trois Echelles d’Analyse
Composants :
� Réponse à des sollicitations contrôlées (rampes, sinusoïdes …)
�Matériaux :
� Analyse Thermique : λλλλ, Cp, L
Maquettes :
� Comportement en site extérieur
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PAROI EN BRIQUES DE VERRE
Paraffine, Acide Gras, Brique Verre vide
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Temps (h)
Tem
péra
ture
(°C
)
T1 échangeur - Sollicitation Sinusoïdale
T2 Brique Vide
T2 Paraffine
T2 Acide Gras
Déphasage
Amortissement
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Trois Echelles d’Analyse
Composants :
� Réponse à des sollicitations contrôlées (rampes, sinusoïdes …)
�Matériaux :
� Analyse Thermique : λλλλ, Cp, L
Maquettes :
� Comportement en site extérieur
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01/07/2006 03/07/2006 05/07/20060
10
20
30
40
50
60
0
200
400
600
800amortissement 3°C
Air Extérieur
Tem
péra
ture
°C
Temps Jours
Air Intérieur (MCP)
Briques MCP
Air Intérieur
amortissement 5°C
zone de fusion
Ray
onne
men
t W/m
²
Cellules jumelles Sel 27.5 °C
Cellules jumellesCloison en Briques de verre
Chaleur Sensible : ρCpChaleur Latente : L
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� Résultats de simulation
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Comparaison Expérience/Simulation
Acide Gras - Briques de verre
Convection dans les briques et surfusion non-prises en compteModèle en cours d’amélioration
TRNSYSavec
Module MCP1D
Cp fct affine par morceau
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Cellules Jumelles
Simulation - Briques de verre
Influence de l’épaisseur de la brique de verre
Faible au-delà de 6 cm
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
10/6/0600:00
10/6/0612:00
11/6/0600:00
11/6/0612:00
12/6/0600:00
12/6/0612:00
13/6/0600:00
T [°C]
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000Ehz
[W/m²]TEXT ep=0.02ep=0.06ep=0.08ep=0.10EHZ
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� Apports importants, une occupation intermittente et une inertie légère
� 2 occupants de 7h à 19h, taux d’occupation de 80% ����252 W
� Equipements ���� 114 W
Simulation SIMBAD
Bureau - CEN TC89 WG6
2,8m
5,5m
3,6m
5m²
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Caractérisation du bureau
� Protections solaires mobile en fonction de l’intensitélumineuse, protections solaires baissées en inoccupation
� Système d’éclairage de 12 W/m²
� Fenêtres ouvertes à moitié en occupation si text > 20°°°°C
� Sur-ventilation nocturne de 5 vol/h de 22h à 7h
� Système de ventilation assurant 25m3/h par personne en occupation
� 80% de surface couvert de MCP faux plafond
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Simulations
� Combinaisons Climat et MCP
� Trappes été: acide gras – semaine chaude
� Trappes été: paraffine
� Nice été: acide gras
� Nice mi-saison: acide gras
� Carpentras été: acide gras
� Carpentras mi-saison: acide gras
� Mâcon été: acide gras
� Mâcon mi-saison: acide gras
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Simulations
� Combinaisons Climat et MCP
� Trappes été: acide gras – semaine chaude
� Trappes été: paraffine
� Nice été: acide gras
� Nice mi-saison: acide gras
� Carpentras été: acide gras
� Carpentras mi-saison: acide gras
� Mâcon été: acide gras
� Mâcon mi-saison: acide gras
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RésultatsInfluence de la sur-ventilation
Acide gras 5mm à Trappes en été
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26
28
30
1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118 127 136 145 154 163
heure sur une semaine au mois d'Août
Tem
péra
ture
en
°C
Top [°C] mcp 5mm Top sans mcp sans surventilation [°C]Text [°C] Top sans mcp avec surventilation [°C]
Les MCP et la sur-ventilation nocturne sont complémentaires
pour assurer le confort pendant l’après midi
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Conclusions & Perspectives
� Intérêt des MCP pour le confort d’été
� Cellules SimplesValidation des modèlesAmortissement maximum obtenu: 12 °°°°CSur-ventilation nocturne pour améliorer la solidification des MCP.
� Cellules JumellesEfficacité plus faible que pour les cellules simples
(rapport surface/volume)Amortissement maximum obtenu: 5°°°°C
� Comparaison difficile des différents MCP testés
� Modification des cellules : contrôler les apports solaires, ventilation nocturne …
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� Amélioration des modèles : Surfusion, Cp réel à vitesse lente, ponts thermiques, convection dans les briques …
� Étudier l’influence du climat, du volume, de la quantité de MCP, du stockage à chaleur sensible équivalente
� Approche expérimentale en conditions contrôlées et en site réel (bureau, logement) : IMCPBAT - RENOKIT
� Sélectionner le matériau adapté pour un bâtiment donné et un site donné (Zones Climatiques …)
� Guide de Pré-Sélection : usage, Tic, type de bâtiments, zones climatiques …
Conclusions & Perspectives
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Merci de votre Attention