Modélisation dynamique & étude de sensibilité des dimensions d’un échangeur-stockeur thermique à base de matériaux à changement de phase
Résumé
Pour limiter l'augmentation de la température mondiale, il est crucial de réduire l'impact environnemental de la production et de la consommation d'énergie. Selon l'Agence internationale de l'énergie, le secteur du bâtiment est l'un des plus gros consommateurs d'énergie dans le monde. L'un des principaux défis pour atténuer l'impact environnemental des bâtiments est donc de substituer les combustibles fossiles par des sources d'énergie renouvelables.Pour le déploiement des énergies renouvelables, le recours aux moyens de stockage, en particulier thermique, devient une nécessité. En effet, ces derniers compensent la variabilité des intermittences liées à l’emploi des énergies renouvelables. Les matériaux à changement de phase (MCP) sont des matériaux capables de stocker de grandes quantités d'énergie thermique sous forme de chaleur latente. Ce changement de phase est réversible, ce qui permet de stocker et de libérer de l'énergie thermique à des températures relativement constantes. Comparés aux matériaux de stockage de chaleur sensible, les MCP présentent plusieurs avantages significatifs, notamment une densité de stockage de chaleur plus élevée sur une plage de température plus restreinte. Par conséquent, l'utilisation des MCP peut contribuer à réduire la taille des systèmes de stockage de chaleur, les rendant ainsi plus adaptés au secteur du bâtiment où l’encombrement est une contrainte technique majeure.Le système de stockage à base de MCP envisagé joue le rôle d'un est constitué d’un échangeur à plaques pouvant être chargé et déchargé simultanément. Basé sur les équations de conservation de la masse et de l'énergie, le modèle dynamique développé est capable de décrire le comportement de cette batterie thermique en liant les variables d'état à ses paramètres de conception et de fonctionnement. L'objectif de ce travail est de réaliser une analyse de sensibilité pour déterminer les paramètres de conception idéaux du stockage à base de MCP, comme le nombre de plaques, l'espacement entre les plaques et le nombre de stockages mis en parallèle. Dans de futurs travaux, ce modèle sera utilisé pour optimiser de manière dynamique un système composé de capteurs thermiques non-vitrés (Batisol®), d’une pompe à chaleur réversible et de 4 batteries thermiques à base de MCP différents, pour produire simultanément du froid, du chauffage basse température et de l'eau chaude sanitaire.Ces travaux de recherche s’intègrent au projet MCPBat, et impliquent la collaboration de plusieurs laboratoires, le LaTEP de Pau et l’I2M de Bordeaux, et de l’Institut pour la Transition Energétique (ITE) NobatekNOBATEK/INEF 4.
