Modélisation du comportement thermique d’un bâtiment équipé de système combiné, capteur solaire et puits canadien

Abstract

الملخص (بالعربية) : مع 45 ٪ من استهلاك الطاقة العالمي وانبعاث ثاني أكسيد الكربون بحوالي 36،2 تريليون طن ، لا يزال قطاع البناء مصدراً مهماً لتوفير الطاقة وخفض غازات الاحتباس الحراري. ونتيجة لذلك ، من الضروري وجود رغبة حقيقية وملحة لخفض نفقات الطاقة وتحسين الظروف البيئية. هذا العمل يهدف إلى تصميم مبنى مجهز بنظام مدمج لفحص أدائه الحراري من وجهة نظر احتياجات الطاقة والراحة الحرارية. يتكون النظام المدمج من أرضية شمسية مباشرة ( ( PSD ، ومبادل حراري جو-أرض (ECAS) وجهاز تهوية لضمان التبريد الحر (free cooling) . لضمان تكامل أفضل وتعاون جيد بين الأنظمة المذكورة أعلاه أثناء تشغيلها ، تم الاعتماد على استراتيجية تحكم لكل من التدفئة والتبريد. من الناحية التجريبية ، تم استخدام خلية اختبار واسعة النطاق مجهزة بأرضية شمسية مباشرة (PSD) ومبادل حراري جو-أرض ,(ECAS).تستخدم هذه الخلية للتحقق من صحة نتائج الاختبار مع تلك المتحصل عليها من النموذج الرقمي, في المقابل, تم توسيع النموذج العددي ليشمل نطاق مبنى سكني من أجل دراسة أداء هذه الأنظمة المتكاملة (PSD و ECAS والتبريد الحرfree cooling ) واستراتيجيتها للتحكم وتحليل تأثير كل نظام على الحد من احتياجات الطاقة السنوية لهذا المبنى وزيادة معدل الراحة الحرارية. وقد مكَّن ذلك من إجراء تقييم فردي لمساهمة كل نظام فضلاً عن دراسة استراتيجية التحكم المعتمدة للنظام المدمج في المبنى. أظهرت نتائج الدراسة أن الجمع بين الأنظمة باستراتيجية التحكم المعتمدة تقلل بنسبة 70٪ و 66٪ على التوالي من الطاقة اللازمة لتدفئة وتبريد المبنى ، وهو ما يمثل انخفاضاً سنوياً يبلغ 68٪. بالإضافة إلى ذلك ، تمكن النظام من زيادة معدل الراحة الحرارية إلى 84٪ من ساعات الراحة خلال السنة. تتوافق هذه النسبة مع المعدلات الموصى بها من قبل معيار ASHRAE للراحة الحرارية.

Résumé (Français et/ou Anglais) : Avec 45% de la consommation énergétique mondiale et une émission de CO2 avoisinant les 36,2 billions de tonnes, le secteur du bâtiment constitue encore aujourd’hui un gisement important d’économie d’énergie et de réduction de gaz à effet de serre. De ce fait, une réelle et pressante volonté de réduire les dépenses énergétiques et d’améliorer les conditions environnementales s’avère nécessaire. Ce travail a pour objectif de modéliser un bâtiment équipé d’un système combiné afin d’examiner sa performance thermique du point de vue des besoins énergétiques et du confort thermique. Le système combiné est constitué d’un plancher solaire direct (PSD), d’un échangeur de chaleur air-sol (ECAS) et d’un dispositif de ventilation afin d’assurer le refroidissement gratuit (free cooling). Pour assurer une meilleure complémentarité ainsi qu’une bonne synergie entre les systèmes mentionnés ci-dessus lors de leur fonctionnement, une stratégie de contrôle a été adoptée, à la fois pour le chauffage et le refroidissement. Sur le plan expérimental, une cellule d’essai à échelle réelle équipée d’un PSD et d’un ECAS a été utilisée. Cette cellule sert à valider les résultats de test avec ceux issus du modèle numérique ; Le modèle numérique a été étendu à l’échelle d’un bâtiment résidentiel afin d’étudier la performance pour plusieurs configurations des systèmes intégrés (PSD, ECAS et free cooling) et leur stratégie de contrôle et d’analyser l'impact de chaque système sur la réduction des besoins énergétiques annuels de ce bâtiment et l’augmentation de taux de confort thermique. Ceci a permis d’évaluer individuellement la contribution de chaque système ainsi qu’à examiner la stratégie de contrôle adoptée pour le système combiné intégré dans le bâtiment. Les résultats de l’étude montrent que la combinaison des systèmes avec la stratégie de contrôle adoptée réduit respectivement de 70% et 66% l'énergie nécessaire pour chauffer et refroidir le bâtiment, ce qui représente une réduction annuelle totale de 68%. De plus, le système a pu augmenter le taux de confort thermique à 84% des heures de confort au cours de l'année. Ce pourcentage est en accord avec les taux recommandés par la norme ASHRAE pour le confort thermique.