STUDY OF HEAT TRANSFER IN A MULTILAYER WALL UNDERGOING PHASE CHANGE BY SOLIDIFICATION. APPLICATION TO THERMAL STORAGE
Loading...
Date
2024-02-28
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
université 20aout 1955- skikda
Abstract
L'objectif de cette thèse est d'effectuer une étude détaillée afin de surmonter les situations où
l'enveloppe d’un bâtiment à double couches PCM n'est pas efficace, en tenant compte de
nombreuses températures de fusion et de chaleurs latentes pour les configurations à couche
PCM simple, ainsi que de plusieurs combinaisons de températures de fusion (θm1, θm2) et de
chaleur latente (Ste1, Ste2) pour l'enveloppe du bâtiment à double couches PCM, pendant le
cycle de charge en été par solidification. De plus, ce travail vise également à étudier
numériquement comment les couches PCM mobiles fonctionnent dans un mur de bâtiment
pendant différentes saisons (été et hiver). Cette étude prend en considération de nombreuses
combinaisons de températures de fusion du PCM (θm1, θm2). Elle examine de nombreux
paramètres, étudie les processus de changement de phase solidification/fusion, analyse la
cinétique des fronts de changement de phase, mesure la durée des cycles de charge/décharge,
évalue la fraction de PCM en fonctionnement, ainsi que le flux de chaleur moyen gagné ou
perdu au cours d'un cycle. L'approche des volumes finis est utilisée pour résoudre
numériquement le modèle mathématique qui régit la configuration. L'étude a examiné les
performances d'une enveloppe de bâtiment incorporant une seule couche de PCM pendant
différentes saisons, notamment l'été et l'hiver, indiquant que les cas où les températures de
fusion sont situées dans la plage des fluctuations de température extérieure et sont proches de
la température de confort intérieur (selon la saison) donnent des performances annuelles
optimales du mur PCM. Cette performance optimale se manifeste par l'atténuation du flux de
chaleur instantané et la réduction de son amplitude. En revanche, les cas où les températures
de fusion sont alignées sur les valeurs de température les plus éloignées des fluctuations
extérieures (l'une proche de la température maximale en été et l'autre proche de la température
minimale en hiver) contribuent à minimiser la consommation d'énergie du système HVAC.
Cependant, les résultats obtenus pour la partie qui se concentre uniquement sur l'examen de la
paroi à double couche PCM pendant le cycle de charge montrent que la température de fusion
de la couche externe de PCM est le principal paramètre de contrôle de la quantité de chaleur
perdue, où l'augmentation de θm1 augmente la chaleur perdue, par exemple, la combinaison
(θm1=0.7, θm2=0.5) libère un ratio de 18% de chaleur supplémentaire par rapport au cas de
référence (sans PCM). En revanche, pour la combinaison (θm1=0.5, θm2=0.7), elle atteint 13%.
De plus, il est préférable que la chaleur latente de la couche intérieure soit inférieure à la
chaleur latente de la couche extérieure, ce qui entraîne un processus de solidification solide,puis une grande quantité de chaleur libérée pourrait être obtenue. Ainsi, la combinaison
(Ste1=0.1, Ste2=0.01) a libéré chaleur supplémentaire de 15%, tandis que pour (Ste1=0.1,
Ste2=0.5), il était de 8%. Cependant, les résultats montrent que la configuration dynamique à
double couches PCM, les combinaisons (𝜃ଵ = 2.4, 𝜃ଶ = 2.4) et (𝜃ଵ =
1, 𝜃ଶ = 1) sont les meilleures en termes d'atténuation de l'amplitude des fluctuations du flux
de chaleur tout au long de leur saison appropriée, été et hiver, avec des fractions de 13% et
15% respectivement. De plus, en utilisant la conception de couches mobiles, la combinaison
((𝜃ଵ = 1, 𝜃ଶ = 2.4) pour l'été, (𝜃ଵ = 2.4, 𝜃ଶ = 1) pour l'hiver) présente les meilleures
performances annuelles, avec la plus haute fraction de PCM en fonctionnement en moyenne
annuelle (35%), avec la plus longue période moyenne annuelle de décharge. Les
combinaisons avec des températures de fusion proches de la température extérieure fluctuante
et proches de la température de confort intérieur (selon la saison) assurent la meilleure
performance annuelle de l'enveloppe du bâtiment, en termes d'atténuation du flux de chaleur
instantané et de réduction de l'amplitude des fluctuations, ce qui réduit la puissance requise du
système de chauffage, de ventilation et de climatisation (HVAC) (elle peut atteindre 6,5%).
Cependant, les combinaisons avec des températures de fusion incluses dans le champ des
fluctuations de température extérieure, une proche de la température maximale en été et l'autre
proche de la température minimale en hiver, garantissent une réduction de la consommation
d'énergie du système HVAC d'environ 12%