Projet ANR-08-JCJC-0018 – CERISES : ConvEction and Radiation In Solar Energy Systems
Programme : Jeunes chercheuses et jeunes chercheurs (JCJC) 2008
Année de financement : 2008
Coordinateur du projet : Hervé CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE RHONE-AUVERGNE (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE RHONE-AUVERGNE)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique
Montant : 99292.0 euros
Date de début : 2009
Durée : 36 mois
Résumé : Dans le contexte de la limitation des émissions de gaz à effet de serre et de l'épuisement des ressources énergétiques fossiles, des recherches sont menées dans le domaine de la thermique du bâtiment sur les moyens de subvenir aux besoins de ce secteur très énergivore. Parmi les solutions prometteuses, nous considérons dans ce projet, les composants d'enveloppe du bâtiment multifonctionnels de type façades double-peaux photovoltaïques thermiques (PV-T) qui convertissent l'énergie solaire en électricité et chaleur. Les façades double-peaux sont constituées de la paroi primaire du bâtiment séparée d'une paroi photovoltaïque secondaire par une lame d'air. La paroi secondaire est constituée d'une alternance de zones opaques et vitrées. La convection naturelle est un moyen simple et économique pour refroidir les cellules PV. La réponse aux enjeux doit reposer sur des études expérimentale et numérique fondamentale de la convection naturelle en canal. Plus précisément, nous posons le problème de l'interaction entre le transfert thermique et l'écoulement dans un canal ouvert chauffé latéralement. Les points-clés sur lesquels il faut avancer sont : 1) Comment l'énergie injectée se répartit-elle entre énergie cinétique et enthalpie ? Ce point est étroitement lié à la stratification thermique et à l'effet cheminée. 2) Quelle est l'interaction entre le transfert thermique et l'écoulement à l'échelle des petites structures et en particulier en proche paroi ? Ceci conduit à une meilleure compréhension du comportement global de l'écoulement y compris la transition. 3) Dans quelle mesure les propriétés de parois modifient le comportement de l'écoulement ? L'apport de connaissances de base reposera sur trois bancs expérimentaux dont les campagnes de mesures seront accompagnées voire définies par des approches numériques fines ayant par ailleurs besoin de données de références. Les deux approches sont en outre réciproquement complémentaires. Un canal d'écoulement de l'eau qui sera opérationnel en septembre 2008, permettra de neutraliser les effets radiatifs et sera employé pour étudier la convection pure pour des configurations de chauffage uniforme et non-uniforme. Un canal d'air qui est déjà opérationnel, permet une détermination précise des échanges convectifs pour des configurations de chauffage uniforme et non-uniforme. La troisième expérience qui est planifiée est un canal en air dont le chauffage est assuré par un simulateur d'ensoleillement. Elle est conçue pour permettre une modularité des parois. Le but est de comprendre les mécanismes physiques qui gouvernent les transferts thermiques dans les canaux verticaux en incluant les effets des propriétés de mur (propriétés thermiques intérieures et extérieures) et les effets d'une distribution non uniforme de sources de chaleur aux parois. La première tâche est donc dédiée à l'étude de la convection pure. Le travail principal doit permettre de décrire et comprendre le transfert thermique dans la région proche-paroi et d'atteindre un modèle global significatif pour une configuration de répartition uniforme de la chaleur sur une des parois. La deuxième partie de ce première tâche consiste en l'analyse de l'effet de la distribution non-uniforme de chaleur sur les transferts thermiques et le développement de l'écoulement. L'objectif sera de trouver des paramètres appropriés pour décrire ces transferts thermiques pour cette configuration. La seconde tâche se concentrera sur le couplage de la convection d'une part avec les transferts radiatifs liés aux propriétés de surface des parois et d'autre part avec les transferts conductifs liés aux propriétés internes aux parois (notamment constitution de façade primaire de l'enveloppe du bâtiment). En effet, pour les systèmes solaires intégrés (BIPV), la paroi irradiée (peau secondaire) peut être composée d'un ensemble de cellules PV et de verre et l'autre correspond à la paroi primaire du bâtiment. Par conséquent, cela représente un panel important de m