Maxime Thomas

Avril-Septembre 2012

Choix du stage:

• Domaine d’application

• Entreprise: valeurs, structure, innovation

Stage:

• Etude de consulting Alsolen

• Outil de dimensionnement

• Petite Maison ZEN (PMZ)

• Généralisation du dimensionnement d’Aedomia à d’autres bâtiments

I) Présentation générale1) Cythelia

2) Maison ZEN

3) Aedomia

II) Stage ingénieur1) Dimensionnement de l’extraction d’air sous toiture

2) Calculs de dimensionnement d’Aedomia

3) Mise en forme du tableur et guide d’utilisation

4) Objectifs pour la fin du stage

III) Retour sur expérience1) Difficultés rencontrées

2) Bilan personnel

IV) Conclusion

1) Cythelia

5 services• 3 bureau d’études

PV

Bilan Carbone et ACV

Energétique du bâtiment et BBC

• Recherche & Développement

Energétique du bâtiment

• Développement de logiciels

Archelios, Abatia

Valeurs de l’entreprise• Protection de l’environnement

• Satisfaction de la clientèle

• Innovation

• Argent au service du développement

• Indépendance vis-à-vis de la publicité ou des fournisseurs

• Partage des connaissances

2) Maison ZEN (Zero Energy Net)

Concept• Bilan énergétique neutre voire positif

• Exigences de la RT 2012

• Empreinte écologique minimale

Conception• Conception bioclimatique

• Efficacité sobriété énergétique

• Toiture photovoltaïque

• Monitoring

3) Aedomia

5 besoins• Couverture

• Electricité

• Eau chaude Sanitaire

Fonctionnement• Captage des calories/frigories

• Pompe A Chaleur

• Stockage + déphasage pour le chauffage/climatisation

• Performances PV et COP améliorés

Origine du projet• Construction de la MZ

• Programme de recherche « PACair+PV »

• Chaud

• Froid

HVAC system powered by heat from PV solar

panels

I) Présentation générale1) Cythelia

2) Maison ZEN

3) Aedomia

II) Stage ingénieur1) Dimensionnement de l’extraction d’air sous toiture

2) Calculs de dimensionnement d’Aedomia

3) Mise en forme du tableur et guide d’utilisation

4) Objectifs pour la fin du stage

IV) Retour sur expérience1) Difficultés rencontrées

2) Bilan personnel

V) Conclusion

1) Dimensionnement de l’extraction d’air sous toiture

Vitesse élevée au centre

Caisson triangulaire pour le dimensionnement du prototype de la PMZ

Simulation sous Open FOAM

Open FOAM

• Open Source Linux

• Pas d’interface

Simulationdans le terminal

Maillage

Conditions de bord +Conditions initiales

Solver

Anlayse des résultats + modifications

Génération du maillage

• Géométrie choisie

• Programme Matlab

Conditions initiales et conditions de bord

• P=0 Pa aux inlets

• V=4 m/s à l’outlet

• V=0 m/s aux parois

Solver

• SimpleFoam

• Modèle k-epsilon pour fluide incompressible et turbulent (Re ≈ 105)

Résultat de la 1ère simulation

• Convergence des résultats

• Régler le maillage aux parois

• Alléger la simulation

• Dimensionner les veines d’extraction

Idées de simplifications

• Suppression de parallélépipèdes inlet et outlet = faces intégrées au cylindre

• Considérer un problème 2D

HVAC system powered by heat from

PV solar panels

2) Calculs de dimensionnement d’Aedomia

Rendement d’échangeur

• Constructeur = 75%

• Réel = 65% maximum

• Influence des débits nulle

• Influence de la condensation:

Calcul de la température de rosée de l’air chaud

Comparaison à la température d’eau froide

Calcul des températures à l’échangeur et puissances échangées

COP +

Températures +

Puissances échangées

PPAC + Tair entrée

Calcul itératif

Dimensionnement du prototype de la PMZ:• Température en sortie de modules estimée• Débits d’air et d’eau glycolée connus• Puissance souhaitée = PPAC

• Echangeur sous dimensionné

Comparaison avec des valeurs mesurées

9 Février 2012 à 13h30, température extérieure = 0°C

Entrées Résultats Valeurs mesurées

I = 600W.m-2

Text = 0°C

Tc = 45°C

ηéch = 60%

Tair entrée 9,3°C 10,9°CTair sortie 4,2°C 4°C

Teau entrée -0,1°C -2,2°C

Teau sortie 2,7°C 3,4°C

Péch 3,78 kW 3,63 kW

Puissance transmise à l’eau:Peau=3,63kW

Cause d’une telle différence: imprécision des mesures + éventuelles pertes

Puissance perdue par l’air :Pair=3,97kW

Intégration des pertes thermiques dans le calcul du volume du ballon

Démarche

• Calcul du volume du ballon

• Discrétisation horaire des pertes

• Itérations

Eballon = ρVballon Cp (Tchargé -Tdéchargé)

Eballon = Echauffage +Epertes

Ppertes = (Tchargé -Tdéchargé)/Rthermique

Dimensionnement du ballon de la PMZ:• Températures chargé/déchargé• Besoins journaliers en chauffage• Estimation des pertes thermiques

3) Mise en forme d’un tableur et guide d’utilisation

Onglet principal

Autres onglets pour les calculs des macros

Guide d’utilisation pour un futur dimensionnement d’Aedomia

Amélioration du tableur• Ajouter d’autres indicateurs et conseils de dimensionnement

• Intégrer différents modèles de PAC

• Intégrer les pertes thermiques entre

échangeur et PAC

Validation des résultats • Comparaison tableur/mesures

Simplification des simulations CFD• Résultats pour une géométrie plus simple

• Transfert en langage Scilab

4) Objectifs pour la fin du stage

I) Présentation générale1) Cythelia

2) Maison ZEN

3) Aedomia

II) Stage ingénieur1) Dimensionnement de l’extraction d’air sous toiture

2) Calculs de dimensionnement d’Aedomia

3) Mise en forme du tableur et guide d’utilisation

4) Objectifs pour la fin du stage

III) Retour sur expérience1) Difficultés rencontrées

2) Bilan personnel

IV) Conclusion

Adaptation• Outils informatique

• Continuer le travail d’un autre ingénieur

• Open FOAM

Gestion du temps et objectifs fixés• Efficacité dans la manière de travailler

• Ordre de priorité

1) Difficultés rencontrées

Bilan des compétences et connaissances acquises• Programmation

• Simulations CFD (Computational Fluid Dynamics)

• Energétique du bâtiment

• Marchés et politiques internationales en énergies renouvelables

Enseignements tirés pour mon avenir professionnel• Intérêt pour les énergies

• Travail en équipe et communication

• Contacts extérieurs

2) Bilan personnel

CFD

Outil de dimensionnement

• Tableur fonctionnel

• Possibilités d’amélioration

Impressions personnelles

• Stage intéressant

• Répartition du travail

• Travail en R&D

• Ambiance conviviale

• Impression en tant qu’habitant de la PMZ