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Simulation d’un système de stockage saisonnier de glace pour la climatisation d’un bâtiment commercial ou institutionnel

Giraldo, Raul Alberto (2012). Simulation d’un système de stockage saisonnier de glace pour la climatisation d’un bâtiment commercial ou institutionnel. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le but de ce travail était d’évaluer, à l’aide de la simulation numérique, la faisabilité d’un système de climatisation, supporté par un système de stockage saisonnier de glace, pour un bâtiment commercial ou institutionnel. A cet égard, des effets de la variation de plusieurs éléments autour de la conception de deux possibles scénarios réels ont été modélisés dans le logiciel TRNSYS à l’aide de Matlab® comme outil de programmation. Un premier scénario, où l’air requis par le bâtiment traverse directement le réservoir de glace et un deuxième scénario, où une boucle fermée d’eau glycolée transporte la chaleur entre le réservoir de glace et un serpentin de refroidissement de l’air.

D’abord, une revue de la littérature fait le tour de quelques études et de quelques applications antérieures pertinentes ainsi que de différentes méthodes de solution du problème de changement de phase des milieux diphasiques (eau-glace). Puis, le profil de charge thermique requise par un bâtiment institutionnel typique de Montréal est déterminé, comme point de référence, à l’aide du logiciel EE4 et trois différentes méthodes de solution du problème du mouvement de la frontière eau-glace sont comparées, tant pour la formation que pour la fonte de la glace. Ensuite, les paramètres de conception pris en compte sont présentés pour chacun des deux scénarios. Cela est suivi de la description de la programmation des fichiers Matlab® et des composantes implémentées dans le logiciel TRNSYS. Finalement, les résultats de l’échange de chaleur et du mouvement de la frontière eau-glace, entre autres, sont collectés pour une année et pour trois années. Les simulations des deux scénarios ont aussi inclus le changement de quelques paramètres, tels que, la surface du terrain pour la construction du réservoir de glace, la durée des périodes de la fonte de la glace et certaines autres variables physiques qui y sont liées.

L’analyse des résultats et une étude économique, considérant la différence du coût d’investissement initial et les économies d’énergie potentielles des scénarios choisis par rapport à un système traditionnel de climatisation, démontrent que, même si la recherche est encore nécessaire sur de multiples améliorations dans la conception des scénarios et si son application est limitée par plusieurs facteurs macro-économiques, cette méthode de stockage saisonnier de glace est une option attrayante en termes d'efficacité énergétique. Il peut constituer un moyen technique et écologique d’obtenir des économies d’énergie.

Titre traduit

Simulation of a seasonal ice storage system for air-conditioned commercial or institutional buildings

Résumé traduit

The principal goal of this study was to evaluate, using numerical simulation, the feasibility of an air conditioning system, supported by a seasonal ice storage system, installed in a commercial or institutional building. In this regard, the effects of changing several elements around the design of two possible scenarios were modeled in TRNSYS using Matlab® as a programming tool. In the first scenario, the air demanded inside the building passes directly through the ice storage system. In a second scenario, a closed loop pipe full of glycol transports the heat between the ice reservoir and an air cooling coil.

First of all, the literature review shows some studies and earlier relevant applications, as well as different solving methods for moving boundary problems in a biphasic medium (waterice). Next, the heat load profile for a typical institutional building in Montreal is determined as a reference point using EE4 and three different methods of solving the boundary motion problem are compared for both, ice training and ice melting. Subsequently, the design parameters are presented for each scenario. This is followed by a description of the programming codes in Matlab® and the components that have been implemented in TRNSYS. Finally, the results involving the heat exchanged and the waterice boundary movements, among others, are collected for one year and for three years. The simulations of both scenarios have also included the experimental variation of some parameters such as the construction area for the ice reservoir, the duration of the ice melting period and other related physical variables.

A final analysis of results was followed by an economic study, which considered the changes in initial investment and the potential energy savings for each scenario, compared with a traditional air conditioning unit. This showed that, although research is still needed on many improvements in the design of scenarios and whether its application is limited by several macroeconomic factors, a seasonal ice storage system is an appealing option in energy efficiency terms and it could potentially be, technically and ecologically, a good way to obtain energy savings.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliogr. : f. [153]-159.
Mots-clés libres: Immeubles de bureaux Climatisation Économies d'énergie. Immeubles commerciaux Climatisation Économies d'énergie. Stockage saisonnier de glace, efficacité énergétique, charge thermique, problème de mouvement de frontière
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Lamarche, Louis
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Kajl, Stanislaw
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 31 oct. 2012 17:53
Dernière modification: 04 mars 2017 00:55
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1059

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