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Procédure de caractérisation thermophysique d’un matériau à changement de phase composite pour le stockage thermique

Le Dû, Mathieu (2012). Procédure de caractérisation thermophysique d’un matériau à changement de phase composite pour le stockage thermique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’utilisation de matériaux à changement de phase ou MCPs permet de stocker et de restituer d’importantes quantités de chaleur dans des volumes réduits par la fusion ou la solidification à des températures spécifiques. Les matériaux à changement de phase suscitent un intérêt particulier pour la réduction de la consommation d’énergie par le chauffage ou la climatisation passive. Ils peuvent être insérés dans l’enveloppe des bâtiments pour augmenter leur capacité de stockage thermique.

Dans cette étude, un dispositif expérimental original a permis de déterminer les propriétés thermophysiques d’un panneau mural composite constitué de MCPs. Les dimensions des échantillons sont comparables à celles de l’utilisation réelle afin de répondre aux limites des méthodes de calorimétrie classique qui utilisent de très faibles quantités d’échantillon. La conductivité thermique apparente et la chaleur spécifique ont été déterminées pour plusieurs températures. Lors du changement de phase, les quantités de chaleur totale et latente ainsi que les températures aux pics de fusion et de solidification ont été évaluées. Les résultats sont comparés aux données du manufacturier et à celles de la littérature. Des incohérences ont été constatées selon les sources. Malgré plusieurs différences relevées entre les résultats de ce projet et les données de référence disponibles, les résultats principaux coïncident avec les publications les plus récentes et permettent de valider l’utilisation de ce dispositif original. Le problème d’hystérésis lié au phénomène complexe de changement de phase et à la composition du matériau a été constaté et analysé. Les résultats permettent de proposer des recommandations sur les critères à respecter quant à la procédure de caractérisation et au dispositif expérimental à utiliser pour caractériser efficacement ces matériaux. L’intervalle de température et le taux d’évolution de la température influencent fortement les résultats et doivent être considérés lors de la caractérisation. De plus, le dispositif expérimental doit être conçu avec des puissances de sollicitations thermiques permettant d’imposer le même taux en chauffe et en refroidissement, ceci dans le but de pouvoir comparer les phénomènes de fusion et de solidification.

Résumé traduit

The use of phase change materials (PCMs) allows to store and release large amounts of energy in reduced volumes by using latent heat storage through melting and solidifying at specific temperatures. Phase change materials received a great interest for reducing energy consumption by easing the implementation of passive solar heating and cooling. They can be integrated to buildings as wallboards to improve the heat storage capacity.

In this study, an original experimental device has allowed to characterize the thermophysical proprieties of a composite wallboard constituted of PCMs. Generally, PCMs are characterized by calorimetric methods which use very small quantities of material. The device used can characterize large sample’s dimensions, as they could be used in real condition. Apparent thermal conductivity and specific heat have been measured for various temperatures. During phase change process, total and latent heat storage capacities have been evaluated with the peak melting and freezing temperatures. Results are compared to the manufacturer’s data and data from literature. Incoherencies have been found between sources. Despite several differences with published data, overall results are similar to the latest information, which allow validate the original experimental device. Thermal disturbances due to hysteresis have been noticed and discussed. Results allow suggesting recommendations on thermal procedure and experimental device to characterize efficiently this kind of materials. Temperature’s ranges and heating and freezing rates affect results and it must be considered in the characterization. Moreover, experimental devices have to be designed to allow similar heating and freezing rates in order to compare results during melting and freezing.

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. [89]-95.
Mots-clés libres: Chaleur (stockage). Construction (matériaux; propriétés thermiques). Points de fusion. Solidification. Matériau à changement de phase, stockage thermique latent, caractérisation thermophysique.
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Rousse, Daniel R.
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 31 oct. 2012 19:10
Dernière modification: 04 mars 2017 01:54
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1061

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