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Analyse d'un système de stockage thermique résidentiel par masse d'eau

Cherbal, Samira (2015). Analyse d'un système de stockage thermique résidentiel par masse d'eau. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le présent travail de recherche porte sur l’étude et l’optimisation d’un système de stockage thermique par masse d’eau dans un réservoir enfoui au sol. Relié à des collecteurs solaires et couplé à une pompe à chaleur eau/eau, le réservoir d’eau emmagasine la chaleur captée en été et la restitue en hiver pour le chauffage des locaux et de l’eau sanitaire. Le stockage thermique s’effectue aussi lors de la demande de climatisation. Le bâtiment à l’étude est une maison unifamiliale située à Granby près de Montréal avec une superficie chauffée de 584 m2. Dans le système de base, le réservoir d’eau à un volume de stockage de 30 m3, les collecteurs solaires une superficie de 6m2 et la pompe à chaleur une capacité de 1.5 tonnes de réfrigération. Le chauffage est assuré par des planchers chauffants et avec une unité de traitement d’air. La batterie chaude est reliée à un réservoir d’eau chaude et la batterie froide à un réservoir d’eau froide relié à la thermopompe. Le profil de charge du bâtiment a été réalisé avec une modélisation sur TRNBUILD. Le système de chauffage et climatisation a été modélisé et simulé sur le logiciel TRNSYS. Les résultats obtenus montrent une charge totale de 36344 kWh pour le chauffage des locaux, de l’eau sanitaire et la climatisation.

Le système de base permet une économie totale annuelle de 3679 kWh. Une étude de sensibilité a permis de sélectionner deux systèmes optimisés. Les résultats démontrent l’importance des paramètres : volume de stockage et isolation du réservoir enfoui au sol. Plus le volume de stockage est grand, plus l’économie d’énergie annuelle est importante allant de 3679 kWh pour un réservoir de stockage de 30 m3 à 11344 kWh pour un réservoir de 100m3 couplé à 3 collecteurs au lieu de 2 collecteurs dans le cas de base.

L’isolation du réservoir de stockage joue aussi un rôle important dans le bilan énergétique puisqu’on passe d’une économie d’énergie de 13509 kWh pour un système isolé à 21973 kWh pour un système non isolé. Les résultats obtenus montrent la faisabilité technique d’un système de chauffage et climatisation par stockage thermique, même dans un climat nordique comme le Québec.

Pour conclure ce mémoire, une petite étude économique a été réalisée. Malgré la grande part d’économies d’énergies réalisées annuellement, un tel projet reste peu rentable d’un point de vue économique en raison du faible coût de l’électricité au Québec puisque la période de retour sur investissement du système le plus économique est de 38.6 années.

Titre traduit

Analysis of a residential thermalstorage system by mass of water

Résumé anglais

The present research focuses on the study and optimization of a thermal storage system by mass of water in a tank buried in the ground. Connected to solar collectors and coupled to a water / water heat pump, the water tank stores the heat collected in summer and releases it in winter for space heating and domestic hot water. Thermal storage is also carried out at the request of air conditioning. The building under consideration is a single family house located in Granby near Montreal with a heated area of 584 m2. In the basic system, the water tank has a storage volume of 30 m3, the solar collectors have an area of 6m2 and the heat pump has a capacity of 1.5 tons of refrigeration. Heating is provided by underfloor heating and an air handling unit. The heating coil is connected to a hot water tank and the cooling coil is connected to a cold water reservoir connected to the heat pump. The building load profile was achieved with a TRNBUILD modeling. The heating and cooling system has been modeled and simulated on the TRNSYS software. The results show a total load of 36344 kWh for space heating, domestic water and air conditioning.

The basic system allows a total annual saving of 3679 kWh. With a sensitivity study, we have selected two optimized systems. The results demonstrate the importance of the storage volume and tank insulation parameters of the buried tank in the ground. The more storage volume, the greater the annual energy saving is going from 3679 kWh with a storage tank 30m3 to 11344 kWh for a 100m3 reservoir coupled to 3 instead of 2 collectors in the initial case.

The insulation of the storage tank also plays an important role in the energy balance since changes from 13509 kWh of energy savings for a single system 21973 kWh, for non-isolated system. The results show the technical feasibility of heating and cooling system thermal storage, even in a northern climate like Quebec.

To conclude this brief, a small economic study was carried out. Despite the great amount of energy savings conducted annually, such a project is not profitable from an economic point of view due to the low cost of electricity in Quebec since the period of return on investment of the most economical system 38.6 years.

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, concentration énergies renouvelables et efficacité énergétiques". Bibliographie : pages 121-126.
Mots-clés libres: Maisons individuelles Chauffage et ventilation Économies d'énergie. Chaleur Stockage Appareils et matériel. Capteurs solaires. Pompes à chaleur. stockage thermique, TRNSYS, collecteurs solaires
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Lamarche, Louis
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 01 avr. 2015 17:50
Dernière modification: 01 avr. 2015 17:50
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1442

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