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Comparaison des performances énergétiques de deux murs solaires aérauliques en condition réelle de fonctionnement

Guillon, Laura (2015). Comparaison des performances énergétiques de deux murs solaires aérauliques en condition réelle de fonctionnement. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Dans le contexte de lutte contre les changements climatiques, les technologies solaires thermiques ont un avenir prometteur notamment puisqu’elles contribuent à diminuer la consommation énergétique d’un bâtiment. Les collecteurs solaires perforés sont généralement utilisés pour préchauffer l’air extérieur destiné au chauffage des espaces ou à des procédés industriels. Il existe plusieurs types de collecteurs solaires perforés au sein desquels les mécanismes de transferts thermiques s’effectuent différemment.

L’objectif principal de cette étude est de comparer les performances de deux collecteurs solaires perforés : l’un ayant une plaque perforée opaque (UTC) et l’autre une plaque perforée transparente (TTC). Un montage expérimental situé sur un bâtiment de la région de Montréal a permis d’étudier ces collecteurs en conditions réelles de fonctionnement, soumis à des conditions météorologiques variées durant une période d’une année.

La comparaison des performances des deux collecteurs étudiés démontre que, malgré leur différence, ils offrent des rendements thermiques semblables. Ce rendement varie en fonction des conditions météorologiques et du débit d’aspiration fixé, et se situe généralement entre 43 et 54%, sur une base mensuelle.

Une étude statistique basée sur les données expérimentales obtenues a permis d’analyser l’influence du débit, du rayonnement solaire et du vent sur les performances des deux collecteurs. Les résultats confirment que le débit et le rayonnement solaire influencent les rendements des deux collecteurs. La vitesse du vent a aussi une influence, en particulier sur l’UTC dont l’absorbeur est directement soumis aux conditions météorologiques. Pour les deux collecteurs, la direction du vent n’apparait pas comme étant un paramètre important.

Finalement, une étude spécifique visant à étudier la répartition des températures dans les plénums des collecteurs montre que pour des débits élevés, l’aspiration de l’air extérieur ne se fait pas de façon uniforme entrainant ainsi une stagnation de l’air chaud dans le bas des collecteurs. Les performances des collecteurs ne sont donc pas optimales pour d’importants débits d’aspiration.

Finalement, d’un point de vue économique, en raison du faible coût de l’énergie au Québec, l’installation de ces collecteurs solaires ne permet pas des retours sur investissement dans une durée raisonnable.

Titre traduit

Experimental comparison of thermal performances of two solar transpired collectors in real conditions

Résumé anglais

Solar thermal technologies have great potential to reduce the energy consumption of buildings. Transpired solar collectors can preheat air for space heating or industrial processes. There are two principal technologies of transpired solar collectors, involving different heat transfer mechanisms.

The main objective of this study is to give a performance comparison of two transpired solar collectors: one is an unglazed transpired collector (UTC), and the other one is a transparent transpired collector (TTC). An experimental set-up located in Montreal is used to study these collectors under real operating and various weather conditions during one year.

The results show that, despite their different characteristics, they have similar thermal performances. Their efficiencies vary according to weather conditions and suction airflow, between 43 and 54%.

A statistical study based on experimental data analyzes the influence of airflow rate, solar radiation and wind on the performance of both collectors. The results confirm that the airflow rate and the solar radiation are the most influent parameters. Wind speed also has an influence in particular on the UTC which the absorber is directly subject to weather conditions. For both collectors, wind direction is not a significant parameter.

Finally, a study investigating the temperature inside the plenum collector’s shows that for high flow rates, suction is not uniform producing hot spots. The performances of the collectors are not optimal for high suction velocity.

Finally, from an economic point of view, due to the low cost of energy in Quebec, the installation of these solar collectors does not give a reasonable payback time.

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 énergétique". Bibliographie : pages 107-112.
Mots-clés libres: Capteurs solaires Expériences. Aéraulique. Laboratoires Chauffage et ventilation Québec (Province) Montréal, Région de. Capteurs solaires Facteurs climatiques Méthodes statistiques. Capteurs solaires Aspect économique. opaque, transparent, TTC, UTC, collecteurs solaires perforés, étude expérimentale, analyse statistique, étude du vent
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Rousse, Daniel R.
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Hallé, Stéphane
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 22 déc. 2015 21:13
Dernière modification: 01 févr. 2016 19:54
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1590

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