Etude numérique et expérimentale d'un prototype de chauffe-eau solaire équipé d'un stockage à chaleur latente

Cette etude a pour objet la recherche d'innovations dans le domaine des chauffe-eau solaires afin d'ameliorer le ratio "production de chaleur 1 investissement' de cette technologie. Dans ce but, la demarche de travail a consiste, dans un premier temps, a etablir le bilan energetique detaille d'un chauffe-eau solaire en fonctionnement pour reperer les points faibles du systeme et cibler l'apport d'innovation. Pour ce faire, l'outil numerique de simulation dynamique TRNSYS a ete utilise. L'analyse du bilan energetique du chauffe-eau solaire a montre l'interet de reduire les niveaux de temperatures auxquels le systeme fonctionne. On peut ainsi esperer reduire les deperditions thermiques et donc fonctionner a un meilleur rendement, mais aussi ralentir la degradation du materiel due aux sollicitations thermiques. En suivant cette voie de recherche, nous nous sommes interesses au stockage de chaleur latente dans des materiaux a changement de phase. Le principe de fonctionnement thermique de ces materiaux permet d'envisager un stockage de chaleur beaucoup plus dense qu'un stockage de chaleur sensible dans l'eau, dans des plages de temperatures interessant directement la production d'eau chaude sanitaire. Ces materiaux peuvent donc servir de stockage de chaleur et de regulateur des niveaux de temperatures du systeme. Un ballon de stockage, integrant des materiaux a changement de phase encapsules dans des nodules spheriques, a donc ete elabore puis modelise. La modelisation des transferts de chaleur dans les materiaux a changement de phase repose sur une methode appelee enthalpique. Des essais en laboratoire sur un prototype experimental de ce ballon de stockage ont permis de verifier le bon fonctionnement du modele numerique. Grâce au modele developpe, on a pu simuler, dans l'environnement TRNSYS, un chauffe-eau solaire integrant un stockage a chaleur latente et obtenir ainsi son bilan energetique detaille. La comparaison de ce bilan energetique avec celui d'un systeme classique a permis d'evaluer l'interet de l'innovation. Compte-tenu de la complexite du comportement thermique des materiaux a changement de phase et des simplifications i adoptees par le modele numerique, il faut rester prudent sur l'analyse des resultats de simulation. Toutefois, ceux-ci revelent des tendances tres positives du nouveau systeme. Le stockage de chaleur latente sert en effet de regulateur thermique du systeme et reduit sensiblement les niveaux de temperatures auxquels fonctionne le chauffe-eau solaire. D'un point de vue numerique, les perspectives de travail concernent un perfectionnement du modele numerique dans sa precision mais surtout dans ses temps de calcul. Ceux-ci sont trop eleves et empechent une etude numerique complete du systeme dans des delais raisonnables. Avec un modele perfectionne, on pourra mener une recherche du meilleur dimensionnement du stockage a chaleur latente permettant d'optimiser les performances du chauffe-eau solaire. D'un point de vue technologique, une etude technico-economique devrait montrer l'interet industriel de l'innovation developpee qui est basee sur la simplicite et ne devrait pas entrainer de surcout redhibitoire