Soutenance mémoire
Gisement solaire et la cheminée solaire
Analyse de la cheminée solaire verticale
K.S. Ong et al proposent un modèle mathématique afin de déterminer la performance d’une cheminée solaire pour différentes paramètres thermiques et géométriques. Ils ont étudié les équations de transfert de chaleur, en utilisant des corrélations entre les coefficients de transfert de chaleur. Les valeurs de flux d’air dans le conduit sont basées sur les températures moyennes d’écoulement d’air. Ces équations sont résolues en utilisant la technique de la matrice inverse. La performance de la cheminée a été évaluée par la détermination des températures du vitrage et de mur absorbant et la vitesse d’air dans la cheminée. Les effets de l’intensité du rayonnement solaire sur la performance de la cheminée ont été étudiés. Afin de vérifier le modèle théorique, des expériences ont été faites sur un modèle physique de 2 m de longueur avec des entrées d’air de 0.1, 0.2 et 0.3 m. L’expérience a été réalisée sur un toit exposé aux rayonnements solaire direct et diffus. Les vitesses d’air entre 0,25 m/s et 0,39 m/s ont été obtenues pour une intensité radiative de 650 W/m2. Ils n’ont observé aucune circulation inverse d’air même pour un grand espace de 0,3 m. Ils trouvent un bon accord entre les résultats expérimentaux et théoriques pour l’écoulement de l’air et de l’augmentation de la température de l’air.
L’effet de l’inclinaison sur la cheminée solaire
Jyotirmay Mathur et al ont étudié l’effet de l’inclinaison de la cheminée solaire sur le débit d’air dans un système de ventilation naturelle par l’utilisation de la cheminée.
Pendant les mois d’été, quand l’altitude du soleil est plus élevée, la cheminée à la petite inclinaison avec le plan horizontal capte une grande partie du rayonnement solaire, Les résultats de l’étude montrent que l’inclinaison optimale de la cheminée varie de 40° à 60° selon la latitude de l’endroit. A Jaipur (Inde), l’inclinaison 45° s’avère un optimum pour obtenir le taux maximal de ventilation. A cette inclinaison, le taux de ventilation est d’environ 10% plus meilleur par rapport à 60° et 30°d’inclinaisons. Les investigations expérimentales montrent la bonne concordance avec les résultats théoriques. La cheminée solaire de toit de cette taille peut facilement être montée sur les bâtiments résidentiels pour augmenter la ventilation naturelle.
Cheminée solaire associé à une autre technique de ventilation
Sompop Punyasompun et al se sont intéressés à l’utilisation de la cheminée solaire dans le gratte-ciel. A cet effet, deux modèles à échelle réduite d’un bâtiment à trois niveaux ont été étudiés. Les cheminées solaires étaient intégrées dans les murs face-sud. Deux configurations ont été considérées comprenant la cheminée solaire connectée et non connectée: Le premier est une cheminée solaire avec une ouverture d’admission à chaque plancher et une ouverture de refoulement au troisième plancher. Tandis que pour la seconde, les ouvertures d’admission et les ouvertures de refoulement ont été installées à chaque plancher. Les données enregistrées sont la température ambiante et la vitesse de la circulation d’air dans les conditions climatiques de Bangkok.
Les différentes configurations de cheminée solaire
La ventilation par la cheminée solaire n’est pas nouvelle et a été employée pour des dizaines d’années. Elles ont été trouvées dans les constructions historiques, tels que la villa sicilienne « salles de Scirocco », remontant au 16ème siècle où elles ont été employées en accord avec des couloirs et des dispositifs souterrains d’eau pour fournir le rafraîchissement. Il existe de nombreuses variétés de dispositifs de ventilation portant le nom de cheminée solaire et qui fonctionnent selon le même principe. Une cheminée solaire pour l’usage dans des climats chauds arides peut être semblable à celle. Dans ce cas, les murs solaires sont faits à partir d’un matériau de capacité thermique élevé permettant une stratégie de refroidissement des occupants durant la nuit. Les amortisseurs sont ouverts quand l’air extérieur est frais et la chaleur stockée dans les murs est transférée à l’air dans la cheminée.
Définition de la ventilation
Il existe plusieurs façons de renouveler l’air : au moyen d’équipements spéciaux (ventilation), par l’ouverture de portes ou fenêtres (ventilation intensive en complément à la ventilation ou l’aération s’in ‘y a pas de dispositifs prévus pour la ventilation) et par les interstices et les fentes (infiltration/exfiltration). Ces différentes manières ne sont pas toutes aussi efficaces.
‘Ventiler’ signifie apporter de l’air frais et évacuer l’air humide et vicié d’une pièce de façon permanente. Ventiler se fait au moyen de dispositifs spécialement prévus à cet effet, qui donnent la possibilité à l’habitant d’assurer un renouvellement de l’air permanent mais réglable. Il existe différents systèmes de ventilation.
Par contre, ‘Aérer’ est l’action de renouveler des quantités relativement importantes d’air, de manière non permanente, en ouvrant les portes et/ou les fenêtres, le but étant d’atteindre les mêmes résultats qu’en ventilant de manière contrôlée. C’est la méthode la plus simple pour renouveler l’air intérieur, mais pas la plus efficace. Car chaque fois que l’on aère, l’air est souvent renouvelé plus que nécessaire (5 à 40 fois plus), mais l’effet du renouvellement disparaît assez rapidement, en fonction de la situation et du degré de pollution de l’air intérieur (souvent, les concentrations de certains paramètres comme le CO2 sont à nouveau dépassées après 1 heure ,Il ne faut pas confondre l’aération et la ventilation intensive. La ventilation intensive s’applique également par l’ouverture de portes et/ou fenêtres, mais en complément à la ventilation permanente dans certaines circonstances particulières (par exemple, dans le cas de surchauffe, d’ensoleillement extrême, ou lors d’activités polluantes), en vue de maintenir la qualité de l’ambiance intérieure dans des limites acceptables.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre I : Recherche bibliographique
I.1 Introduction
I.2 Analyse de la cheminée solaire verticale
I.3 L’effet de l’inclinaison sur la cheminée solaire
I.4 Cheminée solaire associé à une autre technique de ventilation
Chapitre II : Gisement solaire et la cheminée solaire
II.1 Introduction
II.2 Généralité sur le transfert thermique
II.2.1 La conduction
II.2.2 La convection
II.2.3 Le rayonnement
II.3 Energies en générales
II.3.1 définition
II .3.2.Ressources énergétiques mondiales
II.3.3 situation énergétique en Algérie
II.3.4 Energie renouvelables
II.3.5 type des énergies renouvelables
II.3.6 Energie solaire
II.3.6.1 Energie solaire thermique
II.3.6.1.1 Le soleil
II.3.6.1.2 Rayonnement solaire hors atmosphère
II.3.6.1.3 Le spectre solaire
II.3.6.1.5 Mouvement de la terre autour du soleil
II.3.6.1.6 Mesure du rayonnement solaire
II.3.6.1.7 La sphère céleste
II.3.6.1.8 Coordonnées célestes
II.3.6.1.9 Temps solaire
II.3.6.1.10 Estimation horaire de l’ensoleillement
II.3.6.1.11 Calcul du rayonnement journalier moyen mensuel
II.3.6.2 La cheminée solaire
II.3.6.2.1 Les différentes configurations de cheminée solaire
Chapitre III : La ventilation et la ventilation naturelle
III.1Introduction
III.2 Définition des bâtiments à basse consommation
III.3 Définition de la ventilation
III.4 Pourquoi aérer ou ventiler
III.4.1 Pour le confort
III.4.2 Pour la santé
III.4.3 Pour le bâtiment
III.5 Comment faire
III.5.1 Naturellement
III 5.2 Mécaniquement
III.6 La ventilation naturelle
III.6.1 Les fonctions de la ventilation
III.6.1.1 Le tirage thermique
III 6.1.2 La ventilation naturelle par ouverture des fenêtres
III.6.1.3 La ventilation naturelle par conduits verticaux
III 6.1.4 Ventilation naturelle assistée par l’énergie solaire
III 6.1.5 La ventilation hybride
III 6.2 Avantages de la ventilation naturelle
III 6.3 Caractéristiques
III 6.4 Différentes cavités utilisé en ventilation naturelle
III.6.4.1 Le mur trombe
III.6.4.2 La façade à double peau
III.6.4.3 Les écopes
III.6.4.4 Les tours à vent
III.6.4.5 Les dômes
III.6.4.6 La cheminée solaire
III 6.4.6.1 Effet de cheminée
III 6.4.6.2 Principe d’écoulement
III 6.4.6.3 Modes d’opérations d’une cheminée solaire
III 6.4.6.4 Types de cheminée solaire
III.7 Caractéristiques climatique de l’Algérie
III.7.1 Données géographiques
III.7.2 Zones climatiques en Algérie
Chapitre IV : Etude du comportement thermique de la cheminée solaire
IV.1 introduction
IV.2 Principe de fonctionnement de la cheminée
IV.2.1 Orientation
IV.2.2 Une forte inertie thermique
IV.3 approche pour la modélisation mathématique
IV.3.1 Analyse mathématique
IV.4 Fonctionnement de base d’une cheminée solaire
IV.4.1 Objectif
IV.4.2 Les bilans énergétiques
IV.4.2.1 Bilan énergétique au niveau du vitrage
IV.4.2.2 Bilan énergétique au niveau de l’air qui traverse la cheminée
IV.4.2.3 Bilan énergétique au niveau de l’absorbeur
IV.4.3 Corrélation théorique pour calculer les coefficients de transfert thermique
IV.4.4 Données du problème
IV.4.5 Résultats et discutions
IV.4.5.1 Validation du modèle mathématique
IV.4.5.2 Influence du rayonnement solaire
IV.4.5.3 Influence de l’angle d’inclinaison
IV.4.5.4 L’influence des paramètres géométriques sur ACH
Chapitre V : Etude numérique de la ventilation naturelle par la cheminée solaire
V.1 Introduction
V.2 Equations générales en régime laminaire
V.3 Principes des codes CFD.
V.4 Etude comparative entre des différentes géométries à l’aide de code de champs Fluent
V.4.1.1 Description du phénomène
V.4.1.5 La convergence
V.4.2 Résultats obtenus dans le cas de la géométrie simple
V.4.2.1 l’influence de la largeur de la cheminée
V.4.2.1.1 Champs de vitesse et les lignes de courants
V.4.2.1.2 Contours de la température
V.4.2.2 Influence de l’intensité du rayonnement solaire
V.4.2.2.1 Champs de vitesse
V.4.2.2.2 Contours de la température
V.4.2.3 Influence de l’angle d’inclinaison de la cheminée
V.4.2.3.1 Champs de vitesse
V.4.2.3.2 Contours de la température
V.4.2.4 Effet de la position de l’ouverture
V.4.2.4.1 Champ de vitesse et les lignes de courant
V.4.2.4.2Contours de température
V.4.3 Cas de géométrie complexe (deux chambres à coté)
V.4.3.1 champ de vitesse et les lignes de courant
V.4.3.2 Contours de température
Conclusion générale
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