Séminaire mi parcours Stock-e 2010 STOCK-AIR2. Denis CLODIC ARMINES

Transcription

1 Séminaire mi parcours Stock-e 2010 STOCK-AIR2 Denis CLODIC ARMINES

2 Coordinateur : ARMINES Organismes de recherche : o EDF R&D o CETHIL o LASH Entreprises : o RIBO o AIRWELL Budget (M ) Aide (M ) Nombre de personnes.ans 1,24 0,626 7 Date de démarrage : 01/01/10 Date de fin : 31/12/13 2 2

3 Objectifs du projet : o o o Développer des échangeurs comportant des matériaux à changement de phase Développer une approche système pompe à chaleur avec stockage thermique latent Concevoir, réaliser et tester deux prototypes selon deux voies différentes et les tester en conditions réalistes Défis scientifiques et techniques : o o o Conception d une structure assurant le bon transfert thermique entre les composants Conception d un échangeur capable de stocker 4000 Wh et déstocker à 2000 W Prévoir une stratégie de contrôle du système complet Résultats majeurs escomptés : o Deux prototypes validés 3 3

4 Programme de travail et jalons : préciser en particulier les % de réalisation des tâches 2.1 Cahier des charges du besoin 100 % 2.2 Cahier des charges des MCP idéaux 100 % 3.1 Spécifications techniques des MCP1 100 % 3.1 Spécifications techniques des MCP2 90 % 3.2 Fabrication des MCP1 100 % 3.2 Fabrication des MCP2 80 % 4.1 Caractérisations physiques des MCP 90 % 4.2 Durabilité des MCP 50 % 4.3 Aspects économiques et environnementaux 10 % 4 4

5 de jour [ j ] Nombre de jours Occurence [%] Identification des Besoins Bâti : maison Mozart (100 m²), BBC Zone H1a, météo Trappes Scénario apports RT2012 Simulation : Dymola modèle monozone Effacement chauffage 18h00-20h00 toute l année sans inconfort % % % Besoin en énergie % 22.9% 20.7% 10.0% Besoin en puissance % 12.1% 5.0% % Besoins en énergie % % 0.0% Besoins effacement [Wh] 5 5

6 Choix des matériaux Méthode d'ahsby Objectif : compacité Astreintes : énergie, puissance, températures de charge et décharge, coefficient d'échange externe Variables libres : matériau actif, échangeur interne, surface Modèle : échange 1D en fin de décharge Indices de performance en énergie, en puissance Problème : indices "impurs" Fort couplage système - matériau Géométrie optimale Base de données matériaux e opti L E opti Cp.( Tceff Tdeff ) H. rd.. p.2n. eopti 1 2 h h Cp.( Tc eff Q * * Q Td eff Td T1.. * ) H. rd MCP optimal Problème : bases et bibliographie inadaptées Caractérisations étendues indispensables 6 6

7 Flux massique Caractérisations physiques DSC et T-history H Cp (solide et liquide) Températures de transformation (pic, début et fin, conventionnelles et bornes) Influence de la vitesse et de la masse Fluxmètre (solide et liquide) Picnométrie (solide et liquide) Cristallisation 3 matériaux modèles 14 produits commerciaux Température 7 7

8 Deux voies pour le système PAC MCP Voie A MCP intégré dans l échangeur Voie B MCP intégré dans les gaines d air 8 8

9 Voie A MCP intégré dans l échangeur 9 9

10 Prototype voie A Echangeur Air Fluide frigorigène MCP 1 unité / 5 d un système multi-split Paraffine Microteck 37 Stockage 0.8 kwh (28 C -> 43 C) Puissance déstockage 400 W Débit de soufflage max 250 m 3 /h Température de sortie d air entre 26 C et 40 C Dimensions 750 x 500 x 140 mm Masse 45 kg (3 fois plus léger) 10 10

11 T ( C) E récupérée (kwh) Premiers résultats Voie A 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0, Air T D Echangeur Tmodèle 0,3 0, Tmesurée 0, t (s) Déstockage à débits constants Tmod Tent Comparaison entre modèle et expérimentation (ΔT ~ 0.5 K) Tcrit Treelle t (s) 11 11

12 Température ( C) Débit (m 3 /h) Premiers résultats Voie A Tsortie Débit ~26 C ~250 m 3 /h s temps (s) Prototype pour stocker 800 Wh et déstocker à 400 W testé in vitro 100 Prototype à tester in situ encombré dans une unité AIRWELL existante. Pour stocker 2000Wh et déstocker à 1000W 12 12

13 Voie B MCP intégré dans les gaines d air 13 13

14 Plateforme expérimentale ACRONYME 14

15 Echangeur Dimensions : (1,05x0,80x0,25) m Quantité : 31,78 kg de MCP Mesures de : Températures, humidités relatives et débit d air avant, après l échangeur et au bypass Températures du MCP et de la surface de la règle au début, milieu et fin de l échangeur pour trois règles différentes (au milieu et aux deux extrémités de l échangeur) Températures de surface des 17 règles à la fin de l échangeur ACRONYME 15

16 Puissance [W] T MCP [ C] Premiers résultats T MCP Début (A) [ C] T MCP Milieu (A) [ C] T MCP Fin (A) [ C] Temps [heures] Puissance (debit in) [W] Temps [heures] ACRONYME 16

17 Modélisation Un modèle est en voie de développement sur Matlab/Simulink, couplé avec le modèle Hybcell1.0 Calibration à l aide des résultats expérimentaux Utilisation du modèle pour optimiser le comportement de l échangeur Tests sur les dimensions de l échangeur et les stratégies de charge/décharge ACRONYME 17

18 Conclusions Une maison Mozart (BBC) a été simulée. Les besoins en énergie et en puissance afin d assurer les deux heures d effacement le jour le plus froid ont été quantifiés. Une étude approfondie a été réalisée sur les MCP existants et ayant les marges de températures de fusion entre 20 C et 50 C. Deux prototypes de systèmes, un sur chaque voie, répondant au cahier des charges ont été construits et testés in vitro Retombées et perspectives scientifiques et industrielles : Concevoir une stratégie de contrôle optimisant le cycle charge/décharge et profitant de l inertie du système pour le fonctionnement à faible charges. Etudier la possibilité de faire plusieurs cycles par jour. Tester les prototypes in situ, et faire un bilan énergétique et émissions CO2 du système

19 Merci pour votre attention 19 19