Évaluation comparative de collecteurs solaires pour le préchauffage d air

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1 delta température ( o C) Radiation solaire (W/m 2 ) Évaluation comparative de collecteurs solaires pour le préchauffage d air Juillet Tamb dt - Mur 1 dt - Mur 2 dt - Mur 3 dt - Mur 4 Ensoleillement 26 e congrès de l AQME, 4 mai 212 Geneviève Bussières

2 Le CTGN Le Centre des technologies du gaz naturel (CTGN), fondé en 1992 et incorporé comme OSBL, réalise en partenariat des activités de développement technologique. Il contribue à une utilisation intelligente du gaz naturel en combinaison avec les énergies renouvelables -- biogaz, biométhane, solaire thermique, géothermie, etc. -- afin de faciliter la transition vers une économie à faibles émissions de carbone. Services offerts: Développement et validation de protocoles d essai faits ou vérifiés par un professionnel certifié en mesurage et vérification (CMVP). Évaluation de technologies ou d équipements axée sur la performance en conditions réelles. Développement de produits sur mesure. Accompagnement tout au long du processus de certification d équipement. Démonstration et transfert de technologie. 2

3 Plan de la présentation Contexte Objectif Banc d essai Résultats Débit d air Niveau/angle d ensoleillement Type de revêtement CAVP vs CMP Énergie de préchauffage Conclusions / questions 3

4 Contexte Secteurs commercial et institutionnel, Canada: le chauffage d espace contribue à l émission de 2,1 Mt CO2, éq de gaz à effet de serre (GES). Secteur industriel, Canada: la consommation énergétique, excluant l électricité, contribue à l émission de 1 Mt CO2, éq GES..1 Space Émissions Heating des GHG GES Emissions pour les from secteurs the Commercial commercial and Institutional et institutionnel Sectors Atlantic Émissions des GES pour le secteur industriel, Québecexcluant l'électricité Ontario 12 Manitoba Saskatchewan Alberta BC and Territories Comprehensive Energy Use Database, 27, Office of Energy Efficiency 39.6 Atlantique Québec Ontario Manitoba Saskatchewan Alberta Colombie Britanique, territoires 4

5 Contexte Cibles de réduction des GES d ici 22: Canada: Québec: Réduire les GES en-deçà de 17% du niveau de 2 (Accord de Copenhague, janvier 21). Réduction des émissions de GES de 2% sous le niveau de 199 (plan d action pour les changements climatiques (PACC2), printemps 212 premier plan d action lancé en 26).

6 Contexte Réduire l émission des GES Abaisser la consommation des énergies fossiles Intégrer des énergies renouvelables, tel que l énergie solaire thermique Énergie solaire et aide financière 28 mars 212: Le gouvernement du Québec a mis en place un programme en innovation énergétique, soit le Programme d aide à l installation d équipements solaires opérationnels. 6

7 Contexte Énergie solaire thermique: Chauffage de l eau Chauffage de l air ochauffage/préchauffage de l air neuf oapplications industrielles, tel que le séchage de produits 7

8 Contexte - technologie Technologies disponibles: Collecteur solaire Collecteur Métallique Perforé (CMP) Collecteur À Vitrage Perforé (CAVP) Facteur de rendement* 1, (noir) 1,2 (noir) *Évalué selon la norme CAN/CSA F-378 Collecteurs solaires, donc en laboratoire, dans un environnement contrôlé, sous une radiation solaire de 9 W/m 2. * 8

9 Contexte Limitations du CMP: Atouts du CAVP: - Difficulté d intégration à la structure du bâtiment (architectural, réglementaire) - Aspect esthétique facilite son intégration à la structure du bâtiment - Facteur de rendement plus élevé Questions: 1. Quelle est l influence du type de revêtement sur lequel est installé un CAVP sous des conditions réelles d opération? 2. Comment le CAVP se comporte-t-il versus un CMP sous des conditions réelles d opération (pour un revêtement de mur équivalent)? 9

10 Plan de la présentation Contexte Objectif Banc d essai Résultats Débit d air Niveau/angle d ensoleillement Type de revêtement CAVP vs CMP Énergie de préchauffage Conclusions / questions 1

11 Objectif Le projet: Évaluer, en conditions réelles d opération, des collecteurs solaires à air 1. Évaluer l influence du débit d opération (4, 7 et 1 pcm/pi 2 ) 2. Évaluer le potentiel énergétique du CAVP installé sur différents types de revêtement 3. Comparer le CMP et le CAVP (couleur noir). Partenaires du projet: Gaz Métro Fonds en efficacité énergétique GDF-SUEZ Énerconcept Technologies 11

12 Plan de la présentation Contexte Objectif Banc d essai Résultats Débit d air Niveau/angle d ensoleillement Type de revêtement CAVP vs CMP Énergie de préchauffage Conclusions / questions 12

13 Banc d essai 4 collecteurs solaires: 3 collecteurs solaires à vitrage perforé (CAVP) 1 collecteur solaire métallique perforé (CMP) Orientation: sud-ouest Mur 1 Mur 2 Mur 3 Mur 4 CAVP briques CAVP noir CAVP blanc CMP noir 13

14 Banc d essai Mesures effectuées: Température de l air ambiant Température d air préchauffé pour chacun des murs Ensoleillement reçu par les murs Débit d air Fréquence d acquisition: Moyenne aux minutes Durée du projet: 2 ans Note: la première année de résultats est présentée 14

15 Banc d essai Débits d air, contrôlés par des ventilateurs, évalués: 4 pcm/pi 2 (2,3 L/s m 2 ) D1 7 pcm/pi 2 (3,6 L/s m 2 ) D2 1 pcm/pi 2 (,8 L/s m 2 ) D3 Séquence d opération: 3 semaines à D1 1 semaine à D2 3 semaines à D1 1 semaine à D3

16 Rayonnement solaire quotidien moyen (W/m 2 ) Banc d essai ensoleillement moyen 3 Rayonnement solaire quotidien moyen, CTGN, année Horizontal Inclinaison 9 degrés, azimut 4 degrés 16

17 Plan de la présentation Contexte Objectif Banc d essai Résultats Débit d air Niveau/angle d ensoleillement Type de revêtement CAVP vs CMP Énergie de préchauffage Conclusions / questions 17

18 Température ambiante ( o C) Radiation solaire (W/m 2 ) Débit d air D1 - Tamb D2 - Tamb D3 - Tamb D1 - Ensoleillement D2 - Ensoleillement D3 - Ensoleillement 18

19 Débit d air delta température ( o C) delta température ( o C) D1 - Mur 1 D1 - Mur 3 D2 - Mur 1 D2 - Mur 3 D3 - Mur 1 D3 - Mur 3 D1 - Mur 2 D1 - Mur 4 D2 - Mur 2 D2 - Mur 4 D3 - Mur 2 D3 - Mur 4 19

20 Énergie de préchauffage (plein soleil) (MJ) Énergie de préchauffage (quotidienne) (MJ) Débit d air 14 Énergie de préchauffage pour une radiation solaire instantanée > W/m 2 D1 D2 D3 D1 D2 D Énergie de préchauffage quotidienne D1 D2 D3 D1 D2 D D1 D2 D3 1 8 D1 D2 D3 D1 D2 D D1 D2 D CAVP-briques CAVP-noir CAVP-blanc CMP-noir CAVP-briques CAVP-noir CAVP-blanc CMP-noir Mur 1 Mur 2 Mur 3 Mur 4 Mur 1 Mur 2 Mur 3 Mur 4 2

21 Plan de la présentation Contexte Objectif Banc d essai Résultats Débit d air Niveau/angle d ensoleillement Type de revêtement CAVP vs CMP Énergie de préchauffage Conclusions / questions 21

22 delta température ( o C) Radiation solaire (W/m 2 ) Niveau d ensoleillement Juillet Tamb dt,mur1 dt,mur2 dt,mur3 dt,mur4 Ensoleillement 22

23 delta température ( o C) delta température ( o C) delta température ( o C) 3 Juillet Radiation solaire (W/m 2 ) Radiation solaire (W/m 2 ) delta température ( o C) delta température ( o C) 9 Radiation solaire (W/m 2 ) Radiation solaire (W/m 2 ) Radiation solaire (W/m 2 ) 3 Niveau d ensoleillement Juillet 9 3 Septembre Décembre Tamb dt - Mur 1 dt - Mur 2 dt - Mur 3 dt - Mur 4 Ensoleillement Mars Tamb dt - Mur 1 dt - Mur 2 dt - Mur 3 dt - Mur 4 Ensoleillement Tamb dt,mur1 dt,mur2 dt,mur3 dt,mur4 Ensoleillement Tamb dt - Mur 1 dt - Mur 2 dt - Mur 3 dt - Mur 4 Ensoleillement Tamb dt - Mur 1 dt - Mur 2 dt - Mur 3 dt - Mur 4 Ensoleillement 23

24 Niveau d ensoleillement Moyenne: Maximum: ΔT (air préchauffé extérieure) Journée Mur 1 Mur 2 Mur 3 Mur 4 Radiation solaire ( C) ( C) ( C) ( C) (W/m 2 ) Juillet 3,3 7,2 4,7 7,1 2 Septembre 3,6 9,2 6,2 8,6 328 Décembre 3,3 1,8 7,4 9,6 397 Mars 3, 8,2 6, 7, 381 Journée Mur 1 Mur 2 Mur 3 Mur 4 Radiation solaire ( C) ( C) ( C) ( C) (W/m 2 ) Juillet 1,4 19,3 13,6 17,8 87 Septembre 11, 23,6 16,6 22,1 791 Décembre 11,1 22,7 16,2 19,7 782 Mars 1,1 16,3 12, 14,3 828 *Résultats pour 4 pcm/pi 2 (2,3 L/s m 2 ) 24

25 Plan de la présentation Contexte Objectif Banc d essai Résultats Débit d air Niveau/angle d ensoleillement Type de revêtement CAVP vs CMP Énergie de préchauffage Conclusions / questions 2

26 delta température ( o C) delta température ( o C) Radiation solaire (W/m 2 ) delta température ( o C) Radiation solaire (W/m 2 ) 2 Décembre Type de revêtement - CAVP Juillet 7 2 Décembre Tamb dt,mur1 dt,mur2 dt,mur1 dt,mur3 Ensoleillement dt,mur2 Tamb dt,mur3 dt,mur1 dt,mur2 dt,mur3 Ensoleillement 26

27 delta température ( o C) delta température ( o C) Radiation solaire (W/m 2 ) delta température ( o C) Radiation solaire (W/m 2 ) 2 Technologies - CAVP vs CMP 2 Septembre 12 2 Mars Tamb dt,mur2 dt,mur4 dt,mur2 Ensoleillement dt,mur4 Tamb dt,mur2 dt,mur4 Ensoleillement 2 27

28 Plan de la présentation Contexte Objectif Banc d essai Résultats Débit d air Niveau/angle d ensoleillement Type de revêtement CAVP vs CMP Énergie de préchauffage Conclusions / questions 28

29 Énergie de préchauffage/solaire (MJ) Énergie de préchauffage mai-juin-juillet août-sept-oct nov-dec-janv fev-mars-avril TOTAL CAVP briques (Mur 1) CAVP noir (Mur 2) CAVP blanc (Mur 3) CMP noir (Mur 4) Solaire *Résultats pour 4 pcm/pi journées/période à 4 pcm sur un maximum de journées/période Collecteur de 18,4 m 2 29

30 Énergie de préchauffage Collecteur solaire CAVP, briques (mur 1) CMP, noir (mur 4) CAVP, noir (mur 2) CMP, noir (mur 4) CAVP, blanc (mur 3) CMP, noir (mur 4) CMP, noir (mur 4) CMP, noir (mur 4) Ratio d énergie de préchauffage d air total 9% 18% 73% Référence *Résultats pour 4 pcm/pi 2 3

31 Plan de la présentation Contexte Objectif Banc d essai Résultats Débit d air Niveau/angle d ensoleillement Type de revêtement CAVP vs CMP Énergie de préchauffage Conclusions / questions 31

32 Conclusions Travaux accomplis: Mesurage de trois CAVP et d un CMP 1 an de données / 2 ans Principales conclusions : Comparaison des débits d air : ΔT 4 pcm/pi2 > ΔT 7 pcm/pi2 > ΔT 1 pcm/pi2 Plein ensoleillement: E 4 pcm/pi2 < E 7 pcm/pi2 < E 1 pcm/pi2 Quotidiennement: E 4 pcm/pi2 < E 7 pcm/pi2 > E 1 pcm/pi2 (excepté pour le CAVP briques ) 32

33 Conclusions Comparaison des revêtements pour le CAVP: CAVP noir offre le plus d énergie de préchauffage CAVP blanc atteint 67% de l énergie de préchauffage du CAVP noir CAVP briques atteint 83% de l énergie de préchauffage du CAVP noir CAVP briques offre un Δ T moins élevé que le CAVP blanc, mais permet de faire du stockage d énergie. Comparaison des technologies (CAVP noir vs CMP noir ): CAVP noir offre 8% plus d énergie de préchauffage que le CMP noir. 33

34 Conclusions Travaux à venir: 2e année de mesurage Analyse économique 34

35 Questions Pour plus d information, communiquer avec: Geneviève Bussières genevieve.bussieres@ctgn.qc.ca Merci 3

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37 Rayonnement solaire quotidien moyen (W/m 2 ) Banc d essai - ensoleillement 3 Rayonnement solaire quotidien moyen, Saint-Hubert Horizontal Inclinaison 9 degrés, azimut 4 degrés Retscreen, Aéroport de Saint-Hubert

38 delta température ( o C) delta température ( o C) Radiation solaire (W/m 2 ) delta température ( o C) Radiation solaire (W/m 2 ) Radiation solaire (W/m 2 ) 3 Évaluation 3 du niveau d ensoleillement Juillet Juillet Septembre Tamb Tamb dt - Mur 1 dt dt,mur1 - Mur 2 - Mur 3 dt dt,mur2 - Mur 4 Ensoleillement dt,mur3 Tamb - Mur 1 dt,mur4 - Mur 2 - Mur 3 Ensoleillement dt - Mur

39 delta température ( o C) delta température ( o C) Radiation solaire (W/m 2 ) delta température ( o C) Radiation solaire (W/m 2 ) Radiation solaire (W/m 2 ) 3 Évaluation 3 du niveau d ensoleillement Décembre Juillet Mars Tamb Tamb dt - Mur 1 dt -dt,mur1 Mur 2 - Mur 3 dt dt,mur2 - Mur 4 Ensoleillement dt,mur3 Tamb - Mur 1 dt,mur4 - Mur 2 - Mur 3 Ensoleillement dt - Mur