Academic literature on the topic 'Stockage de chaleur'

L'introduction des énergies renouvelables intermittentes, la mise en place d'une réglementation thermique qui baisse les besoins de chauffage d'un facteur 5 à 10, entraîne une re-conception des moyens de chauffage intégrant efficacité énergétique et effacement d'équipements domestiques lors des heures de pointe. Cette thèse comporte l'étude et la conception d'une PAC intégrant un stockage thermique par chaleur latente dans son condenseur. Ce stock permettra un effacement d'au moins deux heures. Les besoins d'une maison basse consommation (BBC) ont été évalués ainsi que la quantité de chaleur à stocker afin d'assurer cet effacement. Une étude sur le phénomène de changement de phase et les MCP a été menée afin de sélectionner un matériau adapté à cette application. Le phénomène de changement de phase a été modélisé en régime dynamique. Quatre matériaux candidats ont été sélectionnés et analysés par colorimétrie différentielle (DSC) avec ajustement par méthode inverse. Plusieurs structures de l'échangeur stockeur ont été proposées, simulées et optimisées et deux ont été choisies et réalisées. Les deux échangeurs réalisés ont été testés seuls et intégrés dans un système de PAC. La dernière génération a donné des résultats très encourageants pour le développement d'une PAC à stockage efficace. Finalement, l'apport de stockage a été évalué en termes d'efficacité énergétique et d'émissions de CO2. Cette PAC présente une amélioration potentielle du COP saisonnier de 20 à 30 % comparativement à des PAC air/eau et air/air du fait de la gestion intelligente du stockage/déstockage d'énergie en faisant fonctionner la PAC pendant les heures les plus favorables de la journée et en évitant les cycles courts de fonctionnement correspondant aux besoins thermiques faibles<br>The introduction of intermittent renewable energies, the implementation of a thermal regulation, which decreases heating needs of a factor between 5 and 10, causes a redesign of heating systems integrating energy efficiency and the cut-off of domestic equipments during peak hours. This thesis involves the study and design of a heat pump incorporating a latent thermal storage in its condenser. This storage will allow a cut-off during at least two hours. The heating needs of a low-energy consumption house (BBC) have been estimated as well as the heat amount to be stored so as to ensure such a cut-off. A study on the phase-change phenomenon and the PCM has been carried out in order to select suitable materials for this application. A dynamic model of the phase change was also developed. Four candidate materials were selected and analyzed by tuned Differential Scaning Calorimetry (DSC) with adjustment by the inverse method. Several storing-exchanger structures have been proposed, simulated, and optimized; two of them have been realized. Both heat exchangers have been tested alone and then integrated into a heat pump system. The final generation gave very promising results for the development of an efficient heat pump with storage. Finally, the heat storage effect has been evaluated in terms of energy efficiency and CO2 emissions. This heat pump presents potential improvement of the seasonal COP between 20% and 30% compared to air-to-water and air-to-air heat pumps because of the smart monitoring of the energy storage/delivery due to the heat pump operation during the most favorable hours of the day and by avoiding short cycles operation corresponding to low heating needs

Le couple zéolite/H2O, qui présente une densité énergétique importante et remplit les conditions d’innocuité requises pour un système de stockage de chaleur pour l’habitat, est mis en œuvre dans réacteur modulaire à lit fixe. Un modèle monodimensionnel de transferts couplés de masse et de chaleur dans un lit fixe de grains de zéolite parcourus par un flux d'air humide été élaboré. Ce dernier a été conçu de façon à pouvoir intégrer rapidement des données sur de nouvelles générations de matériaux et coupler le réacteur à d’autres modèles : bâtiment/sous-station/quartier. L'étape de validation expérimentale montre que le modèle permet une estimation satisfaisante de l'autonomie, la durée d'amorçage et la puissance moyenne fournie en phase de décharge ainsi que la durée de charge. Ce modèle est donc un bon outil de dimensionnement et de pilotage du réacteur. L'analyse de sensibilité a montré que l'amélioration des prévisions du modèle requiert une évaluation plus précise de la chaleur complémentaire de sorption et de la porosité du lit. Après avoir estimé les besoins de chauffage d'une maison BBC deux dimensionnements ont été proposés afin d'effacer soit l'hyper-pointe de 18h - 20h soit la semaine la plus froide. Si la première stratégie aboutit à un système de stockage plus compact, la seconde permet de réduire le nombre de cycles marche/arrêt. Pour un îlot de 50 maisons BBC, la notion de foisonnement est considérée lors de l'estimation des besoins en chauffage pendant la semaine la plus froide. La phase de charge du système de stockage se ferait par le biais de la chaleur fatale récupérée dans l'industrie. Pour des stratégies d'effacement similaires (semaine la plus froide en hiver), un volume équivalent de 544 litres par maison dans l'îlot suffit pour répondre aux besoins de chauffage à Nancy contre 580 litres pour une maison BBC seule<br>Heat storage systems for residential house heating could contribute to smoothing the load curve and would help prevent the use of the most polluting power plants or electricity imports during consumption peaks. Thermochemical heat storage systems are suitable for the intended application since they have high energy densities and low thermal losses. This thesis focuses on the design of an adsorption heat storage system that would be used to shed the load curve of the heating device of a house or residential district during the winter peak consumption periods. The zeolite/H2O pair, which has interesting features such as a high energy density and meets the conditions of safety required for a heat storage system for housing, is implemented in a modular fixed bed reactor. A 1D pseudo-homogeneous model was developed in order to simulate the performance of a fixed bed of zeolite during the adsorption and desorption of water. The latter was designed so as to facilitate the integration of data on new generations of materials and model couplings. The need to obtain data on the sorption properties of the zeolite/H2O pair to have reliable simulation results has been demonstrated, particularly at low partial pressures of water vapor and under the operating conditions selected. The experimental validation phase shows that the pseudo-homogeneous model provides a satisfactory estimate of criteria such as the autonomy, the responsiveness and the average power delivered during the discharging phase and the charging time. The model is thus a good sizing and management tool of the reactor. A sensitivity analysis, with the method of Morris, showed that improved model estimates require a more accurate assessment of the additional heat of sorption and porosity of the bed. After assessing the heating needs of the LEB house with a thermal model of the latter in cold climate conditions, two heat storage reactors were sized in order to shed the heating system's load curve either between 6 and 8pm or during the coldest week of the year. While the first strategy results in a more compact storage system, the second makes it possible to reduce the number of on/off cycles. The need for predictive control for monitoring the storage system was highlighted. As for the residential district of 50 LEB houses, diversity is considered when estimating the heating needs of the latter during the coldest week in Nancy. The heat source during the charging phase of the container would be industrial waste heat. During the coldest week, two sizings are suggested. For similar load shedding strategies, the comparison of the equivalent storage volume per house in the district with the storage volume for a single house serves highlights the importance of taking into account diversity. In order to meet the heating needs in Nancy, an equivalent volume of 544 liters per house in the district is sufficient whereas 580 liters are needed for a LEB house

Il s'agit de l'étude de la faisabilité du stockage chimique de l'énergie thermique par l'utilisation de réactions de complexation du chlorure de cobalt en solution alcoolique. Cette solution est thermochromique en lumière visible, d'où l'utilisation de méthodes spectrophotométriques. Les informations de la littérature n'étant pas fiables, il a fallu étudier en détail la solution pour préciser la nature des complexes, déterminer la constante d'équilibre et l'enthalpie de réaction. Il a alors été recherché quelles étaient les conditions optimales (déplacement d'équilibre, concentration) pour obtenir le maximum d'énergie stockée. La conclusion est que l'énergie thermique stockée est trop faible pour que la méthode soit applicable. Un montage original utilisant la spectrophotométrie par fibres optiques a permis de déterminer la répartition spatio-temporelle des températures et des concentrations dans une cellule soumise à des gradients thermiques fixes ou variables dans le temps. Il a été montré en particulier le phénomène de thermodiffusion augmenté par la présence de la réaction chimique.

Cette étude concerne la compréhension des mécanismes de transfert de chaleur et le développement d’un système de stockage pour la valorisation de la chaleur fatale industrielle. L’utilisation de Matériaux à Changement de Phase (MCP) permet d’atteindre une densité énergétique élevée et de restituer la chaleur à température constante. Cependant, leur faible conductivité thermique impose d’améliorer les transferts thermiques, notamment par l’utilisation d’échangeurs à surface augmentée. Le but est de comprendre le comportement de tels échangeurs en régime transitoire au contact de MCP. Une étude expérimentale à basse température, où quatre échangeurs de type tube-calandre ont été testés avec différentes orientations (horizontale/verticale) et injections (haut/bas), a mis en évidence des phénomènes de transfert thermique importants, comme la convection naturelle à la charge et la contraction volumique à la décharge. Ces observations ont été validées par un modèle CFD tridimensionnel. Une méthode de comparaison des performances basée sur un calcul d’énergie par le biais d’un maillage expérimental est proposée et permet de sélectionner un échangeur selon les critères de densités énergétiques, de temps caractéristique et de coût. Trois MCP, envisagés pour l’application, ont alors été testés à température réelle (100-200 °C) au contact d’un échangeur tube inox à ailettes transverses en aluminium pour évaluer leur cyclabilité et comparer leur comportement. Le mélange de sels, H105 (Tfusion = 122 °C), n’est pas retenu pour l’application à cause de sa faible densité énergétique (≈ 56 kWh/m3) et sa plage de fusion trop étalée. L’acide sébacique (Tfusion = 132 °C) a un comportement répétable au cours des cycles et une densité énergétique plus élevée (≈ 66 kWh/m3). L’alcool de sucre, l’érythritol (Tfusion = 118 °C), présente de bonnes thermo-physiques (128 kWh/m3) mais la maîtrise de sa cristallisation est un point clé pour l’utiliser en tant que MCP<br>This PhD thesis deals with the understanding of the heat transfer mechanisms and with the development of thermal energy storage system for the industrial waste heat recovery application. The use of Phase Change Materials (PCM) is attractive for its high storage density and its possibility to deliver heat at constant temperature. However, the PCM low thermal conductivity leads to develop heat transfer improvement methods, such as heat exchangers with increased heat transfer surface. The goal is to characterize the behavior of such heat exchangers An experimental study, where four several heat exchangers have been tested with different orientations (horizontal/vertical) and injection types (upward/downward), highlighted the impact of natural convection during the melting process and the volume contraction one during the solidification. These results have been validated through a 3D numerical model. A performance comparison method based on an energy calculation through an experimental mesh is proposed and enables to select a heat exchanger on criteria such as the storage density, the characteristic time and the cost. Three PCM, adapted to our application, have been tested at the intended temperature (100-200 °C) by integrating them into a storage system made of a stainless steel tube with aluminum circular fins. Their ability to resist to repeated cycles has been assessed and their behavior has been compared. The salts mixture, H105 (Tmelting = 122 °C), is not selected for the application because of it low storage density (≈ 56 kWh/m3) and its large melting area. The sebacic acid (Tmelting = 132 °C) has a repeatable behavior with cycles and a higher storage density (≈ 66 kWh/m3) and is appropriate as storage material. The sugar alcohol, erythritol (Tmelting = 118 °C), has good thermo-physical properties (128 kWh/m3) but the crystallization control is a key point to use it as a PCM

Modelisation, reconnaissances et etude d'un projet de stockage de chaleur. Coefficient d'echange thermique pour le cas d'une famille de fissures; reconnaissance des coefficients thermohydrauliques en une de la modelisation d'un aquifere poreux et fissure a dieppe. Projet de stockage de rejets thermiques industriels a la sopad

Résultats de mesures thermiques obtenus sur une saison de chauffe dans la serre CREAT-CNRS de La Baronne. L'air humide a été choisi comme fluide caloporteur avec un contrôle de l'humidité nocturne. Modélisation numérique complète des transferts de chaleur traitant de la fonction du sol, de l'échangeur stockeur à plaques et des pompes à chaleur de déshumidification en série sur le circuit d'air nocturne

Les systèmes de stockage thermochimique s’avèrent être de bonnes alternatives aux technologies actuelles pour le stockage saisonnier ou intersaisonnier de la chaleur, car l’énergie est stockée sous forme d’un potentiel chimique et donc, il n’y a pas de pertes thermiques pendant la durée de stockage. Un grand nombre d’études a été mené sur le développement de réacteurs thermochimiques intégrés au système de stockage, et peu d’étude ont été menées sur les technologies de réacteur séparé du réservoir de stockage. Ces dernières présentent cependant l’avantage, entre autres, de dissocier la puissance thermique du réacteur et la capacité de stockage de l’installation, ce qui permettrait d’augmenter la densité de stockage.Cette étude se penche sur le développement d’un réacteur thermochimique à lit mobile fonctionnant avec des sels hydratés sous air humide, adapté à des applications aux réseaux de chaleur. Un prototype de réacteur, développé et construit durant cette étude, a permis d’analyser le fonctionnement du réacteur. Cette étude a, entre autres, mis en évidence l’impact des passages préférentiels de l’air sur les performances du réacteur (température et puissance), ainsi que l’importance du titre de vapeur de l’air à l’entrée du réacteur sur ces performances. Il apparaît également que la circulation du solide abaisse sensiblement le point d’équilibre atteint par la réaction.De plus, deux modèles mathématiques ont été développés : un modèle analytique 1D et un modèle 2D prenant en compte les phénomènes de transfert de matière et de chaleur au sein de la zone réactive. Le modèle 2D, validé avec les résultats expérimentaux, a été exploité à l’aide du logiciel de simulation par éléments finis COMSOL Multiphysics afin de mener une étude théorique sur le fonctionnement et les performances du réacteur. Cette étude numérique a porté sur l’influence des conditions opératoires (débit et taux d’humidité de l’air, vitesse du solide) sur les performances et le rendement du système et a permis la comparaison des réacteurs à lit mobile par rapport aux réacteurs à lit fixes, communément développés pour des applications de stockage thermochimique. Cette étude a montré l’importance de la régulation de la vitesse du solide pour l’optimisation des performances du réacteur à lit mobile.L’ensemble de cette étude a permis de mettre en évidence les avantages et les limitations d’un réacteur à lit mobile pour des applications de stockage thermochimique<br>Thermochemical storage systems prove to be good alternatives to current technologies for seasonal or inter-seasonal storage of heat, because energy is stored as a chemical potential and therefore, there is no heat loss during the storage period. Nowadays, a large number of studies have been conducted on the development of thermochemical reactor integrated in the storage system, andlittle study has been conducted on reactor technologies separated from the storage system. The latter, however, have the advantage, among others, of separating the thermal power produced or consumed and the storage capacity of the installation, which would increase the storage density.This study investigates the development of a moving-bed thermochemical reactor operating with hydrated salts and humid air cross-flow, suitable for district heating applications. A reactor prototype, developed and built during this study, allowed to analyze the functioning of the reactor. This study has, among others, highlighted the impact of the preferential air flow path on the reactorperformances (temperature and power), as well as the importance of the air humidity at the reactor inlet on these performances.In addition, two mathematical models have been developed : a 1D analytical model and a 2D model taking into account the heat and mass transfer phenomena within the reactive area. The 2D model, validated with the experimental results, was exploited using the finite element simulation software COMSOL Multiphysics to conduct a theoretical study on the functioning and the performances of the reactor. This numerical study focused on the influence of operating conditions (air flow rate and moisture content, solid flow rate) on the performances and the efficiency of the system and allowed the comparison of moving bed reactor over fixed bed reactors, commonly developed for thermochemical storage applications. This study has shown the importance of solid velocity control for optimizing the performances of the moving bed reactor.This study has highlighted the advantages and limitations of moving bed reactors for thermochemical storage applications

Etude experimentale de deux serres identiques avec les memes cultures, equipees l'une d'un stockage de la chaleur dans le sol, l'autre d'un stockage aerien utilisant un materiau a changement de phase encapsule. Developpement de deux modeles theoriques qui inclurent le couplage de chaleur sensible et d'evaporation/condensation de l'air humide