Modélisation dynamique et validation expérimentale d’une batterie thermique à base de matériaux à changement de phase

Afin de limiter l’augmentation de la température mondiale, il est important de réduire l’impact environnemental de la production et de la consommation d’énergie. Selon l’Agence internationale de l’énergie, le secteur du bâtiment est considéré comme l’un des plus grands secteurs d’utilisation finale de l’énergie dans le monde. La demande croissante d’énergie augmente la pression sur l’environnement et l’un des principaux défis à relever pour réduire l’impact environnemental des bâtiments consiste à remplacer les combustibles fossiles par des ressources renouvelables. Le stockage de l’énergie thermique a fait l’objet d’une attention particulière ces dernières années car il est essentiel pour compenser la nature intermittente des énergies renouvelables en corrigeant le déphasage entre l’offre et la demande d’énergie. Les matériaux à changement de phase (MCP) sont des matériaux qui peuvent stocker de grandes quantités d’énergie thermique sous forme de chaleur latente. Ce processus de changement de phase est réversible, ce qui permet de stocker et de libérer de l’énergie thermique à des températures relativement constantes. Par rapport au stockage par chaleur sensible l’utilisation de MCP offre plusieurs avantages significatifs tels qu’une densité de stockage de la chaleur plus élevée sur de petites plages de température. Par conséquent, l’utilisation du MCP peut contribuer à réduire la taille des systèmes de stockage de la chaleur, ce qui les rend plus adaptés aux applications résidentielles et commerciales. Le système de stockage à base de MCP imaginé dans le projet MCPBat est constitué d’un échangeur à plaques pouvant être chargé et déchargé simultanément. L’objectif du travail réalisé au LaTEP est de développer un modèle dynamique de ce stockage et d’un système solaire thermique combiné à une pompe à chaleur réversible, puis d’optimiser ce système complet sur des paramètres de conception. Le modèle développé intègre une façade solaire composée de panneaux thermiques non-vitrés (Batisol®), une pompe à chaleur réversible, des stockages avec des MCP, pour produire simultanément les besoins en climatisation, eau chaude sanitaire et chauffage basse température d’un bâtiment. Il décrit le comportement dynamique du système et permet de relier les variables d’état du système et ses paramètres de conception et de fonctionnement. Le modèle du stockage a ensuite été validé à partir de données expérimentales obtenues par l’I2M sur banc d’essai. Dans de futurs travaux, ce modèle sera utilisé pour optimiser le système de manière dynamique et déterminer les paramètres opératoires optimaux. Ces travaux de recherche s’intègrent au projet MCPBat, et impliquent la collaboration de plusieurs laboratoires, le LaTEP de Pau et l’I2M de Bordeaux, et de l’Institut pour la Transition Energétique (ITE) NOBATEK/INEF 4.

Work In Progress