Soutenance de thèse – Ramez RAJA
mercredi 03 juillet 2024 à 8h30 en Amphi Polytech, 2 Av. du Lac d’Annecy, 73370 Le Bourget-du-Lac
ETUDE DES ECOULEMENTS DE CONVECTION NATURELLE ET MIXTE POUR LE DEVELOPPEMENT DE SECHOIR ET D’ENVELOPPES SOLAIRES
Résumé:
La croissance démographique rapide et l’industrialisation ont entraîné une augmentation significative de la demande énergétique à l’échelle mondiale, malgré une baisse de 1 % en 2020 due à la pandémie de COVID-19. Malgré les progrès réalisés dans le domaine des énergies renouvelables, les combustibles fossiles restent prédominants. Le secteur du bâtiment, troisième consommateur d’énergie, contribue largement aux émissions de CO2. Les systèmes de chauffage, ventilation et climatisation (HVAC) représentent 50 à 60 % de la consommation d’énergie. L’intégration de la technologie photovoltaïque (PV) dans les bâtiments via le BIPV ou le BAPV permet de réduire la demande énergétique et les émissions de CO2. Cependant, l’efficacité des cellules PV est limitée par la génération de chaleur, ce qui rend nécessaire des méthodes de refroidissement passif telles que la convection naturelle pour maintenir les performances et la durabilité. Des technologies passives telles que les doubles façades, les murs Trombe et les cheminées solaires utilisent l’énergie solaire pour améliorer la ventilation dans les bâtiments. En particulier, les cheminées solaires murales offrent un refroidissement et une ventilation efficaces. S’appuyant sur le projet NAMICO, une cheminée solaire murale intérieure attenante à une pièce a été fabriquée à l’échelle au LOCIE pour recueillir des données fiables sur les systèmes BIPV double façade connectés à l’espace habitable via une ouverture d’entrée horizontale. Cette thèse évalue un banc d’essai modulaire en établissant des protocoles et des critères expérimentaux. Est investigué l’effet de la position et de la taille des fenêtres sur les performances de la cheminée solaire et du système de ventilation de la pièce. Sont également étudiés les effets de l’émissivité de surface, (0,08 ou 0,96) et du flux de chaleur injecté depuis le mur d’entrée du canal en forme de L(110 W/m², 235 W/m²). Les performances thermiques et cinématiques du canal sont évaluées en analysant les données de température des parois et en effectuant des mesures PIV une fois que le banc d’essai de la cheminée a atteint un état quasi stable. Le flux d’air moyenné dans le temps est mesuré et visualisé en deux dimensions spatiales. L’effet de la position et de la taille de la fenêtre de la pièce sur la ventilation est évalué en mesurant la température de l’air et en traçant la circulation de l’air avec un générateur de fumée. Un modèle simplifié unidimensionnel (SHBM) a également été développé. Il est validé à l’aide de données expérimentales. En conclusion, la géométrie de l’entrée de la cheminée affecte le champ thermique et la topologie du flux dans le canal vertical. L’augmentation du flux de chaleur renforce le champ thermique sur les parois et le flux d’air dans la cheminée sur les parois à émissivité faible et élevée. Une émissivité de surface plus élevée améliore le transfert de chaleur radiatif de paroi à paroi, modifiant les profils thermiques des parois et les flux d’air en passant d’un chauffage à une paroi à un chauffage asymétrique du canal. Par conséquent, la température de la paroi chauffée diminue d’autant que la température de la paroi opposée, recevant le rayonnement, augmente. De plus, le débit volumique d’air sortant de la cheminée est calculé comme étant plus élevé aux parois de cheminée à ε = 0,96 par rapport à ε = 0,08 sous le même flux de chaleur. Les arêtes des murs de l’entrée créent des zones de recirculation, la taille de ces structures étant affectée par le flux de chaleur et l’émissivité. Il a également été étudié que la taille et le placement de la fenêtre sur le mur de la pièce n’ont aucun effet notable sur les performances de la cheminée mais influencent la distribution de la température. L’approche de modélisation développée aide à prédire la ventilation
mais surestime les températures des parois de la cheminée.
Composition du jury :
Mme STÉPHANIE GIROUX Université Claude Bernard Lyon 1 – Rapporteure
M. Chengwang LEI The University of Sydney – Rapporteur
M. Steven ARMFIELD The University of Sydney – Examinateur
M. Marco FOSSA University of Genova – Examinateur
Mme Victoria TIMCHENKO University of New South Wales – Examinatrice
M. Martin THEBAULT CNRS – Examinateur
M. Christophe MENEZO Université de Savoie Mont-Blanc – Directeur de thèse
M. Mickael PAILHA Université de Savoie Mont-Blanc – Co-directeur de thèse