Vendredi 24 octobre 
Confort thermique : un avenir pour les 
matériaux à changement de phase ? 
Maïwenn LARNICOL, CRM – CR...
Avec le soutien de :
Confort thermique : un avenir pour les 
matériaux à changement de phase ? 
24 octobre 2014 – Liège créative 
M. Larnicol, ...
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Test de panneaux Energain dans un Algeco 
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Confort thermique : un avenir pour les matériaux à changement de phase ? par Maïwenn LARNICOL | LIEGE CREATIVE, 24.10.14

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Stocker l’excès de chaleur estivale à l’aide de matériaux à changement de phase (PCM) est un concept astucieux, utilisé pour améliorer le confort thermique dans les bâtiments à faible inertie thermique.

Fondé sur le principe de l’absorption de chaleur pendant leur fusion, les PCM vont limiter l’augmentation de la température ambiante, quand ils sont exposés à une source de chaleur supérieure à leur température de transformation solide-liquide.
Lorsque la température extérieure diminue, les PCM vont restituer la chaleur stockée et ainsi amortir les variations de température intérieure, capacité qui pourra aussi être mise à profit l’hiver pour modérer la facture énergétique.

Ces dernières années, de nombreuses solutions ont été expérimentées pour intégrer ces matériaux à changement de phase aux matériaux de construction et tester leur efficacité dans le bâtiment.

Nous vous proposons, le temps de cet exposé, de vous présenter le potentiel et les limitations liés à l’utilisation de ces matériaux rafraîchissants.

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Confort thermique : un avenir pour les matériaux à changement de phase ? par Maïwenn LARNICOL | LIEGE CREATIVE, 24.10.14

  1. 1. Vendredi 24 octobre Confort thermique : un avenir pour les matériaux à changement de phase ? Maïwenn LARNICOL, CRM – CRM GROUP | Metallic & Inorganic Coatings Department
  2. 2. Avec le soutien de :
  3. 3. Confort thermique : un avenir pour les matériaux à changement de phase ? 24 octobre 2014 – Liège créative M. Larnicol, N. Nutal, J. Crahay
  4. 4. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 2 « Bridge between science & market. Turning innovations into value creation »
  5. 5. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. CRM Group CRM Group is a research centre in metallurgy founded in 1948 Global budget (2013) >30 Mio € CRM Group integrates the talents and the assets of 230 researchers,PHD’s, technicians & employees En hanced capability to compete through innovation in the world economy Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 3
  6. 6. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. CRM Group – Locations Gent Ivoz-Ramet 4 Sart-Tilman Sart-Tilman Sart-Tilman Gent Liège EcoTechnoPôle Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 4
  7. 7. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. OPERATIONAL ORGANISATION"""CRM"Group" 5"""Opera(onal"units" 16"""Technical"ac(vi(es" Metal"Produc(on"&"Recycling" • Raw"material"processing" • Mel(ng"&"Refining" • Recycling"&"Valorisa(on" Metal"Processing" • Cas(ng,"solidifica(on" • Process"technology" • Product"metallurgy" Metal"Surface"&"Coa(ngs" • Metallic"Coa(ng" • Organic"Coa(ng" • Surface"func(onalisa(on" Metal"Applica(ons"&" Construc(on"solu(ons" • Building"&"Structure" • Civil"engineering" • Metal"Working"&"Assembly" • Solu(ons"&"In"use"proper(es" Industrial"solu(ons" • Engineering"&"Thermal"technologies" • Pilot"facili(es"&"Technologies"for"CCL" • Industrial"process"control"&" measurement" Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 5
  8. 8. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. CRM Group ! CRM Group’s Key R&D Pilot Facilities ! Pilot lines : ! Rotary hearth furnace ! Continuous casting ! Continuous hot rolling ! Annealing and hot dip galvanizing ! Vacuum deposition ! Surface treatment ! Organic coatings ! Electro galvanizing Continuous annealing & galvanising line Organic coating line Continuous hot rolling line Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 6
  9. 9. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 7 CRM Group – Industrial Members
  10. 10. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Plan de la présentation ❚ Contexte énergétique, notion de confort thermique et de stockage de chaleur ❚ Principe de fonctionnement des matériaux à changement de phases ❚ Présentation des différentes familles de matériaux à changement de phases : propriétés, avantages et inconvénients ❚ Domaines d’application ❚ Apport dans la construction ❚ Expériences du CRM sur les PCM ❚ Projet Mirage (Plan Marshall RW Pôle Mecatech) ❚ Projet Retermat (RW) ❚ Retour d’expériences de la littérature ❚ Conclusions Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 8
  11. 11. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Plan de la présentation ❚ Contexte énergétique, notion de confort thermique et de stockage de chaleur ❚ Principe de fonctionnement des matériaux à changement de phases ❚ Présentation des différentes familles de matériaux à changement de phases : propriétés, avantages et inconvénients ❚ Domaines d’application ❚ Apport dans la construction ❚ Expériences du CRM sur les PCM ❚ Projet Mirage (Plan Marshall RW Pôle Mecatech) ❚ Projet Retermat (RW) ❚ Retour d’expériences de la littérature ❚ Conclusions Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 9
  12. 12. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Contexte énergétique ❚ Réglementations thermiques européennes ❚ Objectif de diminution des rejets en CO2 ❚ Préservation des ressources naturelles ❚ Diminuer les pertes thermiques ❚ Incitation à une meilleure isolation thermique des bâtiments ❚ Conserver un niveau de confort élevé 43% de l’énergie résidentielle est utilisée pour le chauffage et le refroidissement de l’air ambiant. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 10
  13. 13. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. La notion de confort thermique " ”Etat de satisfaction du corps vis-à-vis de l’environnement thermique". " Varie d’un individu à l’autre. " Dépend du niveau d’activité physique. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 11
  14. 14. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 12 Existence de conditions d’ambiance optimales
  15. 15. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 13 Zone de confort thermique
  16. 16. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 14 Variation de la température ambiante
  17. 17. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Masse des bâtiments ⇔ température intérieure Bâtiment avec une forte inertie thermique: ❚ conserve une temperature stable. ❚ s’échauffe et se refroidit très lentement. Bâtiment avec une faible inertie thermique : ❚ suit sans amortissement ni retard les fluctuations de la température extérieure. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 15
  18. 18. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Parer à la surchauffe estivale des bâtiments ❚ En été, la surchauffe des bâtiments durant les périodes de forte chaleur devient un problème majeur. ❚ Comment améliorer le confort thermique des bâtiments à faible inertie ? ❚ Plusieurs possibilités: ❚ Augmenter la masse du bâtiment (inertie thermique) ❚ Réduire les apports solaires dans les bâtiments ❚ Installer des climatiseurs et / ou ❚ Stocker de l’énergie Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 16
  19. 19. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Problématique liée à l’installation des climatiseurs ❚ Le recours à des systèmes de climatisation électriques est de plus en plus fréquent. ⇒ en contradiction avec la recherche de la performance énergétique des bâtiments Si 2 millions de logements étaient équipés d’un système d’air conditionné ⇒ la puissance supplémentaire à fournir serait de 4.000 MW Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 17
  20. 20. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Pourquoi stocker de la chaleur? ❚ Améliorer le rendement entre la production d’énergie et la consommation ❚ La demande en énergie fluctue au cours de la journée ⇒ Fluctuations de la demande énergétique ⇒ Difficile à gérer! ⇒ Amortissement des pics nécessaires! Libération d’énergie Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 18 Stockage énergétique Stockage de chaleur Cas réel Cas idéal
  21. 21. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Pourquoi stocker de la chaleur? ❚ Réduire le gaspillage des énergies domestiques ❚ Le stockage de chaleur permet d’aider à diminuer les besoins en chauffage et climatisation ❚ Economiser ❚ Reporter la consommation énergétique la nuit lorsque le coût est plus bas ⇒ Libérer la chaleur stockée quand elle est nécessaire. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 19 Stockage énergétique
  22. 22. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 20 Solution de stockage énergétique Utiliser des matériaux à changement de phase
  23. 23. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Plan de la présentation ❚ Contexte énergétique, notion de confort thermique et de stockage de chaleur ❚ Principe de fonctionnement des matériaux à changement de phases ❚ Présentation des différentes familles de matériaux à changement de phases : propriétés, avantages et inconvénients ❚ Domaines d’application ❚ Apport dans la construction ❚ Expériences du CRM sur les PCM ❚ Projet Mirage (Plan Marshall RW Pôle Mecatech) ❚ Projet Retermat (RW) ❚ Retour d’expériences de la littérature ❚ Conclusions Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 21
  24. 24. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Définition ❚ Stockage de chaleur Specific heat Latent heat Liquid state Solid state Gazeous state Solid/liquid Solid/solid Liquid/gazeous Solid/gazeous Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 22
  25. 25. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Définition ❚ Les matériaux à changement de phases sont des composés qui absorbent et libèrent de la chaleur lors d’une transformation de phase (solide-liquide ou liquide gaz) à température constante. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 23 Stockage de chaleur ❚ Ex: l’eau ❚ Température de fusion : ~0°C => chaleur latente : 333kj/kg ❚ Equivalence : eau de 1 à 80°C => 332kj/kg ❚ Ex: fer ❚ Temperature de fusion : ~1540°C => chaleur latente : 247kj/kg ❚ Equivalence : chauffage du fer de 1 to 550°C => 247kj/kg
  26. 26. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Principe de fonctionnement des PCM ❚ Quand les PCM atteignent leur température de fusion, ils absorbent une quantité de chaleur sans devenir plus chaud. ❚ Quand la température ambiante chute, les PCM se solidifient libérant la chaleur latente stockée. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 24
  27. 27. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Stockage passif de chaleur dans les bâtiments ❚ L’énergie thermique apportée par les radiations solaires est stockée dans les murs (ou tout autre support) dans la journée). ⇒ Les PCM retardent l’augmentation de la température ambiante. ❚ L’énergie stockée dans les PCM est libérée la nuit dans la pièce quand la température diminue. Applied Energy Volume 86, Issue 10 Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 25
  28. 28. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Créer de l’inertie thermique en réduisant la masse ❚ Une paroi en plâtre de 1.5 cm avec des PCM présenterait la même capacité de stockage de chaleur qu’un mur de 9 cm en béton ou d’un mur en brique de 12 cm. ❚ Applicable en rénovation. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 26
  29. 29. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Plan de la présentation ❚ Contexte énergétique, notion de confort thermique et de stockage de chaleur ❚ Principe de fonctionnement des matériaux à changement de phases ❚ Présentation des différentes familles de matériaux à changement de phases : propriétés, avantages et inconvénients ❚ Domaines d’application ❚ Apport dans la construction ❚ Expériences du CRM sur les PCM ❚ Projet Mirage (Plan Marshall RW Pôle Mecatech) ❚ Projet Retermat (RW) ❚ Retour d’expériences de la littérature ❚ Conclusions Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 27
  30. 30. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Composés organiques (1/3) ❚ Paraffines (chaînes linéaires n-alcanes) Latent heat density [kJ/L] ❚ Structure : CH3(CH2)nCH3 Paraffin Compound Formula Melting point (°C) Latent heat (kJ/ kg) Density in solid state (g/L) n-Hexadecane C16H34 17 237 760 n-Eicosane C20H42 38 283 780 Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 28
  31. 31. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Composés organiques (2/3) ❚ Acides gras ❚ Structure : CH3(CH2)nCOOH Latent heat density [kJ/L] Fatty acids Compound Formula Melting point (°C) Latent heat (kJ/ kg) Density in solid state (g/L) Caprylic acid CH3(CH2)6COOH 16 149 981 Capric acid CH3(CH2)8COOH 32 153 1004 Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 29
  32. 32. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Composés organiques(3/3) ❚ Sucres (polyalcools) Latent heat density [kJ/L] ❚ Structure : HOCH2(CH(OH))nCH2OH Compound Formula Xylitol C5H7(OH)5 94 263 1520 Galactitol C6H8(OH)6 188 351 1420 Sugar alcohols Paraffines Melting point (°C) Latent heat (kJ/ kg) Density in solid state (g/L) Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 30
  33. 33. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Composés inorganiques (1/3) ❚ Sels hydratés (déshydratation) : Latent heat density [kJ/L] Salt hydrates Compound Melting point (°C) Latent heat (kJ/ kg) Density in solid state (g/L) CaCl2.6H2O 30 174 1802 LiNO3.2H2O 30 296 1460 MgCl2.6H2O 117 165 1569 Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 31
  34. 34. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Composés inorganiques (2/3) ❚ Sels purs Latent heat density [kJ/L] Nitrates Carbonates Chlorides Hydroxides Fluorides Compound Melting point (°C) Latent heat (kJ/ kg) Density in solid state (g/L) KNO3 333 266 1900 KOH 380 150 2044 NaCl 800 492 2160 K2CO3 897 236 2290 KF 857 452 2370 Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 32
  35. 35. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Composés inorganiques (3/3) ❚ Métaux (large plage de température et gamme variable en stockage de chaleur) Compound Melting point (°C) Latent heat (kJ/ kg) Density in solid state (g/L) Lithium 180 432 530 Tin 232 58.5 7280 Zinc 420 113 7180 Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 33
  36. 36. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Composés eutectiques ❚ Large gamme de composés => large domaine de température et quantité de chaleur stockée variable Sel + sel hydraté Sel + eau Sels Solutions mixtes d’organiques Alliages métalliques Compound Melting point (°C) Latent heat (kJ/ kg) Density in solid state (g/ L) CaCl2 + MgCl2.6H2O (50/50) 25 95 1590 NaCl + H2O (22.4/77.6) -21 222 1108 KNO3 + NaNO3 (54/46) 222 100 2050 Miristic acid + Capric acid (34/66) 24 147 1018 CuZnSi (74/19/7) 765 125 7170 Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 34
  37. 37. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Propriétés des paraffines ❚ Une chaleur de fusion entre 180 et 230kJ/kg ❚ Pas de ségrétation de phases ❚ Variation de volume pendant le changement de phase (jusqu’à 15%) ❚ Faible conductivité thermique (0.18-0.25 W/mK) ❚ Chimiquement stable et inerte ❚ Surfusion négligeable ❚ Non toxique, 100% recyclable ❚ Inflammable ❚ Un coût variable en fonction de la pureté Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 35
  38. 38. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Propriétés des sels hydratés ❚ Une chaleur de fusion élevée par unité de volume ❚ Une conductivité thermique plus élevée que les paraffines (le double) ❚ Une faible variation de volume pendant le changement de phase ❚ Une bonne compatibilité avec le plastique ❚ Une certaine toxicité ❚ Une certaine corrosivité ❚ Problèmes de surfusion et de séparation de phases ❚ Un coût variable Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 36
  39. 39. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Problèmes liés aux sels hydratés ❚ La surfusion Cas idéal Cas réel ❚ La température de changement d’état évolue avec le temps et le nombre de cycles thermiques. ❚ Pour se solidifier, le composé doit atteindre une température plus basse que requise (parfois plusieurs dizaines de degrés) ❚ Solutions : utiliser des agents de nucléation ou provoquer la solidification à l’aide d’une source froide. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 37
  40. 40. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Problèmes liés aux PCM ❚ Faible conductivité thermique ❚ Ralentit les échanges thermiques, diminue le taux de stockage / déstockage de la chaleur pendant les cycles de fusion / solidification. ❚ Solutions : ❚ Accroître la diffusivité thermique en utilisant des ailettes, une matrice métallique ou de la mousse conductrice en fibre de carbone. ❚ Favoriser une grande surface d’échange ❚ Choisir un conditionnement adapté Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 38
  41. 41. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Problèmes liés aux PCM ❚ Changement de volume et/ou fuite de matière liquide ❚ Solutions : utiliser la macro-encapsulation (sacs, bouteilles plastiques, boîtes en fer blanc, sphères, nodules…) ❚ Limite la séparation de phase ❚ Améliore le transfert de chaleur ❚ Sert de structure autoporteuse aux PCM Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 39
  42. 42. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Problèmes liés aux PCM ❚ Compatibilité avec les autres matériaux ❚ Emballage métalliques: problème de corrosion avec les PCM inorganiques ❚ Emballages plastiques : perte de stabilité ❚ Solutions : Réaliser des tests de compatibilité et choisir le container adéquat Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 40
  43. 43. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Problèmes liés aux PCM ❚ Changement de volume et/ou fuite de matière liquide ❚ Solutions : utiliser la micro-encapsulation ❚ Permet d’éviter une séparation de phase trop importante ❚ Améliore le transfert de chaleur ❚ Applicable à une large gamme de PCM organique et inorganique ❚ S’intègre à diverses matrices (enduits, plâtre…) J.W. Salari, 2011, Thesis:”Pickering emulsions, colloidosomes & micro-encapsulation” Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 41
  44. 44. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Autre forme de conditionnement ❚ Absorption sur matériaux poreux: plâtre, béton, mousse ❚ Absorption/adsorption dans des poudres sèches de silice Plaque de plâtre Knauf PCM SmartBoard ® Micronal ® Béton cellulaire H + H Deutschland GmbH CelBloc Plus ® Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 42
  45. 45. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Plan de la présentation ❚ Contexte énergétique, notion de confort thermique et de stockage de chaleur ❚ Principe de fonctionnement des matériaux à changement de phases ❚ Présentation des différentes familles de matériaux à changement de phases : propriétés, avantages et inconvénients ❚ Domaines d’application ❚ Apport dans la construction ❚ Expériences du CRM sur les PCM ❚ Projet Mirage (Plan Marshall RW Pôle Mecatech) ❚ Projet Retermat (RW) ❚ Retour d’expériences de la littérature ❚ Conclusions Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 43
  46. 46. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 44 Textile
  47. 47. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Stockage de chaleur ❚ Centrale solaire / Système spaciaux ❚ Stockage de chaleur solaire ❚ Production d’eau chaude ❚ Applications médicales ❚ Alimentation: transport, restaurant, glaces Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 45
  48. 48. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Stockage de chaleur ❚ Refroidissement et pré-chauffage des moteurs électriques ❚ Protection thermique des systèmes électroniques ❚ Securité: maintenance d’un niveau de température dans des locaux comprenant des systèmes électriques/ électroniques ❚ Amortir les pics de transformations énergétiques durant des réactions chimiques Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 46
  49. 49. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Plan de la présentation ❚ Contexte énergétique, notion de confort thermique et de stockage de chaleur ❚ Principe de fonctionnement des matériaux à changement de phases ❚ Présentation des différentes familles de matériaux à changement de phases : propriétés, avantages et inconvénients ❚ Domaines d’application ❚ Apport dans la construction ❚ Expériences du CRM sur les PCM ❚ Projet Mirage (Plan Marshall RW Pôle Mecatech) ❚ Projet Retermat (RW) ❚ Retour d’expériences de la littérature ❚ Conclusions Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 47
  50. 50. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Le stockage de l’énergie thermique dans le bâtiment ❚ Réduction des pics de demande en énergie ❚ Réduction des coûts par la consommation d’électricité en heures creuses ❚ Utilisation des apports solaires : production décalée ❚ Rejet différé de la chaleur (ventilation nocturne) ❚ Amélioration du confort par lissage des fluctuations ❚ Suppression des surchauffes ⇒ Réduction de la consommation énergétique Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 48
  51. 51. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Caractéristiques du PCM dans une paroi ❚ Température de fusion du PCM choisie dans la gamme de confort thermique la mieux adaptée. ❚ Chaleur latente la plus élevée possible pour utiliser le moins de matériaux possible. ❚ Densité du matériau élevée pour assurer un stockage compact ❚ Conductivité thermique la plus élevée possible ❚ Changement de volume faible, pas de surfusion ❚ Bon marché et disponible ❚ Bonne tenue au feu de la paroi et pas d’émission de composants volatiles ❚ Répartition judicieuse du PCM dans la paroi (int, ext…) Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 49
  52. 52. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Méthodes d’incorporation des PCM aux matériaux de construction ❚ Incorporation directe des PCM au mélange humide des matériaux de construction ❚ Incorporation directe par imprégnation du PCM fondu aux matériaux poreux ❚ Incorporation indirecte par encapsulation ❚ Incorporation directe dans des revêtements (plastiques, caoutchouc, polyuéthane ❚ Incorporation de granulats Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 50
  53. 53. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Plaques de plâtre Composite PCM Melting point (°C) Freezing point (°C) Latent heat (J/g) Methyl palmitate-sterate/ gypsum 22.6 23.8 41 Dodecanol/gypsum 20 21 47 Dodecanol/pumice concrete block 12 14.9 12.7 Capric–lauric acids/gypsum 19.1 35.2 Capric acid/perlite 31.8 31.6 98.1 Capric acid/perlite 31.8 31.6 98.1 Capric–lauric acids/gypsum 15.0 24.3 39 Emerest2326/gypsum 16.9 19.3 35 Composite PCM 13.6 23.5 106 Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 51
  54. 54. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Comparaison PCM / air conditionné ❚ Simulations BASF Utilisation 50 jours 5h/jour 0.19 euros / 1 kWh Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 52
  55. 55. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Chauffage par le sol ❚ Circulation d’eau ou utilisation de résistances électriques ❚ Pas de tarif heures creuses ❚ Température de dalle ~30°C ❚ Ajout de PCM: stockage de chaleur latente pendant les heures creuses ❚ Autorégulation de la température de la pièce Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 53
  56. 56. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Technologies existantes ❚ Injection de PCM dans des capsules coniques ❚ Sels hydratés, 29°C ❚ Capsules en polyéthylène haute densité / PVC thermoformé / scellage thermique feuille aluminisée polyéthylène / PVC / polyester ❚ Fabrication en bande des capsules posées sur l’isolant ❚ Tubes et cables passent entre le capsules, en fonction de la source d’énergie choisie Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 54
  57. 57. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 55 Chauffage par le sol ❚ Granulés de paraffine pour système de chauffage électrique
  58. 58. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 56 Système de stockage passif
  59. 59. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Système de stockage avec décharge active " Exemple d’application aux plafonds : # Plafonds réfrigérés avec une plaque métallique d’un côté (pour l’accrochage), et un plaque de plâtre « Micronal PCM SmartBoard » : ILKA ZELL (D) Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 57
  60. 60. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Application verre : PCM comme source de chaleur pour l’hiver... Parois modulables en verre Heatable partition walls: an additional heat source for extremely cold days Solar house Ebnat-Kappel / Switzerland(2000) Architect: Dieter Schwarz, Domat / Ems (Switzerland) Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 58
  61. 61. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Et pour l’été... • Isolation thermique translucide • Protection contre la chaleur excessive • Transformation de l'énergie • Collecteur thermique Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 59
  62. 62. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Autres développements ❚ Stockage des PCM dans les gaines de chauffage et de refroidissement ❚ Préchauffage de l’air des pompes à chaleur ❚ Chauffe-eau avec PCM. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 60
  63. 63. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Plan de la présentation ❚ Contexte énergétique, notion de confort thermique et de stockage de chaleur ❚ Principe de fonctionnement des matériaux à changement de phases ❚ Présentation des différentes familles de matériaux à changement de phases : propriétés, avantages et inconvénients ❚ Domaines d’application ❚ Apport dans la construction ❚ Expériences du CRM sur les PCM ❚ Projet Mirage (Plan Marshall RW Pôle Mecatech) ❚ Projet Retermat (RW) ❚ Retour d’expériences de la littérature ❚ Conclusions Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 61
  64. 64. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. ❚ Projet : MIRAGE Améliorer le confort thermique des bâtiments à faible inertie thermique 2008-2011 Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 62
  65. 65. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Mission ❚ CoRI: ❚ Intégration de PCM dans différentes matrices (PUR, mortier epoxy, résine biosourcée) sur support acier. ❚ Préparation de panneaux de petits formats (A4) ❚ Caractérisation thermique (DSC) et microstructurale des matrices intégrants des PCM Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 63
  66. 66. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Mission ❚ CRM : ❚ Test de différentes matrices ❚ Préparation de panneaux de grands formats (plusieurs m²) ❚ Caractérisation thermique (DSC) + T-history ❚ Evaluation du comportement thermique de ces panneaux dans un bâtiment en exposition intérieure naturelle. ❚ Test dans bâtiments expérimentaux Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 64
  67. 67. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Mission Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 65 ❚ BCT ❚ Etablissement de simulations utilisant les résultats expérimentaux des mesures de température des PCM pour prédire le comportement thermique des PCM.
  68. 68. Test de panneaux Energain dans un Algeco ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. • Etude comparative de deux bâtiments modulaires • Ventilation nocturne (20°C) • 238 kg de PCM introduit / panneaux de 20 mm d’épaisseur • Simulation du bâtiment avec Trnsys Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 66
  69. 69. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Quantité de PCM théorique nécessaire pour maintenir une température inférieure à 25 °C dans l'Algeco Panneaux Energain placé dans les faux-plafonds : " Absorption théorique de 4.6 kWh " Maximum de chaleur absorbée : 3.0 kWh # Efficacité de 63% " Quantité de froid nécessaire pour maintenir une température de 25°C dans l’algeco pour les conditions météo estivales : 9.9 kWh Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 67
  70. 70. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Préconisations ❚ Introduction de PCM dans un bâtiment ❚ Quantité de PCM conséquente (~300 kg) pour Algeco ❚ Favoriser le maximum de surface d’échange ❚ Favoriser le chauffage et refroidissement naturel des panneaux ❚ Réfrigération nocturne pour décharger complètement les PCM la nuit. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 68
  71. 71. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 69 69 Préparation de panneaux Panneau de 0.8 m² (épaisseur : 2,2 cm) Serpentin Cu pour la décharge active des PCM 15 kg de Polyuréthane + 4.25 kg de PCM Chaleur stockée : 467 kJ soit 130 Wh
  72. 72. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 70 What’s a Phase Change Material (PCM)? ❚ Propriétés thermiques ❚ Differential scanning calorimetry (DSC) Outils de caractérisation des propriétés thermiques des PCM Temperature (°C) Heat flow (mw/g)
  73. 73. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Umicore- 06/01/2010 - PCM 71 Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 71 Micronal
  74. 74. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Umicore- 06/01/2010 - PCM 72 Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 72 Paraffine brute RT20
  75. 75. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Développement d’un T-history ❚ Propriétés thermodynamiques des PCM et autres matériaux ❚ Cp (solide, liquide), ΔH ❚ Masse analysée plus élevée qu’en DSC n-octadecane Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 73
  76. 76. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Caractérisation des propriétés thermiques des PCM ❚ Avantages /limites des deux méthodes DSC T-history ΔH Cp Température de fusion Précision Ok $ ~ok % Masse d’échantillon ~1-10mg & ~10g $ Prix Elevé & Bon marché $ Visualisation surfusion Nombre d’échantillons analysés 1 & >2 $ Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 74
  77. 77. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 75 Essais en ambiance estivale
  78. 78. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. PU : effet croissant Tendance sur plusieurs jours CH2 PU 0,8 m² CH4 air CH6 PU + 25% CH7 PU Ref Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 76 32 30 28 26 24 22 20 18 08:30 20:30 08:30 20:30 08:30 20:30 08:30 20:30 08:30 T(°C) Time
  79. 79. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 77 PU : Efficacité jusqu’à 15h30
  80. 80. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Barreaux métalliques + PCM Chauffage Pur PCM : 32g/barreau Total = 256g Phase liquide + PCM : 70g dont 14g de PCM; Total = 112g Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 78 50 45 40 35 30 25 20 10:13 10:23 10:33 10:43 10:53 11:03 11:13 11:23 11:32 11:42 11:52 T(°C) Time CH11*ambiance*PCM*+*colle CH13*Barreau*PCM*+*colle CH14*ambiance*PCM CH15*Barreau*PCM
  81. 81. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Calcul énergétique (kJ) Ti#=#21.2°C,#Tf#=#27°C Barreau#PCM Barreau#H2O#+#PCM Barreau#pur#H2O Phase&solide 3 1 0 Fusion 29 13 0 Phase&liquide 0 0 0 Eau 0 11 20 Energie&totale&stockée 32 24 20 Ti#=#21.2°C,#Tf#=#37.7°C Barreau#PCM Barreau#H2O#+#PCM Barreau#pur#H2O Phase&solide 3 5 0 Fusion 29 13 0 Phase&liquide 5 2 0 Eau 0 31 57 Energie&totale&stockée 45 50 57 Si large plage de montée en température, l’eau devient compétitive! Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 79
  82. 82. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 80 ❚ Projet : MIRAGE ❚ Installation Confort thermique- Bâtiment à faible inertie thermique
  83. 83. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 81 Implantation des PCM
  84. 84. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 82 Climsel C22
  85. 85. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 83 Micronal (23°C)
  86. 86. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 84 Eau Day 1 Day 2
  87. 87. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 85 Projet RETERMAT Revêtements intérieurs à base de MCP pour une régulation thermique des bâtiments
  88. 88. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Missions ❚ Mesure précise des caractéristiques énergétiques des PCM ❚ Etude des PCM disponibles sur le marché ❚ Préparation de panneaux d’enduit Maxit ❚ Tests dans 2 cellules jumelées identiques ❚ Test d’enduits ❚ Test d’éléments métalliques + PCM ❚ Test de textiles ❚ Simulation numérique d’un bâtiment Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 86
  89. 89. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Missions ❚ Préparation de structures métalliques avec PCM ❚ Travail sur la décharge active des PCM par circulation d’eau. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 87
  90. 90. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 88 Structures métalliques avec PCM (Micronal et Micronal + eau)
  91. 91. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 89 Chaise avec PCM 89
  92. 92. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 90 Vérandas expérimentales du CSTC
  93. 93. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Résultats sur le projet ❚ 100kg PCM permettent d’induire une variation de la température ambiante de 1.9°C ❚ Epaisseur enduit : maximum 15 à 20 mm ❚ Au delà, pas plus d’efficacité. ❚ Meilleure efficacité des PCM avec l’eau ❚ Décharge active aussi améliorée. ❚ Simulation PROBE: 1 à 5 kg/m² de PCM en fonction des conditions d’utilisation du bâtiment. ❚ D’une manière générale, problème de décharge lorsque plusieurs jours chauds se succèdent. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 91
  94. 94. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Préconisations CSTC ❚ L’utilisation des PCM ne change pas les principes généraux de lutte contre la surchauffe ❚ Réduire les gains solaires et internes (éclairage) ❚ Ventiler intensivement la nuit. ❚ Rendre accessible la masse thermique stockée pour une meilleure efficacité. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 92
  95. 95. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Plan de la présentation ❚ Contexte énergétique, notion de confort thermique et de stockage de chaleur ❚ Principe de fonctionnement des matériaux à changement de phases ❚ Présentation des différentes familles de matériaux à changement de phases : propriétés, avantages et inconvénients ❚ Domaines d’application ❚ Apport dans la construction ❚ Expériences du CRM sur les PCM ❚ Projet Mirage (Plan Marshall RW Pôle Mecatech) ❚ Projet Retermat (RW) ❚ Retour d’expériences de la littérature ❚ Conclusions Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 93
  96. 96. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 94 Un certain nombre d’études réalisées en Europe : Titre de l’exposé
  97. 97. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Retour d’expériences M. Ahmad , 2004, PhD Thesis ❚ PCM incorporés dans des granulats + conditionnement en vrac dans une paroi en polycarbonate ❚ Nécessité d’incorporer une grande quantité de granulats compte-tenu de la faible proportion de paraffine. ❚ Peu d’échange réactif des granulats avec l’ambiance ❚ Incorporation d’un PCM liquide (PEG600) dans un panneau en polycarbonate ❚ Déterioration du panneau dû au cyclage thermique Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 95
  98. 98. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Retour d’expériences M. Ahmad , 2004, PhD Thesis ❚ Utilisation d’un panneau plus souple en PVC pour conditionner un PCM liquide PEG600 ❚ Meilleure tenue du panneau aux sollications thermique. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 96
  99. 99. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Retour d’expériences CSTB ❚ « Intérêt des PCM dans la rénovation des bâtiments tertiaires à structure légère, afin de renforcer leur inertie thermique et améliorer leur confort d’été. ❚ Si les PCM sont écologiques, ils sont aussi économiques : une étude réalisée en 2007 par le Centre de Thermique de Lyon évalue un retour sur investissement à 8 ans. » ❚ Intérêt pour un couplage PCM + super isolant (VIP) afin de réaliser une enveloppe légère présentant à la fois une bonne isolation et une inertie thermique significative. http://www.techniques-ingenieur.fr/actualite/environnement-thematique_191/pour-une-climatisation-passive-des-batiments-les-materiaux-a-changement- de-phase-article_73628/ Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 97
  100. 100. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Plan de la présentation ❚ Contexte énergétique, notion de confort thermique et de stockage de chaleur ❚ Principe de fonctionnement des matériaux à changement de phases ❚ Présentation des différentes familles de matériaux à changement de phases : propriétés, avantages et inconvénients ❚ Domaines d’application ❚ Apport dans la construction ❚ Expériences du CRM sur les PCM ❚ Projet Mirage (Plan Marshall RW Pôle Mecatech) ❚ Projet Retermat (RW) ❚ Retour d’expériences de la littérature ❚ Conclusions Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 98
  101. 101. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Conclusions ❚ L’utilisation des matériaux à changement de phases constitue une solution intéressante pour améliorer l’inertie thermique des structures légères des bâtiments. ❚ Il est cependant nécessaire de bien sélectionner le PCM utilisé en fonction des variations de la température du bâtiment. ❚ Une ventilation naturelle n’est pas suffisante pour décharger le PCM quand la chaleur est présente plusieurs jours de suite. ❚ Le couplage des PCM avec à un système de décharge dynamique est à considérer pour s’affranchir de la climatisation: recourir à des solutions mixtes? ❚ Solution du futur : l’utilisation conjointe de PCM avec une source d’énergie d’origine renouvelable comme une cuve avec PCM + une pompe à chaleur. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 99
  102. 102. ©CRM Group - All rights reserved for all countries. Cannot be disclosed, used, or reproduced without prior written specific authorization of CRM Group - CONFIDENTIAL - Privileged Information - CRM Group proprietary information. Pourquoi les PCM ont du mal à s’implanter sur le marché ❚ les PCM intégrés dans des finitions « ne prennent pas » car il y a le coût, et le fait que les PCM ne sont pas pris en compte dans les logiciels qui permettent de calculer les performances énergétiques d’un bâtiment. (PEB en Belgique et RT2012 en France). ❚ Les logiciels de simulation thermique dynamique (Trnsys, Energyplus) commencent à les prendre en compte pour une utilisation dans les parois mais cela reste plus complexe pour simuler des systèmes. ❚ Le format des panneaux proposés n’est pas toujours adéquat pour des applications bâtiment. ❚ Le coût des PCM reste élevé, peu d’approvisionnement grand public. Confort thermique : un avenir pour les matér ia ux à changement de phases – 24 octobre 2014 100

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