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Maxime Thomas
Avril-Septembre 2012
Choix du stage:
• Domaine d’application
• Entreprise: valeurs, structure,
innovation
Stage:
• Etude de consulting Alsolen
• Outil de dimensionnement
• Petite Maison ZEN (PMZ)
• Généralisation du dimensionnement
d’Aedomia à d’autres bâtiments
I) Présentation générale
1) Cythelia
2) Maison ZEN
3) Aedomia
II) Stage ingénieur
1) Dimensionnement de l’extraction d’air sous toiture
2) Calculs de dimensionnement d’Aedomia
3) Mise en forme du tableur et guide d’utilisation
4) Objectifs pour la fin du stage
III) Retour sur expérience
1) Difficultés rencontrées
2) Bilan personnel
IV) Conclusion
1) Cythelia
5 services
• 3 bureau d’études
 PV
 Bilan Carbone et ACV
 Energétique du bâtiment et BBC
• Recherche & Développement
 Energétique du bâtiment
• Développement de logiciels
 Archelios, Abatia
Valeurs de l’entreprise
• Protection de l’environnement
• Satisfaction de la clientèle
• Innovation
• Argent au service du développement
• Indépendance vis-à-vis de la publicité ou des fournisseurs
• Partage des connaissances
2) Maison ZEN (Zero Energy Net)
Concept
• Bilan énergétique neutre voire positif
• Exigences de la RT 2012
• Empreinte écologique minimale
Conception
• Conception bioclimatique
• Efficacité sobriété énergétique
• Toiture photovoltaïque
• Monitoring
3) Aedomia
5 besoins
• Couverture
• Electricité
• Eau chaude Sanitaire
Fonctionnement
• Captage des calories/frigories
• Pompe A Chaleur
• Stockage + déphasage pour le
chauffage/climatisation
• Performances PV et COP améliorés
Origine du projet
• Construction de la MZ
• Programme de recherche « PACair+PV »
• Chaud
• Froid
HVAC system powered
by heat from PV solar
panels
I) Présentation générale
1) Cythelia
2) Maison ZEN
3) Aedomia
II) Stage ingénieur
1) Dimensionnement de l’extraction d’air sous toiture
2) Calculs de dimensionnement d’Aedomia
3) Mise en forme du tableur et guide d’utilisation
4) Objectifs pour la fin du stage
IV) Retour sur expérience
1) Difficultés rencontrées
2) Bilan personnel
V) Conclusion
1) Dimensionnement de l’extraction d’air sous toiture
Vitesse élevée au centre
Caisson triangulaire pour le
dimensionnement du prototype
de la PMZ
Simulation sous Open FOAM
Open FOAM
• Open Source Linux
• Pas d’interface
Simulation
dans le
terminal
Maillage
Conditions
de bord +
Conditions
initiales
Solver
Anlayse des
résultats +
modifications
Génération du maillage
• Géométrie choisie
• Programme Matlab
Conditions initiales
et conditions de bord
• P=0 Pa aux inlets
• V=4 m/s à l’outlet
• V=0 m/s aux parois
Solver
• SimpleFoam
• Modèle k-epsilon pour
fluide incompressible et
turbulent (Re ≈ 105
)
Résultat de la 1ère simulation
• Convergence des résultats
• Régler le maillage aux parois
• Alléger la simulation
• Dimensionner les veines d’extraction
Idées de simplifications
• Suppression de parallélépipèdes  inlet et outlet = faces intégrées au cylindre
• Considérer un problème 2D
HVAC system
powered by heat from
PV solar panels
2) Calculs de dimensionnement d’Aedomia
Rendement d’échangeur
• Constructeur = 75%
• Réel = 65% maximum
• Influence des débits nulle
• Influence de la
condensation:
Calcul de la température de
rosée de l’air chaud
 Comparaison à la
température d’eau froide
Calcul des températures à l’échangeur et puissances échangées
COP
+
Températures
+
Puissances échangées
PPAC + Tair entrée
Calcul
itératif
Dimensionnement du prototype de la PMZ:
• Température en sortie de modules estimée
• Débits d’air et d’eau glycolée connus
• Puissance souhaitée = PPAC
• Echangeur sous dimensionné
Comparaison avec des valeurs mesurées
9 Février 2012 à 13h30, température extérieure = 0°C
Entrées Résultats
Valeurs
mesurées
I = 600W.m-2
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Puissance
transmise à l’eau:
Peau=3,63kW
 Cause d’une telle différence: imprécision des mesures + éventuelles pertes
Puissance perdue
par l’air :
Pair=3,97kW
Intégration des pertes thermiques dans le calcul du volume du ballon
Démarche
• Calcul du volume du ballon
• Discrétisation horaire des pertes
• Itérations
Eballon = ρVballon Cp (Tchargé -Tdéchargé)
Eballon = Echauffage +Epertes
Ppertes = (Tchargé -Tdéchargé)/Rthermique
Dimensionnement du ballon de la PMZ:
• Températures chargé/déchargé
• Besoins journaliers en chauffage
• Estimation des pertes thermiques
3) Mise en forme d’un tableur et guide d’utilisation
Onglet principal
Autres onglets pour
les calculs des macros
Presentation Internship Cythelia
Guide d’utilisation pour un futur dimensionnement d’Aedomia
Amélioration du tableur
• Ajouter d’autres indicateurs et conseils de dimensionnement
• Intégrer différents modèles de PAC
• Intégrer les pertes thermiques entre
échangeur et PAC
Validation des résultats
• Comparaison tableur/mesures
Simplification des simulations CFD
• Résultats pour une géométrie plus simple
• Transfert en langage Scilab
4) Objectifs pour la fin du stage
I) Présentation générale
1) Cythelia
2) Maison ZEN
3) Aedomia
II) Stage ingénieur
1) Dimensionnement de l’extraction d’air sous toiture
2) Calculs de dimensionnement d’Aedomia
3) Mise en forme du tableur et guide d’utilisation
4) Objectifs pour la fin du stage
III) Retour sur expérience
1) Difficultés rencontrées
2) Bilan personnel
IV) Conclusion
Adaptation
• Outils informatique
• Continuer le travail d’un autre ingénieur
• Open FOAM
Gestion du temps et objectifs fixés
• Efficacité dans la manière de travailler
• Ordre de priorité
1) Difficultés rencontrées
Bilan des compétences et connaissances acquises
• Programmation
• Simulations CFD (Computational Fluid Dynamics)
• Energétique du bâtiment
• Marchés et politiques internationales en énergies renouvelables
Enseignements tirés pour mon avenir professionnel
• Intérêt pour les énergies
• Travail en équipe et communication
• Contacts extérieurs
2) Bilan personnel
CFD
Outil de dimensionnement
• Tableur fonctionnel
• Possibilités d’amélioration
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• Stage intéressant
• Répartition du travail
• Travail en R&D
• Ambiance conviviale
• Impression en tant qu’habitant de la PMZ
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Presentation Internship Cythelia

  • 2. Choix du stage: • Domaine d’application • Entreprise: valeurs, structure, innovation Stage: • Etude de consulting Alsolen • Outil de dimensionnement • Petite Maison ZEN (PMZ) • Généralisation du dimensionnement d’Aedomia à d’autres bâtiments
  • 3. I) Présentation générale 1) Cythelia 2) Maison ZEN 3) Aedomia II) Stage ingénieur 1) Dimensionnement de l’extraction d’air sous toiture 2) Calculs de dimensionnement d’Aedomia 3) Mise en forme du tableur et guide d’utilisation 4) Objectifs pour la fin du stage III) Retour sur expérience 1) Difficultés rencontrées 2) Bilan personnel IV) Conclusion
  • 4. 1) Cythelia 5 services • 3 bureau d’études  PV  Bilan Carbone et ACV  Energétique du bâtiment et BBC • Recherche & Développement  Energétique du bâtiment • Développement de logiciels  Archelios, Abatia Valeurs de l’entreprise • Protection de l’environnement • Satisfaction de la clientèle • Innovation • Argent au service du développement • Indépendance vis-à-vis de la publicité ou des fournisseurs • Partage des connaissances
  • 5. 2) Maison ZEN (Zero Energy Net) Concept • Bilan énergétique neutre voire positif • Exigences de la RT 2012 • Empreinte écologique minimale Conception • Conception bioclimatique • Efficacité sobriété énergétique • Toiture photovoltaïque • Monitoring
  • 6. 3) Aedomia 5 besoins • Couverture • Electricité • Eau chaude Sanitaire Fonctionnement • Captage des calories/frigories • Pompe A Chaleur • Stockage + déphasage pour le chauffage/climatisation • Performances PV et COP améliorés Origine du projet • Construction de la MZ • Programme de recherche « PACair+PV » • Chaud • Froid HVAC system powered by heat from PV solar panels
  • 7. I) Présentation générale 1) Cythelia 2) Maison ZEN 3) Aedomia II) Stage ingénieur 1) Dimensionnement de l’extraction d’air sous toiture 2) Calculs de dimensionnement d’Aedomia 3) Mise en forme du tableur et guide d’utilisation 4) Objectifs pour la fin du stage IV) Retour sur expérience 1) Difficultés rencontrées 2) Bilan personnel V) Conclusion
  • 8. 1) Dimensionnement de l’extraction d’air sous toiture Vitesse élevée au centre Caisson triangulaire pour le dimensionnement du prototype de la PMZ Simulation sous Open FOAM
  • 9. Open FOAM • Open Source Linux • Pas d’interface Simulation dans le terminal Maillage Conditions de bord + Conditions initiales Solver Anlayse des résultats + modifications
  • 10. Génération du maillage • Géométrie choisie • Programme Matlab
  • 11. Conditions initiales et conditions de bord • P=0 Pa aux inlets • V=4 m/s à l’outlet • V=0 m/s aux parois Solver • SimpleFoam • Modèle k-epsilon pour fluide incompressible et turbulent (Re ≈ 105 ) Résultat de la 1ère simulation • Convergence des résultats • Régler le maillage aux parois • Alléger la simulation • Dimensionner les veines d’extraction
  • 12. Idées de simplifications • Suppression de parallélépipèdes  inlet et outlet = faces intégrées au cylindre • Considérer un problème 2D
  • 13. HVAC system powered by heat from PV solar panels
  • 14. 2) Calculs de dimensionnement d’Aedomia Rendement d’échangeur • Constructeur = 75% • Réel = 65% maximum • Influence des débits nulle • Influence de la condensation: Calcul de la température de rosée de l’air chaud  Comparaison à la température d’eau froide
  • 15. Calcul des températures à l’échangeur et puissances échangées COP + Températures + Puissances échangées PPAC + Tair entrée Calcul itératif Dimensionnement du prototype de la PMZ: • Température en sortie de modules estimée • Débits d’air et d’eau glycolée connus • Puissance souhaitée = PPAC • Echangeur sous dimensionné
  • 16. Comparaison avec des valeurs mesurées 9 Février 2012 à 13h30, température extérieure = 0°C Entrées Résultats Valeurs mesurées I = 600W.m-2 Text = 0°C Tc = 45°C ηéch = 60% Tair entrée 9,3°C 10,9°C Tair sortie 4,2°C 4°C Teau entrée -0,1°C -2,2°C Teau sortie 2,7°C 3,4°C Péch 3,78 kW 3,63 kW Puissance transmise à l’eau: Peau=3,63kW  Cause d’une telle différence: imprécision des mesures + éventuelles pertes Puissance perdue par l’air : Pair=3,97kW
  • 17. Intégration des pertes thermiques dans le calcul du volume du ballon Démarche • Calcul du volume du ballon • Discrétisation horaire des pertes • Itérations Eballon = ρVballon Cp (Tchargé -Tdéchargé) Eballon = Echauffage +Epertes Ppertes = (Tchargé -Tdéchargé)/Rthermique Dimensionnement du ballon de la PMZ: • Températures chargé/déchargé • Besoins journaliers en chauffage • Estimation des pertes thermiques
  • 18. 3) Mise en forme d’un tableur et guide d’utilisation Onglet principal Autres onglets pour les calculs des macros
  • 20. Guide d’utilisation pour un futur dimensionnement d’Aedomia
  • 21. Amélioration du tableur • Ajouter d’autres indicateurs et conseils de dimensionnement • Intégrer différents modèles de PAC • Intégrer les pertes thermiques entre échangeur et PAC Validation des résultats • Comparaison tableur/mesures Simplification des simulations CFD • Résultats pour une géométrie plus simple • Transfert en langage Scilab 4) Objectifs pour la fin du stage
  • 22. I) Présentation générale 1) Cythelia 2) Maison ZEN 3) Aedomia II) Stage ingénieur 1) Dimensionnement de l’extraction d’air sous toiture 2) Calculs de dimensionnement d’Aedomia 3) Mise en forme du tableur et guide d’utilisation 4) Objectifs pour la fin du stage III) Retour sur expérience 1) Difficultés rencontrées 2) Bilan personnel IV) Conclusion
  • 23. Adaptation • Outils informatique • Continuer le travail d’un autre ingénieur • Open FOAM Gestion du temps et objectifs fixés • Efficacité dans la manière de travailler • Ordre de priorité 1) Difficultés rencontrées
  • 24. Bilan des compétences et connaissances acquises • Programmation • Simulations CFD (Computational Fluid Dynamics) • Energétique du bâtiment • Marchés et politiques internationales en énergies renouvelables Enseignements tirés pour mon avenir professionnel • Intérêt pour les énergies • Travail en équipe et communication • Contacts extérieurs 2) Bilan personnel
  • 25. CFD Outil de dimensionnement • Tableur fonctionnel • Possibilités d’amélioration Impressions personnelles • Stage intéressant • Répartition du travail • Travail en R&D • Ambiance conviviale • Impression en tant qu’habitant de la PMZ

Notes de l'éditeur

  1. Vision globale sujet de stage Aedomia = Système éner PV intégré au bâtiment
  2. Système énergétique intégré au bâtiment 5 besoins Programme recherche collaboratif « PACairPV » Armines CIAT INES Cythelia Capter les calories de l’air sous les combles dans MZ  évaporateur dans les combles Fonctionnement
  3. Système énergétique intégré au bâtiment 5 besoins Programme recherche collaboratif « PACairPV » Armines CIAT INES Cythelia Capter les calories de l’air sous les combles dans MZ  évaporateur dans les combles Fonctionnement
  4. Cylindrique car caisson tringulaire spécifique à la PMZ, cylindre plus fréquent
  5. Au moins 3 avis de spécialiste y + (peut être virer le dessin)
  6. Système énergétique intégré au bâtiment 5 besoins Programme recherche collaboratif « PACairPV » Armines CIAT INES Cythelia Capter les calories de l’air sous les combles dans MZ  évaporateur dans les combles Fonctionnement
  7. Hypothèse: pas de pertes échangeur ni circulation
  8. Conditions de dimensionnement
  9. T chargé dépend de P PAC : Tmax sans trop dégrader le COP T déchargé dépend puissance minimale chauffage
  10. Œil critique de l’utilisateur