Simulation numérique sous TRNSYS
4. Création d’un nouveau projet sous TRNSYS
Un projet sous TRNSYS est généralement configuré en connectant des composants graphiquement dans la Simulation Studio. Chaque type de composants est décrit par un modèle mathématique dans le moteur de simulation TRNSYS. Les sorties des uns peuvent servir comme des entrées des autres.
L’importation du fichier de maillage par le Type 460.
Simulation Studio:
• Création du Proforma du composant
• Lancer simulation studio
• Cliquer sur « file » et choisir « New »
Cliquer sur « Empty TRNSYS Projet » comme il est présenté sur la figure 10 :
Figure IV.10. Fenêtre pour la création d’un nouveau projet.
Avant de commencer la création du projet dans la Simulation Studio, nous devons connaître les composants qui seront utilisés dans la simulation que nous pouvons trouver dans l’outil d'accès direct.
Dans notre cas, nous allons créer un nouveau projet dont le but d’évaluer le comportement d’un échangeur de chaleur air/sol. Le Type de notre échangeur a été créé dans la section précédente, sous le nom Type.460 disponible sur la bibliothèque TRNSYS comme il est représenté dans la figure 11.
Figure IV.11. Création d’un nouveau composant.
On a besoin au minimum de trois composants pour créer notre projet et étudier notre problème :
Type.9e Météo, ce composant lit les données météorologiques (temperature de l’air ambiant, l’humidité relative, la température du sol à une certaine profondeur,…ect) du site dans lequel l’échangeur est installé. (figure 12) Type.460, échangeur air/sol amélioré et adapté avec l’échangeur objet de notre étude expérimentale.
Type.65c, un composant permet de tracer les graphes et de fournir les résultats trouvés vers un fichier externe sous forme des tableaux.
Figure IV.12. Importation de fichiermétéorologique de site de Biskra. Fichier météorologique de site
de Biskra. Type9.a
connecter les composants entre eux. Donc, ils seront connectés à l'aide de l'outil lien, qu’on peut activer en appuyant sur le bouton de couplage (Figure 13).
Figure IV.13. Connexions entre les composants.
La figure 13 représente le raccordement entre le fichier météorologique Type 9.a et l’échangeur de chaleur air/sol Type 460 ;
Température ambiante Température d’entrée Humidité relative Humidité relative
Temperature du sol Température initiale de sol (dans le modèle Hollmuller la temperature du sol soit constante dans l’année)
Connexion de type 65 (traceur des graphes)
Tracer un graphe qui représente la variation de la temperature de l’air à la sortie de l’échangeur.
Tracer un graphe qui représente la variation de la temperature ambiante en fonction du temps.
Le Type 65 peut exporter les résultats vers un fichier externe .txt sous forme de tableau, ce qui est bien illustré sur la figure 14.
Bouton de couplage
Figure IV.14.Connexion avec le traceur des lignes Type 65.
Après avoir fini toutes les connexions, le nouveau projet est prêt à l’exploitation comme il est indiqué sur la figure 15.
Figure IV.15. Projet de simulation d’un échangeur EAHE sous TRNSYS.
L’exportation les résultats vers un fichier .txt
Après l'amélioration du modèle de Hollmuller, nous avons fait une comparaison entre nos résultats et les résultats de Hollmuller, comme il est montré sur la figure 16. On a confronté les résultats de simulation pour les deux modèles avec les résultats du dispositif expérimental.
On a constaté une bonne concordance entre les résultats expérimentaux et nos résultats numériques.
Les mesures de la température du sol et de l’air ont été effectuées en utilisant une série de sondes thermiques placées tout au long de l’échangeur de l’entrée jusqu’à la sortie, pendant les mois de juillet et août 2013 qui sont les mois plus chauds de l’année. Pour chaque mois, les températures ont été enregistrées pour trois jours successifs. Voir (Chapitre. II)
0 10 20 30 40 50 60 70
25 30 35 40 45 50
Temperature °C
Temps h
T_sortie_Num T_sortie(Holl)_Num T_Exp
T_sol T_ambiante
Figure IV.16. Validation des résultats numériques avec les résultats expérimentaux.
Après la validation de notre modèle d’échangeur air/sol, nous avons fait une simulation d’une année pour l’évaluation de la température de l’air à la sortie des tubes de l’échangeur par rapport à celle de l’air ambiant (température moyenne). Le fichier météorologique contient des valeurs journalières de la température ambiante, de la température du sol et d’humidité relative, pour chaque heure de la journée. (Figure 17)
0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 8 0 0 0
Figure IV.17. Variation de la température de l’air pour une année (établie par TRNSYS).
4 4 0 0 4 6 0 0 4 8 0 0 5 0 0 0 5 2 0 0 5 4 0 0 5 6 0 0 5 8 0 0
Figure IV.18. Variation de la température de l’air de sortie pour différents débits d’air.
Les courbes présentées sur la figure 18, montrent la variation de la température de l’air à la sortie de l’échangeur pour différents débits au cours des mois (Juillet et aout 2013).
l’augmentation de débit d’air.
Selon la loi de taux de brassage ; le débit d’air de climatisation doit être adapté avec le volume du bâtiment (le débit d’air nécessaire est 3 à 4 fois le volume du local). Pour les pièces de petit volume, un débit d’air de 100 à 150 m3/h peut être suffisant pour une bonne climatisation. En ce qui concerne les pièces qui ont un volume dépassant 90 m3, le débit d’air adéquat ne peut pas prendre une valeur inferieur à 300 m3/h.
Selon ce contexte et les résultats obtenus (figure 18) on a remarqué que notre échangeur ne peut pas être utilisé comme moyen de rafraîchissement direct pour les bâtiments à grand volume, sous des conditions climatiques semi-arides avec des températures ambiantes très élevées qui dépasse 45°C. La température de sortie de l’échangeur dépasse 30 °C pour les débits d’air supérieur à 200 m3/h, c’est pour cela dans le cas de rafraichissement des bâtiments de grand volume, durant toute une journée, la température de l’air de rafraichissement dépasse le seuil de confort supérieur à 26°C. D’autre part, le rafraîchissement des bâtiments qui ont des petits volumes et avec un débit d’air de 100 à 150 m3/h, les résultats obtenus pour la saison de rafraichissement (Juillet et août), montrent que durant les 60% des heures de climatisation ; la température de l’air de rafraichissement dépasse le seuil de confort (supérieur de 26°C), et durant les 40% des heures se situ eau dessous de 26°C, donc l’échangeur nous fournit la temperature du confort.
6. Conclusion
Un nouveau composant d’un échangeur de chaleur air/sol a été développé dans la bibliothèque TRNSYS, basé sur le modèle de Hollmuller, afin d’améliorer ce modèle et de modifier le type de maillage à l’aide d’un programme sous Matlab qui peut fournir un maillage bien raffiné avec un nombre de nœuds important.
La validation de ce modèle a été effectuée par une comparaison des résultats de simulation avec ceux expérimentaux obtenus par un échangeur installé au sein de l’université de Biskra sous un climat semi-aride.
Selon les résultats obtenus dans ce travail, on peut dire que l’utilisation d’échangeur de chaleur air-sol est limitée dans les climats chauds, et n’atteint pas souvent le confort thermique, avec les temperatures très basses en hiver et très élvées en été.