Description des variables

D’abord, les paramètres géométriques seront fixés. La majeure partie de ceux-ci se basent sur les dimensions usuelles utilisées par la société Énerconcept (Enerconcept, 2013) qui a développé le mur Lubimd. Cette compagnie fabrique et installe des TTC. Tel qu’illustré à la Figure 4.1, leur montage se compose de :

1. Panneaux en polycarbonate extrudé transparent perforés qui servent de passage à l’air ambiant. Ces panneaux ont une largeur de 320 mm, une hauteur de 894 mm et une épaisseur de 2,8 mm.

2. Les trous possèdent un diamètre de 2 mm et sont espacés de 15,8 mm en schéma carré. 3. Un système de montage sur mur (ou toit) permettant de positionner les panneaux les uns

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afin que l’air ne puisse passer qu’à travers les trous des panneaux. La profondeur du plénum varie de 25 à 200 mm.

4. Le système de ventilation.

Figure 4.1 Montage du Lubimd tiré de (Enerconcept, 2012-03)

Ainsi, la largeur totale du collecteur considéré pour cette étude est de 2 m et sa hauteur de 10 m.

L’épaisseur de la plaque, le diamètre des trous, ainsi que leur pas sont fixes. Les effets respectifs de ces paramètres sur l’échange thermique et l’efficacité de l’UTC ont déjà été étudiés de manière approfondie par différents auteurs (Badache, Hallé et Rousse, 2012; Gawlik et Kutscher, 2002; Kutscher, 1994; Kutscher, Christensen et Barker, 1993; Leon et Kumar, 2007; Van Decker, Hollands et Brunger, 1996) et les résultats décrits dans ces études sont utilisés pour établir le modèle présent. Pour obtenir des conditions d’aspiration homogènes le long du collecteur, le plénum doit être à une pression d’au moins 25 Pa de moins que la pression atmosphérique (Kutscher, Christensen et Gawlik, 2003). Or, dans certaines des conditions d’opérations décrites plus bas, cette condition n’est pas respectée. Réduire le diamètre des perforations à 1,2 mm par rapport aux dimensions du constructeur permet de respecter cette condition.

L’épaisseur du plénum est arbitraire. Elle peut varier de 25 à 200 mm en pratique. Il faut cependant que le plénum soit assez étroit pour créer un écoulement turbulent et augmenter l’échange convectif entre l’air et le mur. Cependant, si le plénum est trop étroit, il faut une plus grande puissance d’aspiration de la part des ventilateurs et une zone « surrefroidie » autour de l’orifice d’aspiration risque d’être créée. (Badache, 2013) a montré que l’épaisseur du plénum est un paramètre qui affecte peu l’efficacité des UTC. Ainsi, après discussion avec les membres de l’équipe de recherche, une épaisseur de 16 cm a été choisie pour cette étude.

Au niveau des paramètres optiques, la réflectivité de la plaque au rayonnement solaire est fixée à ρp=0,08. Cette valeur se base sur des tests réalisés par (Badache Messaoud, 2013)

décrits dans l’ANNEXE II.

L’émissivité de l’environnement, de la plaque et du mur ont été fixées respectivement à 1, 0,92 et 0,92. La valeur de l’émissivité de la plaque perforée provient de (Testing et al., 2002; van der Tempel, 2004). Pour le mur, la valeur de la brique rouge est prise à 300 K comme trouvée dans (Incropera, 2002).

L’application principale du TTC est le chauffage de bâtiments. Pour l’étude, Montréal est employé comme localisation et la température moyenne de l’air est considérée pour une période de chauffage allant d’octobre à avril. La moyenne trouvée à partir des données de (Ressources naturelles Canada, 2012) est d’environ -1,73 °C ou 271,42 K (moyenne sur 1971-2000). C’est cette température qui est employée pour la température ambiante.

Le facteur de relaxation de 0,1 est pris après avoir utilisé différentes valeurs lors de simulations. Au delà de cette valeur le calcul diverge dans quelques cas de la plage des paramètres variables décrits plus loin.

Le nombre de volumes de contrôle est fixé à 100 ce qui permet d’obtenir des solutions insensibles au nombre de volume de contrôle comme expliqué plus tard dans la section 4.5. Les paramètres sont repris dans le Tableau 4.1 :

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Tableau 4.1 Paramètres physiques et numériques fixes

Hauteur 10 m

Largeur 2 m

Pas des perforations 16 mm

Épaisseur de la plaque 2,8 mm

Schéma Carré

Diamètre des perforations 1,2 mm

Épaisseur du plénum 16 cm

Émissivité de l’environnement 1

Émissivité de la plaque 0,92

Émissivité du mur 0,92

Réflectivité de la plaque 0,08

Température de l’air ambiant 271,42K

Facteur de relaxation 0,1

Nombre de domaines 100

Quatre paramètres sont variables pour les simulations :

1. La vitesse de succion Vsucc : 0,02 m/s à 0,09 m/s, avec un pas de 0,01 m/s. La valeur

minimale est celle recommandée pour s’assurer qu’un UTC n’est pas sensible au vent. Au-delà de la valeur maximale, il n’y a plus de variation significative de l’efficacité de l’UTC (Kutscher, Christensen et Barker, 1993; Kutscher, 1992; Leon et Kumar, 2007). À proprement parler, dans le modèle, c’est le débit massique qui est utilisé. Il est calculé à partir de la température ambiante Tamb et de la masse volumique de l’air à cette

température. Il est cependant préférable de parler de vitesse de succion, car c’est ce paramètre qui revient dans la littérature.

2. Le rayonnement incident Gs : 100 W/m2 à 900 W/m2 avec un pas de 100 W/m2.

3. La transmissivité de la plaque τp : [0; 0,1; 0,5; 0,9]. La valeur minimale correspond à un

UTC et la valeur maximale à celle mesurée lors de tests présentés en ANNEXE II.

4. L’absorptivité du mur αm : [0,2; 0,6; 0,9]. La valeur maximale correspond aux valeurs

trouvées pour des peintures absorbantes. Les valeurs minimales des ces peintures varient autour de 0,5, mais pour le bien de la discussion et pour élargir la plage des résultats, le calcul pour une valeur plus faible est fait.

Les paramètres de sortie sont le rendement η, la variation de température entre la température de sortie du collecteur et la température ambiante, ΔT, et le taux transfert de chaleur net récupéré qsort.