L’air est bipassé lorsque le niveau de charge de l’UST est insuffisant pour assurer un préchauffage de l’air satisfaisant (comme cela était déjà le cas pour les essais réalisés en évolution libre de température) ou lorsqu’il n’est plus nécessaire de préchauffer l’air entrant. C’est par exemple le cas lorsque la température extérieure est supérieure à la température de consigne intérieure, ou lorsque la température intérieure est déjà à la température de consigne.
Dans un premier temps, il a été envisagé de systématiquement bipasser l’air entrant dès lors que la température intérieure dépasse la température de consigne. De même, l’alimentation du convecteur électrique s’interrompt lorsque la température de consigne est atteinte. L’inconvénient de ce principe de pilotage du bipasse est qu’il provoque des fermetures de ce dernier très fréquentes (plus de 50 fois par jour), et des arrêts du convecteur aussi très fréquentes. Cette stratégie de pilotage du bipasse et du convecteur induit une surutilisation du convecteur électrique au détriment de l’exploitation de la chaleur emmagasinée dans l’UST. À partir du 22 avril, une autre stratégie de pilotage est mise en œuvre. L’air entrant est bipassé lorsque la température intérieure dépasse de plus de 2°C la température de consigne. Cette modification permet de réduire de manière significative les cycles d’ouverture et de fermeture comme on peut le voir sur la Figure 61. À noter que les ouvertures du bipasse les après-midis du 24 et du 25 avril s’expliquent par le fait que la température de l’air extérieur est supérieure à 20°C, et donc l’absence de besoins de préchauffage de l’air entrant.
Il est nécessaire de favoriser l’utilisation de l’UST, et donc de limiter l’utilisation d’autres moyens de chauffage tel le convecteur électrique. Ainsi, la valeur seuil de température intérieure commandant l’ouverture du bipasse doit être supérieure à celle commandant l’arrêt du convecteur électrique.
Figure 61 : Évolution du fonctionnement du registre de ventilation sur la période d’acquisition considérée (0 : l’air est bipassé ; 1 : l’air circule dans l’UST)
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5.3 Bilan énergétique de l’UST
5.3.1 Énergies reçue et réémise
Les résultats des mesures fluxmétriques effectuées mettent en évidence une différence de transfert de chaleur entre le haut et le bas de l’UST. En effet, la Figure 62 montre qu’en cours de journée, les résultats de mesure des quatre fluxmètres sont similaires jusqu’à une certaine heure de la journée, à partir de laquelle les densités de flux de chaleur relevées au niveau supérieur des deux colonnes considérées stagnent tandis que celles relevées au niveau inférieur continuent d’augmenter. Cette différence est due à l’ombre portée par le coffre du volet roulant situé au-dessus du mur capteur.
Par la suite, et comme dans la sous-partie précédente, on considère une valeur de flux transmis à l’UST comme étant la moyenne des valeurs de flux relevées par les fluxmètres.
Figure 62 : Évolution des densités de flux de chaleur mesurées par les quatre fluxmètres situés sur la paroi captatrice de l’UST
Le bilan énergétique de l’UST est présenté à la Figure 63. On constate que le mur ne capte jamais plus de 1 kWh par jour. Cette valeur est moitié moindre que celle obtenue au cours de la première campagne d’essais, où l’on dépassait les 2 kWh certains jours. Cela est dû, d’une part, à l’angle d’incidence solaire plus élevé au mois d’avril qu’au mois de février et, d’autre part, à l’ombre portée sur le mur capteur par le coffre du volet roulant.
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5.3.2 Énergie de préchauffage
Du 18 au 23 avril, la quantité de chaleur fournie à l’air entrant est supérieure à celle qui est absorbée par l’UST comme on peut le voir sur la Figure 64. Les valeurs de température relevées aux différents points de mesure dans l’UST décroissent d’un jour à l’autre. La Figure 65 met en évidence cette décroissance de température. Cette évolution est cohérente avec celle de la quantité de chaleur fournie quotidiennement à l’air neuf entrant.
Figure 64 : Quantités de chaleur quotidiennes fournies à l'air et absorbées par le mur capteur
Figure 65 : Évolution des températures relevées en différents points de mesure de la colonne du milieu de l’UST
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6 Conclusion
Un premier prototype de mur capteur /stockeur a été conçu et développé. Ce prototype permet un préchauffage de l’air entrant dans le bâtiment par une circulation de celui-ci au cœur du MCP macro-encapsulé dans l’UST. Les résultats obtenus à l’aide de ce dispositif n’ont pas permis de dresser de bilans énergétiques à l’échelle de la cellule expérimentale car les infiltrations d’air dans la cellule expérimentale sont importantes, et elles dépendent de la différence de pression entre l’intérieur de la cellule et l’extérieur qui n’a pas été mesurée. Différents calculs ont été menés pour dresser un bilan énergétique de la cellule expérimentale en tenant compte de cette incertitude sur les infiltrations d’air, mais les résultats obtenus étaient aberrants. Toutefois un bilan de la quantité de chaleur captée par l’UST et du préchauffage de l’air a pu être établi. La quantité de chaleur captée par le mur peut atteindre 2 kWh.m-2.jour-1, pour une quantité de chaleur restituée à l’air de 1,5 kWh.jour-1. On peut ainsi, pour une surface de 2m² de mur et d’après les chiffres avancés par la RT2012, couvrir environ 10% des besoins de chauffage d’une maison de 100 m². Toutefois, la restitution de la chaleur captée pourrait être accrue en faisant en sorte que la décharge soit plus homogène dans l’UST. Dans le cadre des essais expérimentaux, cette décharge est plus faible sur les côtés qu’au centre de l’UST. Deux solutions permettraient d’y remédier, à savoir concevoir une entrée d’air dans le plénum supérieur de l’UST permettant d’obtenir une distribution d’air plus homogène, ou encore réaliser des murs capteurs moins larges, composés de 3 ou 4 colonnes, et de multiplier le nombre de murs capteurs installés. En pratique, cette deuxième solution permettrait d’intégrer plus aisément les murs capteurs en paroi Sud des bâtiments (par exemple entre 2 fenêtres).
Il nous est donc apparu nécessaire de conforter ces premiers résultats expérimentaux à l’aide d’un second prototype présentant une distribution d’air plus homogène au sein de l’UST. Ceci est aussi motivé par le souhait de davantage appréhender le comportement de l’UST, et notamment le phénomène de recouvrement de la phase solide par la phase liquide du MCP, ce dernier ayant été observé indirectement au cours de ces premiers essais à partir des valeurs des températures relevées en paroi, et non au sein de l’UST.
Par ailleurs, les résultats ici obtenus sont insuffisants pour espérer une validation satisfaisante du modèle numérique de mur capteur développé. En particulier, l’incertitude sur la valeur du débit d’air circulant dans chaque tube ne permet pas de définir les débits d’air à imposer dans le modèle. De plus, la validation du modèle nécessite aussi la connaissance des valeurs initiales des températures au sein du MCP. Or, sur le premier dispositif, nous n’avons pas accès aux valeurs de températures dans le MCP, mais uniquement en parois de l’UST. De plus, celles-ci sont très hétérogènes au cours des essais.
Ainsi, la réalisation d’un second prototype d’UST possédant une instrumentation plus fine, notamment au cœur du MCP, et fonctionnant dans des conditions maitrisées de laboratoire, est apparue nécessaire. Ce second dispositif expérimental et les résultats alors obtenus sont présentés au Chapitre 4.