PSD sans appoint

L'intégration du PSD dans certaines constructions typiques à savoir les bâtiments traditionnels et modernes a été étudiée par (Kazeoui et al., 2015). Dans cette étude, différents types de matériaux de construction locaux sont utilisés afin d’optimiser l’enveloppe du bâtiment par rapport à son isolation thermique tout en améliorant ainsi la performance du PSD.

Le PSD étudié se compose d’une dalle de béton de 10 cm, d’une couche isolante en polystyrène de 4 cm d'épaisseur et d’une deuxième couche de béton de 10 cm. Les tuyaux qui font circuler le fluide chauffé sont en polyéthylène réticulé (PER), espacés de 20 cm avec un diamètre interne de 18 mm. Le plancher chauffant est relié à un collecteur thermique plat, installé sur le toit et orienté vers le sud avec une inclinaison de 45° (Figure II-1).

Figure II-1 : Schéma hydraulique de PSD (Kazeoui et al., 2015)

Après avoir étudié le système et l’avoir appliqué à plusieurs cas d’études, les auteurs ont conclu que :

 Des économies d'énergie significatives ont été obtenues grâce à la réduction de la charge de chauffage par l’utilisation du PSD ;

65

 Les économies d'énergie étaient plus importantes dans les bâtiments traditionnels que dans les bâtiments modernes. La plus grande économie d'énergie pendant une période de chauffage donnée était d'environ 70% dans un bâtiment en adobe.

De même, les calculs des indices du confort PMV et PPD ont montré :

 L'utilisation du PSD améliore significativement les conditions du confort en réduisant les zones froides ;

 L'état de confort a atteint 56% pendant la période de chauffage dans un bâtiment traditionnel en adobe, 48% dans un bâtiment en pierre locale, 43% dans un bâtiment en briques doubles et 26% dans un bâtiment en béton (Figure II-2).

Figure II-2 : Distribution de fréquence de l'indice PPD pendant la période de chauffage à Bechar (Kazeoui et al., 2015)

En ce qui concerne le paramètre qui correspond au choix de la surface collecteur thermique/plancher chauffant, les simulations montrent qu’un ratio de 10% n'est pas suffisant quel que soit le matériau du bâtiment dans les climats méditerranéens et qu’un ratio de 20% est le minimum requis. En revanche, dans les climats semi-arides et arides, un ratio de 10% est largement suffisant pour les bâtiments traditionnels.

Dans le même contexte, un banc d’essai du système PSD a été réalisé afin d’étudier son comportement thermique ainsi que la distribution de la température au niveau de la dalle (Kharchi et al., 2001). Le système a été installé dans le site de Bouzaréah à Alger. Le PSD se

66

compose d'une dalle en béton de 3,2 m² de surface et de 17 cm d'épaisseur, parcouru par un serpentin en cuivre de 16/18 mm de diamètre et de 13 m de longueur. Ce dernier est relié à un collecteur solaire plan de 1,8 m² de surface (Figure II-3).

Figure II-3 : Banc d’essai du système PSD (Kharchi et al., 2001)

Au bout d’une semaine de chauffage, les températures dans les différents points de la dalle deviennent homogènes (température uniforme le long de la surface), cependant, les températures aux extrémités sont plus faibles, expliquées par les pertes thermiques liées à la mauvaise isolation latérale du plancher. Les tests qui ont été effectués montrent les avantages du système :

 Sur le plan d’économie d’énergie, le PSD baisse de 1 à 2° C l’écart de température nécessaire pour le confort thermique ;

 Sur le plan du confort, le PSD élimine le phénomène de zone froide assurant une bonne répartition de chaleur, de plus, il permet d'éviter l'écart thermique entre le haut et le bas du corps humain ;

 Stockage de la chaleur au niveau de la salle.

Afin d’étudier expérimentalement la performance énergétique du PSD et l’économie de l’énergie apportée en matière de besoins en chauffage du local, une analyse des données expérimentales a montré que la couverture solaire s’élève à plus de 67 % pour un ratio de captation de 0,2 (Menhoudj et al., 2012). De plus, l’appoint est considéré faible en représentant 27% des besoins en chauffage durant la période d’hiver (Tableau II-1).

67

Tableau II-1 : Taux de couverture solaire mensuel (Menhoudj et al., 2012)

Mois ^{Taux de couverture solaire calculés} par le logiciel PSD (%)

Taux de couverture solaire calculé expérimentalement (%) Novembre 72 64,9 Décembre 58 46,6 Janvier 59 47,4 Février 70 79,2 Mars 100 100

Une étude récente portant sur l’analyse de l’effet de l’épaisseur de la dalle chauffante sur l’efficacité thermique d'un PSD implanté à Adrar a été réalisée par Oudrane et al. (2016). Le système étudié se compose des éléments suivants (Figure I-4) :

 Capteur solaire ;  Plancher hydraulique ;

 Circulateur de fluide caloporteur ;

Figure I-4 : Schéma descriptif du PSD (Oudrane et al., 2016)

L’objectif principal de ce travail est la détermination de l’épaisseur optimale de la dalle chauffante en béton afin d'obtenir un rendement mensuel maximal du PSD. A cet effet, un programme de simulation a été développé pour faciliter le dimensionnement et la simulation des paramètres géométriques et thermiques du système PSD.

68

Les résultats de cette étude sont englobés dans le Tableau II-2, à partir de ce dernier, on peut conclure que :

 La variation d'épaisseur de la dalle a une influence très importante sur le rendement et la température du plancher, c'est-à-dire quand l’épaisseur augmente le rendement diminue et aussi la température superficielle maximale diminue ;

 La valeur la plus importante de la température maximale du plancher a été obtenue au mois de février avec une inclinaison de 40° et une épaisseur de 10 cm ;

 Finalement, pour fournir un chauffage constant tout au long de la période d’hiver, malgré 1'intermittence du rayonnent solaire, le PSD utilise l’inertie et la capacité de stockage de la dalle en béton. Pour cette raison, il est conseillé dans cette région d’utiliser une épaisseur comprise entre 10 et 15cm avec une inclinaison comprise entre 60° et 40° et une orientation vers le sud.

Tableau II-2 : Effet de l’épaisseur de la dalle sur le bilan thermique du PSD en fonction de l’inclinaison du capteur solaire plan (Oudrane et al., 2016)

Epaisseur de la dalle en (cm)

Rendement mensuel de PSD ^{Température superficielle} maximale en (°C)

Mois β ηp Mois β Tmax

10 Novembre 60° 61% Février 40° 23,1°C

20 Novembre 60° 56% Février 40° 21,1°C

30 Novembre 60° 53% Février 40° 21,6°C

40 Novembre 60° 51% Février 40° 21,5°C