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Groupe 4
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Balthasart Florence
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Dubuisson Julie
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Mamri Mehdi
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Snoeck Christophe
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Tarabichi Maxime
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Urbain Fanny
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Modélisation et réalisation d’un dispositif de chauffage à l’énergie solaire
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Projet de chimie de BA2
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Tutrices : Valérie Gelbgras et Aurélie Larcy
Université Libre de Bruxelles
Mercredi 13 décembre 2006
Table des matières
Modélisation et réalisation d’un dispositif de chauffage à l’énergie solaire 1
Tutrices : Valérie Gelbgras et Aurélie Larcy 1
Université Libre de Bruxelles 1
Mercredi 13 décembre 2006 2
Table des matières 2
Abstract 3
1. Introduction 4
2. Modélisation mathématique d’une piscine extérieure chauffée à l’énergie solaire 5
2.1 Présentation du système 5
2.2 Hypothèses de travail 6
2.3 Equations du modèle 7
2.4 Simulations 23
3. Etude expérimentale du dispositif 28
3.1 Présentation du dispositif 28
3.2 Structure avec ou sans fluide caloporteur 28
3.3 Matériaux 29
3.4 Disposition des tuyaux 34
4. Conclusions et perspectives 36
5. Annexes 37
5.1 Chaleur et masse volumiques moyennes 37
5.2 Formule de Rankine 38
5.3 Renouvellement en eau 39
5.4 Corps noirs et coefficient de Fresnel 41
5.5 Routine Matlab pour le calcul des heures de lever et de coucher du soleil 42
Bibliographie 44
Abstract
Dans le cadre du projet chimie BAC2 à l’ULB, il nous faut concevoir et réaliser un dispositif de chauffage par énergie solaire pour une piscine extérieure. Ceci comprend un volet théorique constitué d’une part du bilan thermique du système et d’autre part de l’étude du dispositif lui-même. Le bilan thermique prend en compte les pertes par évaporation et celles par contact avec l’air ambiant au niveau de la piscine, ainsi que les apports solaires et les pertes par rayonnement au niveau du capteur et de la piscine. Ce bilan nous permettra de calculer, moyennant quelques hypothèses et pour des conditions données, la surface de panneaux solaires utile. Ensuite, il nous faudra déterminer la structure interne du panneau : disposition des tuyaux, matériau pour l’absorbeur, l’isolant, la vitre, le boîtier, utilisation ou non d’un fluide caloporteur. Après cette approche théorique, commence la partie pratique qui consiste en la construction de panneaux solaires afin de tester les différents matériaux et systèmes de chauffage retenus dans l’étude du dispositif. Ce projet se clôturera par l’adaptation du modèle à l’échelle d’une piscine extérieur réelle, reprenant les aspects théoriques et pratiques.
In the frame of the Chemical Project of BAC2 at the ULB, an outside swimming pool solar powered heating device has to be designed and built. It consists first of all in a theoretical part including a thermal balance and a study of the device’s structure. The thermal balance takes some phenomena into account such as the water evaporation and the energy loses by air contact of the swimming pool, the radiations and solar direct and diffuse radiations of the solar panel and the swimming pool. This balance will help us to determine the necessary surface of the solar panel under some conditions and stationary assumptions. Furthermore, we need to choose the internal structure of the panel – layout of the tubes, materials constituting the different parts of the panel, and the use or not of a thermal fluid. Next to this theoretical approach, the practical part will begin. Some solar panels will be constructed to compare the different materials and heating systems selected in the study of the structure. This project will end with a scale-up to a real swimming pool including both theoretical and practical results.
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