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UNIVERSITE ABOU BAKER BELKAID TLEMCEN Faculté de Technologie Département de Gén

UNIVERSITE ABOU BAKER BELKAID TLEMCEN Faculté de Technologie Département de Génie Mécanique MEMOIRE DE FIN D’ETUDES En vue de l’obtention du diplôme de master en génie mécanique Spécialité : Génie Thermique et Energies Renouvelables Thème Présenter par :  BENAHMED Lamia  BEN MOSTEFA Fatima Zahra Devant le jury  President: B. KERBOUA MCA Faculté de Technologie  Examinateur: L. BENSEDDIK MAA Faculté de Technologie  Examinateur: M. BENRAMDANE MAA Faculté de Technologie  Encadreur: A. ALIANE MAA Faculté de Technologie  Co-Encadreur: B. GUENDOUZE Doc Faculté de Technologie Année universitaire :2012-2013 Intégration d’un système de rafraichissement solaire au bâtiment. Faisabilité technico-économique REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE MCA MAA MAA MAA Doc Faculté de Technologie Faculté de Technologie Faculté de Technologie Faculté de Technologie Faculté de Technologie Tables des matières Introduction générale........................................................... 1 CHAPITRE I : Introduction à la réfrigération solaire I.1 Introduction ..................................................................................................................................... 3 I.2 Contexte général ............................................................................................................................. 3 I.2.1 L'enjeu énergétique ....................................................................................................... 4 I.2.2 L'explosion énergétique ................................................................................................ 4 I.2.3L’évolution de la consommation dans le monde ........................................................... 5 I.2.4 Une demande croissante ............................................................................................... 6 I.2.5 Energie et pollution ...................................................................................................... 7 I.3 Contexte national ............................................................................................................................ 8 I.3.1 Introduction des principales techniques de la climatisation solaire .............................. 8 I.3.2 La climatisation géothermique : une solution adaptée en Algérie ................................ 8 I.3.3 La première expérience de l’Algérie dans le domaine de la climatisation par énergie renouvelable .......................................................................................................................... 9 I.4 Etat de l’art de la climatisation solaire ........................................................................................... 10 I.4.1 Introduction .............................................................................................................................................. 10 I.4.2 Rappel sur Climatisation traditionnelle ........................................................................ 11 I.4.2.1 Historique ................................................................................................... 11 I.4.2.2 La climatisation aujourd’hui ...................................................................... 12 a) Panorama de la climatisation dans le monde .................................. 12 b) Le taux d’équipement en climatisation dans le monde .................. 13 c) Dépense annuelle consacrée à la climatisation dans le monde .... 14 d) Panorama da la climatisation en Europe ........................................ 14 I.4.3 La climatisation solaire ................................................................................................. 15 I.4.3.1 Climatisation solaire et énergie solaire ...................................................... 15 I.4.3.2 Principe de fonctionnement ........................................................................ 16 I.4.3.3 Installation global d’un rafraichisseur solaire ............................................ 16 I.4.3.4 Pour quoi l’alternative solaire ?................................................................. 17 I.4.3.5 Principes généraux de la climatisation solaire ........................................... 18 I.4.3.6 Comment utiliser l’énergie solaire pour produire du froid ? ..................... 19 I.4.3.7 Avantage de la climatisation solaire ........................................................... 20 I.5Les différentes technologies de produire de froid solaire ................................................................ 20 I.5.1. Utilisation des cellules photovoltaïque ........................................................................ 21 I.5.1.1 les systèmes à compression de vapeur ....................................................... 21 I.5.1.2 Les systèmes à effet de peltier ................................................................... 23 I.5.2 Utilisation des capteurs solaire thermique .................................................................... 23 I.5.2.1 Technique basées sur un processus thermomécanique ............................... 23 a) Cycle de Rankine ........................................................................... 23 b) Le cycle à jet de vapeur .................................................................. 24 I.5.2.2 Technique basée sur la sorption d’un gaz .................................................. 26 a) Principe de la sorption .................................................................... 26 b) Technique basée sur la sorption d'un gaz ....................................... 26  La machine à absorption ......................................................... 26  La macine à adsorption ............................................................ 28 I.6 Conclusion ..................................................................................................................................... 30 CHAPITRE II : Analyse des installations de rafraichissement solaire II.1 Introduction .............................................................................................................................. 31 II.2 La climatisation traditionnelle .................................................................................................. 32 II.2.1 fonctionnement d’un système de climatisation ........................................................... 32 II.2.1.2 Principe de fonctionnement d’un système de climatisation .............................. 32 a) Principe de base b) Principe de fonctionnement de la réfrigération II.2.2. Les systèmes de climatisation à compression mécanique .................................. 32 II.2.2.1 Principe de fonctionnement de la machine à compression mécanique .......... 32 II.2.2.2 Etude du cycle frigorifique……………………….. ……………… .......... 33 II.2.2.3 Représentation sur le diagramme entropique……….. .................................. 34 II.3. La climatisation solaire ............................................................................................................ 34 II.3.1 Introduction………………………………………………… .................................. 34 II.3.2 Principe de fonctionnement de la climatisation solaire .................................. 35 II.3.3 Les technologies de la climatisation solaire .................................. 35 II.3.3.1 la climatisation solaire par absorption .................................. 36 a) principe de fonctionnement ........................................................................... 37 b) Détermination du coefficient de performance (COP) ................................... 38 c) Les avantages de l’absorption ....................................................................... 40 d) Les inconvénients de l’absorption ................................................................. 40 e) Les rendements .............................................................................................. 40 Conclusion .......................................................................................... 41 II.3.3.2 La climatisation solaire par adsorption .................................. 41 a) Mode de fonctionnement du cycle réfrigérant ............................................. 42 b) Diagramme d’Oldham ................................................................................... 42 c) Les avantages de l’adsorption ....................................................................... 43 d) Les inconvénients de l’adsorption ................................................................. 43 e) L’efficacité énergétique ou COPfroid .............................................................. 43 II.3.3.3 La climatisation solaire par dessiccation…………. .................................. 45 a) Principe de fonctionnement ........................................................................... 45 b) Mode de fonctionnement du cycle réfrigérant .............................................. 45 c) Conclusion ..................................................................................................... 47 II.4. La rentabilité de la climatisation solaire .................................................................................. 47 II.5. Quel système est le plus rentable ? .......................................................................................... 47 II.6. Les capteurs solaires ................................................................................................................ 48 II.6.1. Les capteurs solaires plans ou capteur héliothermique .................................. 48 II.6.2. Les capteurs solaires à air .................................. 49 II.6.2.1 Les principaux avantages. .................................. 49 II.6.2.2 Les principaux inconvénients ............................................................ 50 II.6.3. Les capteurs solaires sous-vide .................................. 50 II.6.3.1 Avantages des capteurs solaires sous-vides .................................. 51 II.6.3.2 Performance des capteurs solaires sous-vide .................................. 51 II.6.4. Les capteurs solaires à concentration .................................. 51 II.7 Etude technico-économique.................................................................................................... 52 II.7.1 Méthodologie de l’évaluation comparative pour les systèmes climatisation solaire ........ 52 II.7.2 Evaluation technique des systèmes de climatisation solaire ............................................. 52 II.7.2.1. Capteurs solaires photovoltaïques ....................................................................... 52 II.7.2.1.1 Évaluation des performances des capteurs plans et les capteurs à tubes sous vide ............................................................................................................................................... 52 II.7.2.1.2. Evaluation des performances des cellules photovoltaïques ................ 54 II.7.3 Équipement de refroidissement .................................................................................. 54 II.7.3.1 L'énergie auxiliaire de la machine ...................................................................... 54 II.7.4 Evaluation comparative des technologies de réfrigération solaire ................................ 55 II.8 Conclusion ............................................................................................................................... 57 CHAPITRE III : Comparaison technico-économique entre un système thermique et photovoltaïque III.1 Introduction .......................................................................................................................... 59 III.2 Description du TRNSYS ..................................................................................................... 59 III.2.1 Utilisation du logiciel TRNSYS ............................................................................... 60 III.2.1.1 METENORM .......................................................................................... 60 III.2.1.2 TRNSYS Simulation Studio .................................................................... 60 III.2.1.3 TRNBuild ................................................................................................ 61 III.2.2 Les avantages du logiciel TRNSYS ........................................................................ 62 III.3 Présentation de la maison ....................................................................................................... 62 III.3.1 Dimensionnement de la maison .......................................................................... 63 III.3.2 Les caractéristiques de la maison .......................................................................... 64 III.4 Simulation TRNSYS ............................................................................................................ 65 III.4.1 La climatisation solaire thermique ....................................................................... 65 III.4.1.1 Description du rôle des composants de l’installation .................................. 66 III.4.1.1.1 Conditions météorologiques ............................................................... 66 III.4.1.1.2 Système solaire ................................................................................... 66 III.4.1.1.3 Machine à absorption ......................................................................... 67 III.4.1.1.4 construction de la maison ................................................................... 67 III.4.1.2 Les types TRNSYS ...................................................................................... 68 III.4.1.3 Résultats et interprétations ........................................................................... 68 III.4.2 la climatisation solaire photovoltaïques ................................................................ 73 III.4.2.1 Le principe photovoltaïque ..................................................................... 73 III.4.2.2 L’installation du système photovoltaïque ................................... 74 III.4.2.3 Les composants de l’installation ............................................................ 75 III.4.2.4 Les types TRNSYS ................................................................................ 76 III.4. 2.3 Résultats et interprétations .................................................................... 77 III.4.3 Comparaison technico-économique entre le système thermique et le système photovoltaïque ...................................................................................................................................... 80 III.5 Conclusion .................................................................................................................................... 86 III.6 Discussion générale ...................................................................................................................... 87 Conclusion générale .......................................................................................................... 88 1 Listes des figures Figure I.1 Les énergies renouvelables propres et durables et essentielles. Figure I.2 Evolution de la consommation d'énergie par région. Figure I.3 Demande mondiale d’énergie primaire. Figure I.4 Pompe à chaleur. Figure I.5 Ecole primaire alimentée par climatisation géothermie. Figure I.6 Marché mondial de la climatisation (en volume) en 2000. Figure I.7 Dépense annuelle consacrée à la climatisation. Figure I.8 Augmentation de la surface climatisée par des installations centralisées entre 1980 et 2000 en l'Europe. Figure I.9 Principe de fonctionnement de rafraichissement solaire. Figure I.10 Installation globale d’un rafraichisseur solaire. Figure I.11 Adéquation entre demande et ressource solaire. Figure I.12 Les différentes technologies de production de froid solaire. Figure I.13 Schéma d'une machine frigorifique photovoltaïque. Figure I.14 Machine frigorifique couple à cycle de Rankine. Figure I.15 Système à éjection. Figure I.16 Schéma de fonctionnement du cycle absorption à simple effet. Figure 1.17 Schéma de fonctionnement d'une machine à adsorption. Figure I.18 Schéma d’une machine a dessiccation. Figure II.1 schéma de principe d’une machine à compression mécanique. Figure II.2 Cycle frigorifique. Figure II.3 Diagramme enthalpique du cycle frigorifique. Figure II.4 Principe de fonctionnement de la climatisation solaire. Figure II.5 les types de systèmes de climatisation solaire. Figure II.6 Schéma de principe d’un système à absorption. Figure II.7 Schéma de principe d’une climatisation à adsorption. Figure II.8 diagramme d’Oldham. Figure II.9 l’évolution de COP pour une machine à adsorption et une machine à absorption. Figure II.10 Schéma de principe de la climatisation DEC. Figure II.11 Schéma d’un capteur solaire plan. Figure II.12 Schéma d’un capteur solaire Sous-vide. Figure II.13 Vue générale d’un C.S à concentration. Figure II.14 Les combinaisons des technologies solaires possibles. Figure II.15 Moyenne des Capex panne, (coût du terrain considéré est du désert d'Abu Dhabi). 2 Figure I1.16 Annuelle moyenne d'efficacité globale (barres hachurées représentent des options à grande échelle. Figure III.1 TRNSYS simulation studio. Figure III.2 L'installation de projet et la fenêtre de zones. Figure III.3 Coupe de la maison. Figure III.4 le plan de la maison. Figure III.5 Les composants de l’installation thermique. Figure III.6 la variation de l’énergie des deux pompes durant une année. Figure III.7 La variation de l’énergie perdue par le ballon de stockage durant une année. Figure III.8 la variation annuelle de l’énergie du capteur et l’énergie auxiliaire. Figure III.9 La variation annuelle de la fraction solaire. Figure III.10 Principe photovoltaïque. Figure III.11 l’installation photovoltaïque. Figure III.12 Energie du capteur solaire durant une année. Figure III.13 variation annuelle de l’énergie du capteur solaire et l’énergie auxiliaire. Figure III.14 variation de la uploads/Geographie/ climatisation-solaire.pdf