Cette étude traite de l'optimisation de deux types de collecteurs solaires, soit du collecteur solaire plan et du collecteur solaire vertical poreux. Essentiellement, le collecteur solaire plan est disposé sur une surface plane horizontale ou inclinée, et permet de capter la radiation solaire pour la transférer sous forme de chaleur à un fluide circulant par convection forcée dans un ou des tuyaux sous la plaque absorbante. La problématique consiste à déterminer la distribution optimale en termes de géométrie, de matériaux et de régime d'opération dans le but d'une part de maximiser l'efficacité énergétique du système et d'autre part de minimiser le coût total annualisé du système. Cette étude est effectuée sur une période annuelle en considérant les conditions climatiques mensuelles moyennes de la région de Québec. Un modèle mathématique permettant de résoudre analytiquement ce problème est élaboré dans le but de réaliser numériquement l'optimisation énergétique alors que les algorithmes génétiques (AG) sont utilisés pour réaliser l'optimisation économique du collecteur solaire plan. Pour ce qui est du collecteur vertical poreux, il est constitué de deux plaques verticales dont l'une reçoit de la radiation solaire. L'écoulement entre les plaques peut être généré naturellement par le réchauffement du fluide ou encore peut être amplifié par l'ajout d'un système de pompage externe. Les champs de vitesse et de température sont déterminés par la résolution numérique des équations de NavierStokes adaptées pour un écoulement en milieu poreux et l'équation de la conservation de l'énergie, utilisant la technique des volumes finis. L'optimisation de paramètres géométriques ainsi que d'un paramètre d'opération est finalement réalisée en considération de différents écoulements dans le but de maximiser le transfert d'énergie au fluide. / Solar energy is currently regarded as a way to reduce the impact on global Earth warming of the increasing energetic needs. Solar heating is investigated in this paper with the study of two kinds of solar heat collectors. The optimal configuration of a solar flat plate collector that allows maximum heat transfer from solar radiation to the fluid circulating within the System is investigated with consideration of pumping power needed to operate in an optimal regime. The study is done for a collector working over an entire year in Québec City. Shape factor and number of elementary collectors are optimized under mass, absorbing surface area and pipes volume constraints. An economic analysis of the flat plate collector is next considered, for which dimensioning the system becomes possible. Economic performance is maximized with a numeric code, using a genetic algorithm (GA). A thermal limit is added for this case and mass, absorbing surface area, pipes volume, material, number of glass covers, form factor and the number of elementary collectors are optimized with the objective of minimizing the total annual cost of the flat plate collector. Next, the thermal performance of a porous solar wall is investigated. The system studied is a porous media between two vertical plates in which a fluid circulates. The fluid is driven by natural convection resulting from the heating of one vertical plate. The thermal performance is evaluated with a CFD code based on the finite volume approach. Shape factor is optimized and the possibility of adding a pumping system is studied to increase thermal performance.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/19492 |
| Date | 12 April 2018 |
| Creators | Boutin, Yanik |
| Contributors | Gosselin, Louis |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | mémoire de maîtrise, COAR1_1::Texte::Thèse::Mémoire de maîtrise |
| Format | xii, 118 f., application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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