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Une nouvelle ère de l'air dans le solaire thermique?
Les chauffe-eau solaires thermiques au glycol ont atteint leur maturité technico-économique depuis des années. Deux études d’Hydro-Québec ont permis de cibler ses contraintes et ses limites d’application. L’innovation de la technologie développée par monsieur Gilles Savard réside dans l’utilisation de l’air comme caloporteur dans le capteur et au design de l’échangeur transférant la chaleur à l’eau domestique. L’étude d’optimisation et de mesure des performances a été réalisée sous la responsabilité de la Chaire de recherche en technologies des énergies renouvelables et du rendement énergétique (TERRE) du CRSNG au Cégep de Jonquière.
En premier lieu, avec plusieurs logiciels spécialisés, les trois principales composantes du système air/liquide (capteur, échangeur et conduits) ont été modélisées, maillées et les calculs de transfert thermique furent réalisés par des simulations numériques avec l’entreprise SIMU-K. Plusieurs variantes des composantes et des paramètres d’opération ont été simulées afin de trouver le modèle optimisant la performance. Le système optimal a ensuite été fabriqué artisanalement par Verrières Saguenay Lac-St-Jean.
Par la suite, la Chaire TERRE a testé le système air/liquide en l’opérant côte à côte avec un système standard au glycol afin d’en comparer le rendement dans les mêmes conditions réelles. Le système commercial au glycol (liquide/liquide) a été installé selon les spécifications du manufacturier. La figure 1 montre les capteurs au glycol (à gauche) et les capteurs à air (à droite) sur le banc d’essai
Les tests de performance ont été réalisés dans une plage de rayonnement solaire allant de 161.3 à 934.9 W/m2, à Saguenay, de juin à octobre 2015. Les tests de juin à août ont servi à mettre au point l’opération du système air/liquide. Ceux de septembre et octobre ont permis de réaliser les essais pour comparer les performances. Les principales mesures de notre étude, soient le rayonnement solaire incident, les températures de début et de fin d’essai dans le réservoir, ainsi que le volume de l’eau nous ont permis de calculer l`énergie thermique transmise en préchauffage pour chacun des systèmes pendant les essais. Le rendement énergétique global (%) d’un système solaire thermique est donné par :
Un modèle dans Excel a été mis en place afin de consigner les mesures, effectuer les calculs de rendement et produire les différents graphiques de performance relative des systèmes. La figure 2 représente le comportement typique des deux systèmes observés lors de nos essais. Nous en tirons les constatations suivantes:
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〖 Rendement énergétique〗_(Système solaire thermique)=(〖Énergie thermique〗_Réservoir/〖Énergie solaire〗_Capteur)*100.