Étude de la convection naturelle dans une enceinte avec des parois contenant des matériaux à changement de phase

Abstract

L'utilisation des matériaux à changement de phase (MCP) dans le domaine du bâtiment a connu un intérêt croissant au cours des dernières années. Cette solution est considérée comme une alternative afin d’améliorer le confort thermique des occupants. Ceci permettra de fournir à la fois une régulation des fluctuations de température intérieure des locaux et d’assurer une utilisation énergétique optimale. Dans ce travail, une étude numérique des effets de l’intégration des MCP dans les matériaux de construction conventionnels a été présentée. Une proposition d’une paroi de brique creuse, souvent privilégiée en construction du bâtiment en Algérie, est chargée avec MCP et analysée numériquement du point de vue des propriétés thermo-physiques et énergétiques. Cette étude est présentée sous quatre étapes : La première est consacrée au calcul des propriétés thermophysiques et l’estimation de la quantité d’énergie stockée par une brique creuse remplie avec un MCP. Les résultats ont montré clairement l'amélioration de l'inertie de la brique proposée, à savoir une diminution de la température de la surface intérieure et une augmentation de l'énergie thermique stockée par rapport au cas de référence (sans MCP). La deuxième étape, est focalisée sur l’énergie stockée sous forme de chaleur latente par la brique et en la comparant à celle stockée par un bloc de parpaing. Les résultats révèlent que le MCP améliore l'inertie thermique en réduisant les fluctuations de la température au niveau de la surface intérieure. De plus, avec l'augmentation de la quantité du MCP, l’efficacité de l’isolation thermique du matériau devient plus efficace en stockant plus d'énergie sous forme de chaleur latente. La troisième consiste à étudier l'influence des différents facteurs de conception. En l’occurrence, la quantité optimale, l'emplacement optimal et le type du MCP sur la performance thermique de cette paroi, sous contrainte des conditions extérieures réelles. Les résultats ont révélé que la performance thermique optimale de la paroi est obtenue lorsque le MCP est installé juste dans la rangé vide de la brique et non loin de l’espace intérieur. D’autre part, le choix approprié du type de MCP exige que sa température de changement de phase soit proche de celle de l’air ambiant. La quatrième partie consiste à étudier numériquement l’influence de la paroi proposée dans les échanges thermiques au sein d’une enceinte fermée, simulant une habitation. Les conditions extérieures proposées durant cette simulation ont été sélectionnées en adéquation avec la nature du climat chaud en période d’été. Les résultats ont montré que la présence du MCP représente une solution efficace pour la rénovation énergétique des bâtiments. Sa fonction principale réside dans le maintien d’une température intérieure adaptée aux conditions d’un confort thermique. Cette situation se manifeste par une régression des gains thermiques vers l’intérieur, ce qui engendre la réduction de l’évolution de la température au niveau de la surface intérieure. Par conséquent, l’incorporation du MCP dans l’une des parois de l’habitat réduit les fluctuations de températures intérieures. Son efficacité est également dans sa capacité de conservation d'énergie dans le bâtiment, réduisant ainsi les échelles d'équipement de conditionnement d’air et les coûts d'investissement.