Sensibilité paramétrique d’un modèle simulant un système de climatisation solaire

Description du système de climatisation solaire modélisé

Nous allons rappeler ici le type de système sur lequel s’est porté notre choix pour l’élaboration de ce travail. En effet, comme système à étudier, nous avons opté pour un système à dessiccation utilisant un déshydratant liquide. Ce système est une association de plusieurs sous systèmes qui est constitué de : un absorbeur à travers lequel l’air entrant est déshydraté et chauffé, un régénérateur dans lequel se déroule le processus de régénération, un échangeur thermique, placé entre le régénérateur et l’absorbeur, servant à rafraîchir la solution concentrée sortant du régénérateur en direction de l’absorbeur, un caloduc, appelé aussi récupérateur de chaleur, destiné à refroidir l’air à la sortie de l’absorbeur.
un système de chauffage solaire qui fournit la puissance requise pour la régénération de la solution diluée.
un évaporateur, situé en amont de la pièce, servant à rafraîchir et à ajuster l’humidité de l’air entrant dans la pièce.
un autre évaporateur, situé en aval de la pièce, afin de refroidir l’air extrait de la pièce de façon à rafraîchir l’air chaud sortant de l’absorbeur à l’aide d’un caloduc.

Le système de chauffage solaire à eau

Le système de chauffage solaire à eau est composé de : un capteur plan qui reçoit la puissance solaire, l’absorbe pour le transmettre à l’eau qui circule en son sein,
un réservoir de stockage d’eau qui, comme son nom l’indique, sert à stocker la puissance solaire captée, un échangeur thermique situé entre le capteur et le réservoir, et éventuellement un appoint, servant à pallier les fluctuations du rayonnement solaire. La température dans le stock doit être maintenue à une température élevée à 70°C pour compenser les pertes durant le transport d’énergie et les pertes au niveau du régénérateur. Le transfert de chaleur au niveau de ce dernier se comporte comme celui ayant lieu au niveau d’un échangeur thermique.

Système de climatisation

Principe de fonctionnement : L’air extérieur (A) entre dans le système par l’absorbeur à la sortie duquel (A-2) son humidité est réduite. Notons que le déshydratant liquide, au niveau de l’absorbeur, absorbe la vapeur d’eau contenue dans l’air et que ce phénomène d’absorption induit l’augmentation de la température de l’air à sa sortie (l’absorption est un processus qui libère de la chaleur). Ayant subi une élévation de température, l’air atteint le caloduc (2-3) à travers lequel sa température diminue. En effet, au niveau de l’échangeur, l’air cède de la chaleur à l’air extrait de l’intérieur de la pièce d’où la dénomination «récupérateur de chaleur». Ensuite, l’air passe par un évaporateur au sein duquel sa température baisse et son humidité augmente par processus évaporatif (l’évaporation consomme de la chaleur et produit du froid). Finalement l’air, admettant la température et l’humidité requises pour le confort, est insufflé dans la pièce à climatiser. L’air extrait (R) de la pièce est refroidi à travers un évaporateur (identique au précédent) (R-1) puis consomme de la chaleur sensible (chaleur cédée par l’air entrant) au niveau de l’échangeur thermique pour être enfin rejeté vers l’extérieur (1-S).

Modèle mathématique associe au système étudié

Ce système est déjà mis sous forme mathématique et nous allons remémorer les modèles mathématiques relatifs à chacun des sous-systèmes qui constituent le système en entier (régénérateur, absorbeur, évaporateur, chauffe eau solaire). Les différents échangeurs de chaleur sont déjà caractérisés par leur efficacité respective.
Pour le régénérateur et l’absorbeur, les modèles sont basés sur l’exploitation des propriétés physiques et thermodynamiques de la solution utilisée qui, dans notre cas, est le chlorure de lithium (LiCl).

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE I : PRESENTATION DU SYSTEME DE CLIMATISATION SOLAIRE ETUDIE ET DE
SON MODELE MATHEMATIQUE ASSOCIE
I-1-DESCRIPTION DU SYSTEME DE CLIMATISATION SOLAIRE MODELISE
I.1.1.Absorbeur et évaporateurs
I.1.2.Le système de chauffage solaire à eau
I.1.3.Régénérateur
I.1.4.Système de climatisation
I.1.4.1.Principe de fonctionnement
I.1.4.2.Efficacité du système
I.2.MODELE MATHE MATIQUE ASSOCIE AU SYSTEME ETUDIE
I.2.1.Absorbeur
I.2.1.1.Les paramètres régissant l’entrée et sortie du modèle
I.2.1.2.Hypothèse
I.2.1.3.Mise en équation
I.2.2.Régénérateur
I.2.2.1.Les paramètres d’entrée et sortie du modèle régénérateur
I.2.2.2.Hypothèses
I.2.2.3.Mise en équation
I.2.3.Système de chauffe eau solaire
I.2.3.1.Capteur solaire
I.2.3.2.Stockage
I.2.4.L’évaporateur
I.2.4.1.Hypothèses du modèle
I.2.4.2.Les paramètres d’entrée et sortie du modèle
I.2.4.3.Les équations régissant le modèle
I.2.5.Équations relatives à la variation de température à l’intérieur de la pièce
I.2.5.1.Durant l’abaissement de la température
I.2.5.2.Durant l’élévation de la température
CHAPITRE II: ANALYSE DE SENSIBILITE PARAMETRIQUE DU MODELE
II.1.GENERALITE
II.1.1.Quelques définitions
II.1.2.Analyse de sensibilité locale et globale
II.1.2.1.Analyse de sensibilité locale
II.1.2.2.Analyse de sensibilité globale
II.1.3.Généralité sur les indices de sensibilité
II.2.METHODE D’ANALYSE DE SENSIBILITE PARAMETRIQUE
II.2.1.METHODE DE SCREENING DE MORRIS
II.2.1.1.Description de la méthode
II.1.1.2.Algorithme de la méthode de Morris
II.2.2.METHODE TMA
II.2.2.1.Description de la méthode TMA
II.2.2.2.Algorithme de la méthode TMA
II.3.APPLICATION DES DEUX METHODES SUR LE MODELE CONSIDERE
I.3.1 Modèle absorbeur
II.3.1.1. Paramétrage du modèle étudié
II.3.1.2. Analyses de sensibilité du modèle absorbeur
II.3.1.3Résultats obtenus sur l’analyse de l’absorbeur (sortie observée : humidité absolue de l’air
W aout )
II.3.1.3.1Résultats obtenus lors de l’application de la méthode de Morris sur le modèle absorbeur
pour la sortie W aout (humidité absolue de l’air)
II.3.1.3.2Résultats obtenus lors de l’application de la méthode TMA du modèle absorbeur en
observant la sortie humidité absolue de l’air W aout
II.3.1.3.3Interprétation des résultats
II.3.1.4. Résultats obtenus en observant la température de l’air Taout sortant du modèle
absorbeur
II.3.1.4.1 Résultats obtenus avec la méthode de Morris sur le modèle absorbeur (sortie observée :
température de l’air Taout )
II.3.1.4.2.Résultats obtenus avec la méthode TMA sur le modèle absorbeur (sortie observée :
température de l’air Taout )
II.3.1.4.3.Interprétation des résultats
II.3.2.Modèle évaporateur
II.3.2.1.Paramétrage du modèle étudié
II.3.2.2.Analyse de sensibilité du modèle évaporateur
II.3.2.3.Résultats obtenus sur l’analyse de l’évaporateur (sortie observée : humidité absolue de l’air
W as )
II.3.2.3.1.Résultats obtenus en appliquant la méthode de Morris (sortie observée W as (humidité
absolue de l’air))
II.3.2.3.2.Résultats obtenus en appliquant la méthode TMA en observant l’humidité absolue de
l’air W as sortant du modèle évaporateur
II.3.2.3.3. Interprétation des résultats
II.3.2.4. Résultats obtenus sur l’analyse de l’évaporateur (sortie observée : température de l’air Tas)
II.3.2.4.1Résultats obtenus en utilisant la méthode de Morris (sortie observée : température de
l’air Tas )
II.3.2.4.2Résultats obtenus en utilisant la méthode TMA (sortie observée : température de l’air Tas )
II.3.2.4.3Interprétation des résultats
II.3.3.Modèle régénérateur
II.3.3.1.Paramétrage du modèle étudié
II.3.3.2.Analyse de sensibilité du modèle régénérateur
II.3.3.3.Résultats obtenus en observant la sortie concentration de la solution déshydratant ( ε out )
sortant du modèle régénérateur
II.3.3.3.1.Résultats obtenus en appliquant la méthode de Morris (sortie observée : concentration de
la solution déshydratant ε out )
II.3.3.3.2.Résultats obtenus en appliquant la méthode TMA (sortie observée : concentration de la
solution déshydratant ε out )
II.3.3.3.3.Interprétation des résultats
II.3.3.4. Résultats obtenus sur l’analyse du régénérateur (sortie observée : énergie requise pour la
désorption Qgen )
II.3.3.4.1.Résultats obtenus lors de l’application de la méthode de Morris (sortie observée: énergie
requise pour la désorption Qgen )
II.3.3.4.2. Résultats obtenus lors de l’application de la méthode TMA (sortie observée : Qgen (énergie requise pour la désorption))
II.3.3.4.3.Interprétation des résultats
II.3.4. Chauffe eau solaire
II.3.4.1.Paramétrage du modèle étudié
II.3.4.2. Analyse de sensibilité du modèle chauffe eau solaire
II.3.4.3.Résultats obtenus sur l’analyse de la chauffe eau solaire en observant à la sortie le rendement du capteur cap
II.3.4.3.1.Résultats obtenus en appliquant la méthode de Morris (sortie observée cap (rendement du capteur ))
II.3.4.3.2.Résultats obtenus en appliquant la méthode TMA sur la sortie observée : le rendement du
capteur cap
II.3.4.3.3. Interprétation des résultats
II.3.4.4.Résultats obtenus sur l’analyse de la chauffe eau (sortie observée : température en aval du
capteur Taval )
II.3.4.4.1. Résultats obtenus lors de l’application de la méthode de Morris (sortie observée :
température en aval du capteur Taval )
II.3.4.4.2. Résultats obtenus lors de l’application de la méthode TMA en observant la température
en aval du capteur Taval sortant du chauffe eau solaire
II.3.4.4.3. Interprétation des résultats
II.3.5. Modèle de climatisation solaire
II.3.5.1. Paramétrage du modèle étudié
II.3.5.2. Analyses de sensibilité du modèle de climatisation solaire
II.3.5.3.Résultats obtenus sur l’analyse du modèle (sortie observée : coefficient de performance COP)
II.3.5.3.1.Résultats obtenus en appliquant la méthode de Morris (sortie observée : COP (coefficient
de performance))
II.3.5.3.2.Résultats obtenus en appliquant la méthode TMA (sortie observée: coefficient de performance COP)
II.3.5.3.3.Diagramme de l’air humide
II.3.5.3.4.Interprétation des résultats
CONCLUSION
REFERENCES