Application du stockage de chaleur sensible au bâtiment
Stockage de la chaleur

BE8597 v1 Article de référence

Application du stockage de chaleur sensible au bâtiment
Stockage de la chaleur

Auteur(s) : Pierre ODRU

Relu et validé le 01 oct. 2020 | Read in English

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Présentation

1 - Contexte du stockage de chaleur (et de froid)

1.1 - Importance de la chaleur (et du froid) dans l’économie
1.2 - Stockage de la chaleur, enjeu du développement durable
1.3 - Méthodes de stockage de la chaleur
- Quiz d'entraînement

2 - Stockage de chaleur sensible

2.1 - Considérations thermodynamiques
2.2 - Avantages et inconvénients
2.3 - Matériaux de stockage
- Quiz d'entraînement
Tableau 1 Tableau 2

3 - Application du stockage de chaleur sensible au bâtiment

3.1 - Réservoirs de stockage par chaleur sensible à basse température
3.2 - Stockage souterrain intersaisonnier UTES (Underground Thermal Energy Storage )
3.3 - Comparaison économique de systèmes de stockage intersaisonnier par chaleur sensible
- Quiz d'entraînement

4 - Matériaux à changement de phase

4.1 - Considérations thermodynamiques
4.2 - Classification
4.3 - Phénomènes relatifs aux MCP
4.4 - Propriétés

Tableau 3 Tableau 4 Tableau 5 Tableau 6
4.5 - Méthodes d’étude des propriétés des MCP

5 - Applications des matériaux à changement de phases

5.1 - Critères de choix
5.2 - Conditionnement des matériaux à changement de phase
5.3 - Exemples d’applications
- Quiz d'entraînement

6 - Stockage par sorption et réactions thermochimiques

6.1 - Généralités

Tableau 7
6.2 - Stockage par adsorption

Figure 14 - Zéolithes X [20]
6.3 - Stockage par absorption
6.4 - Stockage chimique

Tableau 8
6.5 - Conclusion

7 - Stockage de chaleur haute température associé à la production d’électricité

7.1 - Stockage de chaleur associé aux centrales solaires thermodynamiques

Tableau 9 Tableau 10 Tableau 11
7.2 - Stockage de l’électricité par la chaleur haute température
- Quiz d'entraînement

8 - Conclusion

9 - Glossaire

Bibliographie & annexes

Présentation

RÉSUMÉ

La chaleur et le froid sont des domaines importants de l’économie de l’énergie. La possibilité de les stocker de manière efficace et durable permettrait d’améliorer considérablement le potentiel d’utilisation de l’énergie solaire thermique. Les différentes méthodes de stockage de la chaleur sont présentées, avec les principales technologies existantes ou en cours de développement. Il existe deux domaines d’application distincts, dont le principal concerne le chauffage et la climatisation des bâtiments et l’autre le stockage de chaleur à haute température pour l’industrie, notamment pour le solaire thermodynamique. Les avantages et inconvénients, les domaines d’application ainsi que les perspectives de développement de ces différentes techniques de stockage sont présentés.

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Auteur(s)

Pierre ODRU : Consultant, France

INTRODUCTION

Les énergies renouvelables, notamment d’origine solaire, sont une ressource très importante, mais diluée et variable, et souvent en décalage par rapport aux besoins. La disposition de moyens de stockage efficaces et économiques permettrait d’en améliorer fortement la pénétration. Le cas de l’électricité est bien connu et documenté. Le stockage de la chaleur, principalement d’origine solaire, est un domaine lui aussi très important de l’économie d’une énergie propre et décarbonée, mais généralement moins connu. Cet article se donne pour objectif d’en introduire l’ensemble des principes et des problématiques.

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MOTS-CLÉS

absorption Adsorption Matériau à changement de phase Réaction thermochimique Energie solaire Chaleur sensible Chaleur latente

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-be8597

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Matériaux à changement de phase

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3. Application du stockage de chaleur sensible au bâtiment

3.1 Réservoirs de stockage par chaleur sensible à basse température

Indépendamment des stockages passifs dans le béton ou le matériau d’une construction, l’eau, au vu de l’ensemble de ses propriétés, constitue le matériau de choix pour le stockage de chaleur sensible pour le bâtiment. Ce type de stockage est particulièrement intéressant dans le cas d’une source de chaleur à température variable, comme le solaire thermique, mais aussi pour des raisons économiques lorsque les tarifs de l’électricité s’y prêtent, avec par exemple un tarif de nuit suffisamment bas, ou tout simplement pour éviter les séquences démarrages arrêts systématiques et l’usure du matériel correspondante. Toutefois, malgré une chaleur massique relativement élevée, les volumes nécessaires à des stockages d’eau de type intersaisonniers par exemple sont très importants. La durée de stockage est donc un paramètre fondamental.

L’eau chaude peut avoir deux types de fonction simultanée ou non : alimenter le circuit d’eau chaude sanitaire et chauffer en hiver (rafraîchir éventuellement en été, au cours de la phase de stockage).

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3.1.1 Paramètres de calcul

La taille optimale de l’installation de stockage thermique dépend de l’application concernée et fait intervenir plusieurs facteurs :

les conditions d’ensoleillement, la surface des collecteurs solaires et leur efficacité ;
les besoins en chauffage qui dépendent des conditions météorologiques du site ;
la charge thermique du bâtiment et son isolation ;
côté stockage, la température et les pertes thermiques, l’échangeur de chaleur et son efficacité, les systèmes de pompage et leur consommation d’énergie.

Bien entendu, tout cela se traduit en coûts, auquel il faut ajouter généralement les coûts de l’installation capable de fournir un supplément de chaleur lorsque l’apport solaire est insuffisant, tenant compte des coûts de fourniture de l’énergie fossile nécessaire, et les éventuelles pénalités associées (taxe CO₂). Et ce coût doit...