Methodology for optimizing a new concept of hybrid water-air solar thermal system

En réponse à l’évolution de la réglementation thermique, les bâtiments tendent à être mieux isolés et plus étanches, diminuant leurs besoins de chauffage. La ventilation, nécessaire pour garantir la qualité de l’air intérieur, représente une perte énergétique non négligeable. De plus, les besoins d’eau chaude sanitaire (ECS) deviennent prépondérants par rapport à ceux de chauffage. Dans ce contexte, les systèmes solaires thermiques peuvent fournir une part importante des besoins du bâtiment. Ce travail étudie ainsi un système solaire thermique qui produit de l’ECS et préchauffe l’air de ventilation. Le principe de fonctionnement est d'abord analysé expérimentalement. Le concept se présentant prometteur, une co-simulation entre Dymola (langage Modelica) et EnergyPlus permet d'étudier plus en détail les performances du système dans son environnement (le bâtiment) pour différents hypothèses et paramètres de fonctionnement. Les résultats montrent un meilleur rendement des capteurs et du ballon par rapport à un CESI classique, ainsi qu’une augmentation de la fraction solaire pour la production simultanée d’ECS, de préchauffage d’air et de chauffageThermal regulation demands the construction of more efficient buildings that use less energy, in particular for heating. Air renewal, which is necessary to guarantee indoor air quality, represents a significant thermal loss in the energy balance of efficient buildings. Moreover, domestic hot water (DHW) needs become more important than heating needs. In this context, solar thermal systems can produce a significant part of the thermal needs in buildings. Indeed, this work studies a solar thermal system producing DHW and fresh air preheating. The operating principle is first analysed experimentally. As the system seems promising, a co-simulation between Dymola (using the Modelica language) and EnergyPlus is used to do a detailed study of the system performances in a building based on different assumptions and for different design parameters. The results show a better collector yield and tank efficiency regarding a classic solar water heater, as well as an increase of the solar fraction including DHW production, air preheating and space heatin