• Problématique posée

Modéliser et optimiser la conception d'une cheminée solaire.

• Objectifs du projet
  

L'objectif principal est l'étude et l'optimisation de la conception des cheminées solaires des futurs locaux de l'ENS à Saclay. En effet les bâtiments de la nouvelle école doivent être à énergie positive, c'est-à-dire produire plus d'énergie qu'il n'en consomme. Ainsi, La ventilation sera assurée par un système hybride alliant ventilation mécanique et naturelle. La mise en oeuvre de cheminées solaires à pour but d'augmenter la part de la ventilation naturelle ce qui conduira à des gains substantiels sur la consommation électrique des auxiliaires de ventilation.

Les principaux axes d'études concernent :

• la question thermique : concentrer et stocker l'énergie solaire au niveau de la cheminée pour accroître la différence de température intérieur /extérieur. De plus, l'énergie thermique doit pouvoir être stockée puis restituée quand la source d'énergie fait défaut. C'est pourquoi l'étude d'un matériau à forte inertie thermique à également été abordée.
  
• la question aéraulique : engendrer une dépression au niveau de l'exutoire de la cheminée pour réduire localement le coefficient de pression. Cela dit, bien que les effets aérauliques sont responsables d'environ 4/5 du tirage naturel, la question aéraulique n'a pas été abordée dans notre projet.

L'approche de la problématique thermique s'est faite, dans un premier temps, sous forme d'un calcul analytique approché puis nous avons modélisé numériquement le problème à l'aide d'un code calcul. Enfin, la réalisation d'un banc de démonstration a été effectué. Le périmètre de l'étude pouvant aussi concerner l'implantation des cheminées solaires dans le bâtiment, un dialogue fut engagé avec la maîtrise d'oeuvre du bâtiment.
Beaucoup d'expériences ont été réalisées sur la maquette, chacune différente de la précédente en modifiant un paramètre de l'expérimentation (l'entrée d'air, la section du conduit, la présence d'un grillage métallique pour mieux chauffer l'air, etc..) nous a permis de dresser un inventaire des solutions pour optimiser le tirage de la cheminée. Les résultats obtenus furent encourageant, et un travail de nombres adimensionnels reste à effectuer afin de corréler une cheminée de taille réelle (celle de l'UPS s'élevant à 8 mètres de haut) avec notre maquette.