Naturally ventilated geothermal foundation modeling

AbstractThis work is concerning the modeling of a heat and mass transfer within a new kind of Canadian well, a geothermal foundation, and its coupling with a solar chimney. The foundation model is based on a 3D finite volume method. A long term simulation is necessary, aiming to precisely understand the behaviour of this combined system. Since this model requires high computational resources, we propose to use a domain decomposition technique and the balanced realization reduction method to speed up computational time. The studied case shows this system seems to be relevant to supply cold air to buildings during summer

Simulation study of a naturally-ventilated building integrated photovoltaic/thermal (BIPV/T) envelope

This paper addresses the simulation of a partially transparency, ventilated PV facade integrated into the envelope of an energy efficient building. Such an arrangement exploits the heat transfer between cavity air, the PV façade and the primary wall of the building for the purpose of PV cooling in summer (with natural convection) and heat recovery in winter (mechanical ventilation). A simplified physical model of the system is proposed for the summer operating configuration, which is more challenging from a numerical perspective. The model describes the active envelop in terms of a simplified geometry, and includes parameters such as density of PV cells, relative coverage of degree of transparency/opaque surfaces, and the ratio of height/width of the double-skin. For a given set of meteorological conditions, the surface and air temperatures, mass flow rate and PV power output are obtained by solving a system of thermal and aerodynamic balance equations. Validation of the model was undertaken using experimental data from a full scale prototype system installed in Toulouse, France as part of the RESSOURCES project (ANR-PREBAT2007). Coupling of the system to a simulated building was achieved with the aid of TRNSYS, and this combined system was evaluated in terms of heating and cooling needs for a range of French climates. It was found that the cooling needs are marginally higher for all locations considered, whereas the impact of the façade on the heating needs is weak as these needs are already low for these all locations

Valorisation des surfaces d’intégration horizontales pour la production d’électricité, et l’amélioration de l’efficacité énergétique des bâtiments récepteurs

Séminaire R&D et innovation au service de la transition énergétique, ADEME, Paris, Franc

Unsteady mixed and natural convection in a non-uniformly heated vertical open-ended channel

International audienc

Solar PV and thermal – State of art and normative in France

International audienc

Les enveloppes ventilées

Séminaire, ENS-Cachan, Cachan, Franc

Intégration de l’énergie solaire

Séminaire, Ecole des Mines de Nancy, Nancy, Franc

Modeling of an active facade containing Phase Change Materials

International audienceToday there are several technologies to improve energy efficiency in buildings. One of the most used methods is to intervene at the thermal envelope insulation, which reduces heat losses in winter or gains in summer. A more advanced technique is to design an active envelop (coupled to the ventilation system) to make the best solar gains.The Trombe wall is a well-known technology to exploit solar radiation storing thermal energy in the building envelope and restitute it during night for the winter application. This system can so reduce the energy requirements of the building ensuring a level of comfort to the occupants. For the thermal energy storing of this structure it is possible to introduce phase change materials (PCM), which allows an increase of the the wall’s performance, by reducing the thickness, which is also a benefit to the architectural level. This paper presents a numerical code for simulating the behavior of a Trombe wall incorporating one or two layers of PCM. For this, we started with an existing model under TRNSYS environment (Type36) representing a classical Trombe wall and we changed it to allow the introduction of phase change materials. Parametric studies are then presented and analyzed.The results show that, compared to conventional Trombe wall, phase change materials present several assets and ensure a reduction in heat loss increasing the thermal performance of the façade

Natural Convection in nonuniformly heated channel investigation – Application to photovoltaic facades

International audienceThis paper investigates an active component of the building envelope: a photovoltaic-thermal double-skin facade. This element consists of a vertical open air channel bound by two parallel walls: one is made of photovoltaic panels and one is the main frame of the building. Integrating this system in a building facade is not an easy matter because the electrical output is strongly dependent on the operating temperature of the photovoltaic component. The aim of this study is to promote better cooling of the photovoltaic facade working on its typical geometrical arrangement. This consists of an alternation of photovoltaic cells (localized heat sources) and semitransparent window panes (unheated zones). Fundamentally, the flow of natural convection that develops within the vertical channel appears to be subjected to boundary-localized thermally active areas and adiabatic areas, evenly distributed throughout the height. This requires investigations of parametric variations of magnitude and space frequency of the heated areas as well as intermediate spacing. Two complementary experimental apparatuses were developed, namely, at CETHIL and at the CFD Research Laboratory UNSW in collaboration with the DIPTEM. Experiments were conducted on both. For these experiments, Grashof numbers, based on the channel width and the convective heat flux, are about 1010. The results obtained constitute an important database, which allows characterization of convective heat transfer. Some of the results concern the dynamic boundary conditions that are required for the numerical investigation. The present study compares (on a common operating range) both experimental and numerical investigations focusing on the CETHIL experiments

Modélisation d'une fondation géothermique ventilée naturellement par réduction de modèle

International audienceFace aux exigences de confort thermique croissantes de la part des usagers des bâtiments mais aussi aux contraintes de rationalisation des consommations énergétiques, les systèmes passifs contribuant au conditionnement des ambiances apparaissent comme étant une solution prometteuse par rapport aux enveloppes statiques, standard de la réglementation actuelle. Les échangeurs air-sol (plus connus sous le nom de puits canadiens ou puits provençaux), permettent selon les besoins de préchauffer ou rafraîchir l'air extérieur injecté dans le bâtiment en bénéficiant de la capacité de charge et de décharge thermique du sol. L'intégration de systèmes passifs en double-façade commence à émerger, en revanche celui de type puits canadien est assez limité. D'une part, ces composants souffrent souvent d'un manque de place sur le terrain d'implantation du bâtiment et d'un surcoût important nécessaire à l'enfouissement des gaines de ventilation. D'autre part, le système n'est pas complètement passif puisque son fonctionnement implique généralement le recours à une ventilation mécanique. C'est pourquoi cette étude envisage un couplage entre une cheminée solaire et un échangeur air-sol innovant composant d'enveloppe : une fondation géothermique. La cheminée solaire permet d'optimiser ce système de prétraitement de l'air, en réduisant la consommation électrique du ventilateur. En effet, en s'échauffant au sein de la cheminée, l'air va créer un tirage naturel dans le bâtiment engendrant ainsi une circulation naturelle dans l'échangeur. En outre, la fondation préfabriquée en béton, creuse, remplace la conduite classique d'un puits canadien (généralement en PVC). Puisque les fondations sont indissociables de tout bâtiment, la réalisation de tranchée ou de déblais/remblais supplémentaires devient inutile et l'emprise au sol du bâtiment est ainsi réduite. L'objet de ce travail est donc le développement d'un modèle thermo-aéraulique de la fondation géothermique, et de son couplage avec une cheminée solaire. Le modèle de fondation est dynamique et basé sur la méthode des volumes finis. Il prend en compte les transferts de chaleur sensible en 3D dans le sol, ainsi que les échanges sensibles et latents entre l'air circulant et les parois internes de la fondation. Le modèle de cheminée solaire s'appuie sur l'évaluation des transferts de chaleur en 1D perpendiculairement à la section fluide pour estimer l'élévation en température de l'air, et ainsi la dépression induite dans le bâtiment puis dans la fondation. Le modèle doit permettre d'évaluer les performances d'une situation réelle, c'est-à-dire un bâtiment équipé d'une fondation géothermique de plusieurs dizaines de mètres et de mener une analyse sur une année complète. Une étude relativement précise de la fondation nécessite un maillage fin, ce qui, sous les conditions précédentes, implique d'avoir recours à une technique réduction de modèle d'état afin d'obtenir des résultats en un temps de calcul raisonnable. Plusieurs méthodes visant à réduire le problème de conduction de la chaleur en 3D dans le sol sont donc mises en place et comparées dans le but d'identifier le meilleur compromis précision/temps de calcul. Cette étude s'inscrit dans le cadre du projet FUI 16 Fondatherm, financé par la BPI