Optimisation et simulation numérique d'un nouveau de refroidissement par un échangeur de chaleur air-sol couplée avec une tour du vent sous un climat aride

Abstract

Dans les premiers mètres de profondeur, la température du sous-sol varie en fonction des saisons. À partir de quelque mètre de profondeur, la température naturelle du sous-sol reste généralement constante. Par conséquent, la géothermie à faible profondeur exploite cette réserve de chaleur pour assurer les besoins de chauffage en hiver ou de refroidissement des bâtiments en été. L'objectif de l'étude est de réaliser un refroidissement passif, par l'utilisation d'un système d'échangeur de chaleur air-sol associé à un système de tour à vent. Tout d'abord, une approche d'optimisation basée sur la simulation et la méthode de Taguchi est appliquée pour obtenir les dimensions optimales de la tour à vent, sous le climat de Ouargla. Les dimensions suivantes ont été obtenues : une hauteur de 2 m, une longueur de l m et une largeur de 0,4 m. Ensuite, une simulation numérique tridimensionnelle de l'échangeur air/sol couple avec la tour à vent a été réalisée à l'aide du programme FLUENT pendant une durée d'un an Les résultats obtenus ont montré une bonne variation de température entre l'entrée et la sortie du système, car elle atteignait sa valeur maximale en été de 9,4 ᵒC en hiver de 15,84 ᵒC. Après avoir déterminé l'efficacité du système, il s'est avéré qu'il atteint 0,68 en période estivale et en période hivernale 0,8.

في األمتار األولى من عمق األرض، تختلف درجة حرارة تحت سطح األرض حسب الفصول. بداية من بضعة امتار من العمق، تظل درجة الحرارة الطبيعية للتربة ثابتة على عموما. لذلك، فإن احتياطي درجة الحرارة يستغل عن طريق الطاقة الحرارية الجوفية الضحلة وهذا لتلبية احتياجات التدفئة أو التبريد في المباني. الهدف من الدراسة هو تحقيق التبريد السلبي، باستخدام نظام مبدل حراري جو-أرضي مرتبط بنظام برج الرياح. أوال، يتم تطبيق نهج التحسين القائم على المحاكاة وطريقة Taguchi للحصول على األبعاد المثلى لبرج الرياح في ظل مناخ ورقلة. تم الحصول على األبعد التالية: ارتفاع 2 م ، طول 1 م وعرض 4.0 م بعدها، تم إجراء محاكاة رقمية ثالثية األبعاد للمبادل حراري هواء/ األرض مقترن برج الرياح باستخدام برنامج FLUENT لمدة سنة. أظهرت النتائج التي تم الحصول عليها وجود تباين جيد في درجة الحرارة بين مدخل ومخرج النظام حيث بلغت أقصى قيمة لها في صيف ° 4C.9 وفي شتاء 84ᵒC,15 .بعد تحديد المردودية للنظام اتضح انها تبلغ في الفترة الصيفية 68 % وفي الفترة الشتوية 80.