Développement d'un échangeur de chaleur air-air pour le milieu serricole

Résumé

Dans le but de réduire le taux d’humidité dans une serre, tout en réduisant le coût du chauffage, les échangeurs de chaleur air-air sont utilisés. Les échangeurs destinés à la serriculture sont volumineux. L’objectif de ce travail qui est de concevoir un échangeur compact et résistant au givrage dans les milieux froids. Une étude bibliographique des différents échangeurs a permis de choisir la géométrie adéquate permettant le maximum d’échange et en réduisant les risques d’encrassement. L’échangeur de type à courant-croisé a été choisi. Des simulations CFD avec Fluent de l’échangeur avec des dimensions variables ont étés réalisées, afin de déterminer leurs influences sur l’efficacité de l’échangeur. Étant donné que l’air chaud venant de la serre est humide, ce dernier entre en contact dans l’échangeur avec la paroi refroidie par l’air extérieur et une condensation se produit. Cette condensation est accompagnée par un dégagement de chaleur vers le fluide froid, d’où l’amélioration potentielle de l’efficacité de l’échangeur. Pour tenir compte de l’effet de la condensation dans l’équation d’énergie lors des simulations CFD, une fonction définie par l’utilisateur (UDF) a été ajoutée au logiciel Fluent. Cette UDF permet d’ajouter un terme source aux équations de conservation dans les cellules où la condensation se produit. Les premières simulations CFD ont permis de déterminer l’influence des différentes dimensions de l’échangeur sur son efficacité. En combinant les résultats trouvés et le cahier de charge imposé pour que l’échangeur soit compact et résiste au givrage, les dimensions préliminaires ont été déterminées et un premier échangeur a été simulé numériquement. L’efficacité prédite de ce dernier est de 30%. Des simulations CFD ont permis de déterminer les pertes de pression et l’efficacité de l’échangeur pour différents espacement entre les plaques où l’air froid s’écoule. Selon les pertes de pression trouvées et le ventilateur d’alimentation choisi, les dimensions finales de l’échangeur ont été déterminées. L’efficacité du second échangeur conçu est de 40%, sans prendre en compte la condensation. Lorsque la condensation est tenue en compte et pour le concept final de l’échangeur, des études sont réalisées sur la contribution de la chaleur latente au processus d’échange de chaleur total et sur la quantité d’eau condensée, en fonction de l’humidité de l’air chaud et de la température de l’air froid. D’après l’étude réalisée, pour une température d’air chaud égale à 293 K avec une humidité relative égale à 80%, et pour une température de l’air froid égale à 261 K, la contribution de la chaleur latente au processus d’échange de chaleur atteint 57 %. L’efficacité de l’échangeur passe de 40% à 64 %.

Date	22 oct. 2015
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Daniel Rousse (Directeur(-trice)) & François Morency (Codirecteur(-trice))