La thermique en régime dynamique appliquée à un chauffe-eau solaire

Description

Le support de l’étude est un chauffe-eau solaire. Il s’agit d’étudier et simuler un modèle dynamique du chauffe-eau. Les ressources présentées sont constituées :

• d’activités pratiques de simulation avec un logiciel multiphysique : modélisation dynamique d’un chauffe-eau solaire, avec plusieurs scénarios, avec/ sans puisage, avec/ sans soleil sur plusieurs jours, possibilité de passer en mode tout électrique ou partiel avec mesure d’énergie sur la partie électrique (comparaison économique),
• Activité /TD sur l’étude du potentiel solaire (Tracé de courbes d’ensoleillement à partir de données météorologiques), principe du calcul de la densité d’énergie cumulée sous un tableur Wh m-2, calcul selon orientation des capteurs,
• TD sur l’efficacité énergétique, calcul des déperditions thermiques, isolation thermique, et rendement à deux paramètres puis à trois paramètres selon Norme EN 12975,
• Démarche d’étude de dossier technologique prenant appui sur l’épreuve du baccalauréat de la session de septembre 2015.

La séquence proposée porte sur la thermique en régime dynamique des systèmes. Le système retenu est un chauffe-eau solaire. La séquence est positionnée dans le cycle terminal de STI2D en 2I2D. Elle est composée de 5 activités. Elle poursuit les objectifs de formations (O6) du nouveau programme à savoir :

• préparer une simulation et exploiter les résultats pour prédire un fonctionnement, valider une performance ou une solution.

Activité 1 : analyse contextuelle

Cette activité est conduite en étude de dossier technique. Il s’agit de cerner les enjeux économiques, environnementaux, et technologiques engendrés par l’utilisation de l’énergie dans un contexte insulaire liés à la production d’eau chaude sanitaire.

Activité 2 : gisement solaire et modélisation de l’irradiance

L’activité se présente sous la forme de TP. Elle doit être conduite en concertation et conjointement avec la spécialité physique chimie et mathématiques.

Dans cette activité on vise à cerner le gisement solaire d’un site pour l’installation d’un chauffe-eau solaire à partir de données météorologiques, à construire et valider un modèle d’évolution de l’irradiance solaire afin de l’implémenter dans un logiciel de simulation multi-physique.

Activité 3 : efficacité de la solution de captage de l’énergie solaire

L’activité se présente sous la forme d’un TD qui doit être mené en concertation et conjointement avec la spécialité physique chimie et mathématiques.

Il s’agit d’étudier le rendement des capteurs solaires en fonction des différents points de fonctionnement et de caractériser les limites de performances en situation de faible gisement et fort gisement solaire.

Activité 4 : modélisation dynamique du ballon de stockage

L’activité se présente sous la forme d’un TD qui doit être menée en concertation et conjointement avec la spécialité physique chimie et mathématiques.

L’objectif de cette activité est d’élaborer un modèle dynamique de connaissance dans le domaine thermique du ballon d’eau chaude, afin de l’implanter dans un logiciel multi-physique.

Activité 5 : Mise en œuvre de modèles multi-physiques par simulation

Cette activité est menée en TP de simulation sous un logiciel multi-physique. Les modèles dynamiques complets du chauffe-eau sont fournis. Il est proposé de mettre en œuvre et simuler différents scénarios.