FORMATION
Install Magazine 957 – février 2019
Étude sur le stockage de glace
Collaboration entre Econ et la Haute École PXL
Le réservoir de glace se compose d’une cuve en béton dans laquelle on a posé un échangeur de chaleur en matière synthétique. (Photo: PXL).
Dans le dispositif d’essai, on ne mesure pas seulement la température dans le réservoir de stockage, mais aussi les différentes distances et profondeurs dans le sol. (Photo: PXL).
Le stockage de glace est relié à un dispositif d’essai avec une pompe à chaleur et un ballon tampon.
Les étudiants qui ont suivi le projet, ont jeté la première glace dans le réservoir, sous le regard approbateur de Robin Bruninx (CEO Encon), de Ben Lambrechts (directeur général haute école PXL) et du Père Noël en invité spécial.
Appliquer des techniques innovantes représente toujours un saut dans l’inconnu, étant donné le manque d’expérience par définition de celles-ci. Une étude peut permettre de réduire cette incertitude. Dans la pratique, on se heurte toutefois à des limites. Les entreprises ne peuvent pas toujours consacrer suffisamment de temps et de moyens à des projets à long terme. De leur côté, les instituts scientifiques sont certes compétents, mais ils ne disposent pas toujours du budget nécessaire pour acheter les systèmes les plus récents. En collaborant, les deux parties peuvent aboutir à de beaux résultats. C’est ce qu’a démontré le projet d’Encon et de la haute école PXL (Diepenbeek) sur le stockage de glace.
La collaboration porte ses fruits
Encon est un bureau de consultance limbourgeois spécialisé dans les projets éco-énergétiques, essentiellement industriels. Les projets que l’entreprise a aidé à réaliser au cours de ses 16 ans d’existence, ont permis d’économiser environ une mégatonne de CO2. Une des techniques innovantes qu’Encon désire appliquer est la combinaison d’une pompe à chaleur avec du stockage de glace. La PAC sol-eau n’utilise pas pour ce faire de forage comme source de chaleur, mais un réservoir de stockage souterrain avec de l’eau, muni d’un échangeur de chaleur spiralé. Au fur et à mesure que de la chaleur est extraite de l’eau, celle-ci commence à geler. On peut ainsi utiliser l’importante chaleur latente de l’eau : la quantité d’énergie qui se libère lors de la phase de transformation de l’eau en glace, correspond à ce qui est nécessaire pour réchauffer de l’eau de 0°C à 80°C. En été, le circuit peut être inversé, et on peut alors utiliser la glace comme source de chaleur gratuite pour refroidir le bâtiment.
Mais avant qu’Encon ne conseille cette technique à ses clients, l’entreprise désirait se forger une première expérience. Encon s’est dans ce but adressé à la haute école PXL, plus précisément le campus Tech à Diepenbeek. La haute école s’est réjouie de cette opportunité. « Cela correspond parfaitement à notre conception du campus comme laboratoire vivant dans lequel nous pouvons faire exécuter par nos étudiants des projets technologiques réalistes », explique Marleen Schepens, responsable du département PXL-Tech. « Nous avons la chance de pouvoir utiliser nos bâtiments pour réaliser des expériences à taille réelle. »
La durabilité et l’économie d’énergie sont deux préoccupations majeures de PXL. L’année académique prochaine, démarreront deux nouvelles formations de type graduat (sur deux ans) : HVAC et systèmes à énergie renouvelable. Si elle veut former les experts en énergie de demain, l’école doit disposer de techniques innovantes, comme ce système de stockage de glace. Le stockage d’énergie thermique va devenir un des thèmes majeurs dans la future transition énergétique. Avec ce projet, la haute école PXL désire contribuer à l’étude menée à ce sujet.
Développer les connaissances
Encon a fourni un système de stockage de glace de 15m3, qui a officiellement été mis en service en décembre 2018. Le placement a été suivi par deux étudiants bacheliers : Jaan Evens et Stef Luyten. Le stockage de glace fait partie d’un projet d’enquête plus large. Le but consiste avant tout à suivre le processus de formation de la glace et de voir ce qui se passe précisément dans le réservoir au cours d’une année. C’est pourquoi des capteurs ont non seulement été placés dans le réservoir même, mais aussi autour du réservoir, sur la paroi extérieure ainsi qu’à différentes distances et profondeurs. Ce qui permet de contrôler l’effet d’une grande masse de glace dans le sol sur l’environnement.
On désire également déterminer l’effet de la formation de glace sur le rendement. Plus la couche de glace grandit sur l’échangeur de chaleur, plus l’efficacité de ce dernier baisse en raison du fonctionnement isolant de la glace. Sur base de cela, on peut alors déterminer un régime de fonctionnement optimal. On peut par exemple ne pas laisser la couche de glace croître au-dessus d’une certaine épaisseur. Le professeur Chris Hendrickx veut également voir jusqu’où peut aller la formation de glace. L’idée est d’aboutir à la fin de la saison de chauffe à une masse de glace maximale ; idéalement, on laissera geler la totalité du contenu du réservoir, afin de pouvoir en mesurer l’influence sur l’environnement. De telles données peuvent uniquement être obtenues à l’aide de tests de longue durée à taille réelle.
Un dispositif d’essai complet
Le réservoir de glace est relié à une pompe à chaleur de 5 kW (B0/W35) située dans le laboratoire d’étude qui réchauffe un ballon tampon. Ce dernier est porté à une température aussi élevée que possible et est équipé d’un compteur afin d’analyser l’effet des processus de charge et de décharge, et afin d’obtenir des données sur la stratification.
En été, le réservoir de glace est utilisé pour le refroidissement d’un local de classe via des ventilo-convecteurs. Garantir un climat agréable dans un tel local représente bien plus qu’un défi. Il y a non seulement l’ensoleillement, mais aussi les charges thermiques internes dues aux étudiants et aux divers appareils. Le local en question sert à la formation en biotechnique et comprend notamment une étuve. En utilisant le froid qui est stocké dans le réservoir de glace, on évite de devoir faire tourner un système de climatisation.
Le réservoir de glace est équipé d’un deuxième échangeur de chaleur, qui est relié à des échangeurs de chaleur statiques à air placés contre la façade. Le but est ici de régénérer le stockage de glace durant la saison de chauffe. Tant que le température de l’air est supérieure au point de rosée, il est en effet possible d’extraire de la chaleur de l’air pour faire fondre à nouveau la glace. De cette manière, non seulement l’eau sert de source de chaleur, mais l’air extérieur également. Ce circuit est également muni d’un compteur. On s’attend à ce que cela ait surtout un effet durant les saisons intermédiaires. La puissance de ces échangeurs de chaleur est peut être limitée, mais dans la mesure où il est en principe possible de les laisser fonctionner 24h sur 24, on compte tout de même sur un rendement intéressant.
Les experts de demain
En collaborant à ce projet, Encon a un double objectif. L’utilité directe est d’obtenir des données sur le fonctionnement d’un réservoir de glace qu’une entreprise ne pourrait pas obtenir de sa propre initiative. Il y a ensuite un objectif à long terme. «Nous désirons combler le fossé qui existe entre les écoles et le monde de l’entreprise », ajoute Robin Bruninx, CEO d’Encon. « Lorsque les étudiants maîtriseront mieux les techniques énergétiques du futur, le secteur disposera d’une main-d’œuvre plus qualifiée. Le besoin de profils techniques est déjà important aujourd’hui, et cela ne va faire qu’augmenter. Nous devons pour ce faire nous assurer que les étudiants maîtrisent les solutions de demain. Ce sont finalement nos collaborateurs futurs. »
Par Alex Baumans
