Maison orientable

Thème 2024 : l’ingénierie au service de l’efficacité énergétique

Économies d’énergie et Habitat

Objectif

Optimiser l’apport énergétique solaire dans une habitation en l’orientant par rapport au rayonnement solaire.

Principe

Constat :

De jour :

  • les parois d’une habitation reçoivent le rayonnement solaire (absorption) et une partie de cette énergie réchauffe l’air l’intérieur par convection et par émission (rayonnement).
  • le vitrage laisse passer une grande partie du rayonnement dont l’énergie réchauffe le plancher qui accumule ainsi de la chaleur (absorption).

De nuit :

  • le plancher restitue sa chaleur à l’air intérieur par convection et par émission (rayonnement).

Pour optimiser cet apport énergétique, il est possible de maintenir le vitrage orienté face au soleil.

 

Remarque : l’été, afin de réduire l’apport énergétique du soleil, on peut envisager de faire l’inverse : mettre le vitrage à l’opposé du soleil !

 

Travail à réaliser

Plusieurs activités partiellement indépendantes :

  • Construire la maquette de la maison et sa baie vitrée (découpe laser, impression 3D, …)
  • Instrumenter la maison (Arduino UNO, capteurs de température et de luminosité, …)
  • Mesurer les écarts d’apport énergétique selon l’orientation de la baie par rapport au soleil (utilisation de spots halogènes)
  • Automatiser l’orientation de la maison (voir équipe(s) réalisant le capteur d’azimut solaire) (Arduino UNO, servomoteur, …)

 

Simulation

Modèle Simscape

 

Maquette volumique

document OnShape

 

Capteur d’azimut solaire

Objectif

Orienter un système devant recevoir l’énergie thermique solaire (habitation, capteur thermique, panneau PV, …)

Principe

Système d’orientation automatique face (ou opposé) au soleil

  • 2 (ou 4) mini cellules photovoltaïques
  • Un moteur pas à pas et son contrôleur
  • Microcontrôleur Arduino

Simulation

Modèle Simscape : Capteur_azimut.slx

Maquette volumique

document OnShape

 

TP Arduino préalables (avec le kit personnel)

  • acquisition analogique (cellules PV, photorésistance, …)
  • piloter un servomoteur ou un moteur pas à pas

 

 

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