CESI "surdimensionné" ?

[gennyF]

bonjour,

on voit souvent des affirmations que la pluspart des systeme solaires CESI sont "surdimensionnées" mais jamais ou rarement sont ces declarations justifiées ou la raisonnement sur lequel ils se reposent mis au claire.

Vu que la base meme de la science est d'expliquer ses methodes et mettre tous à l'examin et la verification des "peers", je croit que il faut imperitivement appliquer ce principe ici.

j'aimerai revoir l'origine de cet hypothèse et voir s'il est bien fondé.

J'ai trouvé un site excellent de M. Hervé Silve qui traite brevement ce sujet entre autre. Le site et trés bien et je conceil un lecture à toulemonde qui ne le connait pas encore. C'est rigoureux, bien expliqué et technique sans être soulant. Je salue et remerci M. Silve pour le contenu de cet site.

http://perso.orange.fr/herve.silve/solaire.htm

C'est justement le seul endoit ou je trouve des expliquations donc merci encore, ca permet finallement à voir la base de l'hypothese et de verifer ou refuter l'idée.

Cette page est volumineuse donc chercher la phrase "Dimensionner le ballon d'ECS". On retrouve le texte suivant:

En général, les ballons de stockage ont une trop grande contenance et de ce fait, la température maximale atteinte avec l'énergie solaire pour la période octobre-avril n'est pas assez importante (pour le reste de l'année le problème ne se pose pas) et nécessite obligatoirement le fonctionnement de l'appoint qui pourrait être évité avec une contenance plus faible.
Exemple :
Un logement habité par 4 personnes possède un ballon solaire de 200 litres. Durant une journée d'octobre, l'énergie solaire qui sera récupérée sera de 11200 Wh (11,2 kWh). La température du ballon ce matin là est de 30 °C en moyenne, la température de coupure de l'appoint est de 50 °C et il n'est autorisé à ne fonctionner qu'en fin de journée afin de permettre une récupération maximale de l'énergie solaire. Le soir, la température dans le ballon sera alors de :
Tst = 11200 / (200 x 1,163) + 30 = 78,15 °C
Le besoin en eau chaude est de 50 litres par personne à 38 °C et la température de l'eau froide est de 10 °C, l'eau chaude consommée est de :
ECS = 50 x 4 = 200 litres à 38 °C (ce qui nous donne une volume de 35 litres par personne et par jour à 50 °C V50 = 50 x ((38 - 10) / (50 - 10)) = 35 litres)
Le volume d'eau chaude soutiré du ballon à 78,15 °C sera de :
V = 200 x ((38 - 10) / (78,15 - 10)) = 82,17 litres
Ces 82,17 litres seront mélangés à l'eau froide à 10 °C pour avoir de l'eau chaude à 38 °C
La température moyenne de l'eau dans le ballon après utilisation sera alors de :
Tst = (82,17 x 10 + 117,83 x 78,15) / 200 = 50,15 °C
Pour cette journée il n'est pas nécessaire de faire fonctionner l'appoint en fin de journée.
Maintenant, si cette famille avait eue un ballon de 300 litres est-ce que l'appoint aurait fonctionné en fin de journée ?
Vérification :
Tst = 11200 / (300 x 1,163) + 30 = 62,10 °C
Le volume d'eau chaude soutiré du ballon à 62,10 °C sera de :
V = 200 x ((38 - 10) / (62,10 - 10)) = 107,49 litres
La température moyenne de l'eau dans le ballon après utilisation sera alors de :
Tst = (107,49 x 10 + 192,51 x 62,10) / 300 = 43,43 °C
Dans ce cas de figure, l'appoint s'enclenchera de façon à augmenter la température de la moitié du ballon jusqu'à 50 °C, soit une énergie de :
E = 150 x 1,163 x (50 - 43,43) = 1146,13 Wh soit 1,15 kWh
La température maximale de stockage est en général de 90 °C, les jours où cette température pourra être atteinte il y aura probablement une perte d'énergie solaire pour le ballon de 200 litres mais le fonctionnement souvent inutile de l'appoint pour le ballon de 300 litres n'est probablement pas compensé par cette énergie perdue, donc à voir !

C'est un example qui ne pretends pas etre une preuve mais pour l'instant c'est tous que je trouve au sujet et je soupsonne que beaucoup d'autres textes se sont basés la-dessus sans se poser plus de questions. Si on connait d'autre textes plus rigoureux merci de me faire signe.

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Il me semble que le fond du raisonnement est basé sur la comparaison de deux réserves de volume différents qui commencent la journée à une température donnée de 30 degrées. La suite et la conclusion donc dépendent de l'a priori que ces conditions soit typiques et comparables aussi bien que les conditions finales soit également comparables.

J'ai peur que ce n'est pas le cas. Le système à 300 litres finit la journée avec un plus grands réserve d'énergie que l'autre. Donc le comparaison ne tiens pas.

Par contre, si on considère le lendemain , les deux systèmes commencent la journée à 50C. On puise quelques kWh d'énergie en eau chaude qui est remis dans la journée par les 11,2 kWh solaire. Les deux se retrouve au-dessus de 50C le soir, donc pas d'appoint nécessaire.

L'énergie pour chauffer l'eau froide rentrante serait la meme dans les deux cas.
Le surplus énergetique serait stocké également par les deux mais se relève par une augmentation de température plus fort dans le petit volume. Peu importe, il n'y a pas de difference de performance à constater.

Situation similaire pour toute consommation inférieure à l'énergie solaire captés.

Un jour de grand consommation c'est la réserve la plus importante qui risque le moins de déclencher l'appoint. Également en période de mauvaise temps. Jusqua-là la plus grande reserve ne fait pas defaut, elle est même meilleur.



Il y a certains arguments qui travail dans l'autre sens et je croit qui il y a des calcules à faire pour déterminer "l'optimum" pour des critères qui restent à définir.

ex. plus grand réserve implique plus de surface donc plus de perditions. Aussi la grande réserve ayant moins de chute de température va faire fonctionner le panneau à un température légèrement plus élevé donc avec un peu moins de rendement.

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Le but de tous nos efforts est de reduire la consomation d'énergie fossile/nucleaire alors il est imperitive à comprendre cette quéstion de taille est de fournir des conceils bien fondés sur le choix et besoins de stockages puis puissance de capteur assorti.

J'aimerai que cet discussion reste bien ancré dans la science et demande que toute réponse se repose sur des chiffres et/ou des propos strictement scientifiques et justifiable.

Merci a tous.
8)

[gennyF]

Une facon plus rigoureuse serait de considerer le bilan énergetique sans faire référence à des températures precises.

On retire une volume d'eau chaude en le remplacant avec la même volume d'eau froide. Il faut que le panneau fournisse un quanitité d'energie pour remonter cette eau au température initiale. C'est indentique pour les deux systemes.

S'il y a une nette deficite d'energie la grande reserve subira moins de chute de temperature donc moins de chance que ca necessite un appel à l'énergie d'appoint.

Si les deux systemes commencent la periode à exactement la température du declenchement il faudra la meme energie d'appoint en fin de jounée pour combler la deficite avec les deux volumes de reserve.

Donc le propos que une plus grande reserve declenchera plus souvent l'appoint me semble refuté. Au moins en ce qui concerne les arguements proposés.

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Si le volume d'eau tiré est très important ca peut modifier le rendement specifique du panneau. (Ils ont plus de rendement - W/m2 - quant ils sont plus froids.)

Par contre , il ne fait pas beau tous les jours. Si on n'a que assez d'eau chaude pour une journée le petit systeme est plus souvent en deficite et fait appel plus souvent à l'appoint.

La il faut recourrir à des chiffres specifiques à chaque installation, usage d'eau et des statistiques méteo.

Cette analyse est pour un autre jour.

[Tilleul]

L'équation du ballon n'est pas aussi simple. La température à l'intérieur du ballon n'est pas homogène car le réservoir est fait pour favoriser un effet de stratification des couches d'eau de températures différentes.

En pratique l'arrivée d'eau dans un le ballon se fait par une colonne avec des valves en plastique qui s'ouvre selon la pression de l'eau : quand l'eau est très chaude elle va tout en eau du ballon, quand l'eau est moins chaude elle ira réchauffer les strates inférieures mais ne viendra pas diminuer la température des strates supérieures. Un peu comme si on avait plusieurs ballons en un seul.

[gennyF]

Merci de vos remarques.

La stratificatation est un état dynamique qui s'estompe avec la conduction thermique dans l'eau au bout d'un certain temp.

Tous ces histoires sont des detailles que ne detractent pas de la question principal que j'ai cité.

Je crois qu'il y a un erreur de fond dans les propos du petit ballon faissant moins de appel a l'appoint.

Restons sur ce questions de base.

8)

[A voir en vidéo sur Futura]

[Quisit]

ayant plus que souvent plus de 40°c de différence entre le haut et le bas de mes ballons j'ai du mal à croire que cet "état dynamique" soit un détail genny ...

[gennyF]

Je n'ai pas dit que c'était insignifiant. Il y beaucoup d'autre effets à être pris en compte mais il faut établir le fond avant s'en occuper des effets secondaires.

Comme j'ai dit , en reviendra sur le quéstions des écarts de temperature aprés.

Alors si quelqu'un peu comprendre le quéstion posé et d'y repondre. Le gros ballon declanche l'appoint en premier ou pas?

merci.

{merci pour les données sur les ecarts, perso j'ai le retour de panneau env +10C donc les ecarts beaucoup moindre. 40C c'est étonnant}

[spoltibrun]

Bonjour , les calculs avançés dans le premier post quand à la t° du ballon en fin de journée sont faussés à mon avis pour une simple raison :
Il partent du principe que l'eau les eaux (chaude qui est stockée) et froide qui entre dans le ballon vont se melanger alors que la configuration de l'entrée d'eau froide ( brise jet en partie basse) va favoriserla stratification en empechant au maximum les remous à l'interieur du ballon
L'eau froide restera donc en partie basse sans faire baisser la t° de la partie haute sauf en fin de puisage de la reserve
La stratification jour un role bien plus important que ce que ces calculs laissent penser
Mon ballon ce matin fourni de l'eau à 75° mais le sonde en partie basse indique 28.5 °
Un plus gros ballon augmente de manière significative le rendement à condition de pouvoir supprorter au moins 24 heures sans aucune chauffe solaire

[invite312dbec0]

Bonjour

tout à fait d'accord avec le post de spoltibrun. Les calculs n'ont pas l'air d'être adaptés à la réalité d'un CESI.
J'en fais l'expérience tous les jours avec mon ballon, qui me sors allègrement du 70°C quand la sonde de température du bas du ballon affiche un petit 30°C.
Cela signifie que un peu de soleil et hop, c'est vite efficace puisque l'échangeur se trouve en bas.

La stratification n'est à mon avis pas un état dynamique mais un état statique ou plutôt un état dynamique particulièrement lent.

Désolé, mais je n'ai pas de calculs à proposer. Je promets d'y réfléchir.

Bonne journée.

[gennyF]

merci vous deux.

je ne voit pas de ce que vous dites soit contraire a mon analyse.

je dit bien que l'eau froide rentre et quil faut etre rechauffé. Qu'elle rentre en bas sans trop etre malangé ou il se trouve dans la zone de l'echangeur vas parfaitement avec mon calcule.

maintenent qu'on a tous compris ce que c'est la stratification et qu'il faut rechauffer l'eau rentrante est ce qu'on est capable de saisir l'arguement de fond?

Les deux ballons gerent le rechaffe pareil. Ils stockent le surplus avec la meme efficacité donc le bilan energetique est largement pareil. Le 300l ne prends pas plus energie d'appoint.

Si on veut croire qu'il faut des kWh en plus tous les jours dans les 300l ils vont ou? On ne peut dire qu'il serait toujours trop froid et va toujours declancher l'appoint.

cette notion est issue d'un fausse logique qui veut qu'on prends deux volumes a 30C qu'ils finissent a 50C et s'etonne qu'il faut un supplement.

Si on commence et termine les deux volumes a la meme temperature on compare le comparable. En surproduction il n'y a aucun qui tire l'appoint.

Par contre en journées deficitaires c'est bien le petit volume et non pas le grand qui se trouve manquant.

Sans noyer la poisson dans les effets de 2eme et 3eme ordre on voit que l'exemple cité en #1 est erronné.

Si on arrive là on peut essayer de formuler les differences de rendement dues au temps moyens legerement ecartés pour les deux cas et l'effet de perditions thermiques sur 24h.

8)

[spoltibrun]

Je pense commencer à comprendre la question
Dans un ballon d'eau chaude , la chauffe ne se dilue pas dans la totalité du ballon
si c'etait le cas , la t° monterait de façon homogène sur toute la hauteur
Alors qu'en fait , l'eau chaude va se stocker en partie haute puis descendre au fur et à mesure de la chauffe
Donc , si on injecte dans un ballon de 300 litres la quantité d'energie necessaire pour n'en chauffer que 150 , ce sont les 150 litres superieurs qui seront chaud
C'est pour cela que l"appoint se trouve en partie haute
De plus l'echangeur de chaleur d'un 300 litre est bien plus puissant qu'un 150 et maintiendra donc le retour vers les capteurs à une t° plus basse et maximisera le rendement des capteurs
Il est vrai qu'un ballon plus petit perd moins d'energie qu'un gros mais cela est largement compensé par le fait de pouvoir "passer" une journée sans soleil comme dit plus haut
Pour maximiser le rendement non pas sur une journée mais sur une année , une surcapacité est préférable à un stockage couvrant seulement une journée de puisage

[gennyF]

meusli,

la stratification est bien sûr dynamique. C'est dû a l'arrivé continuelle de chaleur dans le systeme qui chauffe le bas est cause des courrants de convection. Ce qui ne fait surement pas un systeme en equilbre thermique. Mais c'est un situation qui se stabilise par conduction thermique une fois le rechaffement se termine.

Au cour de la nuit la stratification s'estompe. Il reste des perditions par les parois donc toujours pas une vraie equilibre mais c'est plus lente et plus uniforme sur la hauteur.

[gennyF]

spoltibrun,

l'appoint est en haut parceque ca permet d'acceder de l'eau chade plus vite (en petit quantité) et qu'il s'en fiche de l'acart de temp. Le solaire est en bas parcque en etant petit l'écart est tres important pour echanger.

Oui en generale le 300l aurez plus de capteur et un echanger plus important mais il faut garder tous les autres elements pareil si en veut faire un comparaison donc ce n'est pas le cas dans mon arguement.

Pour estimer le perte du plus grande volume je vai simplifer les choses en regardant des cumulus commercials. En generales les fabriquants donnent des chiffres exprimés en kWh perdu par sur 24h a 65 C dans une temp. ambiente de 20C.

Ils sont env 1.8(5) kWh pour un 150l est 2kWh pour un 200l de marque. Les 1ere prix sont souvent moin bon.

Déjà on vois que ce n'est pas des miettes. Ca fair un bon bout de panneau qui chauffe le locale et non pas la flotte. On voir aussi en economie d'echelle. Les 200l perde moins par litre. Donc un 300l ne perdra pa 50% de plus que notre 200l.

Si on regle a 55 en fait des bonnes economies:

dT/dT= 35/45 = 77% ; on regagne 23% des pertes.

pour faire de bilan exactes des 200l vs 300l il faut connaitre le puissage et la puisance des capteurs.

Sans avoir acces au données enregistres (comme celles jalousement gardées du l'etude ADEME) il faut faire un peu au pif pour avoir une estimation.

Comme on a vu ci-dessus l'eau froide arrive en bas et y reste le temps qu'elle n'est pas chauffé. Donc dans les conditions de usage normale ou en ne tire pas 200l d'un coup c'est largement egales pour les 200 et 300l litres de reserve. Idem pour le rendement du panneau qui est influencé par la temp. de retour pris en bas.

Si en tire 200l des deux, le 300 restera plus teide donc un peu mions efficace au rechauffe mais j'ecarte ce cas comme exceptionel dans un systeme adjusté au conso du foyer.

En resumé, le seule deficit du 300l est les perditions par les parois. Estimation au pif sur les chiffres cités 150/200 je dirait +20% au pire. Ca fait +0.4kWh / jour à 55C. (Reste a trouver des chiffre fab. pour les 300l.)

Donc le 300l sert la meme foyer (meme conso) avec presque la meme surface de panneaux. Inutile d'en mettre 50% de plus , il faut calculer sur les besoins d'eau et non par rapport simplist surface/vol.ballon.

Cela peut expliquer les dites de l'ADEME que les installaions sont souvent trop importantes (en surface des panneaux) mais il faut quils s'expliquent sur l'dée de moins d'appoint avec petit ballon.

C'est difficilement expliquable par la physique.

Surtout parceque en réalité il y a beaucoup de periods dans l'annees quand un plus grands reserve evitera enormement d'energie d'appoint.

8)

Excusez-moi des fautes d'ortho et le manque d'accents. On a essayer de me assasiner avec une voiture hier. Bilan, moto epave, main droite h/s. La frappe est tres penible. Desole.

[invitea8e8283c]

Le probleme c'est que le ballon solaire sert aussi à eviter les surchauffes l'été,
Il y a donc un compromis a trouver, qui n'est a priori pas le meme dans toutes les situations
Un ballon trop petit ne permet pas de stocker assez un ballon trop grand depert trop et ne monte pas assez en température...
De plus il ne faut pas oublier qu'il n'y a pas de soleil tous les jours...
que le rendement des capteurs est meilleur avec une eau a faible température
A mon avis un ballon solaire à stratification permet de trouver un bon compromis

Le rendement ne depend vraiment pas que de la taille du ballon, portez une attention toute particulière à la régulation et aux circulateurs (vive la classe A), mais le facteur essentiel est déterminant est d'avoir un système dimensionné a plus pres de ses besoins.