Chauffage solaire pour piscine

[merak]

Bonjour,

mes parents songent à installer un chauffage solaire pour la piscine. Ils pensent mettre le système simple des tuyaux en polypropylène ou EPDM, section de 16mm ou 25 jusqu'à 32mm. Noir pour absorber un max de calories. L'avantage est qu'ils disposent d'un toit plat donc stockage de masse facile, on ne verra rien dans le jardin.
Là où on se pose beaucoup de questions, c'est la quantité de tuyaux à installer ...
On cherche un réchauffement de la piscine de 5°C. La piscine fait 80 m³.
Sachant que sur ce site : http://fr.wikipedia.org/wiki/Capteur_solaire_thermique
ils mettent un graphique intéressant :

Le rendement des tuyaux simples, sans vitre est très bon si le Delta est faible. Avec une irradiance de 900W/m² on peut avoir un delta DT de 40°C alors que pour une irradiance de 300W/m² le delta n'est plus que de 13°C max.


Quelle longueur de tuyau mettre d'après vous ?
L'irradiance est la puissance solaire reçue par le sol et donc les tuyaux ici. Mais à combien ça correspond à 12h un 16 avril ? et à 17h un 15 aout ? c'est cela qu'il me manque, on a aucune idée en fait donc on ne sait pas si on doit se baser sur une irradiance de plutôt 300W/m² ou 900W/m² ....

Merci pour votre aide
-----

[Boumako]

Bonjour

Le calcul est un peu plus complexe que ce que ces courbes laissent penser. Quelle est la nature du toit, et comment comptes tu faire la jonction thermique entre le toit et le tube ?

[f6bes]

Quelle longueur de tuyau mettre d'après vous ?
L'irradiance est la puissance solaire reçue par le sol et donc les tuyaux ici. Mais à combien ça correspond à 12h un 16 avril ? et à 17h un 15 aout ? c'est cela qu'il me manque, on a aucune idée en fait donc on ne sait pas si on doit se baser sur une irradiance de plutôt 300W/m² ou 900W/m² ....

Merci pour votre aide

Bonjour à toi,
Pour commençer "l'irradiance" n'est PAS constante tout au long d'une journée.
Faut donc partir sur irradfiance MOYENNE sur une dizaine d'heures dans la journée.

Le hic c'est que tu indique habiter...la voie lactée......mais c'est vaste !!!
J'ai bien une idée assez préçise de l'enfdroit dans la voie lactée, mais sa va pas suffire
pour déterminer l'irradiance de ton lieu réel dont tu ne nous causes pas !
Entre la région des tchis et celui de la cote d'Azur il ya pas mal d'écart !

Te faut donc consulter l'ensoleillement moyen par mois de ton lieu..d'habitation ( voir Google)
Exemple: ensoliellement Nimes
http://www.google.fr/url?sa=t&rct=j&...,d.ZWU&cad=rja
La meem chose jour par jur sur un mois:

Vaut mieux compter trop faible que sur un hypothétique 900W/m2.

Un détail: prendre en compte la durée de vie de vie de tes tuyaux qui vont subir les UV et les froideurs hivernales.

De toute façon ce ne sera pas constant sur toute pa période de chauffage

[f6bes]

Remoi :
climatologie jour par jour sur un mois:
http://www.google.fr/url?sa=t&rct=j&...66330100,d.ZWU
A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[LPFR]

Bonjour.
La valeur de a constante solaire dans nos contrées (avec AT1.5) est de 841 W/m² avec le Soleil au zénith le 21 juin.
Et ce sont des m² perpendiculaires au rayonnement. Pour une surface plane horizontale il faut diviser par racine(2).
Et à mesure que le Soleil se déplace dans le ciel, l'angle qu'il fait avec la normale au toit augmente et l'épaisseur d'atmosphère à traverser augmente. Donc, on peut diviser encore par rac(2) pour tenir compte de ça, sur les 12 heures de soleil.
Donc, vous aurez, par m² de toiture 18 MJ si toute la chaleur du Soleil était absorbée et qu'il n'y avait pas des pertes (par convection en particulier).
Pour augmenter la température de 1 m3 de 1°C il faut 4,18 MJ. Donc, dans la journée, vous augmenterez la température de vos 80 m3 de 0,054 °C pour 1 m² de tuyaux sur le toit. Il fait 18 m² pour l'augmenter de 1 °C et, évidement 92 m² pour l'augmenter de 5°C. Avec un tuyau de 32 mm de diamètre il vous faudra 2880 m linéaires de tuyau.
Le tout en imaginant qu'il n'y a pas de pertes.
Au revoir.

[merak]

Bonjour

Le calcul est un peu plus complexe que ce que ces courbes laissent penser. Quelle est la nature du toit, et comment comptes tu faire la jonction thermique entre le toit et le tube ?

Toit plat de plus de 120m2 peutetre 160m2 dispo.
Pas de jonction thermique toit-tube car le tube noir en propylène absorbe les calories du rayonnement pour les communiquer a l'eau. Donc idealement il faut un isolant entre toit et tube. Dans un premier temps pour moins de travail on peut les laisser poser tel quel sans support isolant. Le toit est recouvert de gravier blanc/gris.

[merak]

Bonjour à toi,
Pour commençer "l'irradiance" n'est PAS constante tout au long d'une journée.
Faut donc partir sur irradfiance MOYENNE sur une dizaine d'heures dans la journée.

Le hic c'est que tu indique habiter...la voie lactée......mais c'est vaste !!!
J'ai bien une idée assez préçise de l'enfdroit dans la voie lactée, mais sa va pas suffire
pour déterminer l'irradiance de ton lieu réel dont tu ne nous causes pas !
Entre la région des tchis et celui de la cote d'Azur il ya pas mal d'écart !

Te faut donc consulter l'ensoleillement moyen par mois de ton lieu..d'habitation ( voir Google)
Exemple: ensoliellement Nimes
http://www.google.fr/url?sa=t&rct=j&...,d.ZWU&cad=rja
La meem chose jour par jur sur un mois:

Vaut mieux compter trop faible que sur un hypothétique 900W/m2.

Un détail: prendre en compte la durée de vie de vie de tes tuyaux qui vont subir les UV et les froideurs hivernales.

De toute façon ce ne sera pas constant sur toute pa période de chauffage

Je suis de bordeaux. 2000h par an d'ensoleillement. En moyenne.
J'ai vu que ces tubes en EPDM avait une température d'utilisation de 120○C max en continu et 150○C max ponctuellement. La température de transition vitreuse est de 55○C et donc passe d'un etat solide rifide a un etat caoutchouteux. Ce qui nest pas genant en soi du moment que la matiere ne se délite pas. Et a priori, les deperdition calorique sont tellelent élevées d'après les courbes de mon 1er post qu'elle ne doit pas monter si haut. Un particulier qui a fait un site web la dessus a releve en juin une température de sortie de 63○C.

D'après toi faut plus tabler sur du 300w/M2 ? Un tel systeme doit fonctionner de 8h du mat à 20h soit pile 12h, il faudrait une moyenne GROSSIERE.pour avoir une base. Mais ensuite, leplus compliqué c'est comment on utilise ces watts ? Car de memoire, pour amener 80m3 d'eau de 20 à 25 degrés il faut 5000w sur sur 100h mais cela ne prend pas en compte la deperdition calorique thermique (par convection et conduction avec les parois et lair ...)

[Boumako]

Toit plat de plus de 120m2 peutetre 160m2 dispo.
Pas de jonction thermique toit-tube car le tube noir en propylène absorbe les calories du rayonnement pour les communiquer a l'eau. Donc idealement il faut un isolant entre toit et tube. Dans un premier temps pour moins de travail on peut les laisser poser tel quel sans support isolant. Le toit est recouvert de gravier blanc/gris.

Donc le tube sera posé sur ou sous le toit ?
Le tube absorbera la chaleur en effet, mais ça fait une grosse différence si il ne le touche pas directement.

[merak]

Merci pour votre aide.
Et sur 2 jours, la moitié de la surface pourrait suffire alors. Soit 46m2. Mais combien a ton de deperdition dueant la nuit ?

[calculair]

Bonjour,

Si il n'y a pas un bon contact thermique entre le tuyau et la surface support, alors seul la surface perpendiculaire au soleil du tuyau sera utile au chauffage


Pour un tuyau de 32 mm et de 1000 m de long, la surface a prendre en compte est de 1000 x 0,032 = 32 m2

Si on prend une irradiante de 300W/m2 en moyenne on récupère environ 9000 W

Il faut 4,18 joule pour gagner 1°C par gramme d'eau ou 4180 J par litre d'eau

Donc les 9 kW chauffe de 1°c 2,15 l d'eau par seconde

La piscine fait 80 m3 ou 80 000 litre d'eau

Pour gagner 1°C il faut 80 000 /2,15 = 37 000 secondes ou 10 h environ

Si l'objectif est de gagner 5°C avec 1000m de tuyau il faut 50 h

Il semble raisonnable d'obtenir ce gain de température en 2,5 h, ce qui conduit à 1000 * 5* 2 = 10 000 m de tuyau

Par contre si on accroit la surface chauffée au soleil et un bon contact thermique surface chauffée / eau cela conduit a un radiateur solaire de 32 *10 = 320 m2

En conclusion, même si on ne cherche pas ces performances, on aura rien d'efficace sans disposer d'une 100m2 exposés au soleil

[Boumako]

Bonjour,

Si il n'y a pas un bon contact thermique entre le tuyau et la surface support, alors seul la surface perpendiculaire au soleil du tuyau sera utile au chauffage


Pour un tuyau de 32 mm et de 1000 m de long, la surface a prendre en compte est de 1000 x 0,032 = 32 m2

Si on prend une irradiante de 300W/m2 en moyenne on récupère environ 9000 W

A condition que toute l’énergie soit transférée au tube, en pratique celui ci perd de la chaleur par échange avec l'air, et il renvoie une certaine part du rayonnement.
Pour répondre pertinemment à la question il faudrait que l'auteur apporte plus de précisions, mais il ne semble pas décidé à le faire...

[calculair]

Tu as tout à fait raison,

Le tuyau devrait être bon conducteur de la chaleur pour que sa surface soit voisine de celle de l'eau et sa surface non réfléchissante

En été l'air de Bordeaux doit être à une température voisine de l'eau ce qui minimise les pertes dans ces conditions

Par ailleurs j'ai pris une irradiance pas trop élevée...

Tout cela sont des estimations..... mais concrètement , on ne chauffe pas l'eau de la piscine facilement, il faut y mettre un minimum de moyen

Si je compte bien il faut 9000 *50 =450 kWh

Si je prends 500 kWh à 0,3€ le kWh donc = 150 € pour chauffer cette eau de 5° C, à mettre en face du cout de l'installation solaire....mais c'est moins amusant.....!

A condition que toute l’énergie soit transférée au tube, en pratique celui ci perd de la chaleur par échange avec l'air, et il renvoie une certaine part du rayonnement.
Pour répondre pertinemment à la question il faudrait que l'auteur apporte plus de précisions, mais il ne semble pas décidé à le faire...

[merak]

Donc le tube sera posé sur ou sous le toit ?
Le tube absorbera la chaleur en effet, mais ça fait une grosse différence si il ne le touche pas directement.

j'avais répondu avec ma tablette mais c'est pas pratique ces engins pour les forums, j'ai perdu ma réponse avant de l'envoyer.
Donc, ici on ne parle que de tuyau posé SIMPLEMENT sur le toit, plat, constitué de gravillons gris/blanc.
Posé "sur" donc. Je ne vois pas comment on pourrait le posé "sous" car il s'agit de capter le rayonnement solaire ....

[merak]

Par contre si on accroit la surface chauffée au soleil et un bon contact thermique surface chauffée / eau cela conduit a un radiateur solaire de 32 *10 = 320 m2

Merci d'avoir pris la peine de faire des calculs, Calculair ! Je trouve des chiffres à peu près similaire aussi. Mais toujours en théorique, sans prendre en compte la déperdition calorique, notamment par convection (air/eau) car nous ne sommes pas (du tout) dans un système adiabatique et j'aurais tendance à dire qu'il y a 10% de perte , à main levée, là comme ça mais j'en sais rien en fait... une idée ?

Par contre, je n'ai pas compris une ligne de ton raisonnement calcul, celle qui a été quotée.Nous sommes d'accord que la surface perpendiculaire au rayonnement offre un rendement maximum, mais les parties, non perpendiculaire sont fonctionnelles aussi et ce qui compte c'est la surface totale du capteur solaire projeté sur un plan perpendiculaire au soleil. Par exemple, soleil à 45° et capteur 1m² (tuyaux) à plat donc 0°. Je pense que la surface équivalente à un capteur 45° est de √ 2 comme a dit un précédent forumeur. Et je comprends pas tes 320m² aussi ?

[merak]

Tu as tout à fait raison,

Le tuyau devrait être bon conducteur de la chaleur pour que sa surface soit voisine de celle de l'eau et sa surface non réfléchissante

En été l'air de Bordeaux doit être à une température voisine de l'eau ce qui minimise les pertes dans ces conditions

Par ailleurs j'ai pris une irradiance pas trop élevée...

Tout cela sont des estimations..... mais concrètement , on ne chauffe pas l'eau de la piscine facilement, il faut y mettre un minimum de moyen

Si je compte bien il faut 9000 *50 =450 kWh

Si je prends 500 kWh à 0,3€ le kWh donc = 150 € pour chauffer cette eau de 5° C, à mettre en face du cout de l'installation solaire....mais c'est moins amusant.....!

c'est 0.12€ le Kwh, entre 0.12 et 0.13 je crois, pas 0.3 ^^
J'avais calculé le coût de la montée de 5°C des 80m³ avec une pompe à chaleur de 2600w qui en produit 8200 et c'était de l'ordre de 22€, et il fallait 3 jours pour obtenir ces 5°C ...

On s'éparpille un peu, donc j'espère que vous rebondirez quand même. Vaste sujet !

Merci pour votre aide

[Boumako]

j'avais répondu avec ma tablette mais c'est pas pratique ces engins pour les forums, j'ai perdu ma réponse avant de l'envoyer.
Donc, ici on ne parle que de tuyau posé SIMPLEMENT sur le toit, plat, constitué de gravillons gris/blanc.
Posé "sur" donc. Je ne vois pas comment on pourrait le posé "sous" car il s'agit de capter le rayonnement solaire ....

En plaçant le tube sous le revêtement, ça se fait parfois et c'est plus économique que d'utiliser uniquement le tube comme capteur, mais il faut un revêtement adéquat (du bitume par exemple), avec du gravier ça ne marche pas.

[calculair]

Bonjour

La surface à prendre en compte c'est celle qui se projette perpendiculairement à la direction des rayons.

[merak]

oui, on est d'accord là dessus. L'idéal aurait été d'incliner les tuyaux mais pas forcément car je suis tombé sur des valeurs de production électrique par des panneaux et l'exposition à 0° avait environ 10% de moins contre une exposition plein Sud incliné ... L'article disait qu'il était plus performant de les incliner vers les Sud, mais qu'il n'était pas handicapant du tout de les mettre à plat non plus.
Je n'ai pas les sources pour valider ceci mais je peux retrouver un lien facilement.
Ce phénomène se comprend, je pense, car quand c'est à plat, et que le soleil se lève à l'Est on capte plus de rayonnement que si le capteur est incliné car la surface de projection en direction des rayons solaires est plus grande quand le capteur est à plat que exposé et incliné plein Sud.
Bref, ce n'est pas le plus préoccupânt à ce stade du projet.

Je pense que le plus énigmatique pour l'instant, restent le niveau de perte calorique du système, notamment par convection air/eau au niveau de la piscine. L'irradiance moyenne sur l'année est de 150w/m², on peut déjà revoir ce chiffre à la hausse car le chauffage solaire est utilisé pour agrandir la pèriode d'utilisation habituelle, soit vers mai et septembre. On peut peut être tabler sur du 300w/m² en moyenne donc 24/24 soit 600w/m² par cycle diurne de 12h environ.
Sur ces 600w/m², environ 50%, à la louche seraient transmis à l'eau. Mais la question un peu gênante, c'est : " combien perd t-on de watts par convection air/eau ?"

merci encore pour vos réactions !

[calculair]

Bonjour

Il est délicat d'évaluer les pertes par convection et elles peuvent changer en présence de vent.

Au pif je dirais que tu perds 20 W par m2 et ° C

Avec de l'eau à 30°C et de l'air à 22°C cela ferait 160 W /m2

mais ce résultat est sans garanti.


Par ailleurs pour améliorer l'efficacité des capteurs solaires, il semble que l'on recouvre les surfaces captatrices des rayons par une vitre pour augmenter l'effet de serre entre la zone d'échange de chaleur et l'eau et l'air ambiant.e
pour revenir a une installation simple, globalement on, peut espérer récupérer 50 % de l'énergie reçue absorbée soit globalement 40% à 30 %. c'est une estimation personnelle.

Cela va faire beaucoup de tuyau à acheter....

[merak]

Donc une piscine de 50m2 perdrait dans les 160x50=8000w pour un delta de 8 degres.
Sachant que pour 100m2 de capteur à 50% de rendement avec une irradiance moyenne hors hiver de 250w/m2
On a = 100x250x50% = 12500w ...2/3 de perdition c'est sévère !

[Boumako]

On peut trouver plus de détails sur les pertes d'un plan d'eau ici : http://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9..._d%27un_bassin
En ce qui concerne le rendement : On a environ 40% pour 8°C au dessus de l'ambiant avec un capteur plan, ici il s'agit de tube, donc en gros on peut diviser par 2 (rapport de pi/2 + réflexion qui augmente avec l'angle d'incidence), soit environ 20% de rendement.

Pour donner une valeur moyenne d'ensoleillement il faudrait que tu donnes une localisation.

[merak]

bordeaux
2000h/an d'ensoleillement et j'ai pris une irradiation de 1300kwh/an.

Pour le rendement, comment tu arrives à 20 % Boumako ?
D'après les courbes de wikipédia on voit que si on maintient un delta faible de température entre intérieur et extérieur des tuyaux alors le rendement peut être assez haut :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Capteur..._rendement.png

on pourrait avoir 90% de rendement si on maintenait un delta proche de 0°C d'après les courbes. Bien sûr en pratique c'est difficilement réalisable.

Et quand on donne une irradiance, donc en W/m², variable au cours de l'heure de la journée, ce m² dans l'unité correspond bien au m² de surface au sol n'est ce pas ?

[calculair]

Bonjour

Je crois que tes 1300 kWh/m2 sont très optimiste

L'ensoleillement du matin et du soir n'apporteront jamais les 650 W/m2

Je compterai au maximum pour la moitiée