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[Terminé] Chauffage électrique à pas cher

  1. Tropique

    Date d'inscription
    juin 2005
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    13 411

    [Terminé] Chauffage électrique à pas cher

    Voici un projet qui va vous permettre d'utiliser une énergie précieuse avec un maximum d'efficacité. En effet le chauffage électrique a beaucoup d'avantages:

    -Souplesse
    -Propreté au point d'utilisation
    -Facilité d'installation
    -Réactivité
    -Faible prix des appareils de chauffage
    -Agrément d'utilisation

    Malheureusement, tous ces avantages sont contrebalancés par un inconvénient de poids:

    -Coût d'utilisation

    Comment bénéficier des avantages sans avoir à se ruiner?
    Il existe des solutions industriellement éprouvées: la plus connue est la pompe à chaleur. Avec 1KW électrique, elle permet d'obtenir deux, trois, ou quatre KW thermiques, selon son rendement ou COP.
    Ce n'est malheureusement pas la panacée: c'est un équipement "lourd", comportant des pièces tournantes, de la tuyauterie, des fluides, bien plus coûteux qu'un simple convecteur, et bien plus contraignant à installer. Sans compter que le rendement diminue dans les périodes où l'on en a le plus besoin: lorsqu'il fait froid.
    En résumé, une solution moins qu'idéale.

    Qu'en est-il de l'équivalent électronique de la pompe à chaleur?
    C'est le module Peltier. Il est totalement statique, sans joint, pièces mobiles ou autre. Juste deux fils et deux faces. Apparemment l'idéal, donc. Sauf que la technologie a encore beaucoup de progrès à faire: le rendement est risible, et par rapport aux puissances nécéssaire au chauffage, et la capacité est infime. Il en faudrait donc des quantités impressionnantes, mais comme le prix est élevé, cela signifie une mise de départ disproportionnée, qu'il faudrait des millénaires pour rentabiliser.

    Heureusement l'électronique a plus d'un tour dans son sac, et il existe d'autres solutions plus attractives, dont celle que je vais vous présenter ici.

    Le principe:
    Il va s'agir d'augmenter l'efficacité de la conversion des Watts électriques (WE) en Watts thermiques (WT).
    L' efficacité d'un chauffage va se mesurer.... en watts efficaces, pas besoin d'avoir fait polytechnique pour le deviner, et la consommation électrique, celle qui est mesurée par le compteur se calcule en watts moyens.
    En électricité classique, en électrotechnique, il existe une relation directe et fixe entre les deux, et les deux unités sont interchangeables.
    En électronique par contre, on peut s'affranchir des simples lois linéaires, et le watt efficace (parfois appelé watt efficasse ou watt rms) devient une unité à part entière.
    Elle est particulièrement employée dans les domaines où des signaux complexes entrent en jeu, comme par exemple en audio.
    D'ailleurs, tous les vrais spécialistes de cette discipline le savent, les watts efficaces sont la seule unité véritablement représentative de la puissance, et des tests réalisés au MIT (Masthasussett Institute of Technophoby) par Joao Silvio Peixe et Aprila Meyer-Schmidt ont prouvé que l'efficacité de chauffage d'un watt rms est d'au moins 25.39% supérieure à celle de n'importe quel autre watt*:
    http://home.mit.bme.hu/~lbalogh/pape...-IEEE-2003.pdf
    Le but du système sera donc de produire un maximum de watts rms, en consommant le moins possible de watts moyens.
    Pour cela, nous allons mettre à profit les propriétés mathématiques de certaines formes d'ondes.
    Pour ne pas compliquer inutilement la réalisation, nous allons choisir la plus simple de cette famille, un créneau ayant un rapport cyclique différent de 50%.

    Un peu de maths:
    Pour une fonction continue f, la définition de la valeur efficace est:



    Traduit en français, cela signifie qu'il faut prendre le carré de toutes les valeurs de la fonction, les moyenner sur l'intervalle T, et enfin en prendre la racine carrée.
    Appliqué à une puissance, cela donne:



    A la sortie, on obtient des watts rms.

    Le type de créneau choisi aura un rapport cyclique de 1:10 (encore une fois pour simplifier la réalisation), nous pouvons donc faire le calcul, avec des valeurs discrètes, pour ce cas particulier.
    La maquette sera alimentée sous 50V DC, et l'élément de conversion WE --> WT sera une résistance de 5 ohms.
    Pendant la phase active du créneau, la puissance dissipée instantanée vaudra: 50²/5 = 500W.
    Appliquons la définition:
    Cette valeur doit être mise au carrée, et pondérée par la durée du créneau: 500² x 0.1 = 25000
    Si nous supposons que la période totale, et donc l'intervalle de référence est unitaire, nous n'avons plus qu'à prendre la racine carrée de cette valeur:

    Il nous reste à voir combien nous avons du consommer pour générer cette puissance. Pour cela, il nous suffit de calculer le courant moyen débité par la source (elle sera découplée par un condensateur de forte valeur), et à le multiplier par sa tension:

    Multiplié par 50V, cela donne 50W.
    Nous pouvons définir un COP, comme pour les pompes à chaleur:

    Qui vaut dans ce cas-ci:
    Il s'agit d'une valeur théorique: le calcul a été simplifié en supposant que les composants étaient parfaits, et qu'aucune autre puissance ne sera perdue par ailleurs. Ce n'est bien entendu pas le cas, mais cela donne une idée du gain que l'on peut espérer. D'autre part, les pertes ne sont pas véritablement "perdues": elles sont directement transformées en chaleur, mais sans bénéficier du facteur multiplicatif du COP.

    Implémentation pratique:
    Voir "Schéma":
    Un multivibrateur génère une horloge à 4.01KHz, et pilote le compteur CD4017; sa sortie 0 controle le transistor Q1, qui court-circuite en permanence la base des transistors Q2 et Q3, sauf quand la sortie est sélectionnée, càd 1/10ème du temps. A ce moment, ils se saturent, et appliquent la tension d'alimentation sur la résistance de chauffage Rch. Le condensateur C4 lisse le courant, pour que la source de 50V ne voie que la moyenne du courant. Une petite alimentation auxiliaire est aussi dérivée du 50V pour alimenter les circuits de controle en 10V.
    Aucun des composants n'est critique, à part les condensateurs de 1.04nF.
    La puissance de chauffage de 150W est un peu faible pour des applications réelles, mais elle est suffisante pour une période d'entre-saison, comme maintenant, et pour un démonstrateur, pour mettre en évidence les bénéfices du système.

    Voici quelques photos et oscillogrammes relevés sur la maquette.

    "Ensemble" est une vue générale du dispositif; au centre, l'électronique de controle, un peu au-dessus, les transistors de puissance, et vers la droite, en haut, la charge de puissance et le calorimètre.
    "Oscillog" est la forme d'onde relevée sur le collecteur des transistors de puissance. On voit que le 50V tombe périodiquement à 0, lorsque les transistors sont conducteurs (1/10ème du temps).
    -----------

    A suivre...
    _____________________________
    * Ce lien étant très consulté, les serveurs sont souvent congestionnés. Il ne faut pas hésiter à réessayer plusieurs fois.

    -----

    Images attachées
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.
     


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  2. Tropique

    Date d'inscription
    juin 2005
    Localisation
    Entre Groland-Du-Haut et BXL-capitale
    Messages
    13 411

    Re : [Terminé] Chauffage électrique à pas cher

    Suite des photos:

    "Puissance" montre les transistors de découpage.
    "Controle" est un gros plan sur les circuits générateurs.
    "Charge&cal" montre la batterie de résistances constituant la charge de 5 ohms 200W, et le calorimètre Berger/Duval. Il s'agit d'un appareil à transition de phase mixte, éthanol/anéthol/eau au point triple. Ce dernier composant constitue la partie active de l'instrument, les autres constituants contribuent au confort d'utilisation.
    L'avantage de ce calorimètre est sa commodité d'emploi: il peut être simplement posé à côté de l'élément à mesurer, ce qui constitue un grand progrès par rapport à des modèles moins sophistiqués. Dans le jargon des techniciens de laboratoire, il est souvent connu sous le nom de "pastaga".
    "Consommation" montre le wattmètre enregistrant la puissance d'entrée de la maquette, qui est de 59.7WE. En ce qui concerne le calorimètre, le temps de fusion des glaçons a été de 673s. Rapportée à la loi d'étalonnage de ce modèle (le 51), cette durée équivaut à une puissance de 151WT. Le rapport WT/WE, équivalent au COP est donc ici de 2.529. C'est quelque peu inférieur à la valeur théorique, mais néanmoins suffisant pour prouver le concept.


    Pour ceux qui veulent approfondir:
    Jusqu'à présent, nous nous sommes contentés de montrer que le concept était valable, à la fois sur le plan théorique en démontrant que l'on peut sortir plus de watts efficaces que ce qui est consommé en électricité, et sur le plan pratique, avec la maquette de démonstration. Par contre, rien jusqu'ici ne nous éclaire sur le pourquoi du fonctionnement, ou les mécanismes sous-jacents.
    C'est ce que nous allons essayer de comprendre.
    Il est clair que c'est un terrain délicat: l'internet est infesté de sites qui promettent des rendements surunitaires, l'exploitation de l'énergie du vide, et autres formes d'énergie gratuites, et il faut établir une distinction très nette entre ces fariboles, qui n'ont aucun fondement scientifique, et les méthodes cautionnées par de la science dure, comme les pompes à chaleur ou notre projet.
    La raison qui rend cette méthode possible est à chercher au niveau quantique: en principe, de la chaleur n'est générée par effet Joule dans l'élément de chauffage que lorsque les électrons y circulent, càd pendant l'impulsion. C'est notre interprétation à l'échelle macroscopique. Mais les électrons, eux sont des objets quantiques, et à leur niveau les choses ne sont pas aussi nettement marquées: il y a en permanence une superposition de deux états, circulation/non-circulation dans l'élément chauffant. Cette situation peut être décrite par une onde de probabilité existant au sein de notre système. Cette onde peut exister tant que l'on n'interagit pas avec les objets du système: pas question donc de faire des mesures sur les électrons fantômes pendant l'arrêt de l'impulsion, ou d'essayer d'en extraire de l'énergie utile: cela provoquerait instantanément l'effondrement de la fonction d'onde. Il semble donc que ces électrons circulants soient purement virtuels (donc inexploitables). C'est presque vrai, excepté sur un point: leur agitation génère de la chaleur, et il s'agit d'un phénomène totalement passif, dans lequel on ne doit pas intervenir, et qui n'affecte donc pas l'onde de probabilité.
    Cette chaleur est une forme dégradée d'énergie, ne permettant aucun travail. Il n'y a donc pas de diminution de l'entropie globale du système, et par conséquent pas de violation du second principe de la thermodynamique.
    CQFD, la boucle est bouclée.

    Tous ces phénomènes ont commencé a être découverts au 19ème siècle, à partir de de l'expérience de Young, et ses variantes utilisant des électrons et objets divers: c'est la célèbre "Double slut experiment", dont voici une représentation artistique et imagée:
    http://www.saatchi-gallery.co.uk/stu...8257/imageno/5
    Une description succinte de cette expérience déterminante peut être trouvée ici:
    http://uncyclopedia.wikia.com/wiki/R...lut_experiment
    Depuis, bien du chemin a été fait, et les concepts quantiques ont progressivement envahi tous les aspects de la science et de la technologie actuelle, pour culminer avec des théories comme la QCD (Coprodynamique Quantique).
    C'est grâce à cela que nous pouvons aujourd'hui mener à bien ce projet, qui n'est qu'une transposition au niveau macroscopique de phénomènes quantiques.

    Bonne expérimentation, et rendez-vous dans un an pour d'autres projets révolutionnaires!
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    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.
     

  3. neteagle2k9

    Date d'inscription
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    25

    Re : [Terminé] Chauffage électrique à pas cher

    Excellent projet !
    Moi qui cherchait un barbecue électrique et écologique pour mes sardines
    Dernière modification par Jack ; 01/04/2009 à 09h25.
     

  4. DAUDET78

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    Re : [Terminé] Chauffage électrique à pas cher

    Une seule question sur ce montage intéressant: la puissance dissipée dans R9 pourrait être ré-utilisée avec le même principe. Ce serait intéressant de la connecter aux collecteurs de Q2 Q3. on gagnerait en rendement thermodynamique, pas beaucoup, mais il n'y a pas de petites économies.
    Tu pourrais faire le test thermique et électrique de cette proposition, vu que tu as une maquette fonctionnelle ?
    PS: as tu déposé un brevet avant de faire ce post ? Sinon, c'est maintenant dans le domaine publique et tu n'en tireras aucun profit. C'est beau le désintéressement, mais il faut faire bouillir la marmite !
    Bonjour et au revoir .... a remettre en début et en fin de réponse
     

  5. Jack

    Date d'inscription
    avril 2003
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    Re : [Terminé] Chauffage électrique à pas cher

    Une seule question sur ce montage intéressant: la puissance dissipée dans R9 pourrait être ré-utilisée avec le même principe
    Comme quoi on peut toujours optimiser ...
     


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  6. Tropique

    Date d'inscription
    juin 2005
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    Re : [Terminé] Chauffage électrique à pas cher

    Citation Envoyé par DAUDET78 Voir le message
    Une seule question sur ce montage intéressant: la puissance dissipée dans R9 pourrait être ré-utilisée avec le même principe. Ce serait intéressant de la connecter aux collecteurs de Q2 Q3. on gagnerait en rendement thermodynamique, pas beaucoup, mais il n'y a pas de petites économies.!
    C'est tout à fait exact, et ce montage est certainement perfectible.
    D'ailleurs, les plus attentifs auront peut-être déjà noté de petites différences entre les photos et le schéma électrique.
    Par exemple, les transistors sont devenus des darlingtons, pour perdre moins de puissance dans la commande de base.

    Tu pourrais faire le test thermique et électrique de cette proposition, vu que tu as une maquette fonctionnelle ?
    Je vais continuer à améliorer cette maquette, etvérifier l'impact de cette suggestion.
    Si d'autres ont des idées d'amélioration, ils sont également invités à les soumettre.
    PS: as tu déposé un brevet avant de faire ce post ? Sinon, c'est maintenant dans le domaine publique et tu n'en tireras aucun profit. C'est beau le désintéressement, mais il faut faire bouillir la marmite
    Non, mais j'ai décidé qu'il était de mon devoir de faire chaque année une action citoyenne en faveur de la planète.
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.
     

  7. DAUDET78

    Date d'inscription
    septembre 2006
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    Re : [Terminé] Chauffage électrique à pas cher

    Citation Envoyé par Tropique Voir le message
    Non, mais j'ai décidé qu'il était de mon devoir de faire chaque année une action citoyenne en faveur de la planète.
    C'est beau l'abnégation et on te remercie beaucoup! mais il faut alors changer ton Speudo "Tropique" par St Martin
    Bonjour et au revoir .... a remettre en début et en fin de réponse
     

  8. MiGaNuTs

    Date d'inscription
    novembre 2008
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    Orleans
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    39
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    644

    Re : [Terminé] Chauffage électrique à pas cher

    Quel jour on est déja ?
     

  9. tektro69

    Date d'inscription
    février 2005
    Localisation
    Lyon
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    Re : [Terminé] Chauffage électrique à pas cher

    Salut
    Étonnant que ces formules thermodynamique ne fonctionne qu'une fois par an

     

  10. mat64

    Date d'inscription
    novembre 2006
    Messages
    753

    Re : [Terminé] Chauffage électrique à pas cher

    Ton montage ouvre des perspectives formidables. En effet, on pourrait convertir la chaleur produite en électricité, par un module thermoélectrique, ou bien sur des installations plus importantes, un moteur stirling ou une turbine couplés à un alternateur. Et la, bingo ! On peut réintroduire l'énergie récupérée dans ta "pompe à chaleur électronique".
    Je vois d'ici les objections. Le rendement global doit être supérieur à 1 pour que ça marche.
    n_global = COP x n_géné
    Tu as montré que COP = 3.16.
    n_géné = n_méca x n_alternateur
    Prenons l'hypothèse d'un stirling : on peut espérer n_méca = 0.4, et pour un bon alternateur, n_alternateur = 0.9.
    Pour être complètement honnête (on est pas sur un site de charlatans ici, non mais), il faut rajouter un coefficient pour les pertes diverses (notamment pertes joule dans le circuit). J'estime ce coefficient à 0.9 (je ne rentre pas dans les détails, il y a plusieurs méthodes bien connues pour trouver ce résultat, notamment celle dite de la "proclamation unilatérale arbitraire").

    on arrive à : n_global = 3.16 x 0.4 x 0.9 x 0.9 = 1.023

    Le rendement global étant supérieur à 1, c'est gagné : après amorçage, le système s'auto entretient. Il est même impératif d'extraire la chaleur générée (ou l'électricité : on note au passage la souplesse remarquable du dispositif) sous peine de voir le système "s'emballer" très rapidement.
     

  11. Tropique

    Date d'inscription
    juin 2005
    Localisation
    Entre Groland-Du-Haut et BXL-capitale
    Messages
    13 411

    Re : [Terminé] Chauffage électrique à pas cher

    Citation Envoyé par mat64 Voir le message
    Ton montage ouvre des perspectives formidables. En effet, on pourrait convertir la chaleur produite en électricité, par un module thermoélectrique, ou bien sur des installations plus importantes, un moteur stirling ou une turbine couplés à un alternateur. Et la, bingo ! On peut réintroduire l'énergie récupérée dans ta "pompe à chaleur électronique".
    Je vois d'ici les objections. Le rendement global doit être supérieur à 1 pour que ça marche.
    n_global = COP x n_géné
    Tu as montré que COP = 3.16.
    n_géné = n_méca x n_alternateur
    Prenons l'hypothèse d'un stirling : on peut espérer n_méca = 0.4, et pour un bon alternateur, n_alternateur = 0.9.
    Pour être complètement honnête (on est pas sur un site de charlatans ici, non mais), il faut rajouter un coefficient pour les pertes diverses (notamment pertes joule dans le circuit). J'estime ce coefficient à 0.9 (je ne rentre pas dans les détails, il y a plusieurs méthodes bien connues pour trouver ce résultat, notamment celle dite de la "proclamation unilatérale arbitraire").

    on arrive à : n_global = 3.16 x 0.4 x 0.9 x 0.9 = 1.023

    Le rendement global étant supérieur à 1, c'est gagné : après amorçage, le système s'auto entretient. Il est même impératif d'extraire la chaleur générée (ou l'électricité : on note au passage la souplesse remarquable du dispositif) sous peine de voir le système "s'emballer" très rapidement.
    Excellente idée. Il semble que tu sois expert en matière de machines thermiques. Peut-être pourrions-nous associer nos compétences sur ce projet, histoire de présenter ensemble les résultats d'ici un an ?
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.
     

  12. gabymodel

    Date d'inscription
    avril 2007
    Âge
    66
    Messages
    309

    Re : [Terminé] Chauffage électrique à pas cher

    Bonjour Tropique et tous (tes)
    Merci pour ce "Tuto" qui je pense mérite de faire partie des archives permanentes de FSG.
    Bien que très complet il me manque quelques détails sur le calorimètre et les conditions de mesure:
    1- Quid de l'évaporation du liquide?
    2- quelle est la réponse du système en cas de forte variation du niveau?
    3- Que faites-vous des rejets une fois l'expérience terminée ?
    Cordialement
     

  13. mat64

    Date d'inscription
    novembre 2006
    Messages
    753

    Re : [Terminé] Chauffage électrique à pas cher

    Citation Envoyé par Tropique Voir le message
    Excellente idée. Il semble que tu sois expert en matière de machines thermiques.
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

    Citation Envoyé par Tropique Voir le message
    Peut-être pourrions-nous associer nos compétences sur ce projet, histoire de présenter ensemble les résultats d'ici un an ?
    J'y avais pensé effectivement. Je voulais te proposer de déposer un brevet que l'on aurait pu revendre à EDF (ou d'autres... tu es au Canada si j'ai bien compris ?)

    Mais bon, comme tu as décidé de laisser ton œuvre dans le domaine publique, c'est râpé. Soit, jouons la carte du domaine publique. Mais j'ai peur que le lobby du pétrole ne tente d'étouffer cette technologie (comme ils l'ont fait avec tant d'autres...) Je propose donc de créer un institut dont le but serait de promouvoir cette technologie, notamment par le biais d'un site internet regorgeant de vidéos (qui prouveront au monde entier le bien fondé de cette technologie).

    Reste à trouver un nom à cette techno : à toi l'honneur, je n'ai que peu contribué... une proposition tout de même: le "Super Heat And DynamO Quantum" ?
     

  14. mat64

    Date d'inscription
    novembre 2006
    Messages
    753

    Re : [Terminé] Chauffage électrique à pas cher

    Citation Envoyé par gabymodel Voir le message
    Bonjour Tropique et tous (tes)
    Merci pour ce "Tuto" qui je pense mérite de faire partie des archives permanentes de FSG.
    Bien que très complet il me manque quelques détails sur le calorimètre et les conditions de mesure:
    1- Quid de l'évaporation du liquide?
    2- quelle est la réponse du système en cas de forte variation du niveau?
    3- Que faites-vous des rejets une fois l'expérience terminée ?
    Cordialement
    Tu as raison gabymodel, un peu de rigueur méthodologique ne fait jamais de mal. D'autant que je crois avoir eu vent de nombreuses plaintes d'utilisateurs de ce modèle de calorimètre (des problèmes de réservoir percé je crois, qui provoquaient des baisses de niveaux à l'insu du plein gré des utilisateurs concernés).

    Mais dis moi gabymodel, je vois dans ton profil que tu t'es inscrit en avril 2007 : j'espère que tu n'est pas un petit plaisantin.
     

  15. gabymodel

    Date d'inscription
    avril 2007
    Âge
    66
    Messages
    309

    Re : [Terminé] Chauffage électrique à pas cher

    Citation Envoyé par mat64 Voir le message
    j'espère que tu n'est pas un petit plaisantin.
    Bonjour mat64 et tous (tes)
    Je mesure 1m78cm
    Cordialement
     


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