Chauffage/refroidissement aquarium

[Koyotwe]

Bonjour a tous,

Je suis nouveau ici et je viens de m’inscrire pour poster moi aussi après avoir lu bon nombre de sujets passionnant sur ce forum.
Pour la présentation, je suis un français expatrie a Taïwan, et en attendant de rentrer pour pouvoir bricoler a la maison, je me prépare des projet en version "papier" avant de pouvoir les concrétiser quand je rentrerais. Le principal thème de ces projets est la gestion d'un aquarium (ma femme m'ayant promis un aquarium quand on rentrera si, et seulement si il est propre, donc je potasse tout ce qui va avec sur la qualité de l'eau, la gestion des paramètres etc... histoire de ne pas me vautrer et d'obtenir une cuve verte remplie d'algues indésirables. Jusque la, j'ai réussit a faire la gestion du pH avec la diffusion de CO₂ et la filtration. Pour chacun de ces projet, j'ai un petit aquarium de 40L ici qui me sert de banc de test pour les prototypes que je bricole pour le futur aquarium (donc avec un facteur d’échelle de 5, forcement).
Maintenant je m'attaque a la gestion de la température, avec donc la chauffage et le refroidissement.

Aimant bricoler, ce qui m'apporte le plus de plaisir n'est pas d'avoir quelque chose de simple (type plug-and-play), mais plutôt quelque chose que je maîtrise, que je puisse réparer moi-même, et qui corresponde a mon besoin (donc les matériels tout fait du commerce -> pas d’intérêt pour moi).

Pour en venir au problème qui m’intéresse aujourd'hui, j'essaie de concevoir et de dimensionner un module permettant de réguler a +/1 dC la température de l'eau de l'aquarium. Je souhaite vous le présenter et expliciter les parties qui me pose problème et pour lesquelles je souhaite avoir un peu d'aide.

Les donnes d’entrées sont les suivantes:
- aquarium de 90x45x60cm (LxlxH)
- Température cible: 24 dC
- Température la plus chaude : 30 dC (température maximal l’été de la pièce)
- Température la plus froide : 16 dC (température minimal l'hiver de la pièce)

Pour dimensionner les puissances chaude et froide, j'ai utilisé le simulateur du site web suivant: https://aquariophilie-aquarium.fr/Aq...chauffage.html
Je pars du principe qu'entre la puissance de chauffage et la puissance de froid, la seule différence a prendre en compte est le delta T différent (et aussi la puissance active en plus pour le froid, liée au chauffage apportée par l’éclairage, les pompes...)
J'obtiens donc une puissance de chauffage de 125W.
Et une puissance froide de 80W + 20W de puissance active (éclairage LED et pompe de circulation), soit 100W a évacuer.

Sur ces puissances, je rajoute un petit +25% (pour la forme). Donc, en puissance minimale, chauffage: 160W et froid : 125W.

Comme mon petit plaisir c'est de bricoler ça moi même, je souhaite partir sur du froid obtenus a partir de modules Peltier (plus "simple" et plus atteignable qu'un groupe frigo avec fluide frigorigène).
Donc pour cela, je pense utiliser des modules Peltier de type TEC1-1206 (donc 12V/6A, avec une capacité de transfert thermique de 50W), il m'en faut donc 3 minimum, voir 4 en se rajoutant un peu de marge.
Je sais pertinemment que ce n'est pas le plus efficace pour refroidir, mais c'est une technologie que je peux maîtriser et réparer moi même (contrairement a un groupe frigo ou je serais bien embêter pour vidanger/recharger le fluide). Aussi, ce système sera dans un meuble dans le salon, le niveau de bruit est donc un facteur important. Avec les modules Peltier et des ventirads de PC pour joueurs, il est possible d’avoir un niveau de bruit inférieur a 30dB (i.e. ventirad Be Quiet Pure Rock a 25,2dB pour une enveloppe thermique de 130W), c'est donc un bon point en plus pour le Peltier.

Pour la partie chauffage, un fil chauffant de 160W, ou 200W (en fonction de ce qui existe).

Le schéma global de l'installation ressemblerait a cela:

Donc un l'eau arrive de l'aquarium en haut (dans le tuyau rouge), elle est repartie dans 2 échangeurs (waterbloc en aluminium de PC pour watercooling) de 40mmx240mm.
Entre ces deux échangeurs, on trouve le fil chauffant de 200W. Et sur les cotes externe, on trouve 4 modules Peltier, associes a des système ventirad de CPU.
Pour les deux échangeurs, je choisi d'en utiliser 2 car je souhaite garder la vitesse de circulation dans les échangeurs inférieure a 0,5m/s. L’idée étant d’éviter au possible des phénomènes de cavitation dans les échangeurs qui "mangeront" la matière et feront des trous dans les échangeurs.
Le sandwich constitués des deux waterblock et du fil chauffant sera emballé dans un isolant thermique.
Le reste du système est donc plutôt logique (j'ai mit 4 modules Peltier pour simplifier la régulation et le contrôle/commande).
Mais, j'ai quelques questions pour lesquelles je sèche un peu... les voici dans le désordre:

Évacuation de la chaleur:
Pour les ventirad, je dois m'assurer qu'ils seront aptes a évacuer toute la chaleur, donc les 50W transférés par les modules et en plus, la chaleur qu'ils vont générer en fonctionnant. Je ne sais pas comment déterminer cette chaleur...
En appliquant la formule 1/2*R*i², j’obtiens un effet joule de 36W par module (en considérant une résistance de 2 Ohms), mais cette valeur me semble bien faible, je m'attendais a beaucoup plus.
Est-ce que je m'y prend bien pour calculer cette valeur, ou bien, suis-je complètement a cote ?

Controle/commande 1:
Pour commander le refroidissement, et donc le nombre de Watt a évacuer, je compte déterminer en fonction de la consigne de température et de la température de l'air ambiant l'apport de chaleur de l’extérieur. Ensuite, en fonction de ce delta de température, je crée une table qui décide du nombre de module a activer et de leur usage.
Exemple:
Si la température de l'air est 2dC au dessus de la consigne de l'eau, lorsque la température de l'eau dépassera la consigne (donc plus de 25dC), alors il me faudra une puissance de 40W (20W de dissipation + 20W de puissance active) pour la refroidir. J'allumerais donc les modules Peltier 1, 2, 3 et 4 a 25% de leur puissance (soit une puissance théorique max de 50W).
Si la température de l'air est 6dC au dessus de la consigne de l'eau, lorsque la température de l'eau dépassera la consigne (donc plus de 25dC), alors il me faudra une puissance de 100W (80W de dissipation + 20W de puissance active) pour la refroidir. J'allumerais donc les modules Peltier 1, 2, 3 et 4 a 75% de leur puissance (soit une puissance théorique max de 150W).
Est-ce que cela vous semble une bonne manière de réguler ?

Controle/commande 2:
Pour les ventilateurs, je pense les activer de la même manière, si le Peltier 1 est activé a 50%, alors le ventilateur 1 est activé a 50%, et ainsi de suite.
Est-ce souhaitable ?
Note: je compte tout de même ajouter une minuterie pour que le ventilateur l'aide le Peltier a se refroidir durant 5minutes après l'extinction.

Controle/commande 3:
Le controle commande serait fait par un controlleur Arduino avec des shields pour moteur DC (capable de supporter 12V/6A, comme le le VNH5019) et un autre shields pour les 4 ventilateurs (un ventilateur utilisant moins de 0,1A, le choix est moins restreint pour les contrôler).
Les moteurs seront contrôlés en PWM pour réguler leur vitesse.
Cependant, pour allumer les modules Peltier a des valeurs inférieure a leur Puissance maximale, j'ai lu sur une étude de Texas Instrument (la voici: https://www.ti.com/lit/an/slua979a/s...=1599500951934) que d'utiliser un PWM est possible mais pas optimal (je cite: "constant current drive is definitively preferred over PWM drive"). Étant bien incapable de savoir pourquoi (en dehors de la petite perte d’efficacité vue dans le rapport), et aussi, comme je ne saisi pas la différence entre un "buck-boost" et un PWM, dans le doute, j'avais l’idée de partir sur un module Peltier en supp (d’où en partie le 4eme module) et une commande des modules en PWM avec une fréquence supérieure a 1kHz (j'ai lu quelque part, mais je ne sais plus ou, qu'une valeur de 1kHz était le minimum pour les Peltier).
Est-ce une bonne manière ou bien est-ce que je vais dans le mur ?

Controle/commande 4:
Pour le fil chauffant, je compte le commander avec soit un PWM, soit un relais. Cela dépendra de la façon dont il se présente (12V ou 220V ?)
Un avis ?

Fil chauffant 3:
Sur ce sujet, je suis vraiment mauvais, car cela doit forcement être d'une simplicité enfantine (une résistance qui chauffe, rien de plus simple, mais je sèche...) comment dimensionne t'on un fil chauffant ?

Sécurité de fonctionnement:
Pour assurer la sécurité de fonctionnement du module, je compte adjoindre:
- deux débitmètre (un par échangeur) pour mettre en le module a l’arrêt si de la glace se forme dans les échangeurs;
- une sonde de température par Peltier, pour mettre le module Peltier (pas les 3 autres) a l’arrêt si la température de la face chaude augmente au-delà de la température maximale admissible (typiquement si le ventilateur est en panne pour ce module).
Voyez-vous d'autres paramètres a surveiller pour assurer la sécurité du module ?

Merci d'avance !

Koyote

Ps: je m'excuse par avance pour l'orthographe, cela a toujours été mon point faible et en plus j'utilise un clavier QWERTY pour Chinois traditionnel et les accents sont parfaitement inconnus au bataillon...
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[FC05]

Beaucoup de questions ...

Alors pour une régul, perso c'est entre deux et trois fois la puissance calculée.
Si tu es pile à la puissance calculée et qu'elle est juste, il te faut un temps infini pour atteindre la consigne.

Du coup je ferai deux modules, ça te permettrais d'en arrêter un pour pouvoir le nettoyer ou en cas de panne.

Pour la chaleur à évacuer, il doit y avoir des graphes dans le datasheet, il faut utiliser P = U.I.

"contrôle/commande3" : le PWM induit des vibrations (dilatation/contraction thermiques) dans le module ce qui dessoude les éléments. Donc un filtrage à prévoir, pas évident sur des courants assez importants. Ou alors haut en fréquence et en tout cas plus de 20 kHz, à 1 kHz, ça fait du bruit !

"contrôle/commande4" : PWM en 12 (ou 24 V) pour des raisons de sécurité.

Fil chauffant : P = U²/R, longueur à calculer en fonction de la résistance linéique du fil.



Pour la programmation, il y des PID déjà tout faits, et comme tu chauffes ou tu refroidis il faut chercher avec "régulation split-range".

[jiherve]

bonsoir,
un Peltier est réversible !
JR

[mag1]

Bonjour,
Il n'est peut être pas judicieux de moduler les quatre Peltier à 25, 50 ou 75% en PWM. Pourquoi ne pas commuter 1, 2, 3, ou 4 Peltier à 100%? Ce serait plus simple et plus efficace
MM

[A voir en vidéo sur Futura]

[jiherve]

re
d'apres ce que l'on peut lire la PWM et les Peltiers ce n'est pas forcement une bonne idée,on conseille d'introduire une self en série pour lisser le courant et ainsi eviter les stress thermomécaniques; Un buck serait donc plus adapté.
JR

[vincent66]

Bonsoir...

Au vu de la grande inertie thermique de l'aquarium on peut très bien utiliser le peltier en fonctionnement à fond dans un sens ou l'autre durant quelques secondes et passer outre un pwm à trop haute fréquence...

Belle soirée...!

[fdamien12]

Bonjour,
J'ai peur que tu penses pouvoir pomper 160W de froid avec 200W de peltier... Attention à ne pas confondre leur consommation électrique et le transfert de puissance qu'ils réalisent ! Cette dernière valeur est bien moindre (je n'ai plus les chiffres exacts en tête).

Bonne soirée

[Koyotwe]

Merci pour toutes vos réponse !

J'aime bien la proposition de FC05 sur le doublage du module, cela permettra également d'abaisser la vitesse de l'eau dans les échangeurs.

Pour le PWM des Peltiers, le problème que je vais alors rencontrer pour une fréquence supérieure a 20kHz est la limitation du shield moteur VNH5019 (il plafonne a 20kHz). Mais, si je double le système, j'aurais alors 8 Peltier, la proposition de Mag1 serait alors une bonne option d'allumer les Peltiers a 100% ou de les éteindre.
Ce qui évite la problématique des PWM, et aussi au passage, je cale les modules sur leurs point de fonctionnement ideal (qui sera a determiner plus tard, mais ils doivent forcement en avoir un).

Pour les ventirads, donc 50W de transfert + 72W de consomation electrique = 122W a dissiper. Cela reste compatible des ensembles ventirads du commerce.

Pour la proposition de Jiherve d'inverser l'alimentation des Peltiers pour chauffer, j'y avait pensée, mais est-ce que le rendement finale pour une fonction de chauffage electrique ne risque pas d'etre vraiment faible en comparaison a une simple résistance ? Si ce n'est pas si mauvais que ca, effectivement, autant chauffer et refroidir par les Peltiers (et donc on enlève le fil chauffant).
Note: je voyais un meilleur rendement car je pensais alimenter la résistance en 220V (donc plus de perte dans une alim 12V 30A), mais si je chauffe avec du 12V, cet argument tombe aussi a cause de l'alim 12V qui va chauffer l'air.

Enfin, pour répondre a Blue Sn4ke, mon intention est de pomper 125W de froid avec 4 modules x 12V x 6A = 288W, donc un rendement (cela ne doit pas être le terme adapté) de 45%.
La puissance de transfert affichee par les modules est de 50W pour une consommation de 12V*6A=72W. N’étant pas vraiment familier de ces éléments, je ne sais pas dire si c'est trop optimiste ou non...
Maintenant, je suis partis pour doubler le tout donc même si ces valeurs ne sont pas vraiment réaliste et considérant aussi que l'on serait sur des Peltiers a 100% (donc un fonctionnement a leur meilleur point d’efficacité, plus de valeur de fonctionnement intermédiaire), on devrait etre bon. non ?

Merci encore !

Koyote

[RomVi]

Bonjour

Pour réguler un peltier il faut un générateur de tension (ou intensité les 2 fonctionnent) ajustable.
Afin d'optimiser la consommation électrique il serait souhaitable de faire une petite étude thermique, pour viser un COP maximal. Pour ça il est probable qu'il faille augmenter le nombre de modules (on améliore le COP en les alimentant plus bas que leur tension nominale, mais du coup ils dissipent moins).
Plutôt que des ventirad il faudrait utiliser un waterblock avec un radiateur à ailettes.

[Koyotwe]

Bonjour RomVi,

Pour essayer de suivre et etre sur de bien comprendre:
En prenant ce module TEC1-12706 (datasheet: https://peltiermodules.com/peltier.d...TEC1-12706.pdf)

Je considère les données suivantes:
- Température de la face chaude a 50dC
- Température de l'eau a 25 dC
- Le module est alimentée en 12V

Avec les courbes, je comprend que l’intensité s’élèvera vers 4,4A, donc une puissance électrique de 52,8W.
Les courbes donnent alors un puissance transférée de moins de 40W, donc un COP inférieur a 1.
Je comprend correctement ?

Si je souhaite améliorer ça, il me faut:
- soit réduire la température de la face chaude (donc ventirads plus puissants)
- soit réduire la tension (pour réduire la puissance consommée)

Si je les alimente a 7V, je prend l’hypothèse que la plaque chaude sera plus froide, donc un Delta face froide/face chaude de seulement 10dC.
J'obtient alors une intensité de 3A, soit une puissance consomme de 21W.
Et avec les abaques, une puissance transféré de 25W, donc un COP au dessus de 1.
Donc au final 46W a evacuer par le ventirads (ce qu'il fera tres bien si c'est un 130W).

Est-ce que je lis les courbes correctement ? Ou bien est-ce que je me vautre ?

Pour les waterblocks a ailettes, je ne comprend pas bien l’idée. Dans tout les cas je vais devoir transférer cette chaleur a l'air ambiant, donc je vais utiliser des ventilateurs pour refroidir les waterblocks. Donc ce système me permet d’évacuer la chaleur plus loin mais le problème reste le même. Non ?
Je dois louper un truc la...

Merci pour vos réponses !

Koyotwe

[RomVi]

Non, ton raisonnement est correct.
L’intérêt d'utiliser un waterblock avec un radiateur et un circuit d'eau est qu'on arrive à obtenir une bonne dissipation pour un coût relativement faible. Le montage est aussi plus compact.
Par exemple un waterblock de 40x120mm (pour 3 modules) se trouve pour un peu plus de 5 euros.

Pour réchauffer l'aquarium il suffit de faire fonctionner les modules en inverse. Là aussi il est souhaitable de rechercher un bon COP.
Si je résume tu as besoin de 160W quand la température est à 16°C et -125W quand elle est à 30°C ?

[FC05]

Je ne comprend pas bien ce que tu as fait ...

Ta cible est de 24°C, ceci veut dire qu'il te faudra injecter dans l'aquarium de l'eau à une température inférieure à 24°C car sinon, il te faudra à nouveau un temps infini pour atteindre ta consigne.

Donc ton eau, au max à 20°C en sortie de l'échangeur.

De plus si tu veux que ton peltier puisse refroidir l'eau, il faut qu'il soit à une température inférieure à celle de la sortie de l'échangeur (sauf si il a une surface infinie ).
Sans différence de température, il n'y a pas de transfert de chaleur.
On va dire une dizaine de degrés de différence, soit environ 10°C pour la face froide du peltier.

Sinon, pour la réalisation pratique, la présence de pâte thermique et un bon serrage est essentiel.

[mag1]

Bonjour,

On utilise 3 ou 4 Peltier pour refroidir l'eau, Ok.
On peut aussi utiliser ces Peltier pour chauffer l'eau, mais cela suppose d'utiliser autant de ponts en H pour inverser les polarités, avec les commandes par µC...
beaucoup plus compliqué que d'utiliser une simple et unique résistance.
Une idée qui parait bonne à priori ne l'est pas obligatoirement...
J'ai jamais essayé, mais pour augmenter la deltaT, on peut peut -être placer les Peltier en série, le froid de l'un contre le chaud de l'autre...??
MM

[RomVi]

Certes ça complique le montage, mais ça diminue aussi la facture d’électricité...
Idéalement il faudrait faire une petite étude économique, mais une puissance de chauffe de 160W va vite coûter cher : 0.1$ par heure, 2.4$ par jour, 72$ par mois.

Avec des modules on peut espérer diviser environ par 2.

Par ailleurs il n'est pas nécessaire d'utiliser des ponts en H, il y a une solution plus simple.

J'ai jamais essayé, mais pour augmenter la deltaT, on peut peut -être placer les Peltier en série, le froid de l'un contre le chaud de l'autre...??

Le but n'est pas d'être le plus froid possible, mais de se placer à la meilleure efficacité possible. En utilisant des modules en série on ne gagne rien.

[Koyotwe]

Merci pour vos retours,

Si je reprend mon idée:

Pour calculer la puissance nécessaire, je me suis basé sur une calculatrice fournie par un site internet dédiée au aquarium (le liens vers la calculatrice: https://www.aquariophilie-aquarium.f...chauffage.html). En fonction des paramètres de l'aquarium (surface des vitres et Delta température max +2dC), la calculatrice donne la valeur de chauffage a installer.
Pour chauffer ou refroidir, je suis partis du principe que c’était de la chaleur sensible (dans la plage de 16 a 30dC), donc quelque chose de proportionnel dans un sens ou dans l'autre (chauffer et refroidir).
En ajoutant des petits arrondis, j'arrivais a une puissance a installer de 125W de froid ( ou -125W) et 160W de chaud.
Suite aux premier commentaires, je me suis mis en tete de multiplier ces valeurs par 2-3 donc 375W de froid (l’idée est de rester sur des valeurs identiques pour le chaud et le froid pour simplifier, aussi j'ai de la puissance active avec l’éclairage qui vient en plus, ainsi que la puissance électrique des Peltier aussi qui viendra s'ajouter donc ça devrait aller pour la partie chaude).

Pour le refroidissement au niveau des températures:
Pour le Delta de température entre la plaque froide et la plaque chaude, je prend une valeur de 15dC. Si la température du local est a 30dC (mon hypothèse max), le refroidissement portera la face chaude du module aux alentours de 35dC, la face froide aux alentours de 20dC et une eau dans le bac aux alentours de 24dC. Ceci me donne un delta de 4dC MAX entre l’arrivée d'eau fraîche et le bac.
Pour le mode chauffage:
Je prend une température de face chaude a 27dC, je garde un Delta de 15dC, donc une température de la face froide aux alentours de 13dC. Si la température du local est de 16dC cela me laisse une toute petite marge (3dC) pour réchauffer la face froide (mais comme la puissance électrique du module va s'ajouter, ça devrait aller). Donc une eau dans le bac a 24dC et un delta de 3dC MAX entre l’arrivée d'eau chaude et le bac.

Pour le module, et avec vos conseils, je suis passé au magasin d’électronique en bas de chez moi. Ils me proposent cette version (la datasheet : http://www.everredtronics.com/files/..._40,40,3.8.pdf) a 40NTD pièce (soit un peu moins de 1,2 EURO l’unité).

Avec les températures de fonctionnement citées plus haut et la datasheet, au niveau des performances, je pense caller l'alimentation des modules a 3V/1A. Ceci me donnerait les performances suivantes:
- Pour le refroidissement, une consommation électrique de 3W pour 8W transférés (donc un COP de 2,6)
- Pour le chauffage, une consommation électrique de 3,6W (le courant passerai a 1,2A) pour 6W transférés (donc un COP de 1,9) + la puissance électrique de 3,6W (donc au final 9,6W de chauffage)
C'est mieux que mon idée précédente (plus efficace).
Par contre le nombre de module Peltier explose, pour étaler 375W, il m'en faut 47... a 1,2EUR pièce ça ira.
Niveau encombrement, je comprend beaucoup mieux la logique des waterblock pour évacuer la chaleur.
Donc en considérant des échangeurs de 40x240 (soit 6 modules par face), Cela me organisation comme suit (P les Peltier et WB les waterblocks)

|       |P|       |P|       |P|       |P|       |
|       |P|       |P|       |P|       |P|       |
|       |P|       |P|       |P|       |P|       |
|  WB   |P|  WB   |P|  WB   |P|  WB   |P|  WB   |
|   1   |P|   2   |P|  3    |P|  4    |P|  5    |
|       |P|       |P|       |P|       |P|       |

L'eau de l'aquarium circule dans les waterblock (WB) 2 et 4, tandis que l'eau de refroidissement circule dans les modules 1, 3 et 5.
Donc un ensemble de 24 Peltier pour 5 waterblock, je le double et j'arrive au 48 requis.

Pour évacuer la chaleur, je tope des modules de waterblock a ailettes (comme pour le watercooling de PC), d’après les sites Web, pur un Delta de température entre l'eau et l'air de 5dC (grosso modo ce que je vise), ils retiennent une puissance de 100W dissipée tout les 120mm d’échangeurs (avec un ventilateur dessus).
Pour évacuer la puissance totale (puissance froide 375W + puissance electrique 48 modules a 3W chacun =144W, soit un total de 519W que j'arrondis a 600W), il va me falloir 3 waterblock a ailettes de 240mm de long (soit 200W chacun, donc 600W au total).

Enfin, pour la question du pilotage avec pont en H des modules Peltier, le magasin me propose des modules Pololu (enfin des clones) DRV8838 (la datasheet: https://www.pololu.com/product/2990) a 40NTD pièce ici aussi (ils pilotent de 0 a 11V sous 1,7A max, donc ça colle pour ce que tirerait les Peltier).
Pour simplifier le controle commande, je peut les grouper par lot de 4, donc 2PIN de l'arduino contrôleraient 4 DRV8838 qui contrôleraient eux-même 1 module Peltier chacun. Je perd un peu en finesse de régulation, mais je simplifie le contrôle-commande.

RomVi, tu indiques que:
"Par ailleurs il n'est pas nécessaire d'utiliser des ponts en H, il y a une solution plus simple."
Tu penses a quoi exactement ?

Pour le rendement total/final de l'installation, si vous trouvez que ce que j'ai écris ci-dessus fait sens, dans ce cas, je chercherais des ventilateurs de refroidissement (donc 6 en 120mm), des pompes a eau (3, une par Waterblock) et enfin un module arduino (type MEGA2560 je pense) pour faire la consommation electrique totale.

Merci encore !

Koyotwe

[jiherve]

Bonjour,
un relais DPDT peut remplacer un pont en H dans certains cas : commande quasi statique.
le module pololu est sous dimensionné voir s'il n'existe pas des modules utilisant le L6203.
JR

[RomVi]

Bonjour

Il faut éviter de trop surdimensionner le système, la puissance installée doit correspondre au besoin, en prenant juste un peu de marge.
Il faut comprendre que cette installation ne sert par à chauffer (ou refroidir) l'aquarium, donc il n'y a pas d'histoire de temps infini pour y parvenir là dedans.
La seule chose que l'on fait est de compenser la puissance apportée ou soustraite au système ; la température de l'eau reste constante.
Si pour une raison quelconque la température venait à tomber (panne de courant par exemple) il serait plus censé d'utiliser une résistance plongeante , le temps de remonter en température.

Par contre comment compte tu faire l'échange entre l'eau de l'aquarium et les faces des modules ? Quelles pompes vas tu utiliser ?

[FC05]

Bonjour

Il faut éviter de trop surdimensionner le système, la puissance installée doit correspondre au besoin, en prenant juste un peu de marge.

Je ne suis pas d'accord ... un peu de marge ça ne fonctionne pas quand tu risques de tuer tous tes poissons assez vite.

Mais juste une remarque, le point de fonctionnement choisi est loin du max, ce qui veut dire que l'on est déjà à 50% (voire moins) et que le nombre est déjà doublé pour avoir de la dynamique.
Donc c'est effectivement surdimensionné au niveau du nombre de modules.

[RomVi]

Je ne suis pas d'accord ... un peu de marge ça ne fonctionne pas quand tu risques de tuer tous tes poissons assez vite.

Ça ce n'est pas un argument, mais un appel à l'émotion...

Si il faut 160W maximum pour compenser les pertes il est inutile de mettre plus. Encore une fois on ne cherche pas à réchauffer mais à maintenir une température, tu as fais une erreur de raisonnement au message #12. Il n'y a aucune "dynamique" ici.

Après l'estimation du besoin est peut être erronée, mais ça c'est un autre problème, qui se ne traite pas en surdimensionnant.

Le nombre optimal de module dépend par contre de la puissance que l'on va chercher à échanger, et du DT maximum que l'on se fixe, afin de se placer au COP optimal.

[RomVi]

L'idéal, plutôt que de passer par un calculateur, serait de faire quelques mesures sur le bac existant.

[FC05]

Ça ce n'est pas un argument, mais un appel à l'émotion...

Non, au portefeuille, c'est pas donné ces petites bêtes.

[RomVi]

Ce n'est pas un argument non plus : Un véritable argument consisterai à démontrer pourquoi, avec une puissance juste suffisante, la température va nécessairement diminuer jusqu'à l'issue fatale, mais ce n'est en aucun cas énoncer des faits vagues et non étayés.

[Koyotwe]

Me revoilà.

Suites aux différentes remarques sur la puissance (et aussi car je ne comprenais pas la formule utilisée sur le site web d'aquarium initialement...), je me suis lancé dans une comparaisons des modules de chauffage d'aquarium disponible sur le marché. Sachant que ces modules de chauffage sont fait pour combattre les déperditions ET chauffer un aquarium jusqu’à la température souhaitée sans prendre 50 plombes.
J'en ai identifié 4 qui avaient une documentation assez détaillée pour me permettre de comparer ce qui se faisait, voici les résultats obtenus:
Comparaison chauffage.jpg

Ce que je constate c'est que les chauffages externes sont plus costaud que ceux internes (normal, ils ne sont pas dans le bac, donc ils luttent contre plus de déperditions).
Aussi, je vais considérer la valeur de 0,12 W par litre d'eau et par Kelvin (la valeur max du tableau pour un chauffage externe).
Sachant que pour chauffer, j'ai un delta max de 8 dC (24 - 16 = 8dC), et pour refroidir un delta max de 6 dC (30-24 = 6dC).
Avec un volume de 200L, j'obtient une puissance de 144W pour refroidir et 192W pour chauffer.
Ces valeurs sont calées sur des produits du marché donc je part du principe qu'ils intègrent déjà les marges nécessaires pour rattraper la température (après une panne de courant par exemple), donc je ne vais pas y ajouter de marge supplémentaire.

Maintenant, les cas de fonctionnement du Peltier et les températures.
En cherchant des éléments sur les waterblocks pour évacuer la chaleur de manière compacte (plus compact qu'avec les ventirads en tout cas), je me suis rendu-compte que je faisait une grosse erreur sur le delta de température entre la face chaude et la face froide et donc sur l'optimisation du Peltier. Je m'explique:
- Les refroidissement a eau des PC sont pris avec une marge de 25% sur l'enveloppe thermique des elements a refroidir (pour refroidir 100W, mon waterblock est dimensionne pour 125W), avec ce point de départ, la température du fluide dans le circuit de refroidissement est égale a la température ambiante +5dC. Donc l'eau dans le circuit d’évacuation sera au max de 35dC (avec ma température max a 30dC).
La plaque chaude du Peltier, lorsqu'elle est refroidie avec un fluide a une température supérieure de 10dC a la température du fluide, donc 45dC (on est loin des 30dC que j'estimais au début...)
Pour la plaque froide, je vais prendre la même chose que la plaque chaude, donc 10dC de moins que le fluide. Ce dernier étant a 24dC la plaque froide sera aux alentours de 14dC.
Soit un Delta de température entre la plaque froide et la plaque chaude de 30dC (arrondis) au lieu des 10dC espérés initialement (ça chamboule mes plans )

- Pour la partie chauffage, on fait l'inverse avec une temperature ambiante de 16dC, donc un circuit de refroidissement a eau a 11dC, une plaque froide a 1dC, une plaque chaude a 34dC et une eau du bac toujours a 24dC.
Soit un Delta de température de 33dC entre la plaque chaude et la plaque froide.

Avec ces nouvelles valeurs (je l’espère plus réalistes), je reprend les courbes du modules Peltier (celle-ci : https://peltiermodules.com/peltier.d...TEC1-12706.pdf les autres sont beaucoup plus chere finalement, mon chinois n'est pas bon du tout et j'ai mal compris dans le magasin...). J'obtiens le tableau de points de fonctionnement suivants:
Fonctionnement Peltier.jpg
Pour avoir le meilleur rendement, je vais me caler a 8,6V. Les modules utiliseront donc 3A sous 8,6V en refroidissement, et 3,2A sous 8,6V en chauffage.
Ce qui me donnera une puissance transférée de 16W par module, pour avoir 144W de froid, il m'en faut donc un minimum de 9, je préfère les nombres pairs donc 10 modules, soit 160W maximum de froid.
Pour le chauffage, il y aura combinaison de la puissance transférée (16W ici aussi) et de la puissance électrique dissipée (28W) par les modules, soit un peu plus de 440W pour les 10 modules. Donc on est bien ici aussi.

Pour alimenter les Peltier, les relais DPDT sont exclus (si j'ai des bruits de clic-clac-clic dans le salon, ma femme me tue). Je reste chez Pololu et je pense au VNH5019 (datasheet: https://www.pololu.com/product/2502), donc un module peut alimenter 2 Peltier sous 12V/6A chacun maxi. Ils permettront l'inversion de l'alimentation donc topitop.

Cote empilement des modules, (enfin des echangeurs), ca donnerait ceci:
Empillage.jpg
Les échangeurs vers les waterblocks de refroidissement en bleu, ceux pour l'eau de l'aquarium en vert et les modules Peltier en orange.
J'ai numéroté les Peltier dans l'ordre ou je les allumerais (par groupe de 2)

Pour le groupe de watercooling (pour l’évacuation des calories ou le pompage si on est en chauffage), je dois avoir une puissance totale de 550W (Puissance froide + puissance elec + 25% de marge), donc 3 modules de 240mm (soit 600W en réalités).

Est-ce que ca vous semble mieux que les versions precedentes ? En tout cas, ca me semble moins faible sur les fondations.

Merci encore !

Koyotwe

[Koyotwe]

J'ai oublié de répondre a la question de RomVi sur la circulation de l'eau du bac.
Je vais fabriquer un filtre pour l'aquarium également, ce module de chauffage/refrigeration sera installé en série et en aval du filtre (de cette manière, les corps étrangers seront retenus avant que l'eau entre dans les échangeurs, ceci devrait éviter un encrassements des échangeurs).
Une fois que j'aurais terminé le dimensionnement de ce module, j’achèterai un des échangeurs en alu et avec une pompe et 2 manomètres je ferais des essais pour déterminer les pertes de charges de l’échangeur. Avec cela je pourrais choisir la pompe du filtre (le débit est 2 fois le volume du bac/heure, il ne manque que la colonne d'eau a déterminer).

Koyotwe

[RomVi]

Attention : En faisant passer l'eau du bac dans les échangeurs il est plus que probable qu'ils finissent pas s'encrasser, surtout quand tu sera en mode "chauffage".
Les zones plus chaudes permettent aux bactéries de proliférer, et une sorte de mucus finit par se déposer.
Idéalement il faudrait plutôt une boucle, qui passe dans un bout de tube en cuivre recuit, que tu places dans le filtre biologique de l'aquarium.

[Koyotwe]

C'est une très bonne remarque, d'un point de vue maintenance effectivement ça risque de devenir infernal d'aller nettoyer les échangeurs.
Cependant, si je rajoute une boucle, j'ajoute un nouvel intermédiaire entre les modules Peltier et l'eau de l'aquarium, donc il faut gagner encore 10 dC de plus sur les plaque. Le volume des échanges de chaleur s'effondre encore un peu plus. Il faut également ajouter une pompe en plus, ça complexifie le système et l’efficacité globale est sévèrement affectée.

Je pense que je vais revoir le principe du filtre et modifier ses composants (enfin sa cuve surtout), comme cela, les modules Peltier seront apposés directement sur la cuve du filtre. De cette manière, je garde un volume interne accessible (donc facilement nettoyable) dans lequel circule l'eau de l'aquarium. En cas de dépôt de mucus, je pourrais le nettoyer lors des opérations de nettoyage de filtres (tous les 2-3 mois).
Je vais reprendre mon crayon et revoir la cuve du filtre pour changer la matière (le PVC est un mauvais conducteur) et la forme (le cylindre n'est pas idéal pour recevoir un Peltier)

Le cuivre est cependant exclu car il y aura des crevettes dans l'aquarium. Je pense m'orienter vers de l'aluminium (quitte a le recouvrir d'une fine couche de silicone pour ajouter une protection). J'ai vu des ateliers qui soudent a la demande les formes que l'on souhaite, je dois pouvoir obtenir ce que je cherche avec eux si je leur donne un plan propre.

En tout cas, merci a tous pour vos conseils, je comprend beaucoup mieux comment choisir un module Peltier et mon projet global évolue dans le bon sens avec vos remarques éclairés.

Merci encore !