Bonjour,
tout d'abord je m'excuse si le sujet n'est pas placé au bon endroit.
Merci du temps que vous passerez à lire ce long post.
J'aimerais mieux savoir comment concevoir/dimensionner une installation de chauffage solaire pour un projet de méthanisation.
Sachez que j'ai pris le temps de me renseigner et ai déjà fait quelques calculs de dimensionnement, mais je ne suis pas vraiment rassuré.
J'espère que vous saurez m'apporter quelques éléments de réponses ainsi que des notions de dimensionnement.
Si vous souhaitez des schémas, ou connaître les calculs que j'ai réalisé, n'hésitez pas.
Contexte:
je travaille pour une toute petite société française, qui développe des solutions de valorisation de la biomasse en énergie pour la zone Afrique. Nous développons principalement des unités de méthanisation.
Nous sommes actuellement en train de concevoir un projet pilote de méthanisation qui vise à traiter une partie des déchets ménagers fermentescibles de la ville de Lusaka (Zambie)
C'est un projet expérimental, et nous voulons en profiter pour tester différentes choses.
Ma problématique actuelle concerne le chauffage du digesteur.
Présentation du projet:
Pour faire assez simple, nous disposons d'une pré-fosse de 10 m3, qui va recevoir chaque jour de la matière fermentescible fraîche (environ 300 kg matière organique/jour).
Cette matière fraîche va être mélangé avec environ 3 m3 de liquide (eau ou digestat) pour être ensuite envoyé dans un digesteur de 100 m3.
Le digestat sera évacué par le trop-plein vers une fosse de sortie de 10 m3.
Le digesteur sera isolé par du copeaux de bois (30 cm) au niveau des murs et maintenu à 37 °C . J'ai calculé une déperdition d'environ 10 kWh/j.
Chauffage du digesteur?
Nous souhaitons chauffer le digesteur grâce à des panneaux solaires.
Concrètement, nous envisageons 2 solutions possibles (rappel, nous devons ajouter environ 3 m3 de liquide en fosse d'entrée pour rendre pompable la matière fraîche).
Cas 1- chauffer le digestat de sortie (3 m3/j) jusque 50-60 °C. Ce digestat sera réintroduit dans la préfosse avant d'entrer dans le digesteur.
Cas 2- chauffer 3 m3 d'eau (ce qui veut dire consommation d'eau propre) jusque 50-60 °C. Cette eau sera réintroduite dans la préfosse avant d'entrer dans le digesteur.
Cas 3- chauffer et maintenir directement le digesteur à 37 °C.
Cas 1: pour le cas n°1, chaque jour; 3 m3 de digestat usée à 37 °C alimentera la fosse de sortie. C'est donc dans cette fosse qu'il faudrait chauffer le digestat. Il faudrait donc faire passer 3 m3 de liquide (on fera l'hypothèse que c'est de l'eau) de 37 °C à 60 °C. On aurait-donc du chauffage solaire en boucle fermée, qui viendrait chauffer grâce à un échangeur sa chaleur avec le digestat.
Quel énergie me faut-il pour chauffer ce digestat? (j'aimerais connaître la formule). En partant sur Q=m*Cp*DT, je trouve 45 kWh/j, est-ce un chiffre cohérent?
Dans ce cas, combien me faut-il de m2 de panneaux solaires? (je pense qu'on peut se rapprocher d'une production de 6 kWh/j/m2 panneaux solaires, mais ça n'intègre pas la question de l'échangeur).
Est-ce possible de faire fonctionner les panneaux solaires thermiques en thermosiphon?
Je trouve très peu de notions de débit sur internet. Si fonctionnement en thermosiphon, la question ne se pose pas. Mais en circulation forcée, si je dimensionne mal le circulateur, n'y a t'il pas un risque de l'échange ne soit pas optimale, et que la montée en température ne se fasse pas comme je le souhaite?
Comment déterminer la dimension du vase d'expansion? (les panneaux solaires serait le plus proche possible du liquide à chauffer)
Cas 2: pour le cas n°2, chaque jour, 3 m3 d'eau à 23 °C serait chauffé jusque 50 °C. Dans l'idée, je serais partie sur une circuit ouvert au niveau des panneaux solaires. Les panneaux solaires reçoivent de l'eau froide, puis la réchauffe jusque 50 °C pour remplir un réservoir, jusque 3 m3. Est-ce «facilement» réalisable ou c'est une ânerie?
Si on part sur un circuit fermée avec échangeur (thermosiphon dans ce cas), on devrait perdre en efficacité?
Concernant le vase d'expansion (pour circuit fermé uniquement), j'aime bien l'idée du vase d'expansion ouvert, et ça me semble plus simple à concevoir qu'un vase d'expansion fermé, mais est-ce utilisable avec un thermosiphon? (les panneaux solaires serait le plus proche possible du liquide à chauffer)
Autre point: introduire 3m3/j de matière à 50 °C risque de me faire dépasser les 37 °C à l'intérieur du digesteur? (digesteur isolé, 10 kWh/j de déperditions)
Avec 2 méthodes de calcul différents, et en partant d'un digesteur de 100 m3 à 25 °C, en ajoutant 3 m3 de liquide à 50 °C, j’atteins 37 °C au bout de 22 jours ou 56 jours.
Cas 3: chauffer et maintenir en température le digesteur de 100 m3.
On partirait sur une température initiale de 25 °C.
La longueur de la conduite à l'intérieur du digesteur serait d'environ 100 m.
Le fonctionnement thermosiphon ne me semble pas réalisable, car d'après les calculs fait, il faudrait une conduite en DN 80, ce qui me semble trop important.
Il faudrait donc un circulateur. Mais quelles caractéristiques? Il me semble que si le débit est trop grand, l'échange thermique est moins bon (trop rapide), l'eau ressortirait encore très chaude.
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