énergies renouvelables pour PAC

[Arkangelsk]

Bonjour à tous,

Je travaille actuellement sur un projet concernant la récupération de chaleur sur une citerne d'eau de pluie enterrée. La cuve alimente une PAC pour les besoins en chauffage d'une habitation. On envisage pour cela un appoint de chaleur utilisant des énergies renouvelables (solaire thermique, capteur noir, micro-éolien) pour élever la température de la cuve de 5-6°C. Le type d'EnR utilisée dépend des conditions climatiques de l'endroit.
Pour vous, quel est l'EnR la plus rentable (en fct du lieu, du climat..) ?

Merci d'avance pour tout renseignement
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[marsan09]

Il me semble que le mieux est d'utiliser des capteurs solaires thermiques,
ils chaufferont l'eau de la cuve l'été
et l'hiver serviront en priorité à chauffer directement la maison ou de l'eau chaude sanitaire.
Prévoir une cuve de grande capacité.
Deux solutions pratiques : cuve isolée thermiquement (difficile)
ou cuve enterrée assez profond , ainsi le terrain autour sert lui aussi de stockage de chaleur (et de déperdition).

[invitea4a042cf]

Marsan a raison, pour la chaleur, rien ne vaut les capteurs solaires, d'autant que tu n'as pas besoin de beaucoup augmenter la température. A orienter plein sud, bien sûr, et avec une inclinaison adaptée aux rayons bas en hiver (puisque c'est en hiver que tu as besoin que ça fonctionne le plus).

[Arkangelsk]

Ok ! Cela confirme ce que je pensais.

Pour les besoins de chauffage de la maison, nous pensons utiliser une cuve de 6 m3. On cherche dans un premier temps à modéliser théoriquement les échanges thermiques entre le sol et notre réservoir. S'il y a besoin d'appoint, nous envisagerons le solaire thermique. Je compte réaliser une carte de France donnant l'ensoleillement et la quantité d'énergie nécessaire par an pour avoir la température souhaitée... L'objectif étant de dimensionner les capteurs (surface des panneaux, etc.) en fonction de la région. Qu'en pensez-vous ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitedbb5457c]

La cuve alimente une PAC pour les besoins en chauffage d'une habitation.

Pourquoi un PAC ?
Le solaire thermique peut donner des températures supérieure à 30°. Le prix de la PAC, il vaut mieux le mettre dans l'isolation de la cuve et/ou la surface de capteur, non ?

[Arkangelsk]

Pourquoi un PAC ?

Salut ,

Pour plus de précisions, je suis étudiant et je travaille pour un projet école. Le modèle que notre groupe met en place comprend une PAC. Les applications concernent les entreprises et institutions ayant des besoins en eau importants :BTP, production. De la même manière, l’habitat individuel ou collectif peut être intéressé.

Notre but est de modéliser les apports caloriques sur une cuve enterrée (sol+appoint solaire par ex.) pour gagner des degrés en entrée de la PAC. Dans un deuxième temps, nous nous pencherons sur l'aspect économique en fonction des paramètres (débit, énergie nécessaire à fournir).

[wizz]

Bonjour

Dans une installation domestique, une PAC géothermique utilise de longs tuyaux enterrés pour avoir un maximum de surface d'échange avec un maximum de volume de terre à proximité. Donc si tu utilises une cuve, la surface d'échange sera alors forcement ridicule. Et le volume de terre concernée (celui à proximité immédiate qui pourra céder ses calories) sera faible aussi.
Avec l'idée d'utilisation d'une cuve, le seul intérêt que je vois est de pouvoir stocker des calories pendant la journée (où on est absent de la maison et donc peu/pas de fonctionnement de la PAC) pour pouvoir les utiliser pleinement le soir (où il fait plus froid donc moins efficace pour les PAC aérothermique).

Et en ce qui concerne les besoins en BTP ou production, je n'arrive pas à cerner le problème (pour justifier l'utilisation de PAC+cuve à eau enterrée)

[Tilleul]

Même chose j'ai un peu de mal à voir le concept... Si c'est pour les besoins en eau, je ne suis pas certain que la PAC va permettre d'avoir des températures suffisantes de manière efficace...

A moins que ce soit pour le chauffage du batiment avec un stockage saisonnier de chaleur solaire ? Là on a effectivement des systèmes qui sont testés qui utilise un système stockage d'eau et PAC....

En tout cas vous pourrez trouver pas mal de documentation sur le stockage de chaleur par ici :

http://www.preheat.org/downloads-links/downloads/

[Arkangelsk]

Le projet est susceptible intéresser le BTP, ou d'autres entreprises de production car les besoins en eau sont importants. L'eau peut être utilisée en interne pour le chauffage des locaux, le lavage d'équipements... en gros tout type d'utilisation sauf l'eau chaude sanitaire. Le système que nous envisageons est une solution regroupant récupération de l'eau de pluie et l'apport de calories par le solaire thermique dans la cuve.

Dans la cuve, un échangeur est relié à un circuit d'eau/glycol qui récupère les calories. Idéalement, la cuve doit être maintenue à une température constante entre 20°C et 25°C (maximum). A priori, cet apport calorifique est suffisant pour des usages de chauffage au sol et pour gagner des degrés en entrée de la PAC.

Pour les échanges entre la cuve et le sol, nous envisageons 3 cas à modéliser :
1. La cuve récupère les calories du sol sans jamais les céder
2. La cuve récupère les calories du sol et les cède
3. La cuve ne récupère pas les calories du sol (isolée thermiquement) et est réchauffée uniquement par appoint

[wizz]

J'ai encore du mal à bien cerner le projet.
Pour ce qui est du besoin d'une usine en eau chaude, j'arrive à imaginer à peu près.
Mais pour le BTP.....

Si tu pouvais nous décrire comment on utilise cette eau chaude dans une usine ou dans le milieu BTP....
Et qu'entends tu par BTP? Quel est le milieu d'utilisation? Où exactement?

[invitedbb5457c]

Pour les échanges entre la cuve et le sol, nous envisageons 3 cas à modéliser :
1. La cuve récupère les calories du sol sans jamais les céder
2. La cuve récupère les calories du sol et les cède
3. La cuve ne récupère pas les calories du sol (isolée thermiquement) et est réchauffée uniquement par appoint

A partir d'une certaine profondeur (quelques métres), le sol se trouve à une température proche de la température moyenne annuelle, c'est à dire entre 12° et 15°C (en France).

Pour stocker au dessus de 15°c, il faut prévoir une isolation. Au plus on veut stocker haut en température, au plus il faut isoler. Au plus on veut stocker pendant longtemp, au plus il faut isoler...
A l'inverse, si on stocke en dessous de 10°C, la terre donne des calories à la cuve, même en hivers ! Mais la puissance thermique que l'on peut récupérer par cette méthode reste faible : la terre donne sa chaleur lentement, mais pendant longtemps car elle est peu conductrice. Donc, si la PAC tourne non stoppe pendant quelques jours d'affilées, elle aura vite fait de transformer la cuve en bloc de glace ! Et il faudra plusieurs semaines pour que la terre fasse fondre cette glace...

Pour stocker au dessus de 20°C, l'alternative a une trés grosse (et trés coûteuses) l'isolation, c'est le stockage sous/dans la maison. A ce moment là, les pertes chauffent la maison. Si, en plus, on arrive a rajouter du déphasage, c'est tout bon !

[invite9d7a05a4]

d'après ce que je comprends, il s'agit de faire un capteur géothermique "low cost" pour une PAC et en plus de faire du stockage intersaisonnier en apportant des calories au sol via un capteur solaire, est-ce ainsi que votre projet est conçu?

Faire un stockage des calories dans de l'eau d'une cuve isolée n'est pas rentable car il faut une cuve immense(plusieurs dizaines de mètres cubes pour une maison) et donc un isolation couteuse comme le souligne remyb.
De plus il se pose le problème de ce qui advient lorsque toutes les calories auront été puisées.
En revanche si vous mettez un matériel à changement de phase du style sulfate de sodium, vous stockez plus de calories dans un volume moindre.
Cf:
http://forums.futura-sciences.com/sh...ase+changement

Pour en revenir à votre projet: je vous conseille de prendre tout de suite en compte une limitation technique importante: les pompes à chaleur à capteur géothermique ont une température MAXIMALE d'entrée pour la source de chaleur, typiquement 17 degrés. Faites donc attention si vous voulez faire fonctionner votre PAC (pour votre eau de lavage) et que vous injectez en même temps de l'eau chauffée par un capteur solaire(80 degrés) dans la source de chaleur.

Il faudra faire pas mal de calculs si vous voulez modéliser les échanges thermiques avec le sol en vue de l'optimisation de la profondeur d'enfouissement de votre cuve...qui déterminera le déphasage que vous souhaitez obtenir. Vous pouvez vous inspirer des modèles utilisés dans cette thèse, bien qu'il s'agisse du cas du puits canadien, donc stockage intersaisonnier dans le sol par des tuyaux parcourus par l'air:
http://www.unige.ch/cuepe/html/bibli...These_2002.pdf

[Arkangelsk]

Nous n'avons que très peu d'éléments concernant les applications pratiques. Les entreprises de BTP sont données comme client potentiel, au même titre que les entreprises de transport, c'est tout.
L'intro du projet, pour info :
" il s’avère qu’un champ très important se dessine vers les entreprises et institutions qui regroupent les phénomènes suivants :

• Présence d’une grande surface de toiture
• Présence de matériels et de collaborateurs dont les besoins en eau sont conséquents (Entreprises de production, de transport, de BTP …)

Ces structures seront très rapidement intéressées par des solutions innovantes d’usage d’eau non potable à des fins internes (Chauffage des locaux, lavage des équipements, ...) "

[invite9d7a05a4]

votre projet a quelque chose d'incohérent:
- vous voulez récupérer l'eau de pluie pour l'utiliser à des fins utiles de lavage.
Ok jusque là ça va.
- vous voulez ensuite chauffer cette eau "un petit peu" à l'aide d'une PAC.
Soit.

Le problème c'est que votre PAC puise ses calories dans l'eau qu'elle est sensé réchauffer par la suite...c'est là que c'est incohérent.

A la rigueur vous stocker de l'eau de pluie que vous chauffez au solaire et que vous utilisez ensuite: ok là c'est cohérent.

Ou alors vous n'utilisez pas cette eau de pluie et vous vous servez de la citerne comme capteur géothermique pour chauffer la maison(est-ce encore utile d'injecter des calories solaires à une période de l'année où les besoins en chauffage sont nuls...à vous de voir). Mais dans ce cas votre PAC en fonctionnement va refroidir (!! et oui!!!) votre citerne dans le sol et vous aurez plutôt de l'eau glacée là dedans....que vous pouvez utiliser pour autre chose, mais certainement pas pour chauffer je ne sais quel liquide vaisselle....

[wizz]

Merci d'avoir donné quelques précisions concernant les types d'utilisation possible.
Mais en ce qui concerne le BTP, je ne vois pas toujours leur besoin en eau chaude???? (à moins pour la douche des employés après leur boulot). Je vois mal construire une cuve souterraine pour la PAC sur un chantier qui va durer 6/12/18 mois, puis à la fin, soit la laisser dans le sol, soit s'emmerder à la sortir du sol et la rammener à l'entrepot, soit la revendre aux futurs proprio de cet immeuble...

Quant aux autres: usines , entreprises de transport dont l'usage consiste à laver le sol, les équipements, etc...
Dans ce cas, je ne vois pas l'utilité de construire une (grosse) cuve souterraine qu'il faudra soit isoler, soit y apporter des calories. Parce que:
-ces installations ont une grande surface au sol et ne sont rarement en face d'une cathédrale ou un site historique qui empêcherait la construction d'équipements "high-tech". Dans ce cas, pourquoi ne pas y installer directement des capteurs solaires thermiques. On peut obtenir une eau déjà chaude. Et ces capteurs solaires installés sur la toiture permettra à cette dernière de ne pas recevoir les rayons solaires, donc ne pas soufrir de chaleur en été, donc moins besoins de ventiler/climatiser ces batiments.

-et si on ne veut pas installer des panneaux solaires thermiques et y persister dans l'installtion d'une PAC, alors on n'a pas non plus besoin de construire cette fameuse cuve souterraine (et ses problèmes thermiques). On utilise de l'eau chaude pour laver les véhicules ou le sol ou les équipements. On aura alors une eau sale dont la température sera toujours relativement chaude, en tout cas pas gelée. Il est préférable de prendre les calories de cette eau sale avant de l'envoyer au réseau d'assainissement qui s'en fiche de recevoir une eau sale à 35°C ou à 4°C...

[Arkangelsk]

Merci pour vos indications. Il est vrai qu'il est difficile de couvrir les besoins d'entreprises quelles qu'elles soient avec une cuve, même d'un grand volume. Je suis maintenant convaincu que l'utilisation des panneaux solaires seuls est la meilleure solution et la plus simple pour ces applications.

Après, pour le chauffage au sol basse température (35°C) et pour une maison individuelle, on va s'intéresser quand même au système cuve+PAC (la source froide est la cuve). La température du sol sera évaluée à 8-10°C, dans ce cas, nous avons bien un transfert de chaleur du sol vers la cuve (on suppose que la température de l'eau de pluie est inférieure à 8°C). Un premier objectif sera de déterminer au bout de combien de temps la température de la cuve se stabilise autour d'une valeur convenable. Comme l'a souligné remyb, ce temps doit être long du à la conductivité de la terre. Il faut aussi tenir compte de la conductivité du béton.

[invite9d7a05a4]

ok, donc on s'oriente bien vers deux systèmes dont les finalités sont différentes.
Dans le cas de l'utilisation avec une PAC, attention à bien dimensionner le volume de la cuve en fonction de la demande de la PAC. Car une PAC 10kw aura vite fait de vous transformer une cuve en un énorme glaçon même si elle a quelques mètres cubes...à vous de faire le calcul, mais pour vous donner une idée, 10 heures de fonctionnement par jour d'une pompe de 2mètres cubes par heure ça n'est pas exagéré comme source de chaleur pour la PAC. Une cuve de 20 mètres cubes verra donc toute son eau passée dans la PAC en un seul jour et sa température sera abaissée de 4 degrés par la PAC dans cette seule journée...l'échange avec le sol doit donc compenser cette baisse.

[invite24f8b32e]

erreur de message

[wizz]

Reprennons les bases apprises depuis le lycée.
1 calorie par degré par gramme d'eau.
ou 4180 joules /°C/kg d'eau
ou 4180000 joules/°C/m³ d'eau
ou 1.16kwh/°C/m³

Même pour un usage domestique, très rapidement, la cuve risque de se transformer en glaçon géant. Et comme la surface d'échange thermique entre la cuve est faible et le sol ainsi que le volume du sol à proximité pour l'échange thermique est faible aussi, alors je doute que le sol puisse réchauffer suffisamment rapidement cette cuve.
Pose toi la question pourquoi les experts en PAC géothermique font un immense serpentin sous une grande surface de sol...

[invite24f8b32e]

Pose toi la question pourquoi les experts en PAC géothermique font un immense serpentin sous une grande surface de sol...

en general, c'est 3 fois la surface a chauffer, et ce a une profondeur de 1m20

[invite0324077b]

tout depand de la dimension de la cuve

il y en as qui font marcher des pompe geothermique avec un tuyau en polyethylene qui descend et remonte dans un forage plein de beton : le volume d'eau est derisoire mais il y a un bon contact avec le sol

la citerne enteré est aussi en bon contact avec le sol : ce n'est pas son volume qui compte mais sa surface

je trouve l'idée de la citerne tres bonne : peut etre que pour le meme prix qu'un forage on a a la fois le stockage d'eau et le contact avec le sol

petit inconvenient ; le contact geothermique n'est bon que quand la citerne est pleine : ce n'est pas bien grave car on veut de la chaleurs en hiver et en general il pleut en automne pour la remplir

mais moi non plus je n'ai pas encore reussi a faire un calcul theorique pour chiffrer le contact avec le sol

[invite0324077b]

pourquoi les experts en PAC géothermique font un immense serpentin sous une grande surface de sol

j'ai une citerne de 3.5m de diametre et 6 m de haut qui date de 1800 : quand je la compare au petit tuyau enteré dans un jardin des pompe a chaleur c'est plutot le tuyaux qui me parait petit

[invite24f8b32e]

la citerne enteré est aussi en bon contact avec le sol : ce n'est pas son volume qui compte mais sa surface

ce n'est pas si simple que ca. L'important n'est pas la surface en contact avec le sol, mais le volume de terre disponible à moins de cinquante de la surface du capteur.

Ainsi, par le procede geothermique, on pourra prendre l'energie a environ 50 cm des parois. Des lors, il y aura environ 127m² e surface en contact avec le sol. Si et seulement si la cuve est entierement enterre a au moin 1 m de la surface.

Ainsi, le volume de terre en contact avec la cuve sera de 127*0.5=63.5m cube

prenons un ependage de 1300m ( necessaire pour obtenir 14000wh)

Le tuyau est de diametre exterieur 20, soit une surface de contact de 857m²!!! soit deja 6 fois plus. mais ce n'est pas terminé.

Car la cuve, à 50 cm de la paroi, il y a un demi metre cube de terre presente. Alors que le tuyau, pour chaque metre de longueur, il y a 0.785 m cube de terre disponible( cercle de 0.5m de rayon autour du capteur). multiplie par la longueur du capteur, on a donc 1020 metre cube de captage effectif, contre 63.5m cbe pour la citerne!!

Autrement dit, pour un meme rendement, il faudrai par ce principe multiplié par 16 la surface d'echange de la cuve.

Autrement dit, ce principe est inneficace.il rapportera environ 63.5/1020*14000 soit 871 wh, si la paroi de la cuve est au moins a son point le plus elevé a 1 m de profondeur!!

[invitedbb5457c]

Car la cuve, à 50 cm de la paroi, il y a un demi metre cube de terre presente. Alors que le tuyau, pour chaque metre de longueur, il y a 0.785 m cube de terre disponible( cercle de 0.5m de rayon autour du capteur). multiplie par la longueur du capteur, on a donc 1020 metre cube de captage effectif, contre 63.5m cbe pour la citerne!!

Le déphasage d'une onde de chaleur est d'un à deux mois par métre de terre.
Ce qui veut dire qu'il faudra déjà attendre plusieurs semaines avant que les 50cm de terre ne donne sa chaleur au capteur.

Autre chose, si on compte la terre qui est à un métre au lieu de se limiter à 50cm, pour la cuve, on double, pour le tuyau ont quadruple !

Conclusion, pour une production faible mais réguliére, la cuve ne fait pas le poids.

Par contre, l'eau de la cuve peut donner sa chaleur trés rapidement.
Donc, dans le cas d'une PAC qui tournerait trés fort, mais seulement un jour par mois, la cuve serait meilleure que le tuyau...

[herakles]

Bonjour à tous,

(solaire thermique, capteur noir, micro-éolien) pour élever la température de la cuve de 5-6°C. Le type d'EnR utilisée dépend des conditions climatiques de l'endroit.
Pour vous, quel est l'EnR la plus rentable (en fct du lieu, du climat..) ?

Merci d'avance pour tout renseignement

je voudrais poser ici mon grain de sel :

Gosse cuve d'eau + capteur solaire+PAC = peut-être une bonne solution ?

rendement capteur solaire très dépendant de la T° au niveau de l'absorbeur , autant l'absorbeur est froid autant le rendement est excellent , autant l'inverse est vrai , et un capteur "froid" capte mieux le rayonnement solaire diffus

capteur solaire = absorbeur fréon pour PAC= cela existe mais fonctionnement pas si facile à gérer

capteur à eau + cuve tampon + PAC qui puise ses calories dans une eau maintenue entre 10~20:

-rendement accru capteur solaire à eau
-pas besoin d'isolation de la cuve (terre à 14°C)
-la PAC travaille en conditions idéales en puisant ses calories dans une eau maintenue entre 10° et 20°C

Il ne reste plus à notre étudiant qu'à calculer la surface de capteurs, le volume de la cuve et la puissance de la PAC pour satisfaire les besoins d'une entreprise

[invitedbb5457c]

Gosse cuve d'eau + capteur solaire+PAC = peut-être une bonne solution ?

Pas vraiment, dans cette solution, la PAC ne fait que remplacer la non isolation de la cuve. Un remplacement coûteux en inverstissement et en fonctionnement...

En effet, la chaleur extraite de la cuve par la PAC provient quasiment à 100% du capteur solaire (une cuve ne profite que peu de l'effet puit canadien de la terre, voir ci-dessus)
Or, un capteur solaire peut tout à fait déliver une température supérieure à 30°C sans que la baisse de rendement soit importante. En isolant correctement la cuve, cette eau peut être stockée sans trop de pertes.
Conclusion, si le prix de la PAC est mis dans l'isolation + l'augmentation de la surface du capteur solaire, on obtient sans doute un systéme plus performant !

[Arkangelsk]

Effectivement, nous avons obtenu les données constructeur de PAC. Pour une température d'utilisation de 35°C, il faut une puissance frigorifique de 6 à 7 kW. Le débit d'eau du circuit capteur de la PAC est de 1,44 m3/h. L'apport de chaleur du solaire dans la cuve doit compenser les calories perdues, donc il faudrait lui fournir 8kW (à mon avis). Peut-on avoir une idée de la surface de capteur solaire nécessaire ?

Nous proposerons une variante au système proposé sans PAC et avec une bonne isolation de la cuve, ce qui parait plus simple et plus rentable.
Merci pour vos posts.

[invitedbb5457c]

il faudrait lui fournir 8kW (à mon avis). Peut-on avoir une idée de la surface de capteur solaire nécessaire ?

Le soleil envoit environ 1kW/m². Le rendement des capteurs solaire est plus tot bon (>50%)
Mais, il faut surtout tenir compte que le soleil ne brille pas 24h/24, ni tout les jours (surtout en hivers) !