Calculs Energie Dégagée chauffage solaire

[cerdetchko]

Bonjour à tous,

je viens de m'inscrire sur ce forum afin de demander de l'aide aux avisés que vous êtes.
J'ai un ami qui suite à de nombreuses lectures de votre forum et d'autres sites/videos souhaite fabriquer un chauffage solaire pour chauffer sa piscine en plaçant des tuyau de polyéthylène en spirales avec circulateur et sonde.
Je ne suis pas de formation scientifique mais je me suis intéressé au sujet, ayant moi-même une piscine.
J'ai réalisé toute une série de calculs qui doivent être plus faux les uns que les autres. Je voudrais faire appel à vos corrections afin de mieux comprendre le sujet.

Je sais que beaucoup d'entre vous ne sont pas pour ce système, l'objectif ici n'étant même plus de me convaincre moi même mais juste de comprendre un peu la physique et les formules autour de ce sujet.
Merci d'avance pour votre aide.

tout d'abord j'ai bien compris que ce type de système fonctionne différemment selon le vent, la météo, etc, mais pour mes calculs, je fais abstraction de ces critères.
je me suis donc appuyé sur ce site et sa cartographie:

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php

qui permet en fonction de coordonnées GPS d'obtenir pour ma localisation et pour le mois de Mai une moyenne mensuelle de 5330 Wh/m2/jour soit 5,33 KWh/m2/jour.

1ere question certainement déplacée ou arrivant trop prématurément.
Quel rendement peut on espérer d'une telle installation en fonction de cette moyenne quotidienne de puissance solaire?
Quel critère peut faire varier ce rendement?

Pour le reste de mes calculs j'ai donc pris 40% de rendement soit 2,132 KWh/m2/jour

Les tuyaux sont de diamètre externe 0,016 m et de diamètre interne 0,014 m, et la longueur des tuyaux 50m.
J'ai donc une surface de contact d'environ 0,014*50m= 0,7m2 ? ou ce calcul est complètement erroné comme les tuyaux sont ronds? dois je plutôt prendre 0,016m pour mon calcul car c'est la vraie surface de contact? pour la suite de mes faux calculs j'ai conservé 0,7m2 de surface.

je déroule à partir d'ici, corrigez moi en route:

j'ai donc selon moi une puissance dans mon système de chauffage de 0,7*2,132=1,4924 KWh
Mon volume de tuyaux est de 0,007*0,007*3,14*50= 7,693 litres.
J'ai un circulateur qui met 5 secondes pour m'évacuer 1 litre.

l'eau met donc 5*7,693= 38,465 secondes pour traverser mon système de chauffe.

L'énergie transmise à L'eau pendant cette durée est donc de 1,4924*38,465*3600=206 659 joules
j'ai alors une augmentation de la température (Delta T°) de E/(V*4180) (car Q=Masse d'eau x Chaleur spécifique de l'eau* Dela T° )= 6,43 degrés

Ma piscine faisant 28 m3 et l'augmentation visée est de 8° pour une température initiale de 20°.
J'ai une eau en sortie de mon système de chauffage de 20+6,43=26,43 degrés.

L'énergie nécessaire au réchauffement de mes 28 m3 est de =28*1000*4180*8= 936 320 000 Joules.

je produis donc une Energie/sec de= 206 659/ 38,465=5373 joules/Sec

Si mon système dans un monde idéal avait le même ensoleillement moyen pendant 8 heures par jour je produirai pendant ces 8 heures
=5373*3600*8=154 732 032 joules.

Il me faudrait alors 936 320 000/154 732 032=6 jours pour gagner mes 8 degrés dans ma piscine de 28m3?

Vos yeux ne saignent pas trop? Je suis d'avance désolé de ce que vous venez de lire.

Une fois vos correctifs appliqués j'aurais donc des calculs justes.
Quelle démonstration scientifique peut on faire pour prouver ce que j'ai pu lire sur ce forum qu'il vaut mieux deux systèmes en parallèle plutôt qu'en série?

Y a t il un moyen de déterminer la longueur/ diamètre interne de tuyau idéale pour cette installation?

Si je prends dans le même cas de cette piscine un tuyau de 0,028m de diamètre interne et 150 m de longueur j'ai donc (en conservant ma méthode appliquée ici) une surface de contact de 4,2 m2 donc une puissance de 9,11 KWh/jour

j'ai donc 92 litres dans les tuyaux (0,014*0,014*3,14*150) et avec mon même circulateur 1litres toutes les 5 secondes (ou pas?) donc il faut à mon eau 462 secondes pour traverser le système de chauffe.
Si j'applique mes formules j'ai donc une énergie de 15 130 666 joules et un delta T° de 39,21 degré? Soit une température de sortie de 20+39,21=59 degrés? Est ce possible? N'y a t il pas de plafond ?

Merci d'avance pour votre patience et pour vos remarques. Je me flagellerai de vos corrections afin d'en connaitre un peu plus sur la physique grâce à vous.

Amicalement

cerdetchko
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[Paillafond]

Bonjour

les capteurs termiques ne se résument pas un tuyau chauffé au soleil, il y a des ailettes ou une surface captante qui collecte l'énergie solaire et la transmet par conduction à l'eau dans les tuyaux.

Voici quelques heures de bonnes lectures par ici et là

quant à la ressource solaire, c'est par là

[cerdetchko]

Bonjour et Merci.

Je vais donc m'exécuter.

Bonne journée.

Cordialement.

[Paillafond]

[B]Quelle démonstration scientifique peut on faire pour prouver ce que j'ai pu lire sur ce forum qu'il vaut mieux deux systèmes en parallèle plutôt qu'en série?

Bonjour Cerdetchko

la démonstration que tu cherches, c'est ici : https://fr.wikipedia.org/wiki/Capteur_solaire_thermique

[A voir en vidéo sur Futura]

[cerdetchko]

Bonjour,

Merci pour votre retour.
J'ai certainement mal expliqué le système monté par mon ami mais il n'a pas de "capteur" à proprement parlé mais seulement un tuyau qui serpente au soleil qui joue je pense le rôle de capteur. Du coup j'ai beaucoup de mal après lecture de vos réponses à trouver des corrections à mes calculs.

J'ai sur la page wikipedia pu apprendre comment le rendement était calculé cependant ce qui est un bon début, merci en tout cas.

Si vous avez une idée ou analyse sur mes calculs, n'hésitez pas.

Bonne journée.

Cordialement.

[cornychon]

Bonjour,

Le plus simple est de faire des mesures ! !
Tu places 50 m de tubes polyéthylène en spirale sur un support isolant en plein soleil.
Tu fais circuler de l’eau à faible débit. Tu peux mesurer le débit avec un sceau gradué et un chronomètre.
Tu mesures la température d’entrée d’eau et de sortie d’eau.

Nous savons que lorsqu’un litre d’eau s’élève de 1°C, il emmagasine 1.16 Wh.

Tu fais plusieurs mesures en fonction des conditions climatiques du moment. Tu auras la puissance de ton installation en fonction de l’ensoleillement.
Si tu doubles la longueur du tube, tu doubles la puissance de ton installation.

Avec cette puissance, tu pourras estimer l’impact de ce chauffage sur ta piscine.

[AD 44]

Salut cornychon ,toutes et tous

suis en accord avec ton message .

Si tu doubles la longueur du tube, tu doubles la puissance de ton installation.

excepté avec cette partie...

les premiers mètres du collecteur seront ceux qui auront le meilleur "rendement" ... en conséquence, plus tu allonges ton collecteur...

cela dit un conduit plus long collectera plus malgré tout (heureusement d 'ailleurs ).

[AD 44]

EDIT : sauf si l'ajout est placé en parallèle.

[cornychon]

EDIT : sauf si l'ajout est placé en parallèle.

Bonjour,

Pour moi, cela va sans dire ! Mais tu as raison, lorsqu’il y une place à l’interprétation, c’est beaucoup mieux en le disant

[cerdetchko]

Bonjour,

L'idée me paraît bonne. je vais donc essayer dés que possible chez mon ami qui installe cela ce week end.
J'ai bien compris également pour l'augmentation des longueurs qui est plus intéressante en parallèle.

Cependant quel est votre avis sur le diamètre du tuyau?

Quels seront selon vous les conséquence de doubler le diamètre du tuyau? Il y a proportion?

Cordialement.

[cornychon]

Salut,

Oui, pour une même longueur de tube "en gros" si tu doubles le diamètre, tu doubles les surfaces d’échanges. En doublant les surfaces d’échanges, tu doubles l’énergie récupérée. A débit d’eau constant bien sur !
Mais attention, dans ce cas, tu doubles l’encombrement de ton tube de 50 m.
A encombrement égal, l’énergie récupérée serra pratiquement identique.

Un avantage, pour une longueur de tube donnée, avec un gros diamètre, pour un même débit d’eau, les pertes de charges sont plus faibles.
C’est à voir en fonction de ton circulateur et de l’optimisation du ΔT entrée sortie d’eau.

[cerdetchko]

Cornychon,

Merci pour ces réponses très précises qui répondent parfaitement à mes questions.

Je rebondis sur ta dernière phrase afin d'en apprendre plus.
Comment je choisis mon circulateur Si je désire faire un système de 4 panneaux de 100 mètres en parallèle en diamètre interne 28mm? installé sur un toit (hauteur basse du toit 1,5m donc début des serpentins à cette hauteur ? Ou comment puis je le calculer/estimer (le but c'est d'apprendre)?

Tu parles de l'optimisation du delta entrée/sortie eau. Y a t il sur le régulateur un delta idéal à mettre entre la température de ma piscine et la température de sortie? ou tout est question de débit du circulateur qui va optimiser le renouvellement de l'eau de ma piscine en fonction de son débit?

Cordialement.

[cornychon]

Salut,

Pour avoir un bon rendement, il faut pomper l’eau de la piscine et la recracher dans la piscine. Il faut favoriser un débit suffisant pour avoir dans le tube, une montée en température la plus faible possible. Viser un débit d’eau de l’ordre de 200 litres/heure par panneau de 100 m me parait un objectif raisonnable.

Pour calculer les pertes de charges, le plus simple est d’utiliser ce genre de lien
http://fabrication.polytek.fr/?Polye.../Pertes-charge

Pour un diamètre de 28 mm et un débit d’eau de 0.2 m3/h, les pertes de charges sont de 0.8 mm par m, soit 80 mm d’eau pour 100 m de tube.

Pour 4 panneaux, il faut une pompe capable d’avoir un point de fonctionnement qui se trouve à 0.8 m3/h sous une pression de 80 mm d’eau. Si le débit est plus grand, ça va dans le bon sens ! !

Comme dit plus haut, en mesurant le débit d’eau et le ΔT entre l’entrée et la sortie d’eau, tu auras la puissance de chauffe pour un ensoleillement donné.

[Paillafond]

[QUOTE=cornychon;5577587)
pour une même longueur de tube "en gros" si tu doubles le diamètre, tu doubles les surfaces d’échanges. En doublant les surfaces d’échanges, tu doubles l’énergie récupérée. A débit d’eau constant bien sur !.
.[/QUOTE]

pas sûr ....
en augmentant le diamètre, la surface augmentera linéairement en fonction du diamètre (2 fois le rayon), alors que le volume augmente selon le carré du rayon. La surface devient alors "trop petite" par rapport à la masse d'eau à réchauffer.

Il vaut mieux augmenter le nombre de tuyaux en prenant des petits diamètres.

C'est ainsi que sont montés le capteurs solaires : un réseau de capillaire (en échelle, le plus souvent) relié à 2 collecteurs pour évacuer rapidement les calories.

[cornychon]

pas sûr ....
en augmentant le diamètre, la surface augmentera linéairement en fonction du diamètre (2 fois le rayon), alors que le volume augmente selon le carré du rayon. La surface devient alors "trop petite" par rapport à la masse d'eau à réchauffer.

.

Bonjour,

J'ai précisé plus haut, à débit d'eau constant, la masse d'eau à réchauffer par unité de temps est identique.