Calcul des déperditions dans un réseau de chaleur à fluide thermique

[NOB1]

Bonjour, ceci est mon tout premier post sur ce forum bien que j'y suis depuis un petit bout déjà (enfin il s'est lancé ).

J'aimerais savoir ce qu'il faudrait pour déterminer l'ensemble des déperditions thermiques dans une conduite isolée (d'un réseau de chaleur à fluide thermique).

La majorité de la docu que je trouve sur le net me renvoie toujours sur des calculs pour des réseaux de chaleur pour chauffage de bâtiments ou encore pour des réseaux ECS et vu que ces calculs sont souvent faits avec tout un tas d'approximations et de considération, il est assez compliqué de les transposer dans un cas pas tout à fait similaire (avec un liquide qui n'est pas de l'eau par exemple).

En effet, au départ de mon réseau il y'a une pompe qui fait circuler à un débit d'environ 100 m^3/h, un fluide minéral (du SERIOLA 1510) à une température moyenne à l'allée d'environ 240°C pour une température extérieure prise à 10°C. Ne sachant pas trop comment m'y prendre avec les réseaux de chaleur, j'ai dans un premier temps assimilé mon réseau à une conduite d'environ 105 m de long. La conduite est faite acier noir d'environ d'environ 64 mm de diamètre ( pour environ 2.5 mm d'épaisseur). La conduite est recouverte de laine de roche d'environ 5 cm d'épaisseur comme isolant et le tout est recouvert d’aluminium servant de revêtement extérieur.

Partant de toutes ces données, Je cherchais principalement à savoir ce que ça m'apporterait en énergie de supprimer ce réseau en entier, pour ce faire j'ai tout d'abord pensé à déterminer les déperditions thermiques actuels.

Le problème c'est que je n'arrive pas à trouver une méthodologie fiable et correcte. Le peu que j'ai pu trouver sur le net me donnent à chaque fois des résultats totalement différents (pas le même ordre de grandeur), particulièrement pour le calcul des coefficients thermiques de transmission interne et externe hi et he.

Auriez-vous une approche ou une méthodologie plus correcte à me proposer? Une ébauche de réponse ou des encore conseils pouvant me permettre de mieux me retrouver peut-être?

Merci d'avance.
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[vincent66]

Bonsoir...

C'est pourtant bien la méthode utilisée par mon proprio pour me facturer le chauffage qui est la bonne...:

- Mesure de la température du fluide au départ
- Mesure de la température du fluide au retour
- Mesure du débit
- Connaissance de la chaleur massique du fluide

ça devrait te convenir mais bon ... mon proprio me facture ainsi les pertes dans l'installation en plus de l'énergie qui me chauffe réellement, mais c'est une autre histoire...

BElle soirée...!

[barda]

Bof, la méthode est des plus classiques: tu calcules la résistance thermique de l'isolant de ton tuyau (prends des valeurs de résistance de surface proches des conditions réelles d'utilisation), tu calcules la surface du tuyau concernée (c'est simple) et tu intègres le delta T (230 k semble-t il); tu as donc les déperditions, que tu multiplieras par le temps de fonctionnement pour trouver l'énergie dissipée. Il te sera alors simple de comparer avec l'énergie transportée, ou l'énergie consommée selon ton choix…


La nature du fluide vecteur d'énergie n'a rien à voir avec ce calcul...

[NOB1]

Bonjour,

Je vous remercie pour vos explications.

En procédant comme votre proprio, je suis partie au début de mon réseau où se trouvait ma pompe et pas loin j'avais un capteur assez vieux supposé mesurer directement la température du fluide et m'affichais près de 252°C pour le départ de cette ligne. Vers la fin du circuit j'ai retrouvé pareil capteur qui m'affichait pas loin de 221°C. N'étant très sûr des valeurs affichées vues l'état des capteurs, j'ai tout de même par la suite effectué mon calcul.

Ayant donc comme T_in= 252°C, T_out= 221°C, débit volumique Qv= 100m^3/h, chaleur massique du fluide Cp= 2.8 KJ. kg^-1. K^-1 et masse volumique ρ= 860 kg·m^-3, j'ai calculé mon flux de chaleur perdu suivant la formule : FLUX(KW)=Qv*ρ*Cp*(Tin-Tout) et j'ai donc obtenu Flux= 2073,555556 KW ce que je trouve pas mal énorme quand même. Mais tout de même un petit doute au niveau de la formule utilisée ainsi que de l'unité du débit choisi. Sur internet des fois j'en vois diviser le tout par 3600 ou par 860 ou qui préfère plutôt prendre le débit en l/h sans pourtant changer l'unité du flux. Pensez-vous que je sois correcte au niveau du calcul de mon flux de chaleur?

Si oui pensez-vous qu'en prenant comme T_out la température de fin du retour du réseau au lieu de celui aller comme fait plus haut (je comptais faire le même calcul pour le réseau retour et sommer les 2 flux) et en effectuant le même calcul cela serait suffisant pour déterminer quelle quantité d'énergie gagnerai ont (par jour, par moi ou par an par exemple) en supprimant complètement ce réseau de l'ensemble du circuit ou plutôt refaire les calculs manuellement sans ternir compte des valeurs affichées par les capteurs? Parce que par la suite j'aimerais bien faire un test en coupant complètement l'alimentation sur cette ligne pendant un week-end ou un dimanche, comparer la consommation globale d'énergie voir d'électricité à ceux des week-ends précédents où la ligne était en fonctionnement. Mais pour cela j'aimerai déjà avoir des valeurs qui tiennent la route, avec des valeurs que je pourrais modifier suivant les changements de température dans la journée ou l'année.

Merci à vous.

[A voir en vidéo sur Futura]

[NOB1]

Bonjour Barda,

J'ai eu par ailleurs à appliquer un calcul similaire au votre pour déterminer théoriquement mes déperditions et donc mon énergie dissipé après avoir effectué le calcul du flux avec des valeurs de températures relevées grâce à des capteurs de températures (plus totalement fiable) comme indiqué dans mon précédent message ( FLUX=Qv*ρ*Cp*(T_in-T_out)/3600= 2073,555556 KW ). Le truc c'est que je trouve deux valeurs totalement différentes.

En écrivant mon flux comme pour celui d'un échangeur de chaleur : FLUX= U.Surface d'échange.DTLM avec :
-U l'inverse de la résistance thermique surfacique (calculé en faisant la somme des résistances entre le fluide et l'air à savoir 1/hinterne+R Tube en acier+R Anneau cylindrique isolant+1/hExterne+R Paroi externe) suivant le schéma suivant:
schema pertes conduite.jpg


les h ont été calculés avec les formules de corrélation de convection forcée dans un tube (hi=lambda*Nu/Dh, avec Nu=0.023*Pr^0.8*Re^1/3, pour Pr=Cp*rho*nu/lamdba et Re=di*v/nu, qui est la formule utilisée pour un régime turbulent) et de corrélation de convection naturelle à l'extérieur (he=1.42*((Tp-Tair)/L)^1/4).
La corrélation de convection naturelle à l'extérieur a été surévalué de + 5 W/(m²K) prenant en compte le rayonnement. Les autres résistances ont été calculés chacune grâce à la formule e/lambda (lambda laine de verre=0.042 W. m-1. K-1, lambda acier noir=52.33 W. m-1. K-1, lambda alliage d’aluminium=160 W. m-1. K-1).
Avec une vitesse v=7.76 m/s, une viscosité dynamique nu=5.6*10^-6 pour le fluide thermique et un diamètre intérieur di=0.0675m pour la paroi, j'obtiens mon nombre de Reynolds Re=93565.51562.
Avec un Cp=2.8KJ/kg/k, un rho = 860g/m^3 et une conductivité thermique lambda de 0.1016 W. m-1. K-1 pour mon fluide, j'obtiens un nombre de Prandtl Pr=132.72.
Ainsi donc grâce l'opération précédente j'obtiens un Nu=1112.42 et donc un hi=1674.40 W/(m²K). Par calcul j'obtiens aussi un he=0.92+5 W/(m²K).

Au final j'obtiens une résistance totale Rt=1.35 m2.K.W-1 et donc un U=1/Rt=0.73 W/m²K

La surface d'échange prise en compte dans la formule du flux est la surface interne du tube où circule l'huile chaude. Surface d'échange=Pi*Di*L=Pi*0.065*120 =25.44m.

-DTLM=différence de température logarithmique moyenne=(T_in-T_air)-(T_out-T_air)/[ln((T_in-T_air)/(T_out-T_air)]

T_in, température d'entrée de l'huile (soit T_in=250°C). T_out température de sortie de l'huile au bout du tube. Sauf que cette dernière valeur je ne suis pas sensé la connaitre. En prenant comme T_out=221°C et T_air= 28°C (Valeurs relevées grâce des capteurs que j'avais en ma possession). J'ai pu obtenir un un DTLM=9.02 °C.

Ayant toutes ces grandeurs, j'obtiens donc un FLUX=0.73*25.44*9.02=168.93 W (ou KW?) très loin des 2073.55 KW trouvé avec la première méthode .

J'aurais pu aussi déterminer théoriquement le T_out en égalant l'équation de mon flux à son autre expression FLUX=débitMassique.Cp*(T_in-T_out) où T_out serait la seule inconnue mais je me dis que de toute façon j'aurais une valeur pas très éloigné de celle choisie et que de toute façon cela ne serait pas suffisant pour expliquer ce large écart de valeur.

Equation 1.PNG
Equation 2.PNG

(En resolvant cette équation avec la fonction valeur cible sur excel j'obtiens un T_out=251,98°C et avec ça un flux négatif : -0,080419747 )

Désolé si mon résonnement et mes explications ne sont pas très claires, mais auriez des explications pour de ce si grands écarts de valeurs? Trouvez-vous des incohérences dans ma démarche? L'a trouvez-vous opposé à celle que vous proposiez initialement?

Merci.

[NOB1]

J'ai posé une colle?
N'hésitez surtout pas à me demander de plus amples informations sur le sujet!

Merci.