Calculer un rendement énergétique

[neo888]

Bonjour à tous,

Je viens vers vous parce que je ne sais pas comment orienter ma recherche.
J'ai créé un panneau solaire aérothermique pour diffuser la chaleur à travers le mur lorsque le soleil donne mais aussi pour rafraichir un peu l'air en été la nuit.
Le panneau est constitué d'un cadre en bois (chêne), d'une vitre en verre 4mm extra-claire et d'une plaque alupanel noir mate comme surface d'absorption. Le système est autonome avec un petit thermostat à 3 sonde (temp extérieure, panneau et intérieur) qui vient le cas échéant ouvrir ou fermer un registre et, en été, actionner un ventilateur interne pour envoyer de l'air rafraichi. l'air vient obligatoirement de l'extérieur. Le panneau consomme maximum 3w avec le ventilateur pwm à fond. le contrôle se fait via une appli que j'ai crée pour la température de consigne et obtenir les informations des capteurs. Celui-ci ça fait un an qu'il est posé et rien n'a bougé, il fonctionne nickel mais est trop juste pour la surface à chauffer
Je suis entrain de faire une 2ème versions du panneau avec plus de surface et la gestion de l'air en entrée (elle pourra venir de l'intérieure ou de l'extérieure)afin d'optimiser le réchauffement en hiver de l'air passant dans le panneau.
Je connais donc les températures en sortie de panneau par exemple (à 7°c dehors, l'air sortait à 52°c par exemple) mais comment ou vers qui me tourner pour faire calculer le rendement énergétique de manière à savoir quel rapport performance/prix et aussi quelles économies est-il capable d'apporter? au délà du fait que c'est sûrement payant, Le panneau étant à optimiser (surface noire, espaces entre matière pour la circulation de l'air,...) ça peut vite revenir cher si à chaque optimisation il faut le faire par quelqu'un. De plus n'y connaissant rien dans le domaine du calcul énergétique ça m'intéresserait d'avoir les outils éventuels pour comprendre et le réaliser moi même.
J'ai vu des topics de calcul "pour nous même" mais entre ceux servant pour une maison entière ou autre, je me perds.

Si vous pouviez m'apporter une piste, un site, une formule, m'expliquer comment démarrer.
Merci à vous pour votre aide!
Eric
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[SK69202]

Il faudrait connaitre la masse d'air qui circule.
On connait la température en entrée
On connait la température en sortie
La chaleur spécifique de l'air est connue
Il ne manque que le débit d'air qui donnerait la masse pour faire un calcul.

Si le débit théorique du ventilateur est connu, on peut l'utiliser pour faire une approximation, le débit réel est plus faible en raison des pertes de charge du système.

[f6bes]

Bjr à toi
Tu ne chauffes pas une surface...mais un volume.
Ce qui manque essentiellement , c'est les volumes à chauffer/ refroidir!
Chauffer/ refroidir 10 m3
c'est pas pareil que pour un volume de 10 fois plus important.
Bonne soirée

[neo888]

Bonjour à vous!

merci pour votre réactivité.
Effectivement, c'est un volume à chauffer. (je risque de faire des abus de langage ) et pour le coup ma surface de chauffe est aussi un volume puisque qu'elle fait 3mm d'épaisseur avec une feuille d'alu de part et d'autre d'un pvc. et elle chauffe bien des deux côté en fonctionnement.
pour plus de précision, le ventilateur ne tourne pas si l'air en sortie de panneau est inférieure ou égale à 40°c. je me sers du flux d'air qui chauffe en monte. au dessus il y a une gestion de la vitesse du ventilateur en fonction du besoin et pour des raison de sécurité (électronique embarqué,...). les caractéristiques du ventilo :
taille : 120x120x15, vitesse max tr/min : 1850, sonore dB/A : 23.9, débit m3/h : 94.2 et pression acoustique statique mm H2O : 1.53
L'entrée et sortie font Ø125mm (initialement je devais le faire en 80)
En gros faudrait que je rajoute un débitmètre en sortie mais pas évident de trouver ça pour de l'arduino. ou alors faudrait que je fasse tourner en permanence le ventilo et en fonction de sa vitesse de rotation connaître le débit.

[A voir en vidéo sur Futura]

[neo888]

J'ai oublié de préciser que le volume à chauffer est de 27m² x 2.50 de haut = 67.5m3

[SK69202]

(à 7°c dehors, l'air sortait à 52°c

23.9, débit m3/h

le ventilateur ne tourne pas si l'air en sortie de panneau est inférieure ou égale à 40°c.

En négligeant un tas de petites choses importantes et sauf erreur:
23.9 m3/h X 1.14 kg/m3 air(+/-35°C) = 27kg d'air chauffé de 52-7=45°K
1004J/kg/°K X 45 X 27 = 1 220 000 J en 3600s => P = 338W théorique au mieux

Comme on cherche un rendement, il faudrait connaitre la puissance solaire sur le capteur pour faire le rapport.

Edit: ça ne doit pas réchauffer le volume de grand chose.

[neo888]

ce n'est pas 23.9m3/h mais 94.2 donc si je refais le même calcul tu multiplie le débit par la masse de l'air lorsque celle-ci est à environ 35°c si je comprends bien pour avoir une valeur de base. donc 94.2*1.14= 107kg d'air chauffé de 45°K (K de Kelvin?)
du coup 1004 correspond à quoi? Le fait de passer de 27kg à 107kg augmente-il cette valeur? si oui de 107/27= 4*12.5 = 50w environ sachant que j'en consomme 3w max ce qui ferait 47w. Effectivement ça ne fait pas beaucoup et, effectivement, ça ne chauffe pas des masses le volume.

C'est pour ça que je passe sur un deuxième panneau avec 2 fois plus de surface de capteur, une forme différente et surtout de l'air qui entre dans le panneau à la température intérieure et non à celle extérieure. j'essaierai d'optimiser les diamètres d'entrée/sortie (doivent-t-il être du même diamètre, pas sur) les espaces entre vitre /capteur/fond de panneau.

[SK69202]

1004 correspond à quoi?

C'est l'énergie en Joules pour chauffer un kilo d'air de un degrés Kelvin.

Comme il y a erreur sur le débit, 94.2/23.9 =3.94 fois plus d'air chauffé

338 * 3.94 = 1332W, là c'est déjà plus intéressant, pour chauffer, c'est la puissance d'un radiateur élect.

07/27= 4*12.5 = 50w

Si tu as lu 12.5W, j'ai corrigé depuis, j'avais oublié de multiplier par la masse, la puissance du calcul faux précédent est de 338W

[neo888]

Merci pour les formules. Déjà j'arrive à mieux cerner et surtout à visualiser l'efficacité par rapport à un système de chauffage classique.

donc en prenant en compte certaines pertes de rendement on peut supposer qu'il se situe entre 800w et 1000w. ce qui correspond en effet à un radiateur électrique. Celui-ci je le mettrai pour une chambre de 12m², je verrai bien le résultat.

je vais essayer de trouver des données techniques concernant le capteur vis à vis du soleil conductivité,etc... (ça m'étonnerais qu'un rendement soit renseigné vue que ce n'est pas son utilité première.

Ce que je sais c'est qu'il chauffe vite dès qu'il y a du soleil et qu'on ne peut pas dire qu'il a de l'inertie.

[SK69202]

Calculer le rendement thermique vis à vis du soleil c'est plus pour le fun, le truc à calculer et à mon avis le retour sur investissement, à 0.15€ le kWh électrique remplacé, on peut chiffrer le gain du panneau en prenant une puissance raisonnable de 500 à 1000W, le panneau n'est pas toujours "à fond".

[neo888]

oui. dans ma tête je partais pour 800w de moyenne (je suis près de Rennes et les hivers sont moins ensoleillés qu'en ce moment ).

Ce qu'il faudrait que je fasse c'est que je stocke les données des capteurs sur 24 heures pour avoir un temps de chauffe moyen de la journée et faire la même avec un radiateur électrique pour une consigne identique et déduire les deux. mais comment obtenir le résultat pour un radiateur électrique (en plus le miens fonctionne à inertie)

[SK69202]

C'est impossible de comparer comme ça, la météo change, l'inertie de la maison retarde plus ou moins tout ça, la puissance est variable etc, le calcul pour une jour ne donnerait rien.
Il faudrait les données du panneau, du radiateur, de la pièce, de la météo, température, heure etc, sur une période significative pour avoir une idée de ce qui se passe en fonction de la météo (froid et soleil super, douceur et pluie pas grand chose) et l'usage du radiateur.
.

[cornychon]

Bonjour,

Juste pour simplifier les calculs

Transport d’énergie par l’air chaud

1 m3 d’air à 20°C a une masse de 1.2 kg
1000 m3 = 1200 kg
La chaleur spécifique de l’air est de 0.24 kcal/kg/°C

Par m3, c’est 0.24 x 1.2 = 0.288 kcal/m3*°C = 0.334 Wh/m3*°C

P = 0.334 x D x ∆T
P en Watts
D en m3/h
∆T air entrée/sortie

P = 0.334 x 94 x 45 = 1412 W

[f6bes]

donc en prenant en compte certaines pertes de rendement on peut supposer qu'il se situe entre 800w et 1000w. ce

j(ça m'étonnerais qu'un rendement soit renseigné vue que ce n'est pas son utilité première.

Remoi, La notion de "rendement" dans le cas présent na rien d'essentiel.
Ce qui compte, c'est :quelle quantité de calories je suis suceptible de
récupérer. Compte tenu de la température du capteur et de son volume
durant une durée de ....
Tu te moques éperdument du "rendement" Soleil/panneau...vu que tu récupéres gratuitement.
Bonne journée
Bonne journée

[neo888]

oui c'est pas faux.
Bon je pars avec cette base. L'élément important c'est le delta des température en entrée/sortie qu'il faut optimiser pour avoir le plus grand possible sachant que les autres valeurs sont "constantes". il me reste plus qu'à faire des optimisations.
il y a aussi un élément à prendre en compte je pense, c'est la nuit en hiver, l'air dans le panneau à sensiblement la même température que dehors, lorsque que tout les volets (ou registres) sont fermés et étanches par rapport à la pièce de l'autre côté du mur il doit y avoir une déperdition de chaleur plus ou moins importante au plus près de la bouche non?
merci pour les calculs encore une fois.

[SK69202]

L'élément important c'est le delta des température en entrée/sortie qu'il faut optimiser pour avoir le plus grand possible sachant que les autres valeurs sont "constantes". il me reste plus qu'à faire des optimisations.

C'est avoir la plus grande masse d'air ayant le plus fort delta, le challenge, on peut avoir un très fort delta, mais si la quantité d'air chauffé est ridicule, ça chauffe rien d'autre.

c'est la nuit en hiver, l'air dans le panneau à sensiblement la même température que dehors, lorsque que tout les volets (ou registres) sont fermés

si le panneau est exposé au ciel clair nocturne, sa température pourra descendre sous celle de l'air ambiant par refroidissement radiatif. Un toit isolé, givre avant que l'air soit à zéro degrés.

et étanches par rapport à la pièce de l'autre côté du mur il doit y avoir une déperdition de chaleur plus ou moins importante au plus près de la bouche non?

Aucun système n'est parfait, il y a forcément des pertes par conduction, convection.

[neo888]

Oui je suis d'accord avec toi, il faut de la quantité d'air en plus du delta pour être performant. Je compte bien aussi me servir du panneau pour rafraichir l'air l'été pendant les nuits étoilées (d'où le ventilateur)
Merci en tout cas pour les infos, me reste à optimiser le panneau, je reviendrai sur ce topic pour donner des nouvelles si j'arrive à quelque chose de convaincant!