Fonctionnement d'un système en thermosiphon

[Zmp]

Bonjour,
Je souhaite améliorer mes connaissances sur le fonctionnement du thermosiphon avec un poêle bouilleur.
Je crois savoir qu'il faut :

- le moins de perte de charge possible.
- des circuits isolés,
- tubes horizontaux avec une légère pente montante
Voici un schéma simplifié d'une l'installation :



Quels problèmes peut poser une installation de ce type ?
- Pour relier le poêle à la cuve, quel diamètre de tuyau est conseillé sachant que le poêle est équipé en Ø 25mm.
- Comment optimiser cette installation ? (placement des tuyaux à une autre hauteur au niveau de la cuve ?).
- quelle est l'incidence entre la hauteur du poêle et de la cuve, la distance doit-elle être élevée ou au contraire réduite ? ... j'ai lu : "la différence de température et la hauteur fait une pression motrice."
- de quelle manière peut-on calculer la quantité de liquide caloporteur par heure qui circule dans le système avec un delta de 40 par exemple ?

D'avance, merci pour votre aide technique.
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[Kondelec]

Bonjour

Le débit de circulation dépend de la différence de masse volumique entre le fluide froid et le chaud. Cette différence, multipliée par la hauteur de liquide, va générer une différence de pression, qui permet au liquide de bouger. Le débit s'équilibre de façon à égaliser les pertes de charges.

[SK69202]

Le thermosiphon ça fonctionne, mais si on y met une vanne thermique (boucle de recyclage ?), il faut en démontrer le fonctionnement.
On a déjà eu une discussion la dessus, après quelques ébullitions ça a finit avec un circulateur.

de quelle manière peut-on calculer la quantité de liquide caloporteur par heure qui circule dans le système avec un delta de 40 par exemple ?

Je ne sais pas faire, mais:
Nombre et puissances des radiateurs ?
Température visée dans les pièces pour quelle température extérieure ?
Ça donne une puissance nécessaire à rapprocher de celle du bouilleur
Calcul des pertes de charge de l'installation, avec nombre de coudes, de tés, longueurs et diamètre des tubes.
En prenant en compte ce qu'écrit Kondelec, on a un débit que l'on compare au volume du bouilleur, ça nous donne le temps de chauffage de l'eau en fonction de la puissance inconnue du feu. En fait c'est cela qui donne la température de l'eau chaude et donc sa masse volumique nécessaire aux calculs.
etc

La méthode ancienne, c'était des gros tubes, ça chauffe dès que cela est possible, rien de maitrisable. Il y a une bonne raison au quasi abandon du procédé.

[Zmp]

Merci Kondelec,
Est-ce que tu veux dire que plus le delta entre le départ chaudière et le retour chaudière est élevé, plus la quantité de liquide caloporteur augmente dans le circuit ?

Si c'est multiplié par la hauteur, Est ce que l'on peut en déduire que plus la distance entre la chaudière et le ballon tampon est élevée, plus la quantité de liquide caloporteur augmente dans le circuit ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Zmp]

Merci SK 69202,

Il s'agit juste, pour l'instant, de comprendre le fonctionnement sans rentrer dans des considérations... pas de radiateur, pas de température extérieure, pas de température visée... J'ai lu trop de posts où les intervenants (pensant sans doute aider) s'évertuent à dire que le thermosiphon ne fonctionne pas sans avancer le moindre argument factuel... juste, ça fonctionne mieux avec une pompe... mais ma demande n'est pas là.

Il s'agit juste d'un bouilleur et une réserve d'eau à chauffer.
- Une hauteur entre le milieu du bouilleur et le milieu de la cuve de 2,2m., en tout,
- 5 mètres de tuyaux inox en Ø25 (2,5m. pour le départ, 2,5m. pour le retour).
- 4 coudes très ouverts réalisés dans le flexible inox.
On oublie la vanne thermique qui parasite l'étude.
En théorie, si l'on compte aucune perte de chaleur entre le bouilleur et la cuve,
- Quelle puissance peut-être transférée du bouilleur à la cuve en une heure ?
- Si les 1000l. de la cuve sont à 20°, en tenant compte de la puissance transférée par le bouilleur, quelle serait la température de l'eau après 1h. de fonctionnement ?
- comment améliorer le rendement ?
- avec des sorties poêle en 25 mm. peut-on améliorer le rendement en mettant des tuyaux d'un diamètre plus important ?
- y a-t-il des méthodes de calcul précises pour évaluer tout cela ?

comptant sur votre compréhension, bien cordialement.

[cornychon]

Bonjour,

D'avance, merci pour votre aide technique.

L’aide technique sur le plan réalisation mécanique, plomberie, ne semble pas nécessaire compte tenu de ton savoir et savoir-faire.
En conséquence, je vais me limiter aux approches basiques, que l’on pratique dans la transmission de la chaleur et la conversion de l’énergie.

Il s'agit juste d'un bouilleur et une réserve d'eau à chauffer.
- Une hauteur entre le milieu du bouilleur et le milieu de la cuve de 2,2m., en tout,

C'est quoi l'effet thermosiphon ?
Un thermosiphon est le phénomène de circulation naturelle d'un liquide dans une installation du fait de la variation de sa masse volumique et de sa température.
Ça veut dire que pour une installation donnée, la chaleur échangée avec l’extérieur, est principalement liée :
A la différence de température qui existe, entre l’eau de départ chaud et le retour de l’eau refroidie.
A la quantité d’eau déplacée par unité de temps.
Pour déplacer beaucoup d’eau, toutes choses égales par ailleurs, il faut des gros tuyaux et une grande différence de température entre l’entrée et la sortie d’eau.

La hauteur de 2.2 m est une bonne hauteur
Toutes choses égales par ailleurs, augmenter la hauteur, c’est augmenter les pertes de charges, et diminuer ainsi le débit d’eau

- 5 mètres de tuyaux inox en Ø25 (2,5m. pour le départ, 2,5m. pour le retour).
- 4 coudes très ouverts réalisés dans le flexible inox.

Un diamètre 25 mm est beaucoup trop petit pour déplacer beaucoup de chaleur.
Pour déplacer beaucoup de chaleur par thermosiphon, il faut jouer sur la section des tubes (masse d’eau déplacée) et la différence de température entre l’entrée et la sortie d’eau de l’échangeur du poêle.
Nous avons Ø = 1.16 x D x ∆T
Ø en kWh, D en m3h, ∆T en °C

On oublie la vanne thermique qui parasite l'étude.
En théorie, si l'on compte aucune perte de chaleur entre le bouilleur et la cuve,

Les pressions sont tellement faibles, que l’on ne parle même pas de pertes de charges.

-

Quelle puissance peut être transférée du bouilleur à la cuve en une heure ?

Il faut donner des paramètres chiffrés !!!

- Si les 1000l. de la cuve sont à 20°, en tenant compte de la puissance transférée par le bouilleur, quelle serait la température de l'eau après 1h. de fonctionnement ?

Il faut connaitre la température des 1000 l d’eau avant chauffage
La quantité d’eau chaude qui circule.
Les fuites thermiques,
La température d’entrée et de sortie de cette eau.
Utiliser ensuite : Ø = 1.16 x D x ∆T

comment améliorer le rendement ?

Réduire les fuites thermiques, c’est réduire la résistance thermique de l’installation avec l’extérieur.

- avec des sorties poêle en 25 mm peut-on améliorer le rendement en mettant des tuyaux d'un diamètre plus important ?

Nous l’avons vu plus haut. Le diamètre est très important.
Malheureusement, dans le poêle bouilleur, le circuit d’eau est fait pour de la circulation forcée. Pompe à eau

-

y a-t-il des méthodes de calcul précises pour évaluer tout cela ?

Ce qui est donné ci-dessus est précis dans le cadre d’une étude de chauffage.
Transport de chaleur avec l’eau
Il faut 1 kcal pour élever un kg d’eau de 1°C
Il faut 4.18 kJ pour élever un kg d’eau de 1°C.
1 kJ = 0.277 Wh
4.18 kJ x 0.277 Wh = 1.16 Wh (pour élever de 1°C, 1 kg d’eau
Puissance = Energie / Temps
Energie = Puissance x Temps

Energie (kWh) = Volume d’eau m3 x 1.16 x ∆T
Ø = 1.16 x D x ∆T

EAU
Ø = 1.16 x D x ∆T
Wh kg °C

Ø = 1.16 x D x ∆T
kWh m3 °C

[Zmp]

Un énorme merci Cornychon pour ton aide, je vois que cette contribution très précise t'a fait cogiter jusqu'à 2h. du matin... je t'en suis très reconnaissant.

Ce soir, j'ai juste fait une lecture superficielle, j'essaye de prendre le temps demain d'en faire une plus approfondie pour te demander plus de précisions sur quelques détails que je n'ai pas encore bien assimilé.

à tout bientôt,

encore merci.

[Kondelec]

Merci Kondelec,
Est-ce que tu veux dire que plus le delta entre le départ chaudière et le retour chaudière est élevé, plus la quantité de liquide caloporteur augmente dans le circuit ?

Effectivement plus la différence de température est grande et plus on favorise la circulation, il faut prendre la masse volumique de l'eau à la température considérée, et multiplier par la hauteur et g.
Avec mv en kg/m3, h en m on obtient des pressions en Pa. La différence entre ces 2 valeurs va faire varier la vitesse du liquide, jusqu'à équilibrer la perte de charge.
Attention, il faut prendre en compte les coudes, les longueurs droites, et ne pas oublier le coefficient de décharge à chaque entrée et sortie des ballons.

Si c'est multiplié par la hauteur, Est ce que l'on peut en déduire que plus la distance entre la chaudière et le ballon tampon est élevée, plus la quantité de liquide caloporteur augmente dans le circuit ?

Non, parce qu'on augmente la perte de charge également.

[SK69202]

Il s'agit juste d'un bouilleur et une réserve d'eau à chauffer.

- Quelle puissance peut-être transférée du bouilleur à la cuve en une heure ?

Une partie de celle délivrée par le feu pendant cette heure.
La valeur commerciale du bouilleur envisagé est calculée avec une pompe de circulation, bref inutile pour les calculs.

[Zmp]

SK69202, je ne te remercie pas, ta réponse est exaspérante.

Voici l'une des définissions de la recherche : La recherche est également définie comme une méthode d'étude minutieuse d'une préoccupation ou d'un problème spécifique à l'aide de méthodes scientifiques. La recherche fait référence à l'enquête systématique visant à décrire, expliquer, prédire et contrôler un phénomène observable.

Qu'as-tu à apporter de palpable à ma recherche, autre que des préjugés sans fondements scientifiques ?

[SK69202]

J'éclaire juste les points qui feront que une fois tout scientifiquement calculé, il faudra expliquer pourquoi, ça marche pas, ça bout, ça chauffe pas dans l'usage réel prévu.

Qu'as-tu à apporter de palpable à ma recherche, autre que des préjugés sans fondements scientifiques ?

l'Expérience de 4806 feux dans mon bouilleur.

[cornychon]

SK69202
J'éclaire juste les points qui feront que une fois tout scientifiquement calculé, il faudra expliquer pourquoi, ça marche pas, ça bout, ça chauffe pas dans l'usage réel prévu.

La physique est une discipline scientifique qui observe le fonctionnement de la nature, qui cherche à comprendre et à expliquer les phénomènes de l’univers observable.

Elle élabore ensuite des solutions, pour exploiter au mieux ce qu’elle peut nous apporter pour faciliter notre quotidien.

Tous les produits que nous utilisons aujourd’hui, ne reposent pas sur des études pseudoscientifiques, mais sur des études scientifiques.

[SK69202]

La Science, c'est ce qui a expliqué pourquoi ça se produit et comment calculer le débit d'un thermosiphon, ça a plus d'un siècle, ici il s'agit de calculer une installation dans le monde réel et ça ce n'est pas de la Science, se tromper coûte.

[Zmp]

Merci Kondelec pour ces précisions.

Encore merci cornychon, j'ai pris le temps de mieux étudier ta contribution.

- tu as écrit : Un diamètre 25 mm est beaucoup trop petit pour déplacer beaucoup de chaleur. Qu'est ce que c'est : beaucoup de chaleur ? c'est l'objet de cette étude, combien un diamètre de 25 peut déplacer de chaleur avec un delta T de 30°.
- A priori, en solaire, le thermosiphon est utilisé pour déplacer la chaleur d'au moins 5m2 de capteur fournissant 1kw/m2. avec un delta de 20°. source : https://www.econologie.com/forums/ch...bit-t7084.html

- et d'après ce que j'ai cru comprendre, toute proportions gardées, en thermodynamique, les effets du débit sont beaucoup moins important que ceux liés au delta T.
"Si un débit de 70 L/h donne un rendement de 62% dans une condition donnée on montre qu'un débit 10x inférieur soit 7 L/h.m² donnera un rendement de 56% et pour un débit 10x supérieur soit 700 L/h.m² on aura un rendement de 70.8%...." source : https://forum.apper-solaire.org/viewtopic.php?t=9288

- Il faut donner des paramètres chiffrés !!!

- Il faut connaitre la température des 1000 l d’eau avant chauffage.
Réponse : la température de l'eau avant chauffage est de 20° car la réserve est à l'intérieur, les déperditions chauffent l'appartement.

- La quantité d’eau chaude qui circule.
Réponse : c'est ce qu'il me manque.

- Les fuites thermiques,
Réponse : toute la surface (8m2) de la réserve est entourée de 10 cm. de laine de roche et 5 cm. de mousse isolante entoure les 2 circuits (peux tu m'aider à évaluer ces fuites thermiques).

- La température d’entrée et de sortie de cette eau.
Réponse : température d'entrée dans la réserve 80° température de sortie de la réserve 50° mêmes températures mais inversées pour le poêle.

- Utiliser ensuite : Ø = 1.16 x D x ∆T
Cette formule peut sans doute se transformer en : D = Ø / (1,6*Delta T)
Il ne me manque plus que le débit d'un thermosiphon circulant dans un circuit de 25mm. avec un delta de 30°

- Transport de chaleur avec l’eau. Il faut 1 kcal pour élever un kg d’eau de 1°C ...
Ces formules m'ont beaucoup intéressé, ce sont des bases que j'avais oubliées.
Questions :
- Peut-on en déduire (sans compter les pertes) que j'ai besoin de 40 000 kcal. pour élever 1000kg. d'eau de 40° soit 167200 kj. soit 46,31 kwh. ?
- peut-on en déduire que pour élever 1000kg. de stockage hydraulique, de 40°, cela me prendra 2,89 kw de puissance nominale d'un poêle durant 16h.?

plus haut, j'ai donné le lien https://www.econologie.com/forums/chauffage-isolation/calculs-thermosiphon-puissance-pente-diametre-et-debit-t7084.html il permet théoriquement de calculer le diamètre du circuit, le débit et les pertes de charge ... mais je n'ai pas réussi à tout comprendre.

Dans l'attente de vos réponses,
à bientôt.

[cornychon]

|SK69202 ici il s'agit de calculer une installation dans le monde réel et ça ce n'est pas de la Science, se tromper coûte.

Pourquoi calculer une installation dans le monde réel n’est pas de la science ?
Faire des approches scientifiques, c’est toujours de la science.

Pour faire des estimations exploitables, il faut quelques notions sur les transferts thermiques, et savoir aller chercher les informations utiles ou elles se trouvent.

Si des estimations sont faites au doigt mouillé, je suis d’accord, monde réel ou pas réel, ce n’est pas de la science. C’est effectivement une bonne méthode pour faire n’importe quoi.

[cornychon]

Bonjour,

J’ai donné en #6, les principaux paramètres à prendre en compte, pour faire des approches théoriques exploitables.

En #14, tu reprends chaque paramètre accompagné d’une explication lapidaire le plus souvent erronée, pour en faire une question et poser un problème.
Chaque question devient une sorte de bâton merdeux. On ne sait pas par quel bout le prendre.

De plus, il n’est pas question de me farcir le travail que tu demandes. A toi de te retrousser les manches.
Je vais te donner une seule réponse. Juste du fondamental à retenir, pas facile à concevoir.

Ta question :

- Transport de chaleur avec l’eau. Il faut 1 kcal pour élever un kg d’eau de 1°C ...
Question :
- Peut-on en déduire (sans compter les pertes) que j'ai besoin de 40 000 kcal. pour élever 1000kg. d'eau de 40° soit 167200 kj. Soit 46,31 kwh. ?

-
OUI ! Mais attention ! Les 46,31 kWh peuvent correspondre :
-Soit à de l’énergie consommée pour élever l’eau de 40°C (résistance électrique par exemple)
-Soit à un transfert de chaleur d’une masse thermique à une autre.
Dans ton cas, c’est du transfert de chaleur entre masse thermique

-

- peut-on en déduire que pour élever 1000kg. de stockage hydraulique, de 40°, cela me prendra 2,89 kw de puissance nominale d'un poêle durant 16h.?

-
NON ! On ne chauffe pas avec des kW (puissance). On chauffe avec des kWh (énergie)

Pour élever 1000 kg d’eau de 40°C (sans compter les pertes thermiques) il faut que le poêle puisse restituer par l’intermédiaire d’un circuit d’eau chaude, chaque heure, pendant 16h, une chaleur de 2,89 kWh.

Le circuit d’eau chauffage transmettra 2.89 kWh si D=0.232 m3/h, le ∆T entrée sortie d’eau est de (2.89/0.232) = 12,5 °C.

OUI ! MAIS ! Ce delta de 12.5°C est valable par exemple pour les 1000 litres à 25°C.

Au fur et à mesure que les 1000 litres montent en température, le ∆T entrée sortie d’eau diminue. La chaleur transmise diminue au fur et à mesure que les 1000 l montent en température.

Pour connaitre ce changement de chaleur transmise, nous pouvons utiliser la résistance thermique circuit d’eau masse thermique des 1000 litres.

Avec les calculs vus plus haut, nous connaissons la température moyenne entrée sortie d’eau, la température des 1000 litres d’eau, la chaleur transmise. Nous avons la résistance thermique circuit d’eau masse thermique des 1000 litres.

[Zmp]

Merci cornychon pour tes remarques,

Lorsque tu écris
- Le circuit d’eau chauffage transmettra 2.89 kWh si D=0.232 m3/h, le ∆T entrée sortie d’eau est de (2.89/0.232) = 12,5 °C.
où prends tu D = 0,232 m3h. ?

[cornychon]

De Zmp

Lorsque tu écris
- Le circuit d’eau chauffage transmettra 2.89 kWh si D=0.232 m3/h, le ∆T entrée sortie d’eau est de (2.89/0.232) = 12,5 °C.
où prends tu D = 0,232 m3h. ?

Bonjour,

C’est une très bonne question.

J’ai effectivement indiqué, si D = 0.232 m3/h

J’aurais dû préciser, si par hypothèse D = 0.232 m3/h

J’ai pris 0.232 m3/h, pour avoir « un beau » ∆T de 12.5°C….

Si j’avais à faire une approche théorique, j’utiliserais probablement ce qu’indique le lien ci-dessous.

https://www.econologie.com/forums/ch...bit-t7084.html

Pourquoi ce lien ?
Parce que les approches théoriques sont faciles à faire.

N’ayant aucun savoir-faire dans ce domaine, je ne suis ni en mesure de donner des conseils éclairés, ni donner des ordres de grandeur exploitables.

[Zmp]

Merci pour cette réponse qui explique la raison pour laquelle tu as choisi de prendre 0,232 m3/h. comme débit.

Mais il me semble que si on applique la formule ΔT = W / (1,6 * D) nous avons : ΔT = 2,89 / (1,6 * 0,232) = 2,89 / 0,3712 = 7,78
Il me semble donc qu'avec une puissance de 2,89 kWh. et un débit de 0,232, le ΔT sera de 7,78°

[cornychon]

Zmp

Il me semble donc qu'avec une puissance de 2,89 kWh. et un débit de 0,232, le ΔT sera de 7,78°

Pour illustrer les calculs, faciliter la compréhension, j’ai pris un exemple chiffré.

Il y a effectivement des erreurs. Ces erreurs ne sont pas de nature à remettre en cause la méthode de calcul, c’est le principal.
Tu as toi-même utilisé 1.6, à la place de 1.16.

Il n’est pas nécessaire de faire les corrections. Elles bordélisent pour rien.

Rappel de la méthode de calcul :
Pour connaitre la chaleur transportée par l’eau, nous pouvons nous appuyer sur les calculs suivants.

Il faut 1 kcal pour élever un kg d’eau de 1°C
Il faut 4.18 kJ pour élever un kg d’eau de 1°C.
1 kJ = 0.277 Wh
4.18 kJ x 0.277 Wh = 1.16 Wh (pour élever de 1°C, 1 kg d’eau
Puissance = Energie / Temps
Energie = Puissance x Temps

Energie (kWh) = Volume d’eau m3 x 1.16 x ∆T

Ø = 1.16 x D x ∆T

Ø = 1.16 x D x ∆T
Wh ………… kg …°C

[Zmp]

Bonjour,

Je souhaite revenir sur un point qui me pose question.
Dans un système fonctionnant en thermosiphon,

Si je relie un poêle bouilleur dont le diamètre de sortie est de 25mm. au ballon tampon avec un tuyau de diamètre 50 (en utilisant un réducteur) vais-je augmenter le débit, ou ce débit sera-t-il le même que si je le relie le poêle au ballon avec un tuyau de diamètre 25 ?

Intuitivement je pense que c'est le diamètre de sortie du poêle qui détermine le débit et qu'en augmentant la section du tuyau de sortie sans augmenter le diamètre de sortie le débit resterait le même, mais désormais, je remets en question cette pensée.

qu'en pensez-vous ?