Echange thermique via un serpentin

[Berthram]

Bonjour à toutes et à tous, après vous avoir lu pendant de nombreuses années, je saute le pas.

Je rencontre un léger problème de calcul pour un projet sur lequel je travail.

L'idée de base est d'augmenter la température d'un débit d'eau de 8 m3/h (aux alentours des 10°C) avec de l'eau se trouvant dans un bassin de récupération (aux alentours des 20 °C).

Cette augmentation de température permettra d'améliorer les performances d'une PAC eau/eau.
Seul soucis, je n'arrive pas à déterminer la longueur de tuyau (en PVC) que je dois placer au fond de mon bassin pour obtenir une température maximale en sortie.

Le volume d'eau dans le bassin n'est pas énorme, il est de l'ordre de 15 à 20 mètre cube. Mais le fait de récupérer un maximum de chaleur (quitte à faire redescendre là température de ce bassin à 10°C) est très important.
Je ne possède pour le moment pas le débit d'eau qui alimente ce bassin. C'est pourquoi rien qu'un aiguillage sur la formule à utiliser sera le bienvenu !

Merci d'avance, si je n'ai pas été clair, n'hésitez pas à me le faire remarquer.
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[Zozo_MP]

Bonjour

Votre raisonnement m'étonne un peu beaucoup.

Toutes les PAC eau/eau sont réputées efficaces avec de l'eau à 10°.

Le fait d'augmenter la température de l'eau en entrée de la PAC ne changera pas le rendement de façon notable.
Notamment parce que tout le système de la PAC et conçu de A à Z pour fonctionner avec de l’eau de 10°à 15 °

De plus la différence entre 10° et 15° est NS pour les puissances inférieures à 50 KW.

De plus il ne faut pas raisonner sur le COP instantané, mais sur le COPA (Cop annuel appelé aussi COP saisonnier ou Ca COP annuel global). Le copa est justement directement influencé par la stabilité de la source primaire à savoir l’eau captée.

L'avantage de la PAC eau/eau sur nappe est justement de pouvoir garantir une stabilité de la température de l’eau toute l’année et ce totalement indépendamment de la température de l’air extérieur. C’est ce qui fait d’ailleurs une très grosse différence par rapport à l’aérothermie ou surtout sur le captage horizontal.
La température extérieure n’a pas la moindre incidence sur une PAC Eau/Eau à captage vertical.

Pour terminer votre raisonnement doit tenir compte du modèle de votre PAC car certaines PAC n’ont qu’un circuit primaire et ont un COP qui dépasse rarement 4 (entre 2.8 et 4) alors qu’ avec celle ayant un circuit primaire et secondaire on peut arriver en fonction de la température de sortie demandée (35° ou 60°) à un cop compris entre 3.5 et 7.7.

Donc vous allez construire une usine à gaz qui ne vous apportera rien car tout ce qui compte c’est la stabilité de la température de l’eau rentrant dans la PAC. En plus vous n’arriverez pas à maitriser la température donc le coût de la circulation de l’eau dans votre système est a rajouter au coût de fonction électrique de la PAC.
Au cas où vous auriez un doute pourquoi ne prend-t-on pas l’eau des rivières ou des ruisseaux, et pourquoi aucun fabricant de PAC ne propose un système comparable à celui que vous envisagez.

Cordialement

[Berthram]

Bonjour et merci de votre réponse.

Il ne s'agit pas ici d'une pac qui puisse de la chaleur sur une nappe phréatique mais sur le retour d'un réseau d'eau glacée. L'idée est de pouvoir assurer une grande partie de la production d'ECS d'un site industriel.
L'idée de chercher à augmenter la température d'entrée de la PAC m'est venue en regardant la doc technique de la pac que je souhaite utiliser.

Je vous joins un extrait ici.



On peut voir qu'entre 10 et 15 °C en entrée on gagne environ 10 % de puissance de chauffage. Ce qui me parait non négligeable. Qu'en pensez vous ?

Merci d'avance.

[Zozo_MP]

Bonjour

Il faut voir en détail avec les experts de chez CARRIER.

Notamment comme je vous l'ai indiqué la variation du COP cela dépend de la puissance puisque les 61WG vont de 20 à 100kW

Par contre quand vous dite

10 % de puissance de chauffage

il faut savoir de quoi on parle. Notamment entre puissance calorifique et puissance absorbée.

Deux choses importantes avec le COP comme c'est pour de l'ECS vous devriez avoir une température de sortie Inférieure à 60° c'est dans la zone 45° que l'on n'a les meilleurs rendements. Le COP élevé signifie que vous utilisez moins de courant électrique pour produire votre eau chaude. Donc l'économie se fait sur le nombre de kWh.

Par contre pour revenir à votre demande initiale de serpentin il se trouve qu'un autre fil de discussion traite sensiblement du même sujet vous devriez en prendre connaissance. http://forums.futura-sciences.com/te...plein-air.html
Je pense que mes petits camarades de forum vous ferons surement remarquer que le tuyau en PVC n'est surement pas le meilleur matériau pour les échanges thermiques.
Il faut calculer aussi le ROI de votre idée.
Avec le coût de l'hydraulique de votre serpentin, de là ou des pompes, ainsi que la consommation électrique de la pompe de circulation du serpentin.

Il y a bien d'autres problèmes à résoudre notamment du fait que dans les PAC Eau/Eau c'est la pac qui pilote la pompe en aval de la PAC ce qui sous entend que vous ayez un bache tampon avec l'eau à la bonne température.

Cordialement

[A voir en vidéo sur Futura]

[Berthram]

Merci beaucoup pour le lien je vais m'y plonger dès à présent !

L'idée ici d'économie est double puisque la chauffage assurée par la PAC permet d'économiser sur le chauffage de la partie ECS et le fait de refroidir le réseau permet de réaliser des économies sur la consommation du groupe froid.
Pour mes besoins 40 kw (de puissance calorifique) doivent être suffisant.

La bâche tampon existe et elle est alimentée par une eau "pollué" qui nécessite l'usage de plastique plutôt que de cuivre ou d’aluminium.

Mais encore merci pour toute vos remarques et de vos avis.

[Zozo_MP]

Bonjour

Merci pour votre retour

Un dernier point je ne suis pas convaincu que le tube de pvc simple soit la bonne solution si j'en juge par ce que font les gens qui s'occupent d'assainissement. Regardez aussi du coté des PA https://www.legris.com/jahia/webdav/...0550_FR_BD.pdf

Egalement pour augmenter votre surface d'échange regardez quand même du coté des tubes annelés en PEHD qui offrent pour un même diamètre au moins 35% de surface d'échange supplémentaire et évidemment plus l'épaisseur sera faible et meilleur sera l'échange. De plus ils sont souples pour la pose en colimaçon conique. www.pointp-tp.fr/asset/24/32/AST1302432.pdf .

Cordialement

[Berthram]

Merci beaucoup pour vos liens, c'est vrai que j'étais parti dans ma tête sur du PVC simple car ça pousser déjà pas mal la réflexion. Mais je vais m'attarder sur l'influence du plastique utilisé.
J'ai pu calculer la surface d'échange nécessaire pour mon cas grâce à votre renvoi à une autre discussion donc encore merci !

Bonne fin de journée !

[RomVi]

Bonjour

Attention le raisonnement que j'ai donné dans l'autre sujet n'est pas transposable ici. L'échange s’effectue par convection, or pour avoir convection il faut que l'eau change suffisamment de température pour produire un mouvement par changement de densité. Avec un différence de température aussi faible il n'y aura presque pas d'échange, à moins d'utiliser un échangeur et de forcer le passage du liquide avec une pompe des 2 cotés.
Généralement on considere qu'il faut au moins 10°C de différence de température pour produire un échange significatif par convection naturelle.

[Berthram]

C'était un peu mon problème avec le calcul exposé dans l'autre sujet.
Je suppose que mon "échangeur" (je préfère mettre des guillemets vu qu'il s'agit uniquement d'un tuyau plongé dans un bassin) puisse ses calories dans un bassin (d'une capacité que je prend comme infinie pour simplifier les calculs et qui reste donc à la même température).
Alors, la température initiale du bassin (Te et donc Ts) et la température en sortie du bassin du liquide à chauffer (ts) vont être les mêmes.
Donc le calcul du ∆T log avec
∆T log = [(Te-te) - (Ts-ts)] / ln [ (Te-te)/(Ts-ts) ] pose un problème car on a alors une division par 0.

Mon problème est en faite assez simple, il faut que je "chauffe" un débit Q (8m3/h) de 3°C (faire passer le liquide de 10 à 13°C).
ça représente une quantité d'énergie à apporter de 100 440 kJ/h
Mon bassin étant à 20 °C il me faut calculer la longueur de tuyau à plonger en fonction de son coefficient d'échange global. Mais du coup, est ce que j'utilise seulement la formule pour un simple flux thermique (comme pour les déperditions dans un bâtiment) pour déterminer la surface d'échange nécessaire ?

Merci d'avance.

[Zozo_MP]

Bonjour Berthram

Que vous a inspiré la remarque de RomVI

Avec un différence de température aussi faible il n'y aura presque pas d'échange, à moins d'utiliser un échangeur et de forcer le passage du liquide avec une pompe des 2 cotés.

Généralement on considère qu'il faut au moins 10°C de différence de température pour produire un échange significatif par convection naturelle.

Je me trompe peut-être mais c'est comme si vous ne preniez pas en compte sa remarque.

Regardez ici https://www.google.fr/search?q=%C3%A...7VOerUXvPTp4gM cela pourrait vous aider.

ou ici où c'est plus didactique http://direns.mines-paristech.fr/Sit...changeurs.html

Cordialement

[Berthram]

Loin de moi l'idée de ne pas prendre ne compte ça remarque, je suis la pour demander des conseils pas pour étaler le très peu de savoir que je pense avoir

Il est vrai que je n'avais sans doute pas fait attention au détail de la pompe "des deux côtés". L'eau à chauffer est dans un réseau important donc pas de soucis de ce soucis de ce côté là mais du côté "chaud" cela va vite remettre en cause la rentabilité de la chose.

Je vais me plonger dans le second lien avec intéret et je reviendrais vers vous si des choses m'échappent encore.

Merci beaucoup pour le temps que vous avez consacré à mon problème.