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TD SIMSOL : Installations de production d’eau chaude sanitaire solaire collective au camping de Chambéry

Solaire thermique 12/01/2010 1/19

Rapport TD SIMSOL : Installations de production d’eau chaude sanitaire solaire collective dans un camping situé à Chambéry

Plan de TD :

1 INCLINAISON ET SURFACE DES CAPTEURS ................................................... 2

2 VOLUME DE STOCKAGE..................................................................................... 3

3 COEFFICIENT DE TRANSFERT THERMIQUE DE L’ECHANGEUR ................... 4

4 VARIANTES .......................................................................................................... 5

4.a isolation des ballons de stockage (100 mm d’isolant au lieu de 50 mm) ................... 5

4.b besoins ECS sous-estimés (de -25%) ............................................................................ 5

4.c besoins ECS surestimés (de +25%) .............................................................................. 5

4.d régulation mal réglée (dT1 et dT2) .............................................................................. 5

4.e modification du réglage du programmateur horaire de la résistance électrique .... 5

4.f influence du débit de circulation du fluide dans le circuit solaire ............................. 5

5 CONFIGURATION SCHEMA 1 : ECHANGEUR PRIMAIRE EXTERNE ET APPOINT CENTRALISE SEPARE ............................................................................. 6

6 APPROCHE QUANTITATIVE ................................................................................ 7

6.a APPROCHE QUALITATIVE ..................................................................................... 9

6.b augmentation du volume stockage et passage en heures pleines ............................. 13

6.c augmentation du volume et de la température de stockage ..................................... 15

6.d conservation du volume 2000l et régulation de la température de stockage .......... 16

7 CONCLUSION ..................................................................................................... 17



APPROCHE QUANTITATIVE

1 Inclinaison et Surface des capteurs

surface de capteurs choisie : 40m2 , inclinaison capteurs : 30° (dans les valeurs proposées)

Surface capteurs Inclinaison

Puissance échangeur

volume ballon solaire

débit pompe

Production solaire Productivité

Taux couverture solaire

(m²) ° W/K l l/h kWh kWh/m2

20 30 2000 1000 1000 9221 461 26%

20 45 2000 1000 1000 8494 425 24%

20 60 2000 1000 1000 7491 375 22%

30 30 3000 1500 1500 12672 422 36%

30 45 3000 1500 1500 11783 393 34%

30 60 3000 1500 1500 10334 344 30%

40 30 4000 2000 2000 15655 391 45%

40 30 4000 2000 2000 15655 391 45%

40 45 4000 2000 2000 14611 365 42%

40 60 4000 2000 2000 12847 321 37%

50 30 5000 2500 2500 18205 364 52%

50 45 5000 2500 2500 17019 340 49%

50 60 5000 2500 2500 15341 307 44%

Influence de l’inclinaison et de la surface des capteurs sur la productivité et le taux de

couverture solaire avec des besoins journaliers en ECS de 2000 litres à 55°C

L’inclinaison optimale est toujours de 30°. Un compromis entre productivité et taux de couverture

solaire : 40 m² favorisera le taux de couverture (45%) , 30 m² la productivité (422 kWh/m².saison).

Nous choisissons pour la suite de l’étude une surface de 40m2, le camping étant naturiste, la volonté

d’afficher des choix ‘naturels’ est forte de la part de la direction. Et ensuite nous trouverons des

valeurs de paramétrage permettant d’optimiser la productivité.

Influence de l’inclinaison sur la productivité et le taux de couverture

Prod / inclinaison

200

250

300

350

400

450

500

25 30 35 40 45 50 55 60 65

inclinaison en °

Pro

d (

kW

h/m

2)

Taux couverture / inclinaison

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

25 30 35 40 45 50 55 60 65

inclinaison °

Co

uvertu

re %

Productivité fonction de l’inclinaison :

surfaces de captage de 20, 30, 40 & 50m2 :

la variation est quasi linéaire

taux couverture solaire fonction de l’inclinaison

surfaces de captage de 20, 30, 40 & 50m2 :

la variation est linéaire



Profil de consommation : « matin camping »

2 Volume de stockage

Choix du volume ballon : 1500l



volume ballon solaire débit pompe


Taux de couverture

solaire


30 30 3000 1000 1500 12253 408 35%

30 30 3000 1500 1500 12899 430 37%

30 30 3000 2000 1500 13110 437 38%

30 30 3000 3000 1500 13297 443 38%

influence du volume ballon

300

325

350

375

400

425

450

475

500

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

volume ballon solaire

30%

35%

40%

45%

50%

Productivité

Taux couverture

Influence du volume de stockage du ballon solaire (1000, 1500, 2000, 3000 et 4000 litres) sur

le taux de couverture solaire et la productivité des capteurs (kWh/m²/an)

La productivité et le taux de couverture solaire évoluent peu (moins de 3% chacun) à partir

d’un volume de ballon de 1500l .



3 Coefficient de transfert thermique de l’échangeur

Choix puissance échangeur : 100W/K/m2



volume ballon solaire débit pompe


Taux de couverture

solaire


30 30 1500 1500 1500 12435 415 36%

30 30 2250 1500 1500 12703 423 36%

30 30 3000 1500 1500 12764 425 37%

30 30 3750 1500 1500 12793 426 37%

30 30 4500 1500 1500 12801 427 37%

influence de l'échangeur

300

320

340

360

380

400

420

440

460

480

500

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

P echangeur (W/K)

Pro

d k

Wh

/m2

et

Ta

ux

co

uv

ert

ure

%

30%

35%

40%

45%

50%

Productivité

Taux couverture solaire

Influence du coefficient de transfert thermique de « l’échangeur solaire » (50, 75, 100, 125 et

150 W/K/m² avec 30m2 de capteurs) sur le taux de couverture solaire et la productivité des

capteurs (kWh/m²/an)



4 Variantes

cas

Pro

duction

sola

ire

variation prod

solaire Pro

ductivité

T

aux d

e

couvert

ure

sola

ire

besoin

EC

S

isola

tio

n

régula

tion

Résit é

lect.

Débit pompe circuit solaire

kWh kWh/m2 l/j mm l/h/m²

4a1 12764 425 37% 2000 50 7° / 2° nuit 50

4a2 12835 0,6% 428 37% 2000 100 7° / 2° nuit 50

4a1 12764 425 37% 2000 50 7° / 2° nuit 50

4b 11828 -7,3% 394 45% 1500 50 7° / 2° nuit 50

4c 13470 5,5% 449 31% 2500 50 7° / 2° nuit 50

4d1 12764 425 37% 2000 50 7° / 2° nuit 50

4d2 12713 -0,4% 424 37% 2000 50 10° / 2° nuit 50

4d3 11863 -7,1% 395 34% 2000 50 7° / 5° nuit 50

4e1 12764 425 37% 2000 50 7° / 2° nuit 50

4e2 12672 -0,7% 422 36% 2000 50 7° / 2° 24h 50

4f1 12764 425 37% 2000 50 7° / 2° nuit 50

4f2 13521 5,9% 451 39% 2000 50 7° / 2° nuit 25

Influence des variantes

4.a isolation des ballons de stockage (100 mm d’isolant au lieu de 50 mm) 4.b besoins ECS sous-estimés (de -25%) 4.c besoins ECS surestimés (de +25%) 4.d régulation mal réglée (dT1 et dT2)

variante 1 : dT1 = 7°C ; dT2 = 2°C ; variante 2 : dT1 = 10°C ; dT2 = 2°C ; variante 3 : dT1 = 7°C ; dT2 = 5°C ;

4.e modification du réglage du programmateur horaire de la résistance électrique variante 1 : asservissement aux heures creuses tarifaires de nuit ; variante 2 : fonctionnement 24h/24h ;

4.f influence du débit de circulation du fluide dans le circuit solaire variante 1 : débit de 50 l/h/m² de capteurs variante 2 : débit de 25 l/h/m² de capteurs (low-flow)

L’étude de l’influence des différentes variantes met en évidence la sensibilité de la productivité et

du taux de couverture solaire par rapport à l’estimation du besoin d’ECS. Elle montre aussi

l’intérêt de réduire le débit de la pompe du circuit solaire.

L’augmentation de l’épaisseur d’isolant et le passage en heure pleine ont peu d’influence sur la

productivité et le taux de couverture solaire

Le seuil bas régulation en température a beaucoup plus d’influence que le seuil haut.

Surface capteurs Inclinaison Puissance échangeur volume ballon solaire

(m²) ° W/K l

30 30 3000 1500



Installations de production d’eau chaude sanitaire solaire collective

1- simulation de votre configuration « production d’eau chaude solaire collective » avec le

logiciel SIMSOL SimSol est un outil de prédiction des performances thermiques des installations de production d’eau

chaude solaire collective ; ce logiciel est disponible gratuitement sur le site internet du CSTB (

http://software.cstb.fr/soft/logiciels.asp?page_id=fr!energie_solaire )

Créez un répertoire SIMSOL dans lequel vous sauvegarderez vos projets ; la sauvegarde d’un projet

TEST entraîne la création d’un fichier TEST.ssd, ainsi que la création d’un sous-répertoire

TEST_Resultats dans lequel vous trouverez notamment le fichier Rapport.htm, qui contient le rapport

simplifié (principales hypothèses et résultats des calculs) de votre étude .

Hypothèses générales :

5 Configuration Schéma 1 : échangeur primaire externe et appoint centralisé séparé

Capteur solaire : - capteur plan générique : la superficie d’entrée doit être un nombre entier !

- choisir antigel à 30%

Echangeur thermique :

- coef. de transfert thermique : 100 W/K/m² de capteurs

Pompes de circulation :

- pompes primaire et secondaire : générique avec un débit de 40 à 70 l/h/m² de capteurs ; puissance

électrique consommée maximum : 100 W - pompe de bouclage : générique avec un débit de 300 l/h ; puissance électrique consommée maximum

: 30 W

Tuyauterie Circuit Solaire :

- tube acier 1 pouce (DN32) ; conserver longueur des conduites (10 m extérieur, 15 m intérieur) ; coef.

de déperdition linéique 0,09 W/m/K (mousse de polyéthylène – épaisseur de 30 mm)

Tuyauterie Circuit Distribution : - tube Cu 28/1 ; conserver longueur des conduites (30 m aller, 30 m retour) ; coef. de déperdition

linéique 0,17 W/m/K (mousse de polyéthylène – épaisseur de 10 mm)

Régulateur : - différentiel d’enclenchement : 7°C

- différentiel d’arrêt : 2°C

Ballon solaire : - son volume, exprimé en litres, doit être au minimum égal à 50 fois la surface en m² des capteurs

solaires - constante de refroidissement ; à calculer avec 50 mm de mousse de polyuréthane



Ballon appoint :

- la capacité totale d’eau stockée à 60 °C dans les ballons d’appoint doit être au moins égale aux besoins

maximaux en ECS à cette même température, du jour le plus chargé et sans apports solaires.

- constante de refroidissement ; à calculer avec 50 mm de mousse de polyuréthane

Appoint hydraulique du ballon :

- générateur gaz, standard (température de consigne appoint : 60°C)

- la puissance de la chaudière doit être au moins égale à 1200 W par m² de capteur solaire

Appoint électrique du ballon :

- la puissance de la résistance électrique doit être comprise entre 10 et 15 W/litre du volume d’appoint (Vap)

chauffé par l’électricité, la valeur nominale étant de 12W/litre. Le volume Vap est délimité par le haut

du ballon et le bas de la résistance électrique. Si la résistance électrique est placée au centre du ballon,

le volume Vap correspondra à la moitié du volume nominal du ballon

- le thermostat de l’appoint doit être réglé à une température supérieure à 60°C ;

lorsque le fonctionnement de l’appoint est asservi aux heures creuses tarifaires de nuit, il est

important de disposer d’un volume du ballon électrique supérieur aux besoins maximum

journaliers. Ainsi le maintien à une température supérieure à 60°C à la sortie du ballon est

possible à condition d’avoir préalablement réglé le thermostat de l’appoint à 65°C

6 APPROCHE QUANTITATIVE

1- Pour des besoins journaliers en ECS de 2000 litres à 55°C, vous prendrez la surface de capteurs

relative à votre configuration, et dimensionnerez l’installation sur la base de cette surface et de

cette consommation.

Evaluez avec les autres groupes d’étudiants ayant le même site météorologique, et le même profil de

puisage d’ECS que vous, l’influence de l’inclinaison des capteurs (30°, 45° ou 60°), et de la surface des

capteurs (20, 30, 40 et 50 m²) sur le taux de couverture solaire et la productivité des capteurs

(kWh/m²/an).

En conclusion, vous en déduirez une solution « optimale » surface de capteurs – inclinaison des capteurs,

pour laquelle vous calculerez la fraction solarisable des consommations (FSC) et l’indice de performance

solaire (IPS).

Soluce optimale : Surface de capteurs Volume de

stockage Débit de circulation

des pompes Puissance échangeur

Inclinaison Productivité Taux de couverture

en m² en l en l/h en W/K en ° en kWh/m² en %

40 2000 2000 4000 30 391 62

2- A partir de la solution « optimale » précédente, étudiez l’influence du volume de stockage du ballon

solaire (1000, 1500, 2000, 3000 et 4000 litres) sur le taux de couverture solaire et la productivité des

capteurs (kWh/m²/an) ; Avec

Débit de circulation des pompes

2000 l/h Puissance échangeur

4000 W/K Ballon Appoint 2000l

Surface de capteurs

Inclinaison Volume stockage

ballon solaire

Productivité Taux de couverture

Delta Prodté. du suivant

Delta couv.du suivant

Intéressant ?

en m² en ° en l en kWh/m² en %

40 30 1000 362,925 56,8 4,97% 6,34% oui

1500 380,95 60,4 2,74% 2,32% Oui encore

2000 391,375 61,8 1,99% 1,29% NON résultats identiques

3000 399,15 62,6 1,51% 0,00%



3- étudiez l’influence du coefficient de transfert thermique de « l’échangeur solaire » (50, 75, 100, 125 et

150 W/K/m²) sur le taux de couverture solaire et la productivité des capteurs (kWh/m²/an)

Surface de capteurs

Inclinaison

Volume de stockage

Coefficient de transfert thermique de l'échangeur

solaire

Productivité Taux de couverture

Delta Prod.du suivant

Delta couv.du suivant

en m² en ° en l en W/K/m² en kWh/m² en %

40 30 2000 50 (2000 W/K) 381,625 60,8 1,88% 1,64%

75 (3000 W/K) 388,8 61,8 0,53% 0,32%

87,5 (3500 W/K) 390,875 62 0,13% -0,32%

100 (4000 W/K) 391,375 61,8 0,30% 0,32%

125 (5000 W/K) 392,55 62 -0,03% 0,00%

150 (6000W/K) 392,45 62

On prendra un Coefficient de transfert thermique de l'échangeur solaire égal à 100 W/K/m² (4000 W/K)

4- Simulation de variantes dans la conception ou dans l’utilisation de l’installation

4a- isolation des ballons de stockage (100 mm d’isolant au lieu de 50 mm) ;

4bc- besoins ECS sous-estimés (de -25%) ou surestimés (de +25%) ;

4d- régulation mal réglée (dT1 et dT2)

variante 1 : dT1 = 7°C ; dT2 = 2°C ;

variante 2 : dT1 = 10°C ; dT2 = 2°C ;

variante 3 : dT1 = 7°C ; dT2 = 5°C ;

4e- modification du réglage du programmateur horaire de la résistance électrique :

variante 1 : asservissement aux heures creuses tarifaires de nuit ;

variante 2 : fonctionnement 24h/24h ;

4f- influence du débit de circulation du fluide dans le circuit solaire

variante 1 : débit de 50 l/h/m² de capteurs

variante 2 : débit de 25 l/h/m² de capteurs (low-flow)



6.a APPROCHE QUALITATIVE

cas

Surf

ace c

apte

urs

Inclin

ais

on

Puis

sance

échang

eur

volu

me b

allo

n

sola

ire

déb

it p

om

pe

Pro

duction

sola

ire

Pro

ductivité

Taux c

ouvert

ure

sola

ire

besoin

EC

S

isola

tio

n

régula

tion

Résit é

lect.

Ballo

n d

'appo

int

Energ

ie a

pp

oin

t

Niv

eau

perm

anent

assuré

Niv

eau

exceptio

nne

l

(m²) ° W/K l l/h kWh KWh /m2 l/j mm

Nuit + intermitte

nt

l kWh °C °C

4f2

40 24

4000

2000

à

3000

540

1775

9

444

70%

2000

250/1

5

0

5°

/ 2

°

2500

1663

9 55 47

Stratégie , considérations générales:

Il est nécessaire, pour avoir un taux de couverture décent (approchant les 70%) d’avoir une vue synthétique de

l’adéquation entre les ressources et besoins :

Phase de recherche d'optimisation

- Le débit « low-flow » assure un échange profond de chaleur entre la boucle solaire et le ballon de stockage, il

doit avoir un optimum pour la configuration qui se dégage. A trouver. En fin de compte l’optimum est très

dépendant de la condition d’ensoleillement : Le top serait une low-flow à vitesse variable suivant

l’ensoleillement moyen existant.

On remarque plusieurs choses dans le contexte particulier du « camping Matin »:

- Nous ne captons que pendant l’été, plus les capteurs sont horizontaux, mieux ils captent la ressource ;

Cependant, nous conserverons une pente minimale de 24° afin de ne pas générer de problèmes lié à la

circulation du fluide.

- dans le profil de débit, l’essentiel de la consommation s’effectue le matin, lorsqu’aucune ressource solaire

importante n’est venue « en flux tendu » pour assumer la consommation. Il va donc être nécessaire de stocker au

mieux pendant la nuit. Donc une bonne isolation est nécessaire, surtout que l’isolation n’est pas le poste le plus

onéreux dans ces systèmes. C’est pourquoi dès les premières lignes de l’approche qualitative (voir l’onglet

‘approche qualitative’) on part avec des valeurs d’isolation des ballons et tuyaux importantes.

Puis un second pic en soirée, assumable à priori par une belle après midi ensoleillée. Mais stocker pour les deux

évènements sans grimper en température demande un ballon d’appoint un peu plus grand ; ce qui nous le fera

passer de 2000l à 2500 l et même 3000 l (pour la fin). Solutions

- Et orienter les capteurs plein sud n’est pas nécessaire, il devient intéressant de continuer à capter « le plus tard

possible » pour le lendemain.

Cependant assumer l’appel du midi est à balancer avec cet impératif : l’orientation optimale se situera autour de

35° Ouest. Nous l’assumons dès les premières lignes de l’onglet.

L’ensemble de ces mesures apporte un gain de 98% sur la consommation d’appoint / la référence (sol.f6 &

f5 par rapport à F3), mais la qualité n’est pas au rendez vous : on a des descentes jusqu’à 20°C de l’ECS.



5a- pour la configuration optimale issue de l’approche quantitative précédente, vous étudierez les 2 points

suivants :

- Vous vérifirez qu’au point de puisage la température de l’ECS est suffisante pour assurer le confort des

usagers en toutes occasions ; si ce n’est pas le cas, proposez des modifications dans le dimensionnement

et/ou dans la gestion énergétique (régulation), et vérifiez l’efficacité de vos propositions ; - vous choisirez des séquences de fonctionnement (menu « suivi des températures »), c’est-à-dire deux journées-types

qui vous permettront d’expliquer les phénomènes physiques de captation, distribution, stockage de l’énergie, et

soutirage de l’eau chaude sanitaire. Vous commenterez également le principe de régulation.

Pour précision, ces journées-type pourront s’appuyer sur une journée fortement ensoleillée, favorable à la

production solaire, et une autre journée caractérisée par des conditions d’ensoleillement plus mauvaises.

Phase de recherche d amélioration de la qualité d'ECS

- La solution immédiate consiste à implémenter une température de consigne plus forte, tout en conservant le

fonctionnement en heures creuses : 70,1 °C de T.Consigne apporte très peu d’amélioration. (25°C)

- On passe donc au fonctionnement de la résistance en permanence : 52° et 49°C en minima pour les deux

journées les plus critiques. Mais on a doublé la consommation d’appoint ( solution F10)

- Respect des normes d'ECS

- De plus afin de respecter la norme antilégionelles on positionne au plus bas la résistance dans le ballon.

(sol.F10a) la déperdition est peu compensée par l’orientation à 36°W.

Rech. d'économie en électricité d'appoint. - Entre un fonctionnement « toutes heures électriques » ou « seules heures creuses » il peut y avoir des

fonctionnements intermédiaires « à intermittence » mais la finesse du logiciel ne permet pas de configurer en

dessous de l’heure. En jouant des intermittences de jour (4 heures sans fonctionnement au lieu de deux) on

dégrade légèrement la température assurée, mais on gagne près de 1,4 % de consommation d’auxiliaire

(solutions F11 à F14) et on atteint 51,2% de substitution à l’énergie auxiliaire tout électrique.

- Il y a un compromis à trouver entre l’assurance qualité d’une eau toujours chaude (assurance de la fée

électricité), et de laisser une place à la relève par le solaire. Ceci nous permet de passer d’une consommationde

17450 kWh à 16950 kWh ( 3% d’économie).

- Enfin en rejouant sur les volumes de stockage, du ballon d’appoint que passe à 2500 l, puis du ballon solaire qui

par palliers pase à 3000 l, on gagne un peu moins de 1% de la part d’auxiliaire (à 52,2%), ce n’est pas

économiquement intéressant.

Critères économiques en électricité d'appoint. Le choix est à faire entre les solutions f11 à f14.

En économisant (34821 – 16960)*30 kWh sur 30 ans soit 535,8 MWh à 0,0108 € en heures pleines, 0,0066

€ en creuses ; ça nous donne une moyenne de 0,0087 € : total (sans augmentation) sur 30 ans = 4661 €

l’installation. Effectivement il faut viser la solution technique pas chère. -

Le soucis reste de correspondre aux normes sanitaires (légionellose) : ‘Les légionelles prolifèrent dans les installations d'eau lorsque la température est comprise entre 25 et 43° C, lorsque l'eau stagne et en présence de dépôts de tartre, de résidus métalliques comme le fer et le zinc, de certains matériaux tels que le caoutchouc, le chlorure de polyvinyle ou le silicone et d'autres microorganismes des milieux aquatiques, comme les cyanobactéries ou les amibes libres. ‘ Pour limiter le développement des légionelles, il est nécessaire d'agir à trois niveaux :

• éviter la stagnation et assurer une bonne circulation de l'eau ;

• lutter contre l'entartrage et la corrosion par une conception et un entretien adapté à la qualité de l'eau et aux

caractéristiques de l'installation ;

• maîtriser la température de l'eau dans les installations, depuis la production et tout au long des circuits de distribution.

Aux points de puisage

• pièces destinées à la toilette : température maximale < 50° C

• autres pièces : température maximale < 60°C

• cuisines et les buanderies : 90°C en certains points faisant l’objet d’une signalisation particulière.

Si volume entre le point de mise en distribution et le point de puisage à risque le plus éloigné supérieur à 3 litres, la

température doit être supérieure ou égale à 50°C en tout point des systèmes de distribution, à l’exception des tubes finaux

d’alimentation dont le volume est inférieur ou égal à 3 litres.



Stockages

L’eau des équipements de stockage, à l’exclusion des ballons de pré-chauffage, doit :

• être en tout point et en permanence à une température supérieure ou égale à 55°C ;

• ou être portée à une température suffisante dans sa totalité au moins un fois par 24 heures.

Temps minimum de maintien

de température

Température de l'eau

(°C)

60 minutes 60 °C

4 minutes 65 °C

2 minutes >= 70 °C

C’est pouquoi, après les réglages d’optimisation, nous passerons vite à un

Journée du 6 Juillet Journée du 25 Août

DU 10 au 14 mai , belles journées, mais DU 18 au 19 Juin , belles journées, mais

Mais on remarque la non tenue de la température de retour aux capteurs (ligne bleue),



En passant le ballon solaire à 2500 l, on lisse un peu la temp de retour au capteur et améliore le

rendement de ces périodes chaudes :

EN version 3000l Ballon Solaire Sans dégrader la tenue générale des jours pourris

De plus on améliore encore , et on atteint un taux de couverture de 70%, et économisons encore

130kWh électriques sur la saison. (sur la conso de la version 2500l à 16771 kWh).

Le plus approprié serait un « low-flow » variable suivant l’ensoleillement moyen sur quelques

heures, mais c’est un autre débat.



Vérification confort usager sur une journée type en Août :

Profil de température sur une journée en Août

Après les douches du matin la température du ballon descend à 30° l’après-midi ce qui ne

permet pas d’assurer un confort suffisant pour la fin d’après midi.

Partant du principe que la partie solaire de l’installation est optimisée, nous pouvons

intervenir sur l’appoint.

6.b augmentation du volume stockage et passage en heures pleines

Ballon d’appoint de 5000l : profil de température sur une journée en Août

Le volume maximum disponible ne suffit pas à couvrir la consommation de la journée



Ballon d’appoint de 5000l + heure pleine : Profil de température sur une journée en Août

Les courbes de températures avec un volume d’appoint de 5000l et un fonctionnement

heures pleines sont satisfaisantes au niveau du confort des usagers.

Nous avons vu que le passage heures creuses / heures pleines modifiait très peu la

productivité solaire (variante 4e). Cette option permet de compenser pendant la journée

entre les douches du matin et du soir l’épuisement du stock d’eau chaude accumulé la

nuit.

Ballon d’appoint de 3000l + heure pleine : Profil de température sur une journée en Août

Les courbes de températures avec un volume d’appoint de 3000l et un fonctionnement

heures pleines sont satisfaisantes à la fois au niveau du confort des usagers avec une

légère baisse de température à 50°C après les douches du matin et par rapport à la

réglementation sur la légionellose. La température du ballon descend en dessous de 55°C

mais remonte plus d’une heure par jour au dessus de 60°C.



6.c augmentation du volume et de la température de stockage

Ballon d’appoint de 5000l à 80°C heure creuse : Profil de température sur une journée en

Août

La température de l’eau à 40°C en fin de journée est satisfaisante pour assurer une douche

confortable. La réglementation sur la légionellose est respectée avec une température de

ballon qui monte au dessus de 70°C quelques minutes par jour.

Cette solution

a pour avantage de conserver le tarif économique de nuit mais peut s’avérer limite pour

certains jours d’été peu ensoleillés ou avec une plus forte consommation exceptionnelle. Dans

ce cas un fonctionnement mixte avec 2 ou 3 heures d’appoint en milieu de journée pour

compenser le manque solaire pourrait convenir :



période critique du 5 au 9 juillet : 3 heures en heures pleines en milieu de journée pour compenser le

manque de soleil et maintenir une température supérieure à 40° en fin de journée

6.d conservation du volume 2000l et régulation de la température de stockage

Ballon d’appoint de 2000 L à 70°C heures creuses et heures pleines :

Profil de température en conditions nominales sur une journée-type en Juillet (forte

consommation, peu d’ensoleillement)

Afin d’assurer une température de soutirage confortable tout au long de la journée, l’appoint

électrique doit tourner durant les heures creuses afin de conserver la température de stockage

de 70°C du ballon mais aussi durant 9 heures pleines correspondants aux pics de

consommation du camping.

La température du ballon solaire n’excède jamais les 30°C, le préchauffage de l’eau chaude

est donc très faible pour cette journée de juillet.




Profil de température en conditions nominales sur une journée-type en Août (forte

consommation, fort ensoleillement)

En août la température du ballon solaire descend jusqu’à 55°C dans l’après-midi et permet de

préchauffer l’eau extraite via le ballon de stockage lors des pics de consommation de la fin

d’après-midi.


Profil de température en conditions nominales sur une journée-type en Septembre (faible

consommation, faible ensoleillement)

La température d’eau chaude reste constante dans le ballon, elle ne se refroidit pas même

lorsque l’appoint n’est pas en fonctionnement car il y a peu de soutirage et donc peu de

renouvellement d’eau dans le ballon. En septembre 68% des besoins en ECS sont couverts par

le solaire.

7 Conclusion

Résultats avec la configuration 4h (Ballon 5000 L HC + 3 HP):

jan ... Mai Jui Jui Aou Sep Oct Total



avr …Déc

Besoins en ECS à 55° (kWh) 0 2808 3334 12982 13012 2685 0 34821

Production solaire (kWh) 0 1856 2114 3630 3054 1716 0 12370

Couverture solaire des besoins en ECS (%) - 66 63 28 23 64 0 36

Pertes circuit de distribution (kWh) 0 254 246 234 230 246 0 1210

Energie appoint élec.(kWh) 0 1676 1913 8187 9468 2831 0 24075

Caractéristiques des composants solaires

Capteurs solaires :

Fabriquant : Générique

Produit : Générique

Laboratoire de test : 30 m²

n° d'avis ou rapport : 30 °

Surface totale d'entrée : 0 °

Inclinaison : η = 0.73

Orientation : a1 = 4.60 W/m².K

Caractéristiques : a2 = 0.00 W/m².K

Ballon solaire :

Volume total de stockage : 1500 litres

Nombre de ballons : 1 ballon(s)

Volume de chaque ballon : 1500 litres

Epaisseur d'isolation : 50 mm

Constante de refroidissement : 0.11 Wh/l.K.jour

Caractéristiques de l'installation

Boucle solaire :

Longueur aller et retour : 50 m

Longueur extérieure : 20 m

Diamètre extérieur des tuyaux : 34 mm

Coefficient de déperditions linéique : 0.09 W/m.K

Débit : 750 l/h

Coefficient de transfert thermique (échangeur) : 3 kW/K

Ballon d'appoint :






Appoint :

Type : électrique.

Boucle de distribution :






Résultats avec la configuration 4i (ballon d’appoint de 2000 L, HC + 10 HP) :

jan ... avr Mai Jui Jui Aou Sep Oct …Déc Total

Besoins en ECS à 55° (kWh) 0 2808 3334 12982 13012 2685 0 34821

Production solaire (kWh) 0 1979 2239 3631 3068 1823 0 12740

Couverture solaire des

besoins en ECS (%) - 70 67 28 24 68 - 37

Pertes circuit de distribution

(kWh) 0 254 246 255 254 246 0 1255

Energie appoint élec.(kWh) 0 1379 1649 9597 9924 1467 0 24016

5. Caractéristiques de l'installation

Boucle solaire


Longueur extérieure : 20 m



Débit : 750 l/h

Coefficient de transfert thermique (échangeur) : 3 kW/K

Ballon d'appoint :






Appoint :

Type : électrique.

Boucle de distribution :




Les résultats obtenus avec ces deux systèmes sont similaires en termes de consommation

d’énergie d’appoint et de production d’énergie solaire.

La deuxième solution présente l’avantage d’un ballon de stockage beaucoup moins

encombrant et le volume d’eau stockée correspond aux besoins journaliers, ce qui est

généralement le dimensionnement choisi pour les systèmes de CES.

La couverture des besoins en juillet et août est assez faible, il peut être judicieux de refaire

cette étude avec 40 m2 de capteurs au lieu de 30 m2 afin de profiter au maximum des apports

solaires.

Documents

TD SIMSOL Camping v3 .pdf