Chauffage solaire de l'eau

Pages: 5 (1008 mots) Publié le: 15 novembre 2012
Partie 2 : Le chauffage solaire de l’eau

Introduction 
De nos jours, il existe plus de 30 millions de m2 de capteurs solaires installés partout dans le monde. C’est en effet le cas de nombreux pays comme l’Australie, l’Allemagne, la Grèce, le Japon, l’Inde ou encore la Chine qui ont décidé de tirer parti de l’énergie solaire.
La production d’eau chaude sanitaire et le chauffage des piscinessont les deux principaux types d’utilisation du chauffage solaire de l’eau. Cependant, en plus d’une utilisation domestique peuvent s’ajouter des utilisations commerciales et procédés industrielles (bassin d’élevage de poisson, alimentation en eau chaude d’un réseau urbain…).
Notre projet portera uniquement sur la partie échangeur de chaleur dans le système de chauffage solaire de l’eau.
Miseen situation : Une famille de 3 personnes dispose d’un système de chauffage solaire de l’eau. L’eau froide, arrive par des canaux situés dans le sol et doit ensuite être chauffée. Sachant que 1 personne consomme en moyenne 50 L d’eau chaude / jour à 45°C et que la température du sol est de 5 degrés, on pose la problématique suivante :

* Quelle sera le flux thermique cédé par l’eau duserpentin à l’eau froide dans l’échangeur ?

Pour répondre à ce problème il est important que nous étudions tout d’abord les différents paramètres du problème à prendre en compte, à savoir :

* Température à la surface du sol
* Température dans le sol
* La profondeur d’implantation des tuyaux d’eau dans le sol
* Température de l’eau dans le sol
* Température de l’eau duserpentin
* Le coefficient d’échange thermique K, du serpentin
* La surface du serpentin (surface d’échange thermique)

Ces différents paramètres vont constituer la base de notre étude. Ils vont nous amener à nous intéresser à l’équation de la chaleur, ainsi qu’aux équations relatives à la thermodynamique.

Schéma de synthèse du problème posé
Température à la surface du sol

150L d’eauchauffée à 45°C
Utilisation de l’équation de la chaleur pour définir TSol
Energie à apporter pour le chauffage de l’eau

Température dans le sol Tsol ≅ température de l’eau TEFroid

Réservoir 700L remplis d’eau froide à TEFroid

Echangeur thermique solaire

Utilisation des équations thermodynamique : notion de flux de chaleur

Principe de fonctionnement du chauffage solaire de l’eau Les systèmes de chauffage solaire de l’eau utilisent des capteurs solaires permettant de transformer en chaleur le rayonnement solaire reçu.
De plus, une unité de pompage permet de transférer cette chaleur par l’intermédiaire d’un réservoir de stockage de l’eau chauffée. Elle se compose d’une ou plusieurs pompes afin de permettre la circulation du fluide caloporteur entre les capteurs et leréservoir de stockage.

Les principales étapes à prendre en compte sont :

* la collecte d’énergie solaire : elle se traduit par un captage du rayonnement solaire émis qui sera ensuite transformé en chaleur par le capteur solaire. C’est une surface absorbante qui assure la conversion du rayonnement sous forme de chaleur et qui la transmet ensuite à un fluide caloporteur qui ne gèle pas (trèssouvent de l’eau glycol)

* le transfert d’énergie : ce fluide est ensuite transféré jusqu’à un réservoir de stockage thermique. Pour se faire, le fluide s’échauffe lors de son passage à travers les tubes du capteur. Il cède ensuite ses calories à l’eau chaude. Une fois refroidi, le liquide repart vers le capteur où il est chauffé sous l’effet de l’ensoleillement. Le liquide caloporteur peutcirculer de deux façons différentes entre les capteurs et le ballon : circulation naturelle (thermo circulation) par différences de densité ou circulation forcée avec une pompe électrique.

* le stockage : il constitue l’étape de stockage de l’eau chaude jusqu’à son utilisation dans un réservoir (cuve métallique parfaitement isolée). Lorsque de l’eau chaude est utilisée, elle est...
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