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 piscines sont 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.
Mise en 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 du serpentin 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 du serpentin * 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’eau