Estimer la puissance d'échange d'un serpentin ?

[Misho]

Bonjour à tous,

Une question m'est venue en dessinant mon nième circuit de chauffage : comment peut-on estimer la puissance maxi du serpentin d'un ballon, comme pour un échangeur ?
C'est-à-dire, combien de kWth est-il capable de transmettre à l'eau du ballon avant de saturer, c-à-d que l'eau du serpentin ne ressorte plus chaude que le bas du ballon ?

J'ai conscience que la réponse précise dépend de tas de choses :
- surface d'échange (matériau, diamètre, nombre de spires du serpentin)
- delta entre température d'entrée et température en bas du serpentin
- débit dans le serpentin
- taux de remplissage et de stratification du ballon (à quelle hauteur commence "l'eau froide")

Mais du coup je cherche un moyen d'estimer ça à la grosse louche, ex : si j'envoie X L/min à 50°C dans le serpentin d'un ballon à 20°C, est-ce que l'eau va ressortir du serpentin à 25°C ou à 45°C ? Même question à 80°C/20°C ? Et si le ballon est chaud (et bien stratifié) à 20/50/80% ?

Merci pour vos lumières !

[Ottiti]

Salut

Oui pour quasi tous

Il y a des spécialistes sur le forum qui se feront un plaisir de te démontrer cela
un administrateur et un modérateur au minimum

A+

[pacobab]

Bonjour Misho,
On doit pouvoir modéliser par éléments finis les échanges thermiques d'un serpentin intérieur à un ballon. Mais cette simulation doit être extrêmement complexe, le plus compliqué étant de modéliser l'écoulement par convection autour des tubes du serpentin.
Ce que je sais, c'est que cet échange n'est pas très efficace, à cause de la faible vitesse de cet écoulement, et à cause de la superposition des tubes du serpentin. Mais cette superposition permet de stratifier.
Dans les gros systèmes, on utilise presque toujours des échangeurs externes qui sont beaucoup plus efficaces et dont le résultat est plus facile à déterminer. Si on prélève l'eau tout en bas du ballon, il est alors facile de déterminer la durée de chauffe du ballon.
Peut-être existe-t-il des tables obtenues empiriquement pour des géométries standard de serpentin ?
Cdt
Jean

[YELLOW WHEELY BIN]

Tu peux consulter ceci si cela te chante...

www.thermique55.com/principal/chapitre6.pdf

en particulier, le § 1.4 "Nombre d’unités de transfert"

ainsi que l'Annexe A.6.1... / co-courant...

surtout, Bon Courage !

YWB

[yves35]

bonjour,

les échangeurs solaires fonctionnent "à co- courant" cad le + chaud du serpentin rencontre le plus chaud du ballon et cède un peu de chaleur puis ensuite le moins chaud du serpentin rencontre le moins chaud du ballon etc...(on rentre par le haut de l'échangeur) C'est ainsi que marchent également les circuits de vmc df les plus performants . C'est ce qui permet de "traire "au maximum l'énergie qui descends du capteur , de faire retourner le liquide le plus froid possible donc d'améliorer la collecte du capteur (d'autant meilleure qu'il travaille à basse température.

Dans le document (pdf) en lien il y a page12 ceci:

Comparaison des deux modes de fonctionnement
Dans un échangeur tubulaire simple, le flux de chaleur transféré est toujours plus élevé avec un
fonctionnement à contre-courant car Δg est plus élevé

ce raisonnement ne vaut que pour le fossile qui ne cherche pas la stratification . Pas pour le solaire. Fonctionner à contre courant voudrait dire rentrer dans le ballon par le bas.

yves

il est sans doute vain de raisonner en terme de puissance possible à passer (ou plutôt je n'en vois pas l'intérêt). Il y a tout a gagner à réfléchir à comment collecter au maximum et freiner un peu avant que ce soit plein

[pacobab]

Bonjour,

les échangeurs (des ballons)solaires fonctionnent "à co- courant"

En fait, non, ce sont des échangeurs à contre courant. L'eau dans le serpentin descend en se refroidissant, quand l'eau du ballon monte en se réchauffant.
La stratification est possible sur un échangeur en forme de tire-bouchon car les tubes de l'échangeur sont les uns au dessus des autres. Ça permet la formation d'un courant chaud ascendant autour des étages du tube de lechangeur, compensé par un courant froid au centre de l'échangeur.
Un échangeur spirale à plat en bas du ballon détruit complètement la stratification. Et le mieux est un echangeur concentré type Solus II ou Sailer.
Cdt
Jean

[kroutchef]

Bonjour, nous avions effectivement déjà exploré cette "recherche", voici ci-dessous le lien :
viewtopic.php?f=34&t=6657

Et la formule tant recherchée

Puissance transmise simplifiée pour un serpentin en immersion naturelle non forcée:

P(Kw)=ct x pi x diam tub(m) x long tub(m) x Delta T(°C)/1000

ct varie en fonction de nombreux paramètres entre 700 et 1000,
pour une circulation forcée la puissance sera supérieure prendre 1000 voire plus 1500...
Ce calcul m'a permis de dimensionner mes serpentins il a été vérifié et largement validé par l'expérience...
Tiré de http://alainraynal.wordpress.com/2009/0 ... t-solaire/

[Misho]

J'avais effectivement assimilé le serpentin à un échangeur contre-courant (*), mais mes cours et mes souvenirs sur les échangeurs étaient trop généralistes et pointus pour arriver à ça en moins d'1 semaine sous Aspirine à tout redémontrer ou simuler, je me doutais qu'il existait une formule "doigt mouillé" qui tenait en une ligne

Ca nous fait du [0,7;1.5]kW/m²/°C. Simple, efficace, suffisamment précis, c'est exactement ce que je cherchais, merci à tous et donc mon échangeur est largement assez grand !
Le co-courant c'est pour ceux qui ont branché à l'envers

il est sans doute vain de raisonner en terme de puissance possible à passer (ou plutôt je n'en vois pas l'intérêt). Il y a tout a gagner à réfléchir à comment collecter au maximum et freiner un peu avant que ce soit plein

Parce que dans le cas qui m'intéresse, il y a une PAC dans le circuit, de puissance fixe et très élevée par rapport au solaire, donc si elle "bourrine des calories" au point de saturer l'échangeur à chaque fois qu'elle démarre, elle va dézinguer toute la régulation.

(*) tant que la stratification est globalement respectée et la "zone chaude" reste au-dessus du serpentin. Après ça se complique mais c'est pas grave, je linéarise jusqu'à un transfert =0 quand tout est chaud jusqu'en bas, ça fera l'affaire. Je conçois pas une usine à 500M€, j'estime pour éviter d'être complètement à côté de la plaque (d'échangeur )