Ballon soltek et drain back

[p_bricoleur]

Bonsoir,

le bon vieux "Fundamentals of heat and mass transfer"

Super bouquin ! Il y a tout dedans, faut seulement avoir le temps de chercher.
Il en est à la cinquième édition.

Tout est lié au delta T - temp exterieur/temperature de sortie des panneaux et le debit (pour un meme flux d'energie solaire).

Exact.

Donc en faisant circuler l'eau en direct panneaux/chauffage, on a un debis suffisant pour compenser le chauffage normal sur 5 heures et on rajoute à cela l'inertie de la dalle et on a gagné de precieuses heures de chauffe...

Mais à certaines conditions :

- que le chauffage se satisfasse de la température directe (donc plancher chauffant obligatoire)

- que soit on ait besoin de chaleur autour de l'heure solaire, soit on ait un plancher solaire très épais (PSD) qui amène un décalage suffisant

Si on considere une consomation de 200 ... degree...

Un ballon ECS ne fonctionne pas comme ça.
Le chaud part en haut et l'eau froide arrive en bas, et tout est fait pour que ça ne se mélange pas.

Si tu as un ballon de 400 litres d'ECS à 50°C et tu en consommes 200 litres, la situation dans le ballon est alors 200 litres d'eau froide à 10°C en bas du ballon, et 200 litres à 50°C.
C'est la stratification et elle est fondamentale.

200 litres à 50°C sont bien mieux que 400 litres à 30°C, même si la quantité de chaleur est identique :

- tu peux encore tirer 200 litres d'ECS sans aucun apport
- le bas de ton ballon est à 10°C, prêt à prendre du solaire à très basse température

Un stock combiné fontionne de la même manière : froid en bas, tiède au milieu (chauffage), plus chaud en haut (ECS).

Cordialement

[Jerome]

Merci, une fois de plus, pour vos réponses bien détaillées...

Allez une petite question pour la route puisque le débat est encore chaud:

Pour un ballon ECS solaire de base (échangeur solaire en bas et échangeur chauffage traditionnel en haut) je comprends tout a fait le phénomène de stratification: l'eau rentre a 10 dégrée en bas pendant que l'on tire l'eau chaude en haut...(bas du ballon froid et le haut bcps plus chaud) jusque la tout va bien...
Par contre dans le cadre d'un ballon de type Vitocell 333 par exemple ou surement pour ma part, a un ballon autoconstruit avec serpentin d'ECS en direct a l'intérieur du ballon, je pense que le delta T va être plus uniforme sur la totalité du stock..? (surement plus froid en bas qu'en haut mais pas plus de 10 degree, ie 50 en haut et 40 en bas)

Enfin, je pense avoir trouvé la solution a mon problème: si j'opte pour l'autoconstruction je ferai coïncider le retour solaire du drainback très prêt du picage pour le chauffage Plancher Chauffant...schémas à suivre sur l'onglet installation des que j'aurai muri cette réflexion...

Sur la remarque d'Yves sur l'oxydation: Pourais tu preciser tes craintes (l'eau morte qui va etre en contact avec l'air risque d'oxider mon reseau de cuivre/inox??)

[p_bricoleur]

Les ballons comme les Vitocell sont prévus pour conserver la stratification autant que possible.
Il faut faire attention à faire entrer et sortir l'eau de chauffage à la bonne hauteur en fonction de leur température, cela évite les mélanges de températures.

Le serpentin ECS entre tout en bas pour s'assurer que l'eau froide ne cassera pas la stratification en refroidissant brutalement de l'eau chaude environnante, et cela permet de s'assurer que le serpentin solaire baigne dans l'eau la plus froide du stock, donc permet un démarrage précoce de la boucle solaire et son bon rendement.

Il peut donc y avoir bien plus de 10K de différence entre haut et bas.
Si c'est bien conçu.

Cordialement

[beber]

je me pose la même question que jérome, si l'eau des capteurs arrive dans le ballon a 50° par le serpentin et que le bas du ballon est à 25° comment se produit le mélange ? l'eau chaude monte t elle assez vite dans le haut du ballon sans se refroidire ou il y a un mélange diffus qui ramène la température de l'eau à la moyenne des de ces deux températures.
dans un ballon solaire est il possible d'avoir un écart important entre le haut et le bas sachant que l'on déclanche la circulation quand la température des capteurs est supérieur de quelques degrés à celle du bas du ballon?
P.Bricoleur avait répondu à un de mes posts pour me préciser qu'il n'était pas utile de mettre une cheminée à l'intérieur du ballon et au dessus du serpentin pour guider l'eau réchauffée le plus vite possible en haut du ballon...alors comment ça marche

[p_bricoleur]

Bonjour,

Le flux d'eau réchauffée par le serpentin monte se placer à la bonne hauteur en fonction de sa température.

Bien sûr au passage ce flux déplace de l'eau plus froide (qui doit redescendre) et des échanges se produisent, mais le flux étant continu et assez rapide une fois lancé, il n'y a pas de brassage général.

Dans un CESI, il y a seulement ce flux d'eau réchauffée qui monte.
Le tirage d'ECS déplace de l'eau mais l'entrée se faisant tout en bas et étant conçue pour limiter le brassage (entrée horizontale souvent), on peut considérer que l'ensemble du contenu est poussé vers le haut par l'eau froide entrante.
C'est pour cette raison qu'un dispositif de séparation des flux n'est pas nécessaire (bien qu'en théorie, ça peut améliorer les choses si c'est bien conçu, mais ça ne vaut pas l'effort).

Dans un stock combiné c'est plus compliqué puisqu'on a plusieurs apports (solaire + appoint chaudière par ex), et plusieurs retraits de chaleur (tirage ECS, circulation chauffage).
Il peut donc y avoir en même temps des flux montants d'eau réchauffée et des flux descendant d'eau refroidie.
C'est pour cette raison que les stock combi ont souvent des dispositifs pour mieux conserver la stratification (par cheminée pour canaliser les flux, etc.)

C'est encore plus vrai dans une cuve à eau morte, ou la taille et le nombre des serpentins rend difficile le choix d'un emplacement idéal.
Si un serpentin amenant de la chaleur est proche d'un autre qui en retire, on obtient de l'eau tiède.

"Ce qui est difficile, ce n'est pas de produire beaucoup d'eau tiède, mais de produire assez d'eau chaude à un température suffisante"

Il est intéressant de voir un ballon CESI froid se réchauffer (en l'absence de tirage) :

1) Au début, l'eau reste froide en bas et le haut du ballon commence à avoir 10-15 degrés de plus que le reste.
Ensuite, le haut reste à cette même température mais c'est le milieu puis le bas qui se réchauffent.

2) Le réchauffement du bas fait monter la température du retour capteur et le haut du ballon monte de quelques degrés, et cet accroissement gagne tout le ballon en partant d'en haut.

On a donc un réchauffement en vagues successives de haut en bas, dûes au fait que l'eau est réchauffée à la même température par les capteurs tant que le bas est à une température constante.
Dès qu'une vague atteint le bas, une autre vague repart du haut.

Quelque soit le moment où on arrête le système, le haut est toujours au moins aussi chaud que le milieu, luis même au moins aussi chaud que le bas.

Notons aussi que c'est au début que le rendement est le meilleur puisque l'eau à chauffer est la plus froide, donc elle fait fonctionner les capteurs à plus basse température, c'est pour ça qu'en été ça monte vite à 50-60°C, ensuite (et heureusement parfois) c'est plus lent.

Cordialement

[beber]

merci une fois de plus pources explications

[Jerome]

Idem, un grand merci. :D

Je vais upgrader mon schema hydraulique dans la section installation, en prenant en compte ces remarques, et vos commentaires seront les bienvenues.

[YvesBr]

[quote="p_bricoleur"]
1) Au début, l'eau reste froide en bas et le haut du ballon commence à avoir 10-15 degrés de plus que le reste.
Ensuite, le haut reste à cette même température mais c'est le milieu puis le bas qui se réchauffent.

2) Le réchauffement du bas fait monter la température du retour capteur et le haut du ballon monte de quelques degrés, et cet accroissement gagne tout le ballon en partant d'en haut.

On a donc un réchauffement en vagues successives de haut en bas, dûes au fait que l'eau est réchauffée à la même température par les capteurs tant que le bas est à une température constante.
Dès qu'une vague atteint le bas, une autre vague repart du haut.
[/quote]
Je me demandais comment on modélisait le remplissage en chaleur du ballon. L'explication est intéressante, mais çà ne doit pas être simple de la modéliser. Par exemple, quelle est l'amplitude de la "vague", en °C ?

[p_bricoleur]

Bonjour,

La vague est une image, la montée du flux chaud n'est pas aussi rapide que ça, mais c'est une bonne illustration de ce qui se passe.

La température de la "vague" dépend de la puissance réelle des capteurs, de celle du serpentin et de la température du bas du ballon.

Ces paramètres définissent le delta T que le solaire peut fournir à l'eau du bas du ballon en régime permanent.

C'est plus facile à modéliser si on suppose que la puissance des capteurs est constante, et que le serpentin solaire fait passer toute cette puissance.
Le serpentin est alors assimilable à une résistance de puissance constante.

Quand le ballon est déjà partiellement chaud (cas général), le bas est froid, et la vague se produit aussi, mais elle s'arrête à chaque fois à la hauteur de sa température.

Cordialement

[beber]

pour travailler avec un meilleur rendement, je pensais faire un serpentin le moins haut possible pour qu'il soit le plus bas dans le ballon, mais est ce la meilleur solution? car la "vague" va occuper toute la section du ballon et il y aura un mélange avec l'eau foide plus important?
faut il favoriser un serpentin d'un diamètre plus faible pour faire en sorte une colonne qui favoriserait la montée de l'eau chaude? ou un serpentin en forme de cone plus large en bas?

[p_bricoleur]

Bonjour,

En théorie, un serpentin de faible diamètre au milieu est bon car le flux montant sera au milieu et l'eau plus froide descendra sur les côtés.
On réduit donc les brassages (tout ce qui concourt à limiter les mélanges chaud-froid est bon pour la stratification).

Mais en pratique il est difficile de faire un serpentin de grande surface (de forte puissance) et petite taille...

Il me semble plus facile de faire le contraire : un serpentin d'un diamètre proche de celui de la cuve, et rien au milieu.
L'eau monte sur les côtés et descend au milieu.
Et un tel serpentin peut être de plus grande taille.

Cordialement

[beber]

effectivement, l'échangeur aura la possibilité d'être plus long et moins haut ....merci du conseil