Critères de choix d'un échangeur plaque

[richardel]

Bonjour a tous,

J'aimerais connaitre les différents paramètres entrant dans le choix d'un échangeur a plaque a placer entre les capteurs (eau glycolée) et cuves (eau morte).
1-Il y a déjà la surface : La formule donnant surface des capteurs multiplié par 0.2 ou 0.3 est-elle d'application ? (Dans l'affirmative, la surface de l'échangeur devrait être de 5m²)
2-Je sais que les plaques peuvent être aménagées en parallèle, en série ou combinaison des deux. Sachant que le débit solaire est de l'ordre de 7L par minute, comment calculer la combinaison "idéale" ?
3-La débit au primaire doit-il être identique au débit au secondaire ?
4-Y a-t-il d'autres critères a prendre en compte ?
5-Y a-t-il des accessoires a prévoir en plus par rapport a un échangeur serpentin (je ne parle pas du circulateur supplémentaire) mais filtres ou autre.

Je vous remercie de vos avis

Amitiés

[remi.450]

Bonjour,

3-La débit au primaire doit-il être identique au débit au secondaire ?

L'avantage des échangeurs en comparant à des bouteilles de découplge est que les débits peuvent être différents.
Mon avis est que si le secondaire à un débit + important, le rendement doit en être augmenté.
En effet si la source froide à une moyenne de température entrée et sortie basse, l'échange sera meilleur.

5-Y a-t-il des accessoires a prévoir en plus par rapporte a un échangeur serpentin (je ne parle pas du circulateur supplémentaire) mais filtres ou autre.

Oui filtre obligatoire au moins sur le circuit secondaire qui pour moi est souvent le plus sale (ballon, appoint d'eau, etc..).
Et celà ne coûte pas grand chose de mettre des prises de pression pour un mano en entrée et sortie pour mesurer la perte de charge de l'échangeur et d'en déduire le débit si on connait ses caractéristiques.
Rémi

[richardel]

Bonjour a tous, Bonjour Remi.

C'est vrai qu'on pourrait espérer une hausse du rendement si le débit, au secondaire, est augmenté. Mais ce sera au détriment de la température. A ajuster, donc, en fonction de la température dans la cuve.
Reste a voir la température au primaire pour voir l'influence sur le rendement des panneaux.

Ok pour le filtre et l'idée des prises de pression. L'idée me parait bonne.
J'ajouterais même 4 vannes 1/4 de tour pour pouvoir intervenir sur l'échangeur sans tout vidanger.
et 4 sondes de température pour analyser le premier point ci dessus.

Un grand merci pour ton avis... j'en tiendrais compte.

Amitiés

[patrick07]

Bonsoir,

1-Il y a déjà la surface : La formule donnant surface des capteurs multiplié par 0.2 ou 0.3 est-elle d'application ? (Dans l'affirmative, la surface de l'échangeur devrait être de 5m²)

A mon avis tu peux diviser au moins par 2 cette surface. Le transfert thermique est beaucoup plus efficace avec un échangeur à plaques, régime turbulent au lieu de laminaire, bien meilleur contact entre les 2 circuits, échange forcé... etc...

Par contre le revers de ces avantages sont des pertes de charge plus importantes.

[p_bricoleur]

Bonsoir,

Comptent aussi la capacité calorifique des liquides primaire & secondaire.

En effet, la puissance dans chaque circuit est le produit du débit massique par la capacité calorifique du liquide.
Ca peut avoir son importance dans le cas d'un boucle solaire avec un caloporteur eau-"glycol" qui une capacité calorifique 20% inférieure à celle de l'eau (mélange à 50%).

Cordialement,
T.Streiff

[richardel]

Bonjour a tous,

Actuellement, je tourne avec un échangeur serpentin de 2m² mais depuis que je suis passé de 10 a 20m² de capteurs, la différence de température du stock et du retour solaire a sérieusement augmenté. Cela prouve, d'après moi, que l'échangeur serpentin est "saturé" et le rendement des capteurs doit être plus faible (t° de retour plus élevée). Si on ajoute a cela un stockage trop faible (56OLitres), je ne voudrais pas calculer mon rendement actuel

Je crois que je vais suivre tes conseils, Patrick, et partir sur une surface d'échange plus faible. J'ai quand même peur du facteur 2. Partant sur le principe qu'il vaut mieux un peu trop de surface que trop peu, je miserais vers les 3m². Il est vrai qu'un avantage d'un échangeur a plaque (par rapport au serpentin) est qu'il est aisé de le modifier par après en ajoutant quelques plaques si nécessaire.

Pour p_bricoleur
Avec les chiffres que tu avance, je commence a comprendre pourquoi le drain back connait un tel succès.
Mais comment tenir compte de ce décalage ?
En choisissant un modèle d'échangeur de 20 a 25% plus puissant (que calculé en fonction de la surface capteur) ou en ajustant le débit au secondaire 20% plus faible qu'au primaire (qui lui, est imposé par les caractéristiques et la surface des capteurs) ?
Mais dans ce cas, n'allons-nous pas a l'encontre de l'idée de remi qui prétend (a juste titre, me semble-t-il) qu'il vaut mieux augmenter le débit au secondaire ?

Amitiés

[lebritish]

Salut,

J'avais déjà posté ca quelque part, mais je le remets ici:
Pour faire des petits calculs sur les échangeurs à plaques il existe cet outil : http://www.ines-solaire.com/echarps/Cal ... ifi%E9.htm
C'est très simple mais cela permet de se faire une idée.

Si on prend la doc technique de l'échangeur que j'ai mis en PJ.
1- on retrouve bien les bonnes T° de sorties.
2- On trouve que le K de l'échangeur. Cad 4042W/K.
Il s'agit d'un échangeur de 0.8m². On peut certainement extrapoler si on a un échangeur de 1.6m² alors son K sera probablement de 8084W/K (à technologie identique)

Bon calculs a tous...

[remi.450]

Bonsoir,
[quote]Mais dans ce cas, n'allons-nous pas a l'encontre de l'idée de remi qui prétend (a juste titre, me semble-t-il) qu'il vaut mieux augmenter le débit au secondaire ?[quote]
D'abord je n'ai pas la science infuse mais une certaine logique.
Pour faire un comparatif, je pense aux radiateurs à eau chaude basse température et en ce moment je suis en plein dedans.
Si la température d'une pièce est à 20°c et en contact avec le radiateur ( ex : 65°/50°c°) par convection naturelle l'air chaud va monter et l'échange sera peut être moins imortant en haut que en bas. Celà dépend du delta T. Et celà me fait penser au delta T sur les capteurs (plus le delta T est important pour un capteur, moins le rendement est bon) à l'inverse d'un radiateur ou d'un échangeur si la température ambiante est basse son rendement est meilleure. Et si on force la circulation de l'air sur le radiateur on se retrouve avec un ventilo-convecteur qui à une puissance plus importante en grande vitesse.
Voilà pourquoi côté secondaire j'augmenterais le débit d'eau.
Rémi

[p_bricoleur]

Bonsoir,

L'efficacité d'un échangeur est d'autant plus élevé que la quantité de chaleur échangée est grande, et cela sans considération des températures en jeu.

Pour que la chaleur échangée soit la plus élevée possible, il faut qu'il y ait échange de chaleur sur toute la surface de l'échangeur.
Donc qu'il y ait un écart de température entre les 2 fluides sur toute la surface.

Si l'on prend le cas d'un même fluide au primaire et secondaire, si un des débit est inférieur, il va freiner le transfert car il va atteindre plus vite la température de l'autre fluide, et une partie de la surface de l'échangeur ne sera pas utilisée (car il n'y aura plus de delta T entre primaire et secondaire).

Si les fluides sont différents, ce sont les produits débit massique x capacité calorifique qui doivent être semblables.

Bien sûr, ça échange quand même sans ça, mais l'efficacité est moins bonne.
C'est côté avec le produit le plus faible qui est limitant.

L'exemple du radiateur en convection est valable dans ce sens : le radiateur est disons à 50°C, l'air autour à 20°C. Avec un radiateur, le fluide limitant est l'air : sa capacité calorifique est faible et le flux est faible.
Si on peut augmenter la puissance transmise avec un ventilateur, c'est bien parce que le flux d'air autour du radiateur est insuffisant pour prendre la chaleur disponible.

Dans le cas d'un échangeur eau-eau symétrique, doubler le secondaire n'amène pas d'efficacité (au sens de la puissance transmise) puisque c'est quand le primaire et le secondaire ont le même débit que l'efficacité est la meilleure.
Doubler le secondaire (qui est le côté froid dans un CESI) va augmenter le deltaT primaire/secondaire dans la 1ère partie de l'échangeur. Le transfert va donc être meilleur au début. Mais ensuite, le deltaT entre primaire (qui a beaucoup refroidit) et secondaire (qui s'est réchauffé) va devenir faible et le l'efficacité par unité de surface va chuter.

Pour la question de Richardel, si on a un primaire avec du caloporteur antigel avec une capacité calorifique 20% plus faible que celle de l'eau, il faut compenser.

Si Q désigne les débit et C la capacité calorifique :

Qeau x Ceau = Qcaloporteur x Ccaloporteur (pour assurer la meilleure efficacité)
donc Qcaloporteur = Qeau/0,8 = 1,25 x Qeau

Donc il faut augmenter le débit du primaire :
- de 25% si sa capacité calorifique est inférieur de 20% à celle de l'eau
- de 11% si sa capacité calorifique est inférieur de 10% à celle de l'eau

Le mélange eau-xglycol est entre les 2 selon la concentration en xglycol.

Cordialement,
T.Streiff

[richardel]

Bonjour a tous,

Tout d'abord, merci a Lebritish pour son simulateur et sa documentation.
J'ai pas encore bien approfondis mais y a des chiffres qui m'interpellent.
Par ex une surface de 0.8m² donné pour une puissance de près de 70Kw... (et dans ce cas, le rapport de 2 avancé par patrick semble être pessimiste)...mais on parle de 4Kw/K... C'est un peu flou. Faut que j'approfondisse, je dois avoir loupé quelque chose.

Pour Rémi,
Tu n'as peut-être pas la science infuse (c'est ce que tu dis) mais ton raisonnement me parait aussi très logique. On peut faire un parallèle avec les capteurs solaires. Le rendement des capteurs est amélioré si sa température moyenne est plus faible. Un moyen d'y arriver est d'augmenter le débit d'eau (système high flow) car il vaut mieux 500 litres dont la température s'est élevée de 5° que 50 litres qui a pris 50° (qui ne sera jamais que 40 litres a cause de la chute du rendement). Or un capteur solaire n'est rien d'autre qu'un échangeur comparable a l'échangeur a plaque. A mon sens, le même raisonnement est applicable à l'échangeur a plaque. Mais n'est-ce pas se focaliser sur l'échangeur seul ? n'est-ce pas oublier le capteur solaire ?
Si, pour améliorer le rendement des capteurs solaire, ils doivent travailler a la température la plus faible possible, on a peut-être intérêt a laisser le temps à l'eau du secondaire de l'échangeur a plaque de refroidir au maximum le calo porteur.
Je me demande s'il n'y a pas là un compromis à chercher qui se situe, peut-être, à l'égalité des débits primaire et secondaire de l'échangeur à plaque.
C'est peut être un hasard mais dans le lien donné par lebritich, il est précisé que la simulation est valable si le débit primaire secondaire ne varie pas de plus de 10%... limite informatique ou pratique ?
Qu'en pense-tu ?

[richardel]

Bonsoir p_bricoleur,

Croisement de messages
Voila une explication physique intéressante et convaincante.
J'en étais arrivé a la même conclusion (par d'autres chemins) mais c'est ton explication qui tient le mieux la route.

De plus, elle montre bien que c'est la quantité de chaleur qui importe ce qui rend évident la formule que tu as mise a mon intention.
Ca, c'est un point qui, pour moi, est très clair.
Merci