Simulation d'un système solaire expérimental

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Simulation d'un système solaire expérimental

Messagepar YELLOW WHEELY BIN » Ven Mar 17, 2017 2:45 am

AVANT-PROPOS

Il s'agit d'une tentative collaborative ayant pour but de créer une simulation pour une future installation solaire en drainback ("autovidange") (« la plate-forme »).

D'une part, la plate-forme devra bénéficier de simulations "TRNSYS" opérées par Lilian ;
et d'autre part, Lilian pourra bénéficier d'une plate-forme empirique (= « expérimentale mais vraie") afin d'explorer les fonctionnalités de son logiciel.

On pourra à un moment donné consigner le travail dans un CR, mais initialement il est proposé de travailler en forum ouvert, afin de mieux recueillir observations et suggestions.

La finalité de ce projet est de promouvoir « Le Solaire pour Tous », d’une part en mettant en exergue des concepts tels «simplicité et démystification », et d’autre part d’autres facteurs tels l’entraide; le partage; un certaine forme de réalisme et de pragmatisme venant des expériences individuelles, collectives et collaboratives; et en fin, l’avantage certain d’outils numériques de niveau industriel.

Notamment, un prochain post définira les limites du programme de SIM, ainsi que les usages que l'on peut en faire.
Ensuite suivra le descriptif de la plate-forme ainsi que les choix conceptuels et données d'entrée conditionnant son architecture.

Merci pour votre attention !

YWB
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Re: Simulation d'un système solaire expérimental

Messagepar lilian07 » Ven Mar 17, 2017 14:38 pm

Bonjour, le mot tentative est bien choisi.
Lorsqu'on a des projets en tête, souvent trop d'ailleurs, on doit longtemps faire le tour du problème et parfois au bout il y a quand même des tentatives infructueuses. L'experience des autres et le partage des idées reste le meilleur indicateur de réussite.
Toutefois la complexité des systèmes nous interdit parfois d'aller au bout de nos rêves sans vraiment être convaincu car il ne faut pas se le cacher les calculs thermiques sont inaccessibles en temporelle (ce qui interesse fortement les auto-constructeur)
Seuls les calculs de dimensionnement de "coin de table" nous indique une éventuelle réalisation.

Je propose donc avec le projet de YWB d'utiliser le monde de la simulation numérique pour appuyer de manière plus réaliste les tentatives expérimentales.
L'outil utilisé sera TRNSYS que je découvre en même temps que la réalisation de YWB.

l'idée secondaire serait également d'utiliser le reporting des données reélles que certain détiennnt pour vérifier la pertinance et la validité de mes simulations que j'effectue sans formation de thermicien ni sur le programme d'ailleurs (c'est encore de l'auto-apprentissage).

Les outils couramment utilisés par les auto-constructeur mais aussi par la plupart des bureaux d'études (logiciels du marché et feuilles de calcul « maison ») ne permettent pas d'approcher correctement les phénomènes thermiques complexes comme la géométrie solaire, l'inertie du bâti et des systèmes, les phénomènes transitoires, le comportement sur de longues périodes, des données météo plus précises, des données de rayonnement solaire, etc ...
Les dimensionnements sont de ce fait « confortables », induits par la prudence et l'expérience « sur le tas » . Ils pénalisent souvent les rendements d'exploitation et toujours les investissements ou le travail perso. Il se peut même que des options ne soient pas retenues du fait qu'il est impossible de montrer leur opportunité et c'est dommage.
Le logiciel TRNSYS permet de coupler différents composants (échangeur géothermique, pompe à chaleur, maison, capteur solaire...), et de modéliser le comportement d’une grande diversité de configurations.
Voici un exemple de mise en place simple pour un auto-constructeur qui comprendra d'un coup d'oeil le schéma numérique avant simulation.


trnsys.jpg



Chaque "model" petit carré symbolique represente une boite avec des entrées et des sorties. L'utilisateur ne se souci que des entrées et sorties (l'intérieur de la boite étant d'une complexité mathématique sans nom....)
On peut donc tout connaitre des phénomènes physiques qui se produisent dans notre système.

Exemple : Le "model" météo n'a que des sorties et il existe autant de model que de ville dans le monde chaque météo étant différente d'une ville à l'autre (les "model" son issu des plus grosse base de donnée météo issues des stations météos professionnelle du territoire)
Un model météo donne heure par heure les statistiques du milieu avec intégration possible des aléas nuageux : température, vitesse du vent, hygrométrie, incidence solaire (horizontale-verticale), puissance solaire,...et une 20ene d'autreparamètre que je n'ai pas exploité...

On prend donc des donnée que l'on veut pour les intégrer dans notre panneau solaire qui lui est un "model" avec des entrée et sortie : en entrée on trouve les données météo mais aussi la température du flux hydraulique entrant, le débit, les caractéristique physique du panneau (a1, a2...reflectance, isolation...) et les sorties température et flux hydraulique essentiellement que l'on va ensuite coupler sur un model de pompe et de Ballon tampon (avec ses entrée/sortie) ou à un model de liaison deperditive (conductivité, isolation....) pour prendre en compte les pertes des liaisons....

Pratiquement tout existe...j'ai même découvert dernièrement un model de batiment pour simuler la charge.

En espérant ne pas trop avoir été long.

Bonne journée
Lilian
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Re: Simulation d'un système solaire expérimental

Messagepar YELLOW WHEELY BIN » Ven Mar 17, 2017 16:24 pm

Bonjour, Lilian, et un grand merci pour cette explicitation très riche !

Trop de choses à commenter, surtout le schéma qui est très tentant (!) mais je saisis juste une première -

lilian07 a écrit:
Un modèle météo donne heure par heure les statistiques du milieu avec intégration possible des aléas nuageux : température, vitesse du vent, hygrométrie, incidence solaire (horizontale-verticale), puissance solaire,


Ce serait vraiment trop cool de pouvoir disposer d'une telle fonction !

Surtout si le module contenait "l'historique météo du site" de telle façon que pour un certain jour de l'année, une certaine heure de la journée, et pour un certain groupe de paramètres (p.ex. l'hygrométrie extérieure, la température de l'eau, la température de la maison...), le REGUL puisse puiser dans une base de données "météo" afin de déterminer à quel moment il faudrait réduire la vitesse du circulateur car risque de trop pomper donc refroidir le stock... etc." En d'autres termes, le pilotage anticipatif de l'installation...

Bon, j'arrête le délire, voici un descriptif sommaire de "la plate-forme" !
==========
Présentation sommaire de la plate-forme
     Construction d'un collecteur solaire hydronique afin de chauffer une partie de mon sous-sol.
     En récupérant deux glaces DV existants de dimensions (1.48 x 1.19) = 1.76 m2 chacun x 2 = 3,5 m2 nominal
     On parle de "collecteur" sauf en réalité, il s'agit de deux demi-collecteurs, sur le jardin arrière, l'un orienté SUD et l'autre SUD-OUEST, en étroite proximité l'un de l'autre, chacun incliné à 60°.
     La qualité du site quant aux masques etc. est BONNE.
     La question de la liaison enterrée jusqu'à la pénétration murale dans le sous-sol, a déjà été traitée, et la simulation existe.
     Conception détaillée du collecteur en cours, manifestement une "échelle" en tubes, derrière un absorbeur, le tout contenu dans un cadre isolé en bois traité avec ancrages convenables.
     Vu la récupération des vitres ("première contrainte"), c'est plutôt l'aspect "captage" qui remporte sur l'aspect "utilisateur" : traduction : il n'y a guère de desiderata côté chauffe - tout apport calorique étant le bienvenu !
     Selon une première approche grossière basée sur quelques références ("CALSOL" et "BIS Solar Radiation Tables") le site devrait recevoir une insolation d'environ 4 kWh/m2/jr pour une "journée moyenne saison de chauffe de 8 mois (oct à mai)"
     Prenant une efficacité arbitraire de 60%, cela donnerait environ 8,5 kWh de production.
     On arrive maintenant à la "seconde contrainte", savoir, la taille du stockage.
     S'agissant du seul endroit apte à recevoir le stock savoir, le sas du garage. Avantage : il s'agit d'une position très proche du "coeur" de la maison, avec de la MASSE. Pour tout dire (!), la position actuelle du futur stock est occupée par un meuble ancien et encombrant appelé à "disparaître..."
     Autre contrainte : type de stockage - la "poubelle jaune" se voit emblématique, fonctionnelle et peu chère... ( Il s'agit d'une des "signatures" du projet...).
     Donc la contenance du système est prédéfini, savoir 240 litres moins 10 litres dans les tubes, volume utile = 230 litres avant drainback.
     Autre donnée d'entrée - la température de l'eau de ville, savoir 10°C
     On peut calculer d'emblée le pouvoir de chauffe, savoir 8,5 kW x (0,86) = 7310 kcal divisé par 230 litres = delta T de 31 kelvin.
     Ajouté au T° départ de 10°C, donnant 41°C comme T° théorique du stockage
Reste ensuite à calculer la déperdition du stock etc.

DISCUSSION

Il s'agit bien sûr d'une approche ad hoc du problème.
J'aurais pu, par exemple, adopter une autre approche, savoir, étude thermique de ma maison afin de déterminer le besoin en chauffage etc. etc.
Suite à laquelle, j'aurai pu aussi déterminer une voie d'action, savoir, par exemple, l'achat d'un radiateur, d'une chaudière, d'une CESI, ou d'un tapis électrique etc. etc.

L'important à retenir, à mon sens, pour notre travail, c'est que *peu importe* l'approche, il faut qu'il y en ait une !
Et que l'approche ne soit pas "trop figée", afin d'accommoder la notion d'entraide, fidebaque, collaboration etc. etc.
donc, "souplesse de conception" (jusqu'à un certain point), tout en reconnaissant le besoin D'ABOUTIR A UN CONCEPTE :-D que l'on reconnaîtra d'emblée comme étant "imparfait mais existant voire améliorable" (au risque, autrement, de rester figer dans l'immobilité de la "paralysie conceptuelle"...).

Bon je crois que c'est assez pour le moment !

YWB
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Re: Simulation d'un système solaire expérimental

Messagepar lilian07 » Ven Mar 17, 2017 23:35 pm

Bonsoir,
Premier test / résultats sur 1 an de simulation (A affiner très certainement....)

Tu n'as pas évoqué la charge et notamment la température d'exploitation.

Avec un BT de 240l et une température d'exploitation à l’émetteur de chaleur de 30° (type plancher chauffant que j'ai fixée arbitrairement) j'obtiens 2448 Kwh / an sur St Brieuc.
Répartition des résultats heure/heure sur le fichier xls qui commence à être volumineux (840 ko)

On trouve notamment :

la température extérieure, la température du capteur, la température du sol et du flux de sortie de terre (liaison enterrée),la puissance d'irradiation sur le panneau tilté à 60° et la température moyenne du BT...

Si on utilisé le model météo numérique en prédictif comme tu sembles l'évoquer, ce serait alors de la "réalité augmentée" ce sera certainement pour dans un futur proche lorsque les EnR seront associées au stockage de masse....
Bonne visualisation des données qui sont nombreuses....
Bien cordialement.
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Re: Simulation d'un système solaire expérimental

Messagepar YELLOW WHEELY BIN » Sam Mar 18, 2017 2:39 am

lilian07 a écrit:Tu n'as pas évoqué la charge et notamment la température d'exploitation.


Bonne observation !
En fait, j'avais proposé "aucuns desiderata côté utilisation" car (tu l'auras compris...) la situation actuelle est déjà "plutôt négative" ! savoir, un sous-sol à environ 17°C tandis que à l'étage (salon, cuisine) nous sommes généralement au-dessus de 20,5°C avec un minimum de chauffage en soirée (poêle à bois de 7,5 kW x 3 ou 4 hres...).

A un moment, j'avais calculé le besoin de chauffage de la maison à 27 kWh par jour, pour 130 jours.
Il s'agit du minimum syndical... savoir, chauffage de l'étage, et ne prend pas en compte le sous-sol qui est par période, plutôt froid (sauf nous n'habitons pas dans le sous-sol...).
Il faut toutefois constater que nous supportons dans une certaine mesure, l'inconfort relatif d'un sous-sol froid.
Par intermittence, "en cas de besoin" :-? , j'utilise un ACOVA de 2000W sur horloge 2 heures, très efficace - au pif, peut-être 4 kWh/jour pour environ (mettons) 30 jours d'hiver. J'ai aussi un rayonnant 2x900 Watts, pour l'agrément de l'entrée. rarement utilisé. (Je serais plutôt qqn d'économe ? )

L'idéal, pour retrouver le confort, serait d'avoir l'ACOVA 2 fois par jour pendant, mettons, 100 jours = 800 kWh; et aussi le rayonnant de l'entrée, 3 hres par jour soit 2,7 kWh x 100 jours = 270 kWh
soit 1100 kWh de chauffage divisé par les 136 jrs de ma saison de chauffe = 8 kWh/jr.
depuis une base installé de 3,8 kW.

C'est cela, donc, que je prendrai (enfin...) comme charge pour mon installation solaire...

Quant à la température d'exploitation, j'aimerais retrouver / pourrais supporter une T°C inférieure de 1 voire 2°C par rapport à mon étage principale, savoir (20.1) - (2) = 18 ou 19°, donc 18,5°C comme T° exp.

================= parenthèse à toutes fins utiles =============
Mon climat local en DJU = 2222 sur 12 mois

(https://www.infoclimat.fr/climatologie/ ... 07120.html)
ou (http://www.enrdd.com/documents/document ... UNIFIE.pdf)

Par contre, ald de chauffer les 230 jrs, nous ne chauffons habituellement que 136 jours (du 15 NOV ==> 31 Mars) "car la maison tient".
Cela revient à dire que je dispose d'un "crédit" de 521 degrés-jours sur les 1961 mentionnés.
Donc j'habite dans un climat à 2222 DJU sauf je ne me sers "que" de (1961 - 521) = 1440 DJU grâce notamment à une architecture bioclimatique, une structure très massive, à toiture inversée, un mur de Trombe, une bonne étanchéité à l'air, une isolation par l'extérieur et des fenêtres efficaces...
Soit -- pour "ma" saison de chauffe -- un chiffre moyen de 1440/136 = 10,6 K/jour à trouver...

Selon http://www.meteofrance.com/climat/franc ... 1/normales
la température moyenne de l'hiver de ma région est de 9,5°C, alors avec mon apport de 10,6 K je retrouve ma température de confort, savoir 20°C environ... La boucle est bouclée...
========================================================

lilian07 a écrit:Bonne visualisation des données qui sont nombreuses....


Oups, j'ai négligé de dire que je ne sais lire le format xlsx - je suis tjrs sous WinXP et MS-Office 1997, donc je pourrais ouvrir p.ex. sous RTF si cela ne te gêne pas...

(Donc non seulement on ne chauffe pas, on conduit aussi des dynosaures...) :shock:

Merci infiniment de m'avoir lu...

YWB
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Re: Simulation d'un système solaire expérimental

Messagepar Christophe.31 » Sam Mar 18, 2017 8:05 am

ici mais zippé car le fichier dépasse les 1Mo, et TXT ...
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Re: Simulation d'un système solaire expérimental

Messagepar lilian07 » Sam Mar 18, 2017 9:20 am

Merci,

J'y vois un peu plus claire. Je te laisse donc exploiter un peu les données pour pouvoir pas la suite affiner les choses.

Je vais chercher à savoir notamment et c'est certainement le plus important, la température de départ (la température de fonctionnement calculé ou les caractéristiques) de ton système hydronique puis par la suite le capteur solaire qui nécessitera notamment un ajustement de paramètres car j'ai pris pour ma part un capteur plan classique (avec des données constructeurs standards).
J'ai trouvé dernièrement des "modèles" de murs et planchés chauffant, je regarde aussi du coté du modèle de bâtiment pour tester une charge plus réaliste car dans ma simulation c'est simplement une charge hydraulique de 2 kW qui s'enclenche lorsque la température du stock est >30° (une bidouille car ne sachant pas réellement l'usage)

As tu pensais à de l'autoconstruction de capteur solaire EPDM avec plaque polycarbonate en vitre ?

Bien à toi
Lilian

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Re: Simulation d'un système solaire expérimental

Messagepar Geekolo » Sam Mar 18, 2017 16:25 pm

Bonjour à tous,

1ère réaction : whouaouhhh !
2ème réaction : hein ????? Pas tout compris...

La plateforme, c'est pour tous les nouveaux projets en autovidange, ou pour expérimenter toutes les variantes autour de l'autovidange en prenant en exemple le projet de YWB ?
Autoconstruction maison passive bois, toit photovoltaique de 9kw, récupérateur chaleur eaux grises.
Projet de solaire thermique 6 panneaux et 944l en auto-vidange
http://brouille.net/ECS-desc.pdf
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Re: Simulation d'un système solaire expérimental

Messagepar YELLOW WHEELY BIN » Sam Mar 18, 2017 16:42 pm

Wow !

Un grand merci a Christophe.31 – ça marche !

(Sauf je pense que le jardinage est foutu pour aujourd’hui !)

MDR
==================
Encore un grand merci à Lilian !

(Désolé par la longueur de ma dernière réponse, j’aurais pu dire, « 8 kWh », tout court, sauf je voulais expliquer un peu le raisonnement…)

J’ai déjà commencé à parcourir tes données, très intéressant ! J’aurais sans doute plein de questions…

"Je vais chercher à savoir notamment et c'est certainement le plus important, la température de départ (la température de fonctionnement calculé ou les caractéristiques) de ton système hydronique puis par la suite le capteur solaire qui nécessitera notamment un ajustement de paramètres car j'ai pris pour ma part un capteur plan classique (avec des données constructeurs standards)."

EURRRPPP, par « hydronique », je parlais du collecteur seul : en aval du stock, je n,’ai rien ! (pas de plancher chauffant etc. juste la déperdition de la cuve, tout court --la cuve, ce sera mon radiateur en fait… DSL pour ce faux-pas…

"As tu pensais à de l'autoconstruction de capteur solaire EPDM avec plaque polycarbonate en vitre ?"

Oui, j’ai même bien lu ton comparatif d’il y a qqs semaines ( ?)

Sauf, la manip consiste à me débarrasser de deux double-vitrages de 80 kg chacune qui encombre ma terrasse et qui constituent un certain risque (chutes, accidents en ts genres…)

Merci pour tous tes apports !

=======
Pour GEEKOLO

"La plateforme, c'est pour tous les nouveaux projets en autovidange, ou pour expérimenter toutes les variantes autour de l'autovidange en prenant en exemple le projet de YWB ?"

Sans trop m’avancer, je dirais les deux, sauf le mien en premier ( !)

L’idée, c’est de permettre à Lilian de maîtriser son usine à gaz avec des données réelles (les miennes par exemple…) afin de définir une méthode qui servira ensuite à T L M !

Bon week-end à (Tout Le Monde) :smile:

YWB
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Re: Simulation d'un système solaire expérimental

Messagepar lilian07 » Sam Mar 18, 2017 18:03 pm

Je confirme que le but est de déterminer/mesurer pour différents projets (pas que du drain back) l'influence des expérimentations ou l'influence des choix techniques que l'on fait.
Moi ça me permet de découvrir le programme qui commence à devenir vraiment familier (presque sympathique).

Pour YWB ok pour la récupération de la baie vitrée, c'est un pas de plus vers la sobriété.

Je comprends mieux maintenant, la cuve plastique sera l’émetteur-stockeur. La simulation ne sera pas très complexe il me faut alors juste le coef de déperdition de la cuve qui se calcul par les lois de déperdition thermiques classiques.
Un lien ou il y a un tableur pourra aider.
http://www.apper-solaire.org/Pages/Fich ... /index.pdf

Pour information le Ballon tampon que j'ai utilisé de 240 l avait un coef de déperdition de 0.83 W/m2.°C (isolation standard de cuve solaire). je dirai qu'avec une cuve plastique sans isolant nous devons plutôt être dans les 50 à 100 W/m².°

Affaire à suivre.

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Re: Simulation d'un système solaire expérimental

Messagepar pacobab » Sam Mar 18, 2017 22:21 pm

Bonjour à tous,
Lilian, ton PC est-il récent ? Penses tu que je peux essayer d'installer TRNSYS sur mon PC core2 8400 avec Windows 7 ?
Merci de ta réponse
Cdt
Jean
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Re: Simulation d'un système solaire expérimental

Messagepar lilian07 » Sam Mar 18, 2017 23:07 pm

Bonsoir Pacobad.
Oui ton Pc sera nominal pour l'utilisation de ce programme....Généralement il faut une 30ene de seconde pour générer les résultats d'une installation solaire sur un an...
Mon PC portable est un Icore3 2.4 Ghz sous win7.
L'idée d'utiliser le programme à plusieurs me semble encore mieux pour partager les recherches et résultats...
Avec un peu de recul je pense que le programme est complexe pour quelqu'un qui ne connait pas la plomberie et les systèmes solaires mais est plutôt simple pour les bricoleurs et auto-réalisateur...
Bien cordialement.

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Re: Simulation d'un système solaire expérimental

Messagepar lebritish » Dim Mar 19, 2017 0:04 am

Bjr Lillian,

tu utilises la version de démo du logiciel ?
c'est suffisant ?

merci pr ton retour ;-)

Par contre pas de version Linux, :cry:

lebritish
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Re: Simulation d'un système solaire expérimental

Messagepar YELLOW WHEELY BIN » Dim Mar 19, 2017 4:17 am

lilian07 a écrit:avec une cuve plastique sans isolant nous devons plutôt être dans les 50 à 100 W/m².


c'est par heure ?
cela ne me semble pas beaucoup !

A toute fin utile, les dimensions du contenant en question sont grossièrement 50 x 50 x 95 cms
(en fait, elle est "légèrement conique")
soit surface totale = 2,45 m2

J'avais estimé le λ du matériau à partir d'ici :
https://www.energieplus-lesite.be/index ... #c20932609
(en prenant la moyenne entre "linoleum" et "caoutchouc", soit λue = 0,18 W/(m.K)
En estimant l'ép à 3 mm, cela donne une valeur "R" de 0,0166 (m2.K)/W
Enfin, je choisis une situation extrême - eau très chaude et air très froid : 45°C et 17°C respectivement

Par contre, la formule que j'avais trouvée fut en BTU :schock:
HL = 26.6 pieds carré x (52°F)/R0.094 me donnant 14714 BTU/hr
que je convertis en 3708 kcal soit 4312 watt-heures ?

qui me semble correct pour chauffer un sous-sol ayant déjà une base installée de 3800 W...

A toute fin utile et avec mes réserves de néophyte !

Bon dimanche,

YWB
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Re: Simulation d'un système solaire expérimental

Messagepar lilian07 » Dim Mar 19, 2017 9:29 am

Bonjour,
tu utilises la version de démo du logiciel ?


J'ai pas mal utilisé la version DEMO v17 pour découvrir, il y a beaucoup de "model" en fait la plupart des "model" standards pour le thermique solaire.
Ce programme à 30 ans et a été développé à l'origine pour le solaire thermique mais s'est largement étoffé et à présent il y a des "model" de bâtiment (que j'essai de découvrir) qui permette au CSTB de validé une construction MinEnergy ou mesurer avant travaux les performances. Ce logiciel est très très puissant mais je le trouve aussi paradoxalement plutôt simple en usage classique. (on trouve une large bibliothèque de "model" open source de chercheur et autre étudiant aussi...)

Lorsque je dis "model"standard c'est par exemple un capteur plan dont les paramètres (inclinaison, débit, indice de réflexion,pertes thermiques...) sont entièrement modifiables.
Le logiciel (free ou full) est en anglais mais on reconnait facilement les entrées/sorties...il y a des didacticiel sur "youtube" également.

Je travaille à présent sur Trnsys v16 (2004) qui me permet d'avoir un additif "librairie TESS" ainsi que des bibliothèques de modèles en français du CSTB.
Je voulais surtout obtenir le model de "puits géothermiques" qui a servit à la communauté de Drake Landing au Canada car dés qu'on commence à mettre quelque chose en terre les calculs deviennent vraiment "impossible".
Je n'ai pas la version Linux.

4312 watt-heures


Merci YWB ca me permettra d'ajuster et te donner une la colonne qui permet de déterminer la puissance de chauffe dans le local.
Dans le premier fichier Xls j'ai mis une charge "un radiateur de 2000W" qui se déclenchait au dessus de 30°C dans le stock (isolé), il sera alors intéressant de voir ce qui est le plus pertinent pour toi et de certainement en conclure des choses utiles.

Je prends comme température du local 18° avec une petite variation dans le temps comme en terre (22°C en fin d'été et une petit déphasage dans le temps...)
L'idéal serait d'avoir le "model" de ton local (pour l'instant j'essaye de découvrir le fonctionnement des "model" du bâtiment.....)

Bon dimanche

lilian07
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