PSD avec appoint - Avis P&ID et régulation

[clems22]

Bonjour,

Je réalise un projet perso de plancher chauffant solaire d'une pièce de 7m2 avec dalle béton 20cm.
Mon prérequis n°1 est que la température à la surface de la dalle soit à 40°C 24h/24h toute l'année
Le système est alimenté par 2 capteurs solaires de 2m2 respectif et un chauffe eau électrique d'appoint.
Considérant le prérequis, je vais devoir asservir la régulation du système.

J'ai conçu deux configurations, en série et en parallèle, ci dessous:

1° PID Parallèle


1° PID Série


QUESTION 1: Pour cette application, quelle configuration recommandez vous d'un point de vue énergétique, économique, simplicté de regulation...?

A propos de l'asservissement de la régulation, j'aimerai agir sur les paramètres ci dessous pour garder la température mesuré en TT4 à 40°C :
- Débit du circulateur 1
- O/F de l'électrovanne
- Débit du circulateur 2

QUESTION 2: Est ce une bonne stratégie? Est t'il possible de piloter un circulateur solaire classique en débit? Dois je utiliser un régulateur débit a la place?
Quel contrôleur recommandez vous pour cette application (crouzet, arduino...)?

Merci d'avance
Clement

[mbn du puy]

Salut Clément,

Ton projet et le mien, voir ma présentation, se ressemblent. Moi c'est 20 M2, deux circuits de 80 m de per 16 mm au pas de 10 cm. Pour environ 3 à 4 kW solaire, 5.5 m2.

C'est pour une serre, qui doit rester au dessus de 10° l'hiver. Mes capteurs sont en autovidange donc pas de glycole.

Je veux faire le back drain dans un vieux chauffe eau électrique encore OK, j'ai donc comme toi un backup chauffage, car il pourra aussi chauffer

Pour limiter les dépenses, j'ai réfléchi à un circuit série, un seul circulateur, et deux vannes automatiques. Deux régul, une pour le capteur, une pour chauffage d'appoint, mais qd même qq variantes par rapport à toi.
Par contre j'ai deux émetteurs de PAC plus ventilo, pour chauffage de l'air.

Je n'ai pas vraiment de containte sur la température de la dalle, qui va fonctionner par accumulation, sur 3 tonnes de sable. Mon but c'est qd la température de la serre ne soit pas en dessous de 10°. La masse de sable doit restituer la nuit.

Pour la régularisation, vu les constantes de temps, système, très intégrateur en terme de pid, ça sera du tout ou rien sur le circulateur. A mon avis pas besoin de vitesse variable, même si ça peut être plus précis ...

Mon schéma est en cours, doucement, je vais le soumettre sous 8 j, pour avis.

Sans indiscrétion, tu vas faire quoi pour avoir besoin de 40° 24/24 ...

A+ Michel

[mbn du puy]

Clément,

Juste encore qq mots sur ton circuit série, il me semble que tu peux simplifier ton stockage sans séparation entre le fluide des capteurs et la dalle,
donc sans échangeur de 4-6 kW, sauf si tu n'es pas en autovidange, auquel cas effectivement, il faut faire comme tu as dessiné. Et là on n'échappe pas aux deux circulateurs, sauf si la dalle est aussi en glycol... Pas de séparation de circuit, à nouveau 1 seul circulateur est possible.

Si c'est pas encore acheté, il me semble que l'autovidange a un intérêt.

[clems22]

Bonjour Michel,

Merci pour tous ces éléments de réflexion qui m'ont permit de modifier le système et de découvrir la technique back drain.

Ci dessous le nouveau PID v3; qui semble bien plus simple et économique.


Est ce que c'est a cela que tu pensais?

Si nous faisons 2 entrés sur le ballon chauffe eau avec un clapet AR sur le bypass, nous évitons l'ajout d'une 2eme EV 3V et sa régulation, si je ne me trompe pas.

L'utilisation finale est pour chauffer une cuve de fermentation.

Clement

[domwood]

Bonjour

Il me semble que pour chauffer une dalle à 40° à l'année, ça va beaucoup tourner avec la résistance d'appoint. et que si le but est de chauffer aussi à 40° une cuve de fermentation qui sera au dessus de la dalle, ça va nécessiter encore bien plus d'énergie. Volumes et caractéristiques de la cuve ? isolation sérieuse à prévoir, cuve et/ou labo.

[mbn du puy]

Clément, Domwood,

Effectivement la remarque de Download est bonne, mais ça c'est l'optimisation de la puissance, bilan thermique, pièce où est la cuve TRES chaude pour les humain etc ... tu as dû y réfléchir ..

Clément j'ai regardé ton deuxième schéma, je vois bien la vanne mélangeuse pour réguler la température, mais pas trop la raison de la deuxième (enfin il me semble que c'est pour by-passer les capteurs sans soleil) .. En même temps j'ai plein de questions, en particulier sur : que faire quand c'est trop chaud ? donc surchauffe des capteurs etc ... là il y a qq chose qui me gêne. En même temps le back-drain fonctionne t-il pour tous les cas de figure ? et aussi attention, les tubes du back drain ont des dispositions bien précises pour assurer vidange, et remplissage d'air des capteurs (du moins c'est ce que je crois avoir compris).

Ton troisième schéma, plus simple, ne prends pas en compte le fonctionnement sans solaire (??), et attention au back-drain, à travers la vanne 3V ... mais j'ai pas forcément bien compris ..

J'ai lu que le back-drain, permet aussi de couper les capteurs (et donc vidanger) si c'est trop chaud. En même temps ça m'a fait penser à la réserve d'eau chaude (ce serait bête de couper le solaire et de pas continuer à stocker) ...

Et du coup, évidemment le circuit redevient plus complexe ... la vanne mélangeuse, prendra sur le stockage, et il faut isoler les capteurs avec le back drain, par des vannes. Toujours un seul circulateur? Si on (re)met 2 circulateurs, je pense qu'il faut à minima une EV pour isoler le haut et le bas. Sauf si les circulateurs sont gratuits les EV sont moins chères je pense ...

Voici un schéma que j'ai modifié, en même temps ça agite mes idées pour mon projet (mais qui sera un peu différent), du coup Clément, avec des variantes on retrouve des fonctions vues sur les tous premiers schémas (en particulier avec séparation circuits capteurs et charge). Un schéma prend du temps pour s'affiner, il y aura d'autres versions LOL.

Si j'ai bien vu la chose, ça prend en compte :

- le fonctionnent 100% du temps, solaire ou pas, nuit etc ... à l'arrêt les capteurs se purgent, mais aussi si pas de solaire, ou si trop chaud ...
-découplage entre capteurs et back drain, et le bas avec régul et bidon de stockage
- stockage à haute température avec un certain volume (optionnel .. mais il faut un volume pour chauffer) et vanne mitigeuse
- fonctionnement en solaire, et sans solaire (sur résistance, ou sur la réserve d'eau chaude (pour un temps)
- passage en arrêt des capteurs, si manque de solaire, ou trop chaud, avec back drain ..
- niveau sécurité si coupure électrique S1 est NO, et permet la vidange des capteurs.

Faut sans doute encore agiter tout ça ... LOL

Fichier modifié, erreur dans un commentaire ...

APPER - Clément 3.jpg (66.41 Kio) Vu 2375 fois

[domwood]

ça c'est l'optimisation de la puissance, bilan thermique, pièce où est la cuve TRES chaude pour les humain etc ...

Bnojour
Je parle d'isolation mais je suis beaucoup plus inquiet par la quantité d'énergie à fournir. Sans en savoir plus, ça me parait un système à appoint solaire, plus que appoint électrique. Chaleur bois peut-être à étudier.

[mbn du puy]

Oui, Domwood, il faut effectivement bien cerner les besoins en énergie, surtout 24/24.
Je suppose que Clément a dû y penser, mais c'est vrai que le design du système doit commencer par les besoins en énergie, en comptabilisant toutes les pertes, etc... Il ne donne pas le volume de la cuve, je suppose qu'au départ on doit chauffer un gros volume d'eau par un autre moyen etc ...
La cuve, tout dépend de sa forme etc ... Pourrait avoir un serpentin, soit sur son tour, soit en interne etc ... mais la question posée c'est sur le schéma ..

Clément, tu peux nous en dire bien plus, histoire qu'on se fasse pas des films lol ...

A+ Michel

[clems22]

Domwood et Michel, merci pour votre retour.
J'ai voulu simplifier mon 1er post en parlant de dalle béton 20cm, mais c'était maladroit, donc voici plus d'information pour mieux comprendre le système.

Le serpentin PER est coulé dans la parois latérale et inferieur d'une cuve en béton hermétique d'épaisseur 150mm.
La cuve est 100% enterrée et isolée du sol par l'extérieur (300mm d'isolant). Elle fait 1,3m3 de capacité pour une surface interne de contact de 7m2 avec le fluide a réchauffer.


L'idée de la boucle de réchauffage est de stocker l'énergie solaire la journée dans le béton et de la réfracter le soir.
L'appoint assurerait l'apport en chaleur les jours sans soleil et le matin tôt (quand l'énergie du béton chute) via le circuit bypass.

Michel, au sujet du back drain et d'après ce que je comprend, il faut installer les composants de manière a ce que les capteur s'auto vidange par gravité lorsque que le circulateur s'arrête.
Je trouve cette vidéo très parlante: https://www.youtube.com/watch?v=ttTNuiD ... upeGDFSuez

J'ai représenté la ligne d'eau à l'état vidangé (CIR1 OFF) sur le PIDv3 :


Le drainback fonctionne à condition que les équipements soit aligné sur cette ligne d'eau, que EV1 est en position A (ouvert) et CIR1 à l'arrêt.
EV1 serait par défaut position A (ouvert) de toute manière, au cas ou une coupure de courant interviendrait. Cette méthode pourrait être utilisé quand "trop chaud".

Pour démarrer la boucle de chauffage électrique sans le solaire, il suffirait d'arrêter CIR1, tempo pour attendre la vidange des capteur, démarrer RT1, tempo attente TT2>40°, mettre EV1 en position B (bypass) et redémarrer CIR1.

Je pense que 40° est ambitieux, mais un bon dimensionnement et une régulation intelligente de l'inertie thermique peut peut etre resoudre ca.

La grosse difficulté, je crois, va être d'anticiper la valeur de l'énergie restituée dans la cuve chaque jour pour garder une température assez constante…
Peut être en utilisant la valeur de température en sortie du serpentin TT3. Si TT3 = 40° alors le béton a assez chargé, j'arrête donc de chauffer. Mais du coup quand dois je reprendre?

[domwood]

Bonjour

Certains sauraient calculer les déperditions et l'énergie à fournir. Je pense en particulier à des discussions sur le forum qui traitaient de stockage de chaleur inter-saison.
Ca me fait aussi penser à des expérimentations vues sur le net de maintien en température de cuves de méthanisation.

Pour la mesure de températures, dans le béton ou dans le liquide me parait plus fiable que sur le tuyau de retour du caloporteur.

Je reste sceptique sur l'efficacité de 4m2 de solaire sur une année. Ce n'est qu'une impression, vu que je suis calculophobe mais en tout cas, il est fréquent d'avoir des périodes où le solaire n'apporte rien du tout, donc c'est l'élec qui compenserait les pertes dans le sol.

A mon sens, on te demandera aussi si on considère que le liquide est le même à l'année, ou s'il faut commencer par en réchauffer un volume nouveau une fois par semaine, ou une fois par mois... (avec du top secret, c'est difficile d'avoir tous les paramètres )

Dernier point, auquel je ne sais répondre mais que je soulève quand même: pour un volume d'un gros mètre cube à 40°, est-il mieux que ça se passe en enterré, thermiquement parlant ? parce qu'en aérien, ça devient une simple cuve inox à mettre en place sans toute la structure serpentin/béton à construire, et c'est pas le même boulot. Un tank à lait surisolé pourrait être utilisé.

Bonne cogitation, et merci pour tes illustrations (que tu fais avec quoi ?)

[mbn du puy]

Quelques remarques, merci Clément.

Le serpentin PER est coulé dans la parois latérale et inferieur d'une cuve en béton hermétique d'épaisseur 150mm.
La cuve est 100% enterrée et isolée du sol par l'extérieur (300mm d'isolant). Elle fait 1,3m3 de capacité pour une surface interne de contact de 7m2 avec le fluide a réchauffer. on peut calculer les déperditions par les 300 mm d'isolant, mais ça va être très faible typiquement de 50W (300 mm ???)

[L'idée de la boucle de réchauffage est de stocker l'énergie solaire la journée dans le béton et de la réfracter le soir.
L'appoint assurerait l'apport en chaleur les jours sans soleil et le matin tôt (quand l'énergie du béton chute) via le circuit bypass. On peut calculer l'inertie du système, à mon avis élevée compte tenu des volumes et poids du béton avec ces 300 mm d'isolant ... d'ailleurs est-ce 300 ou 30 mm ???

Michel, au sujet du back drain et d'après ce que je comprend, il faut installer les composants de manière a ce que les capteur s'auto vidange par gravité lorsque que le circulateur s'arrête.
Je trouve cette vidéo très parlante: https://www.youtube.com/watch?v=ttTNuiD ... upeGDFSuez oui très didactique

Le drainback fonctionne à condition que les équipements soit aligné sur cette ligne d'eau, que EV1 est en position A (ouvert) et CIR1 à l'arrêt.
EV1 serait par défaut position A (ouvert) de toute manière, au cas ou une coupure de courant interviendrait. Cette méthode pourrait être utilisé quand "trop chaud". OK, effectivement EV1 est une vanne 3 voies, pas mélangeuse

Pour démarrer la boucle de chauffage électrique sans le solaire, il suffirait d'arrêter CIR1, tempo pour attendre la vidange des capteur, démarrer RT1, tempo attente TT2>40°, mettre EV1 en position B (bypass) et redémarrer CIR1. OK, j'ai pensé aussi à ça pour mon circuit ... j'ai pas encore décidé, et le schéma que je donne est un peu différent.

Je pense que 40° est ambitieux, mais un bon dimensionnement et une régulation intelligente de l'inertie thermique peut être résoudre ca. Alors ce point est crucial, car tout dépend comment est disposé le tube coulé dans le béton, sachant que l'entrée sera chaude et la sortie peut-être froide, il faudra avoir les circuits aller/retour côte à côte (à 10 cm) faisant boucle, du coup l'aller est à côté du retour en haut de la cuve. Il y a une sorte de Tmoy tout au long du béton chauffé par le tube. Je peux estimer les transitoire de chauffage, puisqu'on a les données pour le béton, les volumes, la surface des capteurs .. et en faisont une estimation sur la puissance solaire (ou la résistance électrique ? d'ailleurs combien de Watts)


La grosse difficulté, je crois, va être d'anticiper la valeur de l'énergie restituée dans la cuve chaque jour pour garder une température assez constante…
Peut être en utilisant la valeur de température en sortie du serpentin TT3. Si TT3 = 40° alors le béton a assez chargé, j'arrête donc de chauffer. Mais du coup quand dois je reprendre? C'est vrai, mais il y a les transitoires qui ne sont pas évoqués, car les pertes thermiques sont vraiment faibles vu les épaisseurs d'isolant, 50 W sur le cylindre et le fond, le couvercle .. on ne doit pas atteindre plus que qq centaines de watt. Maintenir chaud ne sera pas un problème, MAIS CHAUFFER, ce 1.3 m3 .. tous les combien etc ... là est vraiment la question. Comment se passent les remplissages, et vidanges etc ...

[mbn du puy]

Domwood, et Clément, bien sûr je suis les réponses .. LOL

Certains sauraient calculer les déperditions et l'énergie à fournir. Je pense en particulier à des discussions sur le forum qui traitaient de stockage de chaleur inter-saison.
Ca me fait aussi penser à des expérimentations vues sur le net de maintien en température de cuves de méthanisation. moi je sais faire

Pour la mesure de températures, dans le béton ou dans le liquide me parait plus fiable que sur le tuyau de retour du caloporteur. oui le liquide ça peut-être bien (agitateur dedans ? ... il me semble intéressant d'avoir aussi le tube, car le liquide sera TRES en retard sur le tube

Je reste sceptique sur l'efficacité de 4m2 de solaire sur une année. Ce n'est qu'une impression, vu que je suis calculophobe mais en tout cas, il est fréquent d'avoir des périodes où le solaire n'apporte rien du tout, donc c'est l'élec qui compenserait les pertes dans le sol. LOL, moi calulophil, mais c'est vrai que tout commence par les bilans thermiques, les besoins en régime permanent, et en transitoire (chauffage), et aussi les courbes (moyennes statistiques) de soleil, par mois ... pas si simple pour le soleil, mais pour la cuve c'est pas trop dur, mais Clément ne donne pas les conditions de travail, ni de transitoire

A mon sens, on te demandera aussi si on considère que le liquide est le même à l'année, ou s'il faut commencer par en réchauffer un volume nouveau une fois par semaine, ou une fois par mois... (avec du top secret, c'est difficile d'avoir tous les paramètres ) EXACT !!!

Dernier point, auquel je ne sais répondre mais que je soulève quand même: pour un volume d'un gros mètre cube à 40°, est-il mieux que ça se passe en enterré, thermiquement parlant ? parce qu'en aérien, ça devient une simple cuve inox à mettre en place sans toute la structure serpentin/béton à construire, et c'est pas le même boulot. Un tank à lait surisolé pourrait être utilisé. oui sans doute, il doit y avoir une raison .. Clément ?

Bonne cogitation, et merci pour tes illustrations (que tu fais avec quoi ?)