15 m² + chauffage + ECS + stratification active

[pacobab]

Bonjour O'Patrick et bonjour à tous.
J'essaie de comprendre ton schéma V1.1 et je me pose quelques questions:

• Si je comprends bien, tu ne fabrique de l'eau chaude solaire que quand tes panneaux chauffent puisqu'il n'y a pas d'autre circulateur que celui des panneaux pour forcer l'eau chaude dans l'échangeur?...
  Donc supprimer V5 et mettre un circulateur indépendant sur l'échangeur commandé par un capteur de débit sur l'ECS.
• V2 ne sert pas à grand-chose. Il n'y a pas de perte d'énergie dans l'échangeur en l'absence de circulation au primaire s'il est bien isolé et qu'il n'y a pas de thermosiphon (prévoir un clapet anti-thermosiphon?)
• Je ne comprends pas le fonctionnement de V1 et V4. Une vanne 4 voies, ça part à gauche ou à droite, mais pas tout droit. C'est peut-être l'origine de mon problème de lecture?
• Pour la décharge, un radiateur en acier, ça ne coûte presque rien et ça résiste à 120°C, contrairement au PE ou au PER. Mais pourquoi une décharge puisque tu es en autovidange?

Dans ton mémo:

Ayant fait le choix d’architecture auto-vidangeable, nous savons que
le système s’éteindra dès que le besoin journalier sera couvert.

Ce n'est à priori pas un fonctionnement optimal. Le système devrait s'éteindre quand il aura accumulé le plus de calories possible, y compris en été. Comme tu ne sais pas prédire la météo du lendemain, tu as toujours intérêt à cumuler le maximum le jour même, quitte à ne rien charger le lendemain.

Contrainte physique
Quel diamètre de tuyau dois-je utiliser?

Le calcul peut être simplifié, mais nécessite que tu aies choisi les capteurs, et donc le débit nécessaire à leur bon fonctionnement.
Si donc tu as le débit D (en litres par s, par exemple) tu as une limite haute et une limite basse de vitesse dans tes tuyaux.
Vmin = 0,5 m/s pour éliminer les bulles au démarrage
Vmax = 1 m/s pour éviter les bruits de circulation d'eau
Pour un rayon intérieur R en mm, la surface vaut PI x R2 en mm2 = pi x r2 /10000 en dm2
Debitmin = Vmin x 10 (dm / s) x pi x r2 /10000 (dm2) = Vmin x pi x r2 / 1000 litres/s
Debitmax = Vmax x 10 (dm / s) x pi x r2 /10000 (dm2) = Vmax x pi x r2 / 1000 litres/s

Rmin= racine (Debitmin x 1000 / Vmin x pi) = racine (Debitmin x 1000 / 0,5 x pi) en mm
Rmax= racine (Debitmax x 1000 / Vmax x pi) = racine (Debitmax x 1000 / 1 x pi) en mm

Ce qui donne par exemple pour Dmax= 1 l/s et Dmin = 0,5 l / s
Rmax = rac (2000 / 3.14) = 25 mm => diamètre intérieur 50 mm
Rmin = rac (1000 / 3.14) = 18 mm => diamètre intérieur 36mm

Évidemment, l'exemple est pour un très gros débit, à toi d'ajuster pour ton débit

Cdt
Jean

[pacobab]

Bonsoir à tous,

O'Patrick, désolé, mais:
Au passage, tel que tu as dessiné ton schéma de principe hydraulique, la moitié supérieure de ton ballon qui stocke les 3/4 des calories ne sert rigoureusement à rien, puisque tu n'y puise jamais d'eau chaude!
Cdt
Jean
corrigé
Ah oui, si, il y a l'échangeur sanitaire.
Mais la majorité du besoin, c'est le chauffage,
Et avec de l'eau technique à 40°C tu peux chauffer, et tu peux difficilement faire de l'eau sanitaire sans appoint

Ben non, c'est une maison passive! L’essentiel des besoins est l'ECS. Et on en revient au fait de l’intérêt d'un tel système de chauffage dans une maison qui n'a quasi pas besoin de chauffage!
O'patrick, tu as déjà contacté des gens habitant dans une maison passive? Je pense que ce serait très instructif d'avoir leur avis sur la nécessité d'un chauffage centrale.

Je persiste et je signe. C'est quand même dommage de ne pas pouvoir utiliser l'eau chaude du haut du ballon pour le chauffage, quand le cas se présente.
Cdt,
Jean

[Geekolo]

Bonsoir Pacolab,

Bonjour O'Patrick,
Tu pourrais utiliser une vanne ESBE 5MG 1 vers 4 au lieu de tes 4 vannes de distribution d'entrée de ton ballon. Même si la vanne te coûte 4 fois plus cher, tu n'auras besoin que d'un seul moteur et au total ça te coûtera moins cher.

Yes, je chercherai un fournisseur, mais c'est moins de 100€ (hors moteur)

MAIS,
pourquoi te compliquer la vie avec 4 vannes, 4 moteurs, et 5 capteurs de température, alors qu'une simple colonne de stratification ferait ça sans rien consommer et sans jamais tomber en panne ?

En autoconstruction, je n'ai pas trouvé de plan sur les colonnes de stratifications. Et surtout d'association design/résultat. Je n'ai pas de temps pour expérimenter. Par contre il y a des thèses d'études (sur le site d'Apper) qui ont montré que le ballon tel que je souhaite le faire, ça marche au top.

Par contre, si tu veux optimiser l'utilisation des calories dans ton ballon vers ton chauffage, il te faut mettre le mettre en sortie de ton ballon une vanne mélangeuse n vers 1 récupérant l'énergie de ton ballon. De cette façon quand tu auras de l'eau à 35 deg en haut de ton ballon, tu pourras toujours l'utiliser pour ton chauffage au sol
Aucun besoin de capteur ici, c'est ta consigne de chauffage qui ouvrira ou fermera la vanne n vers 1 en fonction de la température souhaitée et de la température extérieure.
Le retour chauffage pourra être dirigé vers une autre colonne de stratification dans le ballon, pour optimiser la répartition des calories dans le ballon.
Cdt
Jean

Excellents conseils, merci beaucoup !

[Geekolo]

Bonjour Rod33,

O'patrick, tu as déjà contacté des gens habitant dans une maison passive? Je pense que ce serait très instructif d'avoir leur avis sur la nécessité d'un chauffage centrale.

Je suis convaincu qu'une maison passive dont les performances ont été mesurées n'a pas besoin de beaucoup de chauffage. C'est pour ça que je l'ai fait. Mais voilà, je suis informaticien, et je n'avais jamais construit de maison avant cela. J'ai très peur d'avoir fait des erreurs de choix constructifs ou de matériaux et surtout, d'avoir fait des malfaçons (involontaires bien entendu) qui ruineraient la bonne isolation finale. Pas forcément maintenant, mais dans 10 ans, 15 ans...
Par exemple le pare-pluie tient avec du scotch "fait pour", mais je l'ai posé selon ma logique. Un jour un constructeur de maison en bois m'a dit que ses gars avaient eu une formation pratique d'1/2 journée...
Autre exemple, les baies vitrées : j'ai acheté sur le bon coin un lot de vitres triple vitrages en erreur de dimensions pour un immeuble de bureau. Si le vitrage est très performant, j'ai fait moi même les menuiseries... et n'ai aucune idée de leurs performances.
Les calculs PHPP montrent un besoin de chauffe de moins de 10w/m². Mais j'ai rentré les données moi même sans formation préalable. Ai-je fait des erreurs ?

Donc pour prendre la ceinture et les bretelles...

Et de toutes façon les circuits de chauffage (tubes noyés + circulateur) serviront essentiellement au rafraîchissement. Les capteurs et le ballon sont nécessaires pour l'ECS.

Faire du chauffage en plus ne me coûte que quelques vannes, du temps de raccordement et quelques % de couverture ECS en moins

[Geekolo]

[*]V2 ne sert pas à grand-chose. Il n'y a pas de perte d'énergie dans l'échangeur en l'absence de circulation au primaire s'il est bien isolé et qu'il n'y a pas de thermosiphon (prévoir un clapet anti-thermosiphon?)

Oui, je me rends compte que j'ai dessiné une vanne mélangeuse alors que je voulais y mettre une vanne thermostatique... Faut que je trouve un meilleur symbole...

Je ne comprends pas le fonctionnement de V1 et V4. Une vanne 4 voies, ça part à gauche ou à droite, mais pas tout droit. C'est peut-être l'origine de mon problème de lecture?

C'est parce que mon symbole est nul. C'est sensé être une vanne 3 voies vers 1 (vers le haut du schéma) je vais le changer. Le but est que le circulateur C2 (plus haut que V4 sur le schéma) "puise de l'eau" (même s'il refoule en fait) soit du ballon lorsqu'il y a de la réserve, soit en PSD via les vannes V4...V8 pour ne pas perturber la stratification si le ballon est plus chaud que les capteurs, soit du froid par la décharge enterrée.

Pour la décharge, un radiateur en acier, ça ne coûte presque rien et ça résiste à 120°C, contrairement au PE ou au PER. Mais pourquoi une décharge puisque tu es en autovidange?

La décharge, c'est pas pour les panneaux, c'est pour le rafraîchissement sol/plafond en été quand l'air est chaud dehors.

Dans ton mémo:

Ayant fait le choix d’architecture auto-vidangeable, nous savons que
le système s’éteindra dès que le besoin journalier sera couvert.

Ce n'est à priori pas un fonctionnement optimal. Le système devrait s'éteindre quand il aura accumulé le plus de calories possible, y compris en été. Comme tu ne sais pas prédire la météo du lendemain, tu as toujours intérêt à cumuler le maximum le jour même, quitte à ne rien charger le lendemain.

Tu as tout à fait raison, et le ballon est plus gros que pour les simples besoins journaliers pour cette raison. Mais mon mémo est ambigüe, je vais le changer.

Contrainte physique
Quel diamètre de tuyau dois-je utiliser?

Le calcul peut être simplifié, mais nécessite que tu aies choisi les capteurs, et donc le débit nécessaire à leur bon fonctionnement.
Si donc tu as le débit D (en litres par s, par exemple) tu as une limite haute et une limite basse de vitesse dans tes tuyaux.
Vmin = 0,5 m/s pour éliminer les bulles au démarrage
Vmax = 1 m/s pour éviter les bruits de circulation d'eau
Pour un rayon intérieur R en mm, la surface vaut PI x R2 en mm2 = pi x r2 /10000 en dm2
Debitmin = Vmin x 10 (dm / s) x pi x r2 /10000 (dm2) = Vmin x pi x r2 / 1000 litres/s
Debitmax = Vmax x 10 (dm / s) x pi x r2 /10000 (dm2) = Vmax x pi x r2 / 1000 litres/s

Rmin= racine (Debitmin x 1000 / Vmin x pi) = racine (Debitmin x 1000 / 0,5 x pi) en mm
Rmax= racine (Debitmax x 1000 / Vmax x pi) = racine (Debitmax x 1000 / 1 x pi) en mm

Ce qui donne par exemple pour Dmax= 1 l/s et Dmin = 0,5 l / s
Rmax = rac (2000 / 3.14) = 25 mm => diamètre intérieur 50 mm
Rmin = rac (1000 / 3.14) = 18 mm => diamètre intérieur 36mm

Évidemment, l'exemple est pour un très gros débit, à toi d'ajuster pour ton débit

Cdt
Jean

Je vais mettre ça dans mon tableur.

Encore merci pour toutes ces remarques fort pertinentes !

[pacobab]

Bonsoir O'Patrick

En autoconstruction, je n'ai pas trouvé de plan sur les colonnes de stratifications. Et surtout d'association design/résultat. Je n'ai pas de temps pour expérimenter. Par contre il y a des thèses d'études (sur le site d'Apper) qui ont montré que le ballon tel que je souhaite le faire, ça marche au top.

Tu pourrais peut-être contacter Emmanuel Marguet allias Manu25 pour connaître les dimensions de sa colonne. Son CR est ici.
Et si Consolar et Sailer se donnent autant de mal, c'est que la stratification passive, ça marche!

Cdt
Jean

[Geekolo]

Tu pourrais peut-être contacter Emmanuel Marguet allias Manu25 pour connaître les dimensions de sa colonne. Son CR est ici.
Et si Consolar et Sailer se donnent autant de mal, c'est que la stratification passive, ça marche!

Je ne dis pas que ça ne marche pas ! Je sais bien que ça marche ! Ce que je dis c'est : si les résultats ne sont pas à la hauteur de ceux attendus, alors il faudra expérimenter encore et encore... Pas le temps ni surtout l'instrumentation pour investiguer le pourquoi du comment...
J'avais bien lu ce CR, mais je ne crois pas que 3 sondes dans le ballon soient suffisantes pour caractériser une stratification, vu le côté dynamique de la chose...
Je suivrais néanmoins ton conseil et demander à Manu25, dès que j'aurais intégré au mémo toutes les modifs suites aux échanges fructueux avec les Appériens

[Geekolo]

Je persiste et je signe. C'est quand même dommage de ne pas pouvoir utiliser l'eau chaude du haut du ballon pour le chauffage, quand le cas se présente.

Oui et c'est bien prévu tel que.

[pacobab]

Bonjour O'Patrick

Je persiste et je signe. C'est quand même dommage de ne pas pouvoir utiliser l'eau chaude du haut du ballon pour le chauffage, quand le cas se présente.

Oui et c'est bien prévu tel que.

Rien ne t'empêche de prévoir une vanne ESBE 5MG en vanne mélangeuse qui prend les trois sorties chaudes (haut, milieu haut, milieu bas) de ton ballon et le retour (bas du ballon) pour chauffer à volonté ton plancher. C'est pas compliqué et ça peut rapporter gros.

Autre chose : J'ai beau chercher à comprendre avec la notion de vanne 1 vers 3, je n'arrive pas à saisir le fonctionnement de tes vannes V1 et V4. Peut-être pourrais-tu ajouter sur ton schéma des petites flèches pour indiquer le sens du flux ?

[*]V2 ne sert pas à grand-chose. Il n'y a pas de perte d'énergie dans l'échangeur en l'absence de circulation au primaire s'il est bien isolé et qu'il n'y a pas de thermosiphon (prévoir un clapet anti-thermosiphon?)

Oui, je me rends compte que j'ai dessiné une vanne mélangeuse alors que je voulais y mettre une vanne thermostatique... Faut que je trouve un meilleur symbole...

Il manque aussi le groupe de sécurité. L'eau du primaire de l'échangeur pourrait être à plus de 100 deg => groupe de sécurité obligatoire.

• Si je comprends bien, tu ne fabrique de l'eau chaude solaire que quand tes panneaux chauffent puisqu'il n'y a pas d'autre circulateur que celui des panneaux pour forcer l'eau chaude dans l'échangeur?...
  Donc supprimer V5 et mettre un circulateur indépendant sur l'échangeur commandé par un capteur de débit sur l'ECS.

Je me trompe ?
Cdt
Jean

[Geekolo]

Bonjour Pacolab,

...pourquoi te compliquer la vie avec 4 vannes, 4 moteurs, et 5 capteurs de température, alors qu'une simple colonne de stratification ferait ça sans rien consommer et sans jamais tomber en panne ?

J'ai relu le rapport de thèse de Kevin, et dans sa partie "état de l'art", il parle des ballons avec colonnes de stratification des constructeurs. Ce ne sont pas de simples tuyaux percés. Ils ont des clapets, des billes... et Kevin met en doute leur longévité. Je rajouterai qu'une panne à ce niveau est indétectable...

Puis David Blandin, dans sa thèse aussi, en parle dans le paragraphe "3.1.2 FAVORISER LA STRATIFICATION PAR CONVECTION NATURELLE". Il indique qu'un colonne de stratification sans clapet, ni tube orientés vers le bas mène quand même à un brassage. Les tubes orientés vers le bas, ça tombe pas en panne, mais ça doit être dur à faire (pour moi qui ne maîtrise pas le brasage)

Je ne pense pas qu'une canne de stratification soit si simple que ça à faire...
@+
Patrick

[Geekolo]

Bonjour Pacolab, bonjour à tous,

Rien ne t'empêche de prévoir une vanne ESBE 5MG en vanne mélangeuse qui prend les trois sorties chaudes (haut, milieu haut, milieu bas) de ton ballon et le retour (bas du ballon) pour chauffer à volonté ton plancher. C'est pas compliqué et ça peut rapporter gros.

Bonne idée, merci !

Autre chose : J'ai beau chercher à comprendre avec la notion de vanne 1 vers 3, je n'arrive pas à saisir le fonctionnement de tes vannes V1 et V4. Peut-être pourrais-tu ajouter sur ton schéma des petites flèches pour indiquer le sens du flux ?

J'ai modifié la doc pour y inclure des cas d'usage, des schémas nettoyés des canalisation inutilisées dans chaque cas.

Il manque aussi le groupe de sécurité. L'eau du primaire de l'échangeur pourrait être à plus de 100 deg => groupe de sécurité obligatoire.

Il y en a un, sous la réserve d'autovidange.

• Si je comprends bien, tu ne fabrique de l'eau chaude solaire que quand tes panneaux chauffent puisqu'il n'y a pas d'autre circulateur que celui des panneaux pour forcer l'eau chaude dans l'échangeur?...
  Donc supprimer V5 et mettre un circulateur indépendant sur l'échangeur commandé par un capteur de débit sur l'ECS.

Je me trompe ?

Ben là tu me fais peur... J'ai pas répondu plus tôt parce qu'il me fallait réfléchir
Pour moi la demande en ECS va refroidir le "circuit chaud" de l'échangeur. Donc le fluide va redescendre vers le ballon, et être remplacé par du fluide chaud venant du ballon. C'est du thermosiphon, donc pas besoin de circulateur.
On met un circulateur pour contrôler ou forcer le refroidissement du "circuit chaud", non ?

[Geekolo]

Bonsoir à tous,
La version 1.2 du projet prends en compte vos remarques et suggestions. Toujours la même url : http://brouille.net/ECS-desc.pdf
Les cas d'usages identifiés, extrait du doc, menant à des particularités du schéma sont (pour voir en entier sous Firefox : clic droit -> afficher l'image) :















Comme d'habitude, tout commentaire ou critique bienvenue

[pacobab]

Bonjour O'Patrick,

Rien ne t'empêche de prévoir une vanne ESBE 5MG en vanne mélangeuse qui prend les trois sorties chaudes (haut, milieu haut, milieu bas) de ton ballon et le retour (bas du ballon) pour chauffer à volonté ton plancher. C'est pas compliqué et ça peut rapporter gros.

Bonne idée, merci !

Pour le chauffage au sol, peut-être n'ai-je pas été clair. Je voulais dire ça:

• Si je comprends bien, tu ne fabrique de l'eau chaude solaire que quand tes panneaux chauffent puisqu'il n'y a pas d'autre circulateur que celui des panneaux pour forcer l'eau chaude dans l'échangeur?...
  Donc supprimer V5 et mettre un circulateur indépendant sur l'échangeur commandé par un capteur de débit sur l'ECS.

Je me trompe ?

Ben là tu me fais peur... J'ai pas répondu plus tôt parce qu'il me fallait réfléchir
Pour moi la demande en ECS va refroidir le "circuit chaud" de l'échangeur. Donc le fluide va redescendre vers le ballon, et être remplacé par du fluide chaud venant du ballon. C'est du thermosiphon, donc pas besoin de circulateur.
On met un circulateur pour contrôler ou forcer le refroidissement du "circuit chaud", non ?

Et non, hélas! Un échangeur à plaques (sauf exceptions pour les pinailleurs) ne fonctionne pas en thermosiphon, mais uniquement en circulation forcée, donc circulateur (de chauffage) obligatoire au primaire de l'échangeur. La circulation de l'eau sanitaire est naturellement forcée au secondaire de l'échangeur par la pression du réseau.
Le circulateur est commandé par la demande d'eau chaude. Au plus simple, il est juste mis en route par la détection de demande d'eau chaude. On peut raffiner en faisant un débit variable au primaire en fonction de la température de sortie au secondaire, et en préchauffant l'échangeur pour avoir de l'ECS plus vite.
Par exemple, un module tout fait:https://www.paw.eu/shop/daten/PDF_DATEN ... C38_fr.pdf

Pour calculer ton échangeur, il vaut mieux simplifier les hypothèses:
Et comme tu auras de l'eau chaude chauffée gratuitement une bonne partie de l'année, autant prendre un débit plus confortable que ce que tu as prévu, disons 10 litres par minutes à 40°C
La température minimale de ton eau froide selon tes courbes est de 8°C
10 L/mn avec Delta T = 32K, ça fait 10000/60 g/s x 4,185 J/g.K x 32K = 22kW => c'est la puissance maximale fournie par ton échangeur.

Pour simplifier, on va prendre un débit au primaire égal au débit au secondaire (à fixer par le circulateur)
Et un pincement raisonnable de 15K minimum (sinon, l'échangeur va être monstrueusement gros donc cher).
Donc, comme la puissance est la même des deux côtés de l'échangeur, on aura la même différence de température au primaire, soit 32°C
Alors
T solaire en entrée = 15K (pincement) + 40°C (température produite souhaitée) = 55°C température minimum au primaire pour avoir ton débit à 40°C
T solaire en sortie = T entrée - 32K = 23°C
avec comme hypothèse
T EFS = 8°C
T ECS = 40°C
Débit souhaité à 40°C = 10 l/mn
Pincement = 15°C
Si on prend le calculateur SWEP avec ces chiffres, on obtient par exemple

Cela te donne le choix entre plusieurs échangeurs, de 0,3 à 0,5 m² de surface, la principale différence étant la perte de charge dans l'échangeur: plus les canaux sont petits, meilleur est l'échange, et plus la perte de charge est grande. Si ton eau est calcaire, ne prend surtout pas le plus petit!

L'alternative à un échangeur à plaques est l'échangeur interne instantané. Il y a plein d'exemples sur le site. Mais c'est TRÈS mauvais pour la stratification du ballon, sauf si on respecte une topologie similaire à celle des ballons SOLUS ou SAILER, c'est à dire un échangeur ramassé dans le haut du ballon au dessus d'un entonnoir relié à une colonne de stratification descendante.

Cdt
Jean

[Geekolo]

He bé Jean, là tu m'a foutu une grosse claque !
Je vais prendre le temps de te répondre, de digérer cette mauvaise nouvelle (sur l'échangeur à plaques).
Pour le chauffage sol, il manque la colonne de stratification, mais le reste de ton schéma ça devrait le faire je crois.
En tout cas, je te suis redevable du temps que tu veux bien me consacrer. C'est vraiment extra.

[Balajol]

Bonsoir OPatrick,
Attention au niveau de la réserve, si le schémas est contractuel, il y a risque d'accumulation d' air en haut du ballon (Eliminé par le purgeur à Priori mais plus présent dans la réserve)
A terme il y a risque de ne plus vidanger correctement les capteurs.
Le bas de la réserve doit être au dessus du sommet du ballon (En tout cas c'est comme cela que je ferai )
Cdt
Bertrand