"stratification active"

[monteric]

Bonjour,

Un petit retour d'expérience sur une solution que je trouvais dans l'idée top mais qui au final ben ne marche pas terrible !
Quand j'ai fait mon installation SSC, j'ai choisi un ballon double serpentin, bas pour solaire et haut pour normalement un complément type chaudière.
Mon idée etait la suivante : Quand le ballon était assez froid en totalité, je commence par passer dans les deux échangeurs haut et bas, pour monter en température le haut du ballon "stratification active" et pour faire baisser au mieux la température du retour final aux capteurs afin qu'ils travaillent avec une température la plus basse possible et donc avec un bon rendement !
Quand la température de la partie haute du ballon est chaude on passe seulement dans l'échangeur du bas.
J'ai fait ce fonctionnement pendant 12 ans sans trop me poser de question, ça fonctionnait bien.
Plusieurs fois je me suis tout de même interrogé sur le "plus" amené par cette solution par rapport au fait de ne passer que pas l'échangeur du bas sans faire compliqué.
Afin d'en avoir le coeur net, j'ai un jour bloqué la vanne pilotable et passé seulement par l'échangeur du bas.
Quel ne fut pas ma surprise en comparant sur plusieurs journées les 2 modes de fonctionnement de m’apercevoir qu'en fait la solution en passant seulement par l’échangeur du bas était plus performante, contre toute attente !!!!

L'explication que je vois est que l’échangeur du bas est plus puissant que celui du haut, donc quand celui du haut à récupérer un peu d'énergie et fait descendre la température pour rentrer dans celui du bas, l'échangeur bas ne fonctionne plus avec un delta T important et au final perd de sa puissance.

Bref voila mon constat si ca peut vous etre utile ou si vous avez des réflexions sur le sujet ????

A+

Eric

[yves35]

bonsoir,

le sujet a déjà été abordé sur le forum de sebasol:
http://www.sebasol.info/forum.aspx?f=fo ... eau=0&p=12
il semble que la position de la sonde ballon soit stratégique

yves

[Uncle Buzz]

Il faut raisonner globalement, ce qui impacte l'efficacité du système, c'est le rendement, qui varie avec la température du circuit panneaux, il faut donc voir si la combinaison d'échangeurs impacte la température du circuit.

Mon avis, c'est que dans le cas d'un échangeur bas seul, tout le ballon monte à la même vitesse en température (seule la zone de l'échangeur est réchauffée, mais étant alors plus chaude l'eau remonte par convection dans le ballon de sorte que la température autour de l'échangeur reste constante, jusqu'à ce que l'eau au niveau de l'échangeur ne puisse plus monter car tous ce qui est au dessus est déjà à la température légèrement plus élevée, du coup le réchauffement local au niveau de l'échangeur s'ajoute à une température légèrement plus élevée, cette eau alors un peu plus chaude peut remonter à nouveau le ballon jusqu'à ce que tout le ballon soit un peu plus chaud, et rebelotte... Le ballon entier monte à la même vitesse, donc très lentement. La puissance solaire réchauffe le volume complet en même temps, donc le plus lentement possible.

La stratification chaud en haut, froid en bas n'apparait qu'après soutirage faisant entrer de l'eau froide en bas (par aspiration de l'eau chaude en haut, ou par refroidissement du stock haut qui va redescendre par convection).

En réchauffant le haut du ballon activement, tu ajoutes à la convection un transfert direct de puissance en haut, ce qui accélère sa montée en température en changeant la répartition de la puissance reçu un peu plus vers le haut plutôt que sur la totalité du ballon, du coup le haut du ballon se réchauffe plus vite que le bas, tu as de l'eau chaude disponible plus rapidement, mais comme l'écart de température entre le haut du ballon et le retour panneaux diminue, la puissance transférée dans l'échangeur haut diminue (dépend du delta T et de la surface d'échange, la surface étant constante, la puissance transmise varie avec le delta T), elle est partiellement compensée par l'augmentation du delta T dans l'échangeur du bas (puisque si le haut capte moins de puissance, l'eau ressort du haut plus chaude) mais si il reste un peu de puissance non transférée à la sortie du ballon, le delta T à la traversée des panneaux s'ajoute alors à un retour ballon plus chaud, la température en sortie de panneaux augmente jusqu'à ce que le delta T dans l'échangeur du haut soit reconstitué de sorte à ce qu'il retransmette la même puissance qu'initialement, sauf que le circuit solaire a pris un peu de température entre temps, et donc le rendement global baisse au fur et à mesure que le haut chauffe, ce qui arrive plus rapidement qu'échangeur du bas seul.

Quelque soit la combinaison, utiliser l'échangeur haut permet de réchauffer un volume plus faible donc plus rapidement, la contrepartie c'est que le circuit solaire s'élève aussi plus rapidement et donc le rendement baisse plus vite que si tu diluais la puissance sur la totalité du volume du ballon, donc sur l'échangeur du bas uniquement.

C'est un compromis vitesse d'élévation du haut du ballon / rendement, si tu n'es pas pressé, l'échangeur bas maintient un circuit solaire moins chaud plus longtemps, donc un meilleur rendement plus longtemps.

Si on veut avoir de l'eau chaude plus rapidement, on utilise l'échangeur haut, si on veut stocker le maximum donc meilleur rendement, seul l'échangeur bas doit être utilisé.

Au départ quand il n'y a pas d'écart entre le haut et le bas, utiliser les 2 échangeurs augmente la surface d'échange, donc la performance de l'échange, donc un delta T ballon / solaire plus faible = un meilleur rendement global. Mais à mesure que le haut se réchauffe plus rapidement que le bas, passé un seuil d'écart entre le haut et le bas, l'augmentation du delta T ballon / solaire dépasse ce que permettait de gagner la surface d'échange augmentée et cela devient pénalisant pour le rendement global.

Pour la performance globale, la version simple, c'est de n'utiliser que le bas, la version optimisée / complexe, c'est de n'utiliser les 2 qu'en dessous d'un écart haut/bas à déterminer.

J'imagine que tes conditions de basculement sont liées à des valeurs de température absolues et pas relatives entre les 2 zones ?

[monteric]

Bonjour,

Alors oui les explications données par Sebasol me parlent et c'est effectivement la vitesse et les pertes de charge qui doivent effectivement jouer.
La position de la sonde est effectivement importante et dans mon cas je calcul une moyenne entre le milieu de ballon et le haut de ballon, ce qui semble plutôt pertinente d’après les informations de Sebasol.
Au final, comme ils l'expliquent le jeu n'en vaut pas la chandelle et la complexité amener par le systeme n'est pas tres interessante.
Alors l'écart n'est pas extraordinaire et la stratification active fonctionne mais le résultat est en dessous de ce que l'on peut en attendre, du moins de ce que j'en attendais.

"Uncle Buzz" , la stratification ce fait heureusement bien sans aucun soutirage, c'est le principe de base de la forme du ballon.

C'est pour moi le débit plus lent et donc une monté en température dans les panneaux du au passage dans les 2 échangeurs qui pose problème. Il faudrait surement pouvoir augmenter ce débit dans le cas des 2 échangeurs mais malheureusement chez moi la pompe ne peut pas faire plus.

[Uncle Buzz]

Quand je dis que la stratification se fait au moment du soutirage, c'est parce que quand tout le ballon est chauffé uniformément depuis le bas, il n'y a pas de disparité de température tant qu'il n'y a pas de soutirage qui introduit de l'eau froide et donc de création de zone chaude et froide. Il faut une perturbation comme un soutirage pour introduire une eau plus froide, qui va alors rester en bas et former la stratification. Effectivement physiquement la convection et la stratification sont permanente, juste qu'elle ne sont pas effective tant qu'il n'y a pas de différence de température dans le ballon. Une fois existantes, les zones de température restent séparé et ne sont pas cassées par le rechargement via l'échangeur qui va travailler sur la zone froide uniquement, le temps que sa température atteigne celle de la zone supérieure, et ainsi de suite jusqu'à travailler sur la totalité du ballon une fois le ballon homogène, unifiant les zones différentes jusqu'à n'en former qu'une.

Le débit a une influence mineure (mais non nulle), si on prend en compte le circuit globalement, ralentir le débit augmente le delta T pour la même puissance collectée, autant dans les panneaux que dans le ballon, la température au point le plus chaud augmente, mais autant que la température au point "froid" diminue, la température moyenne reste identique, juste les écarts mini-maxi s'éloignent, la partie plus chaude perd plus, mais la partie plus "froide" perd moins, au final les 2 se compensent "à peu près", ce n'est pas symétriques au niveaux des pertes car non linaire à cause entre autres du rayonnement qui augmente avec la température absolue, mais le raisonnement température élevée = perte de rendement est valable pour tout le circuit, il ne faut pas raisonner uniquement sur le point le plus chaud.

[monteric]

Et bien voici l'exemple que la stratification se fait bien, sans soutirage, ici seul l'échangeur du bas fonctionne ...

capture01.jpg (69.29 Kio) Vu 7557 fois

[Uncle Buzz]

Ta courbe illustre ce que je dis pour T Tamp sup et T Tamp Med qui si je ne me trompe pas sont les températures supérieure et milieu du ballon tampon, où on voit bien la montée identique avec un écart relativement faible dans la montée.
La seule courbe qui contredit mon affirmation est la sonde T Tamp inf du bas du ballon, mais la sonde ne serait-elle pas un peu basse par rapport à l'échangeur, ce qui implique que ballon "rempli" au début du graphique elle soit très basse par rapport aux autres ? En théorie, la température au niveau du haut de l'échangeur bas devrait suivre les 2 autres, il y a bien sur un peu de conduction thermique qui aspire la chaleur vers le bas, d'où les écarts constants entre les courbes verte et jaune, et le fait que si la sonde bas est en dessous du haut de l'échangeur, elle est "retenue" par le fond du ballon.

On voit aussi très bien que l'écart entre les courbes supérieure (verte) et médiane (jaune) se "créer" lors de l'effondrement de la température correspondant à un soutirage du chauffage.

Mais là on est sur un ballon déjà rempli et non homogène, tu parlais de mettre les 2 échangeurs quand tout le ballon est froid, c'est cette courbe de chauffe qui serait intéressante.

[monteric]

Donc on est d'accord que l'échangeur du bas donc partie basse du ballon permet de monter la température haute du ballon, et la sonde en bas est au niveau de la sortie de l'échangeur du bas ...

[Uncle Buzz]

Oui, l'échangeur bas chauffe l'eau par le bas, mais qui monte par convection, et permet donc de chauffer toute la hauteur du ballon. Mais tout le ballon monte au même rythme, ce n'est pas l'échangeur du bas qui crée la zone chaude en haut pendant que le bas reste froid, quand l'échangeur chauffe le haut du ballon par convection, il chauffe tout le ballon en même temps, sans créer de zones qui n'existaient pas déjà.
Ce qui crée réellement des étages de stratification, ce sont les soutirages qui ne refroidissent que le bas du ballon, créant ainsi des étages de températures différends.
La sonde inférieure est donc en bas de l'échangeur bas, à la limite de la zone qui n'est chauffée que par conduction (et le retour du plancher chauffant), raison pour laquelle elle reste relativement froide.
La stratification, c'est la séparation en strate de différentes couches de température d'eau, les échangeurs chauffent uniformément la couche dans laquelle ils sont et ne créent pas de strate, c'est le soutirage qui le fait.
On tourne autour d'un sujet secondaire sur lequel on est d'accord mais sans l'exprimer de la même façon là

[monteric]

Tout a fait

[YELLOW WHEELY BIN]

Ce qui crée réellement des étages de stratification, ce sont les soutirages

Pas tout-à-fait vrai...

Car la stratification peut exister bel et bien sans soutirages (à condition qu"il y ait une delta T entre la cuve et son environnement extérieur).

... le moteur de ce mécanisme étant la perte d'énergie à travers la paroi verticale, au niveau de la couche limite... Qui est plus froide que la colonne d'eau centrale (car plus proche de l'ambiance extérieure).

Cette eau ''limite'' absorbe de la chaleur venant du centre, mais finit par descendre quand-même, pour se faire ensuite réchauffer par le bas de la colonne centrale...

voir : https://physics.stackexchange.com/quest ... -naturally

''Prior to releasing heat to the ambient, the tank wall cools a thin vertical layer of water adjacent to the wall. Part of this heat is then transferred by diffusion from the core of the tank. The water of the vertical layer becomes denser than its surroundings and slips towards the bottom of the tank."

YWB

[Uncle Buzz]

Oui, le ballon si non utilisé fini par se stratifier par perte, mais c'est lent et en pratique il y a une recharge presque chaque jour et des soutirages réguliers, donc dans l'utilisation normale du ballon, la part de stratification due à la perte du ballon est quasiment négligeable face au soutirage, sauf isolation calamiteuse.

Pour revenir au sujet, je pense que la stratification provoquée par l'utilisation de l'échangeur haut permet de réchauffer plus rapidement un volume plus faible même en combinaison avec l'échangeur bas, et provoque donc une élévation plus rapide du circuit solaire et une baisse de rendement, qui au final pour remplir la totalité du ballon est contre-productif. A mon sens l'échangeur haut n'a qu'un seul intérêt, accélérer la disponibilité d'eau chaude, forcément au détriment du rendement, mais si à ce moment là c'est le besoin ça se justifie, mais si c'est l'efficacité énergétique qu'on vise il faut se limiter à l'échangeur bas.

[yves35]

bonjour,

bonsoir,

le sujet a déjà été abordé sur le forum de sebasol:
http://www.sebasol.info/forum.aspx?f=fo ... eau=0&p=12
il semble que la position de la sonde ballon soit stratégique

yves

je reviens sur un point de détail (comme disait un humoriste de chez nous...)
la position de la sonde préconisée par sebasol et les fabriquants de ballon est à mi hauteur de l'entrée-sortie de l'échangeur et pas en sortie (en bas) de l'échangeur.J'ai l'impression que vous préconisez un position en sortie?

Enfin, dans le cas d'un tel pontage en série, le bon fonctionnement du système dépend effectivement du placement correct de la hauteur de la sonde sur le chauffe-eau. La règle de base est que pour avoir un échange correctement régulé, la sonde doit être placée à mi-hauteur entre l'entrée et la sortie de l'échangeur. Cela ne pose aucun problème dans le cas d'un seul échangeur.

yves

[monteric]

Ma "sonde" de référence pour le passage dans les 2 échangeurs est la moyenne entre la sonde du haut et la sonde milieu de ballon, donc virtuellement milieu de l'échangeur haut.
Ce qui correspond....