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RAPPORT SIMSOL Installation de production d’eau chaude
sanitaire collective pour mobil home
AKNOUCHE Amine
BEDJA Walid
DRAME Daouda
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ENE-4201A – SOLAIRE THERMIQUE – ESIEE PARIS
Sommaire
I. Introduction……………………………………………………………p.3
II. Eau chaude sanitaire (ECS) Solaire………………………..p.3
1. Présentation générale d’un ECS Solaire…………………..p.3
2. Fonctionnement……………………………………………………..p.4
3. Etudes des parties d’un ECS Solaire…………………………p.4
III. Installation de la production d’ECS pour mobil-home à
Grenoble…………………………………………………………….p.6 1. Présentation de la simulation…………………………………p.6
2. Etude qualitative…………………………………………………….p.7
3. Etude quantitative……………………………………………..…..p.13
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ENE-4201A – SOLAIRE THERMIQUE – ESIEE PARIS
I. Introduction
C’est durant les dernières décennies que la question d’économie d’énergie s’est posée.
L’utilisation de l’énergie solaire est une des solutions qui ont émergées afin de répondre à
cette question. On retrouve son utilisation pour le chauffage de l’eau sanitaire, ainsi que pour
le chauffage des bâtiments. Le chauffe-eau solaire est un dispositif efficace et performant, qui
peut répondre à tout un panel de besoins, allant des besoins individuels à des demandes
collectives.
Le but de ce projet est de simuler un système d’eau chaude sanitaire collectif utilisant l’énergie
thermique, de traiter les résultats obtenus en fonction des paramètres des différents
éléments du système, et d’évaluer des performances d’un tel système.
Nous allons en premier lieu présenter le fonctionnement général d’un système d’eau chaude
sanitaire (ECS), ainsi que les différents éléments le composant, avant de nous attarder sur la
production via l’énergie solaire. Puis dans un second temps, nous simulerons à partir des
différentes hypothèses et données les performances, avant de conclure sur les résultats
obtenus.
II. Eau Chaude Sanitaire (ECS) solaire
1. Présentation générale d’un ECS Solaire
Une installation de production d’eau chaude sanitaire peut se recouper en quatre parties :
- Captage
- Transfert
- Stockage
- Distribution
Etapes de fonctionnement d’un système ECS Solaire
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2. Fonctionnement
Le rayonnement solaire est capté puis convertit en chaleur à l’aide d’un capteur solaire
thermique et de son absorbeur. Cette chaleur est ensuite transmise à un fluide caloporteur
qui circule dans le capteur dans un circuit primaire. Ce même fluide ira transmettre cette
chaleur à l’eau sanitaire via un échangeur thermique.
Cette eau sanitaire chauffée sera ensuite stockée dans un ballon solaire, mis en série avec un
ballon d’appoint, dont le rôle est de palier à un manque d’eau chaude et d’atteindre la
température de consigne. Cette eau chaude sera ensuite utilisée dans le domaine domestique.
Schéma d’un chauffe-eau solaire avec chauffage d’appoint
3. Etudes des parties d’un ECS Solaire
• Captage
C’est le capteur solaire thermique qui a la tâche de capter le rayonnement solaire et de le
convertir en chaleur, puis de le transmettre au fluide caloporteur. L’arrière du capteur est
composé d’un isolant thermique pour éviter les pertes par la face arrière. Pour la face avant,
il y a un matériau transparent au rayonnement solaire mais opaque au rayonnement
thermique (par exemple le verre). L’absorbeur est situé entre ces deux faces.
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• Transfert
Le transfert de la chaleur entre le fluide caloporteur et l’eau sanitaire se fait à l’aide d’un
échangeur. Dans le cas d’un système ECS, il y a deux types d’échangeurs qui sont utilisés : les
échangeurs intégrés au stockage et les échangeurs extérieurs.
Dans le cas des premiers échangeurs, le circuit du fluide caloporteur passera au sein du ballon
solaire, réchauffant ainsi directement l’eau. Dans l’autre cas, l’échange se fait en dehors du
ballon, puis l’eau sanitaire ainsi chauffée ira dans le ballon.
• Stockage
Du au caractère discontinu de l’énergie solaire, il est nécessaire de stocker l’énergie avant de
pouvoir la redistribuer, afin de ne pas avoir de discontinuité dans la distribution. C’est le ballon
solaire qui occupe cette fonction. On retrouvera en complément un système d’appoint (que
ce soit une chaudière ou un autre ballon).
4. Produire à l’aide d’un système ECS Solaire
Pour qu’une installation de ce type soit bien adaptée, il faut tenir compte de plusieurs
paramètres.
• Les besoins en eau chaude
Il est plus judicieux d’installer un système solaire dans un bâtiment où la demande en eau
chaude est constante tout au long de l’année. Pour que le système soit bien dimensionné, il
faut produire un maximum d’énergie dont l’origine est solaire.
• Localisation géographique
L’ensoleillement local joue sur l’efficacité de la production d’un système ECS Solaire. Mais le
système reste rentable pour tous les climats présents en Europe.
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• Implantation des capteurs
○ Les capteurs peuvent s’installer sur la toiture d’un bâtiment comme sur le sol, il
faudra simplement veiller à ce que les rangées de capteurs ne se fassent pas d’ombre les unes
aux autres.
○ Il faudra aussi veiller à orienter les capteurs vers le sud, pour capter un maximum du
rayonnement solaire, et que l’endroit soit bien dégagé, afin d’éviter le phénomène de masque
solaire, dû à l’ombre portée des objets environnants.
III. Installation de la production d’ECS pour mobil-home à Grenoble
1.Présentation de la simulation
Nous avons décidé de représenter une installation de production d’eau chaude sanitaire au sein d’un
campement de mobile home à Grenoble (38). A Grenoble, nous observons une consommation
énergétique totale de 2400 à 2500 kWh.
Consommation totale énergétique selons les régions (source: ASDER)
Concernant les besoins en eau chaude sanitaire à 60°C pour notre site, on va se baser sur une
consommation de 12l / douche / personne. Nous allons considérer un campement de 150 personnes.
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Consommation quotidienne d’eau chaude par personnes à temps plein dans divers bâtiments,
pendant la période d’été à faible débit.
2. Etude qualitative
Voici le schéma synthétique de notre démarche qui nous permettra de choisir nos valeurs :
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La surface des capteurs sera déterminé grâce à la consommation et à l’ensoleillement disponible sur
le site. A la fin de nos calculs, l’objectif est de pouvoir couvrir totalement les besoins.
Configuration choisie : Echangeur primaire externe et appoint centralisé séparé en se basant sur les
hypothèses générales
Inclinaison et surface des capteurs
Pour le dimensionnement de nos capteurs, il nous faut environ 1 m² pour 60 litres de stockage. Ainsi,
au total, le campement nécessitera un stockage total d’au moins 150*12 = 1800 litres d’eau.
Il nous faudra donc 30 m² de capteurs.
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Echangeur thermique
La présence d’un échangeur entraîne une baisse du rendement global du système car elle
provoque une augmentation de la température de l’eau dans les capteurs, et donc une
augmentation des pertes thermiques des capteurs d’où un choix d’échangeur à efficacité
élevée. On veillera à ce que cette baisse de rendement ne dépasse pas 5% soit un coefficient
de transfert thermique de l’échangeur de 100 W/K/m².
Pompes
- Pompe primaire et secondaire : Les débits de fluide couramment utilisés varient de 40 à 70
l/h par m² de capteur solaire. La puissance du moteur de la pompe (en W) est déterminée par
la relation :
𝑃 = 𝐾 ∗ 𝑄 ∗ 𝐻 ∗ 𝑟 ∗ 𝑔
𝑅
Avec :
Q : débit nominal (m3/s) ;
H : hauteur manométrique en mètres de colonne d’eau, calculée en tenant compte des pertes
de charge du circuit et de la nature du fluide caloporteur ;
r : masse volumique du fluide caloporteur (kg/m3) ;
g : accélération de la pesanteur (9,81m/s2) ;
R : rendement de l’ensemble pompe/moteur, qui devra être supérieur à 0,8.
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K est un coefficient de surpuissance (sans dimension) compris entre 1,15 et 1,25 pour
s’affranchir des pertes de charge dues à l’entartrage (circuit secondaire) ou à la variation de
viscosité du fluide caloporteur (circuit primaire).
Nous prendrons des pompes d’une puissance électrique maximale consommée de 100 W.
- Pompe de bouclage : Pompe générique avec un débit de 300 l/h avec une puissance
électrique maximale consommée de 30 W.
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Tuyauterie
Si l’on respecte la contrainte de vitesse de circulation (1m/s), on peut calculer de façon
approximative le diamètre intérieur de la tuyauterie à partir de l’équation suivante :
𝐷𝑖 = 33.3√𝑄
𝜋 ∗ 𝜌
Avec :
Di : diamètre intérieur du tuyau (mm)
Q : débit nominal (l/h)
𝜌 : masse volumique du fluide (kg/m3)
- Tuyauterie Circuit solaire : nous prendrons un tube acier 1 pouce (DN32), 10m intérieur, 15m
extérieur, coefficient de déperdition linéique de 0.09 W/m/K pour une mousse de polyéthylène –
épaisseur de 30mm
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- Tuyauterie circuit distribution : nous prendrons un tube Cu 28/1, 30m aller – 30m retour, coefficient
de déperdition linéique de 0.17 W/m/K pour une mousse de polyéthylène – épaisseur de 10mm)
Régulateur
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Ballon solaire
Le volume doit être au minimum 50 fois supérieur ou égal à la surface en m² des capteurs
solaires donc a 50*30 = 1500 litres.
La constante de refroidissement sera calculée avec 50mm de mousse de polyuréthane.
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Ballon appoint :
La capacité totale d’eau stockée à 60°C dans les ballons d’appoint doit être au moins égale aux
besoins maximaux en ECS à cette même température, du jour le plus chargé et sans apports
solaires. Nous prendrons donc un ballon de volume 2000 l.
La constante de refroidissement, à calculer avec 50mm de mousse de polyuréthane.
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Appoint électrique du ballon :
La puissance de la résistance électrique doit être comprise entre 10 et 15 W/litre du volume
d’appoint (Vap) chauffé par l’électricité, la valeur nominale étant de 12 W/litre. Le volume Vap
est délimité par le haut du ballon et le bas de la résistance électrique.
Le fonctionnement de l’appoint est asservi aux heures tarifaires de nuit, il est donc important
de disposer d’un volume du ballon électrique supérieur aux besoins maximum journaliers.
Ainsi le maintien à une température supérieure à 60°C à la sortie du ballon est possible à
condition d’avoir préalablement réglé le thermostat de l’appoint à 65°C.
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3. Etude quantitative
Dans cette partie nous étudierons notre i$nstallation de manière quantitative pour des besoins
journaliers d’ECS de 2000 litres à 55°C par simulation sur le logiciel Simsol.
Choix de la localisation
Dans un premier temps nous choisissons le lieu de notre campement de mobil home : Grenoble
Choix de la localisation de notre installation
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Influence de la surface des capteurs sur leur productivité et la couverture solaire
En spécifiant les hypothèses générales vu ultérieurement dans le logiciel Simsol nous allons simuler
notre installation de production en faisant varier l’angle d’inclinaison et la surface des capteurs
afin de mesurer l’influence de ces derniers sur la productivité des capteurs et sur la couverture
solaire.
Choix de l’angle d’inclinaison et de la surface des capteurs
On effectuera la simulation de manière itérative, pour les angles d’inclinaison et les surfaces de
capteurs suivants : 30°, 45° et 60° / 20m², 30m², 40m² et 50m².
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Exemple d’une simulation (ici S=20m², θ=30°)
Après simulation le logiciel Simsol nous donne accès à la production solaire annuelle (kWh/an) ainsi
qu’à la couverture solaire (%). Il suffit de diviser la production solaire par la surface de capteurs en
vigueur pour la simulation afin d’obtenir la productivité (kWh/m²/an).
Exemple de résultat de simulation (ici S=20m², θ=30°)
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Par itération de simulation nous obtenons le tableau de valeurs suivant :
Surface cap-teurs (m²)
Inclinai-son (°C)
Puissance échangeur
(W/K)
Volume ballon solaire (L)
Débit pompe
(L/h)
Production so-laire (kWh)
Productivité (kWh/m²/an)
Couverture solaire (%)
20 30 2000 1000 1000 12728 636,4 33
20 45 2000 1000 1000 12387 619,4 32
20 60 2000 1000 1000 11486 574,3 30
30 30 3000 1500 1500 17363 578,8 45
30 45 3000 1500 1500 17050 568,3 44
30 60 3000 1500 1500 15858 528,6 41
40 30 4000 2000 2000 20671 516,8 53
40 45 4000 2000 2000 20535 513,4 53
40 60 4000 2000 2000 19324 483,1 50
50 30 5000 2500 2500 23215 464,3 60
50 45 5000 2500 2500 23217 464,3 60
50 60 5000 2500 2500 22155 443,1 57
Tableau de valeurs des simulations itératives de Simsol
Voici les courbes d’influence de la surface des capteurs :
Courbes d’influence de la surface
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60
Co
uve
rtu
re s
ola
ire
(%)
Surface des capteurs (m²)
Influence de la surface des capteurs sur la couverture solaire (Pour θ=30°, θ=45°,
θ=60°)
250,0
300,0
350,0
400,0
450,0
500,0
550,0
600,0
650,0
700,0
0 10 20 30 40 50 60
Pro
du
ctiv
ité
(kW
h/m
²/an
)
Surface de capteurs (m²)
Influence de la surface des capteurs sur leur productivité (Pour θ=30°, θ=45°, θ=60°)
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Analyse : On remarque clairement que pour tout angle d’inclinaison l’augmentation de la surface de
capteurs implique une forte augmentation de la couverture solaire et une diminution notable de la
productivité. Il faudra donc trouvé le meilleur compromis de surface pour avoir une productivité et
une couverture solaire acceptable.
Voici les courbes d’influence de l’inclinaison des capteurs :
Analyse : On voit que pour toute surface de capteurs l’augmentation de l’inclinaison des capteurs
implique une moyenne variation de la couverture solaire et de la productivité. Néanmoins l’angle
d’inclinaison de 30° reste l’angle optimal.
Courbes d’influence de l’inclinaison
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En se basant sur les valeurs de simulation nous pouvons calculer la sensibilité (donc l’influence) de la
productivité et de la couverture solaire d’une autre manière. On rappelle une formule générale de
sensibilité :
𝑆𝑝𝑎𝑟𝑎𝑚è𝑡𝑟𝑒 = |∆𝑖𝑛𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑐é 𝑖𝑛𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑐é⁄
∆paramètre 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑚è𝑡𝑟𝑒⁄|
- 𝑆𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑣𝑖𝑡é/𝑠𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒 = |∆𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑣𝑖𝑡é 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑣𝑖𝑡é⁄
∆surface 𝑠𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒⁄| = |
516.8−636.4
578.820−40
30
| = 31%
- 𝑆𝑐𝑜𝑢𝑣𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑒/𝑠𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒 = |∆𝑐𝑜𝑢𝑣𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑒 𝑐𝑜𝑢𝑣𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑒⁄
∆surface 𝑠𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒⁄| = |
60−45
5350−30
40
| = 56.6%
- 𝑆𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑣𝑖𝑡é/𝑖𝑛𝑐𝑙𝑖𝑛𝑎𝑖 = |∆𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑣𝑖𝑡é 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑣𝑖𝑡é⁄
∆inclinai 𝑖𝑛𝑐𝑙𝑖𝑛𝑎𝑖⁄| = |
574.3−636.4
619.460−30
45
| = 15%
- 𝑆𝑐𝑜𝑢𝑣𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑒/𝑖𝑛𝑐𝑙𝑖𝑛𝑎𝑖 = |∆𝑐𝑜𝑢𝑣𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑒 𝑐𝑜𝑢𝑣𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑒⁄
∆inclinai 𝑖𝑛𝑐𝑙𝑖𝑛𝑎𝑖⁄| = |
30−33
3260−30
45
| = 14%
Analyse : D’après ces résultats nous pouvons confirmer les résultats précédents que nous avions
déduits des courbes, en effet on voit que la productivité et la couverture sont très sensibles à
l’augmentation de la surface des capteurs (56.6% et 31%), et sont moyennement sensibles aux
variations d’angles (15% et 14%).
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Choix d’un compromis
Nous avons trouvé judicieux de tracer une courbe plus parlante afin d’avoir une vue
d’ensemble des solutions possibles
S=20m² S=20m² S=20m² S=30m² S=30m² S=30m² S=40m² S=40m² S=40m² S=50m² S=50m² S=50m²
Inclinaison (°C) 30 45 60 30 45 60 30 45 60 30 45 60
Couverture solaire (%) 33 32 30 45 44 41 53 53 50 60 60 57
0
10
20
30
40
50
60
70
0
10
20
30
40
50
60
70
Co
uve
rtu
re s
ola
ire
(%)
Incl
inai
son
(°)
S=20m²
S=20m²
S=20m²
S=30m²
S=30m²
S=30m²
S=40m²
S=40m²
S=40m²
S=50m²
S=50m²
S=50m²
Inclinaison (°C) 30 45 60 30 45 60 30 45 60 30 45 60
Productivité (kWh/m²/an) 636,4 619,4 574,3 578,8 568,3 528,6 519,0 515,9 485,7 465,4 465,8 443,1
0,0
100,0
200,0
300,0
400,0
500,0
600,0
700,0
0
10
20
30
40
50
60
70
Pro
du
ctiv
ité
(kW
h/m
²/an
)
Incl
inai
son
(°)
Diagramme d’influence pour la couverture solaire
Diagramme d’influence pour la productivité
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À partir des résultats précédents et de ces diagrammes nous sommes capables de trouver le compromis optimal pour notre installation de production.
Nous choisissons donc la solution optimale : Surface de capteurs : 40m² et Angle d’inclinaison : 30°.
Influence du volume de stockage du ballon solaire sur le taux de couverture solaire et la
productivité des capteurs
Après plusieurs simulations incluant une variation du volume de stockage du ballon solaire (1000,
1500, 2000, 3000, 5000 L) nous obtenons le résultat suivant :
Puissance échangeur
(W/K) Volume ballon
solaire (L)
Débit pompe
(L/h) Production so-
laire (kWh) Productivité (kWh/m²/an)
Couverture solaire (%)
Δprod
(%)
Δcouv
(%)
4000 1000 2000 18079 452,0 46 10,24 0,11
4000 1500 2000 19931 498,3 51 4,15 0,04
4000 2000 2000 20758 519,0 53 2,91 0,04
4000 3000 2000 21362 534,1 55 0,53 0,00
4000 5000 2000 21476 536,9 55 Tableau d’influence du volume de stockage du ballon solaire sur le taux de couverture solaire et la productivité
des capteurs
Surface capteurs
(m²)
Inclinaison (°C)
Puissance échangeur
(W/K)
Volume ballon so-
laire (L)
Débit pompe
(L/h)
Production solaire (kWh)
Productivité (kWh/m²/an)
Couverture solaire (%)
20 30 2000 1000 1000 12728 636,4 33
20 45 2000 1000 1000 12387 619,4 32
20 60 2000 1000 1000 11486 574,3 30
30 30 3000 1500 1500 17363 578,8 45
30 45 3000 1500 1500 17050 568,3 44
30 60 3000 1500 1500 15858 528,6 41
40 30 4000 2000 2000 20758 519,0 53
40 45 4000 2000 2000 20635 515,9 53
40 60 4000 2000 2000 19426 485,7 50
50 30 5000 2500 2500 23271 465,4 60
50 45 5000 2500 2500 23290 465,8 60
50 60 5000 2500 2500 22155 443,1 57
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Influence du volume de stockage du ballon solaire (1000, 1500, 2000, 3000 et 5000 litres) sur le taux de couverture solaire et
la productivité des capteurs)
Analyse : On remarque que pour une valeur de 5000L pour le volume de stockage, la productivité et la
couverture solaire sont maximales, pour la configuration optimale choisie précédemment. Cependant
pour une valeur de 3000L on remarque que la productivité est proche de la valeur pour 3000L (Δprod
= 0.53%) et pour la couverture elle est identique (Δcouv = 0.00%). Par souci de prix il est donc plus
judicieux de choisir une configuration pour un volume de stockage de 3000L.
Influence du coefficient de transfert de l’échangeur solaire sur le taux de couverture solaire
et la productivité des capteurs.
Après plusieurs simulations incluant la variation du coefficient de transfert de l’échangeur solaire (50,
75, 100, 125, 150W/K) nous obtenons le résultat suivant :
Tableau d’influence du coefficient de transfert de l’échangeur solaire sur le taux de couverture solaire et la
productivité des capteurs
44
46
48
50
52
54
56
440,0
450,0
460,0
470,0
480,0
490,0
500,0
510,0
520,0
530,0
540,0
550,0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Co
uve
rtir
e so
lair
e (%
)
Pro
du
ctiv
ité
(kW
h/m
²/an
)
Volume de stockage (L)
Influence du volume de stockage
Productivité (kWh/m²/an) Couverture solaire (%)
Surface capteurs
(m²)
Incli-naison
(°C)
Puissance échangeur
(W/K)
Volume ballon so-
laire (L)
Débit pompe
(L/h)
Production solaire (kWh)
Productivité (kWh/m²/an)
Couver-ture so-laire (%)
Δprod
Δcouv
40 30 2000 2000 2000 20464 511,6 52 1,27 1,92
40 30 3000 2000 2000 20724 518,1 53 0,16 0,00
40 30 4000 2000 2000 20758 519,0 53 0,11 0,00
40 30 5000 2000 2000 20781 519,5 53 -0,07 0,00
40 30 6000 2000 2000 20766 519,2 53
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ENE-4201A – SOLAIRE THERMIQUE – ESIEE PARIS
Influence du coefficient de transfert de l’échangeur solaire sur le taux de couverture solaire et la productivité
des capteurs
Analyse : On remarque que pour une valeur de coefficient thermique de l’échangeur de 5000 W/K, la
productivité et la couverture solaire sont maximales. Cependant à partir de la valeur 4000 W/K
l’influence de l’échangeur est moindre (Δprod = 0.11%) et pour la couverture elle est identique (Δcouv
= 0%). Par souci de prix il est donc plus judicieux de choisir une configuration pour un coefficient de
transfert de l’échangeur solaire de 4000 W/K (soit 100W/K/m²).
La solution devient donc :
Cas où l’isolation des ballons de stockage augmente
Dans cette partie nous allons voir l’influence de l’isolation des ballons de stockage en changeant
l’épaisseur de l’isolant de 50mm à 100mm dans la configuration optimale choisie précédemment.
Epaisseur isolant (mm) Production solaire (kWh) Productivité (kWh/m²/an) Couverture solaire (%) Δprod Δcouv
50 21362 534,1 55 0,73 0,00
100 21518 537,95 55 Influence de l’augmentation de l’épaisseur d’isolant pour le ballon de stockage
51,8
52
52,2
52,4
52,6
52,8
53
53,2
511,0
512,0
513,0
514,0
515,0
516,0
517,0
518,0
519,0
520,0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Co
uve
rtu
re s
ola
ire
(%)
Pro
du
ctiv
ité
(kW
h/m
²/an
)
Coefficient de transfert thermique de l'échangeur (W/K)
Influence du coefficient thermique de l'échangeur solaire
Productivité (kWh/m²/an) Couverture solaire (%)
Surface
capteurs (m²)
Inclinaison
(°C)
Puissance
échangeur
(W/K)
Volume
ballon
solaire (L)
Débit
pompe
(L/h)
Production
solaire
(kWh)
Productivité
(kWh/m²/an)
Couverture
solaire (%)
40 30 4000 3000 2000 21362 534.1 55
26
ENE-4201A – SOLAIRE THERMIQUE – ESIEE PARIS
Analyse : En doublant l’épaisseur de l’isolation du ballon de stockage on remarque une augmentation
de 0.73% pour la productivité et de 0% pour la couverture solaire.
Cas où les besoins d’ECS sont sous-estimés
Dans cette partie nous allons voir l’influence d’une mauvaise estimation des besoins en ECS. Une
sous-estimation évalué à -25% soit un besoin en ECS de 1500L.
Besoin ECS (L) Production solaire (kWh) Productivité (kWh/m²/an) Couverture solaire (%) Δprod Δcouv
2000 21362 534,1 55 -12,41 16,36
1500 18712 467,8 64
Influence d’une estimation d’ECS sous-estimé
Analyse : En sous estimant les besoins en ECS on perd 12,41% de productivité mais on gagne 16.36%
de couverture solaire.
Cas où les besoins d’ECS sont surestimés
Dans cette partie nous allons voir l’influence d’une mauvaise estimation des besoins en ECS. Une
surestimation évalué à +25% soit un besoin en ECS de 2500L.
Besoin ECS (L) Production solaire (kWh) Productivité (kWh/m²/an) Couverture solaire (%) Δprod Δcouv
2000 21362 534,1 55 9,75 -12,73
2500 23444 586,1 48
Influence d’une estimation d’ECS surestimé
Analyse : En surestimant les besoins en ECS on gagne 9.71% de productivité mais on perd 12.73% de
couverture solaire.
Cas où la régulation est mal réglée (dT1, dT2)
Dans cette partie nous allons voir l’influence d’une mauvaise régulation.
Régulation [dT1,dT2] (°) Production solaire (kWh) Productivité (kWh/m²/an) Couverture solaire (%) Δprod Δcouv
[7,2] 21362 534,1 55 0,03 0,00
[10,2] 21368 534,2 55 -7,19 -7,27
[7,5] 19831 495,775 51
Influence d’une mauvaise régulation
Analyse : La régulation de manière à ce que le différentiel d’enclenchement augmente, n’influe que
très peu sur la couverture solaire et la productivité des capteurs, (Δprod =0.03%, Δcouv=0%) tandis
qu’une régulation sur le différentiel d’arrêt diminue de manière notable sur ces derniers, (Δprod = -
7.19%, Δcouv= -7.27%).
27
ENE-4201A – SOLAIRE THERMIQUE – ESIEE PARIS
Cas où l’on modifie le réglage du programmeur horaire de la résistance électrique
Dans cette partie nous allons voir l’influence du réglage du programmeur de fonctionnement de la
résistance électrique
Fonctionnement Production solaire (kWh) Productivité (kWh/m²/an) Couverture solaire (%) Δprod Δcouv
Heures creuses 21362 534,1 55 -2,02 -1,82
24H/24 20931 523,275 54
Influence du réglage du programmeur de résistance électrique
Analyse : Comparé à un fonctionnement aux heures creuses, le fonctionnement 24H/24 n’apporte
que des pertes pour la productivité des capteurs et de la couverture solaire, (Δprod =-2.02%, Δcouv=-
1.82%).
Cas où l’on modifie le débit de circulation du fluide dans le circuit solaire
Dans cette partie nous allons voir l’influence du débit de circulation du fluide dans le circuit solaire.
Nous allons comparer la configuration 50L/h/m² et 25L/h/m². Avec notre surface de capteurs de 40m²
trouvé précédemment nous pouvons déduire les débits de pompe :
40*50=2000L/h et 40*25= 1000L
On obtient les résultats suivants :
Débit pompe (L/h) Production solaire (kWh) Productivité (kWh/m²/an) Couverture solaire (%) Δprod Δcouv
2000 21362 534,1 55 3,66 3,64
1000 22144 553,6 57
Influence du débit de circulation dans le circuit solaire
Analyse : Pour un débit diminué de moitié dans le circuit, on obtient une augmentation de la
productivité de Δprod=3.66% et de Δcouv=3.64% pour la couverture.
En conclusion de ce dimensionnement :
Cette étude d’influence des différents paramètres du système de production d’ECS sur la productivité
et la couverture solaire nous a montré qu’il fallait faire très attention à l’étude des besoins d’ECS, de
bien considérer les débits des pompes ainsi que le fonctionnement de la résistance du ballon d’appoint,
et de prêter une attention moindre à l’épaisseur des isolants des ballons solaires et d’appoint. De plus
la régulation par le différentiel d’enclenchement est beaucoup moins importante que celui du
différentiel d’arrêt.