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Perspectives pour l'utilisation conjointe de pompes à chaleur et de capteurs solaires à basse température


A.L. Petrosyan, Ph.D. Professeur associé, A.B. Barseghyan, ingénieur,
Université d'Etat d'Erevan
Architecture et construction, Erevan, République d'Arménie

Introduction

Le faible rendement et le coût élevé des capteurs solaires existants limitent les zones d'utilisation appropriée des systèmes de chauffage solaire. Cependant, l'épuisement des réserves de combustibles fossiles et leur appréciation excessive, la situation environnementale alarmante dans le monde due aux émissions nocives et thermiques dans l'atmosphère, imposent de trouver des méthodes pour améliorer l'efficacité énergétique des systèmes de chauffage car ils consomment une quantité importante d'énergie thermique de potentiel différent. Selon [1], jusqu'à 40% du combustible total produit dans le monde est consacré à ces besoins. Les pays européens développés cherchent donc à tirer le meilleur parti des sources de chaleur non traditionnelles dans le domaine de la fourniture de chaleur: sources d'énergie secondaire et renouvelables à basse température. L'énergie solaire, l'énergie du sol, les eaux usées et les eaux souterraines, etc., revêtent une importance particulière. Un certain nombre de pays de l'ex-URSS, concentrés sur les combustibles importés et bénéficiant de conditions climatiques favorables (pays du Caucase, de la région de la mer Noire, etc.), peuvent utiliser avec succès ces types d'énergie (notamment le solaire). Cependant, les concepteurs et les spécialistes étroits sont confrontés à une base scientifique, conceptuelle et opérationnelle de systèmes de chauffage solaire insuffisante, à des difficultés techniques et au coût élevé des équipements européens importés, ainsi qu’à des facteurs psychologiques: les systèmes de chauffage solaire de l’ex-URSS étaient presque de la science fiction.

Cet article traite de la question du partage du SC et de la pompe à chaleur (NSC + TN) à basse température dans le système de chauffage solaire, combinaison qui permet une efficacité énergétique élevée et un fonctionnement stable du système pendant tout l’été et les mois de transition. Avec l’utilisation de batteries d’énergie thermique, ces systèmes peuvent concurrencer les sources de chaleur traditionnelles.

À titre de comparaison, les caractéristiques des variantes du système d'alimentation en chaleur ont également été prises en compte, dans lesquelles la source de chaleur est constituée de SC et de chaudières à température moyenne de la chaufferie de quartier.

Schéma avec des capteurs solaires basse température en combinaison avec une pompe à chaleur

Un schéma de principe d'un système d'alimentation en chaleur avec NSC + TN [2] décrivant les composants principaux et le principe de fonctionnement du système est illustré à la Fig. 1

Le premier circuit comprend un réservoir de stockage 1, une pompe de circulation 2, alimentant 3 et un caloduc de retour 4 relié au système interne de bâtiments résidentiels du microdistrict et au condensateur 5 TH du second circuit.

Dans le deuxième circuit de la source de chaleur, le papillon 6, l'évaporateur 7 et le compresseur 8 sont inclus dans le TN, en plus du condenseur 5.

Le quatrième circuit est un système d’utilisation de l’énergie solaire avec un SC 9 à basse température, une pompe 10 et un réservoir de stockage 11 d’une source de chaleur de qualité inférieure, une conduite de dérivation de dérivation 12 avec ses raccords.

Le principe de fonctionnement du système de chauffage avec le NSC + TH suivant. Aux heures d'ensoleillement, la chaleur du rayonnement est transmise par le SC au caloporteur - eau ou saumure (NaCl). Le liquide de refroidissement chauffé dans le SC est refroidi dans l'évaporateur TN et renvoyé dans le réservoir de stockage pour un chauffage ultérieur. La nuit et par temps couvert, de l'eau ou de la saumure traverse la ligne de dérivation en contournant le SC, afin de réduire les pertes de chaleur. Lors de l'utilisation d'une batterie au sol (non représentée) à la place de la batterie 11, il est possible d'utiliser ce système pendant les mois d'hiver, mais ceci, de même que l'utilisation du troisième circuit (alimentation en eau de la batterie au sol vers l'évaporateur 7), n'est pas fourni dans les calculs suivants.

En raison de la faible chaleur transférée du SC à basse température dans l'évaporateur 7, le réfrigérant s'évapore et la vapeur pénètre dans le compresseur 8. Une vapeur de réfrigérant comprimée à une température de 80 à 85 ° C assure le chauffage du réfrigérant primaire. Chauffé, par exemple jusqu'à 65 ° C, le liquide de refroidissement pénètre dans le réservoir de stockage 1 et se dirige ensuite vers les bâtiments résidentiels du microdistrict.

Comme la température du liquide de refroidissement dans le NSC est proche de la température ambiante, les pertes de chaleur des surfaces du NSC sont considérablement réduites, ce qui entraîne une augmentation du rendement énergétique du système de chauffage solaire. De plus, la surface requise du NSC est considérablement réduite et leur fiabilité est accrue. Les pertes de chaleur par les caloducs sont réduites pendant le transport du caloporteur à basse température. Cependant, la surface nécessaire des appareils de chauffage augmente en raison de la circulation naturelle de l'air installé dans les bâtiments. Afin d'éviter cela, il convient d'utiliser des ventilo-convecteurs, qui peuvent également être utilisés pour l'alimentation en froid des bâtiments du microdistrict.

Comparaison des options

Dans les calculs des paramètres de l’équipement du système d’alimentation en chaleur avec le SCS, la surface déterminanteSsk), qui peuvent être déterminés par diverses méthodes. Nous avons choisi la méthode décrite dans [3], et la charge calorifique est considérée comme la charge ECS des bâtiments du quartier urbain (QAlimentation en eau chaude):

où Ia est le rayonnement solaire total du terrain, ηSsk - coefficient d'efficacité CSS.

Les valeurs du rayonnement solaire de la zone sont déterminées en fonction du rayonnement total mensuel et de la durée d'ensoleillement. Les données actinométriques et météorologiques de la région, par exemple pour les conditions de la ville d’Erevan, sont présentées dans le tableau.

Avec une diminution du rayonnement solaire total et une augmentation de la température extérieure moyenne mensuelle, l'efficacité du CCS (ηSsk) monte et culmine au mois de juillet. En général, l'efficacité saisonnière moyenne du SSC avec un revêtement absorbant non sélectif est d'environ 0,48 (Fig. 2). La plus grande efficacité pour le NSC est de 0,7-0,74.

Les calculs ont porté sur le système d'alimentation en chaleur du quartier résidentiel d'Erevan, qui compte 20 000 habitants, une charge d'alimentation en eau chaude - 7 MW et une durée de charge de 7 mois. à l'année (d'avril à octobre). La surface de la surface requise du SCS pour couvrir la charge d'eau chaude était de 2 m 2 / personne. et, en conséquence, pour l'ensemble du microdistrict - 40 000 m 2.

Pour un système de chauffage avec NSC + TH, la surface de capteur requise (FHCC + TH) pendant la saison spécifiée est présentée sous forme de graphique sur la fig. 3. Comme il ressort des graphiques de cette figure, la surface calculée du NSC en utilisant TN peut atteindre 16 500 m 2, soit 2,4 fois moins que le NSC.

Les systèmes en question doivent être comparés aux indicateurs techniques et économiques utilisant des sources de chaleur traditionnelles, notamment les chaudières. Lors de la sélection des équipements, il est nécessaire de déterminer les coûts réduits par saison pour les investissements spécifiques dans les systèmes d’approvisionnement en chaleur comparés et le coût du combustible équivalent. Il est également nécessaire de prendre en compte les dommages environnementaux dus à l'utilisation d'un système d'alimentation en chaleur avec différentes sources de chaleur.

À la suite des calculs, il a été déterminé que les coûts réduits pour le système de chauffage avec SSC sont de 444 000 $ / an, pour le système avec NSC + TH - 454,7 K $ / an et pour le système avec la chaufferie de quartier - 531,9 milliers USD / an. D'après les résultats obtenus, il en résulte que les versions comparées des systèmes d'alimentation en chaleur solaire sont presque équivalentes (le système avec NSC + TH avec des coûts réduits dépasse le système avec SSC de 2,4%). Cependant, chacun des systèmes a ses propres côtés positifs et négatifs, à la fois économiquement et techniquement, qui peuvent violer cette équivalence. En particulier, l'augmentation du coût de l'énergie électrique et la réduction de la charge calorifique entraîneront une hausse des prix du système avec NSC + TH. Dans les régions où l'intensité de l'ensoleillement et la température extérieure sont plus basses au cours de ces mois, de même que les prix des terrains, etc., sont réduits, les indicateurs d'économie d'énergie du système à SPC. Le coût d'un système avec une chaufferie de district est 17% plus élevé que les autres systèmes et le principal poste de dépenses est le coût des combustibles fossiles, qui a tendance à augmenter. Étant donné que le coût des principaux équipements des systèmes comparés peut augmenter relativement lentement par rapport au coût du carburant, il convient d'analyser la consommation spécifique des systèmes, car pour les pays concentrés sur le carburant importé, outre les indicateurs économiques, la question des économies de carburant ou d'énergie est de la plus haute importance.

Sur la fig. 4, pour un système avec NSC + TH, la variation de la consommation de carburant spécifique est indiquée, ce qui est associé à une modification de la température extérieure moyenne mensuelle. Dans le même temps, la consommation de carburant spécifique moyenne saisonnière pour ce système est de 53 g / kWh d’énergie thermique, ce qui est bien plus que pour le système avec CCS (0,4 g / kwh). Cela signifie que pour les conditions de la ville d’Erevan, le système avec SSK sur les économies de carburant et d’énergie dépasse le système avec NSC + TN.

Le même graphique indique la consommation spécifique moyenne saisonnière de combustible pour le système de chauffage basé sur la chaufferie de quartier. Comme prévu, cette valeur est bien supérieure aux valeurs correspondantes pour les systèmes de chauffage solaire avec différentes combinaisons, car ces derniers utilisent l'énergie solaire au lieu des combustibles fossiles. L'épuisement de leurs réserves rendant impossible la réduction des prix des différents types de combustibles, ces indicateurs peuvent être déterminants pour les pays concentrés sur les combustibles importés. Cependant, cela devrait prendre en compte non seulement les indicateurs économiques, mais également actinométriques et météorologiques du terrain.

Il résulte de ce qui précède que les systèmes de chauffage solaire proposés à coûts réduits sont presque équivalents (en raison du prix élevé du SSC). Cependant, il existe d'autres options pour utiliser l'énergie solaire, notamment avec l'aide de bassins ou de bassins "solaires", investissements dans lesquels les investissements sont beaucoup moins importants que dans le NSC. Les bassins «solaires» servent en même temps de batteries de chaleur de qualité inférieure, car lorsqu’ils utilisent de l’antigel, même en hiver, leur température est égale ou inférieure à la température ambiante. Les calculs préliminaires confirment cela, cependant, il s'agit d'un sujet pour un autre article.

Conclusions

1. L'utilisation de l'énergie solaire dans les systèmes de chauffage utilisant le SSC et le NSC + TN pour des raisons d'économie de combustible et d'économie d'énergie est beaucoup plus efficace et plus respectueuse de l'environnement que la combustion de combustible dans les chaufferies de district.

2. Dans les conditions actinométriques et météorologiques d’Erevan, pour l’ECS du microdistrict du système d’alimentation en chaleur avec CCS et NSC + TN, les coûts indiqués sont équivalents, mais en ce qui concerne les économies de carburant, le système avec HCK + TH est bien inférieur au système avec CCS.

3. Un système d'alimentation en chaleur avec NSC + TH et une batterie au sol peuvent fournir de l'eau chaude au microdistrict pendant les mois d'hiver, ainsi que du froid au microdistrict ou à d'autres consommateurs avec une production combinée de chaleur et de froid, ce qui augmentera considérablement les performances énergétiques de ce système.

4. Les indicateurs d'un système avec NSC + TH et un bassin ou une piscine «solaire» peuvent être beaucoup plus élevés qu'avec d'autres systèmes de chauffage solaire en raison des faibles investissements en capital dans le système et de sa capacité à fonctionner en hiver.

Littérature

Petrosyan A.L. L'utilisation de l'énergie solaire et des pompes à chaleur pour chauffer des bâtiments résidentiels. Sam scientifique Actes de l'université d'architecture et de construction d'Erevan. Volume 2. 2003. P. 122-124.

Beckman W., Klein S., Duffy J. Calcul du système de chauffage solaire. M.: Energoizdat, 1982. S. 80.

Devochkin M.A. etc. Calculs techniques et économiques dans le secteur de l'énergie au stade actuel. Nouvelles des universités. Énergie. Minsk, 1987. N ° 5. S. 3-7.

MT 34-70-010-83. Méthode de détermination des émissions brutes de substances nocives dans l'atmosphère provenant des chaudières de centrales thermiques. Soyuztekhenergo. M., 1984. page 19.

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Pompes à chaleur et systèmes solaires

Avons-nous besoin de pompes à chaleur et de systèmes solaires?

En d’autres termes, toutes sortes d’astuces pour obtenir de l’énergie gratuite.

Pour cette énergie nous avons
trois façons:

  • la chaleur de la terre
  • rayonnement solaire
  • énergie éolienne

Est-il économiquement intéressant d’obtenir
une telle énergie? Et oui et non. C'est à dire la réponse est comme
généralement ne repose pas sur la surface.

Nous pouvons convertir le rayonnement solaire en électricité avec des panneaux solaires ou en chauffant avec des capteurs solaires.

Panneaux solaires.

À partir de la batterie solaire (sur le marché actuel), nous pouvons obtenir 130 watts par mètre carré. Le coût par mètre carré de panneau solaire est de 10 000 roubles. Pour obtenir 1 300 watts et avoir le temps de chauffer la chaudière de 200 litres par jour, nous aurons besoin de 10 m². et 100 mille roubles pour l'achat de panneaux. En outre, 20 à 30 000 pour les contrôleurs, les onduleurs, les batteries et 30 à 50 000 pour l’installation de toute cette économie.

Selon les calculs les plus approximatifs, nous pouvons avoir une moyenne de 15 kWh (10 heures de travail par journée ensoleillée) pendant six mois (en hiver, le rendement diminue) 1 500 watts se multiplient par dix heures, nous obtenons 15 kWh par jour. Pour un semestre, ce sera 15 * 180 = 2700 kWh 4rub par kWh Notre bénéfice sera de 2700 * 4 = 11 mille roubles, malgré le fait que ce soit une prévision très optimiste.

Les coûts d’installation, d’achat d’équipement et les coûts d’exploitation suggèrent que le projet sera remboursé au plus tôt dans 15 à 17 ans. En d'autres termes - pas intéressant. Il est nécessaire d’attendre ou lorsque le prix de l’électricité augmentera ou lorsque les piles solaires deviendront moins chères.

Le fait qu’en Égypte, ils vont construire une immense centrale solaire et en Bavière, d’énormes surfaces ensemencées en panneaux solaires ne doit pas vous induire en erreur. Certains sont pleins de sable et de soleil, d'autres ont de grands avantages pour la préservation de l'environnement.

Éoliennes.

L'énergie éolienne n'est pas facile à calculer. Mais certaines conclusions peuvent être tirées:

L’effet économique de l’énergie éolienne reçue sur les coûts d’équipement et d’exploitation n’est pas très élevé.

Le coût estimatif de l'équipement d'un moulin à vent de kilowatt dépassera les 500 000 roubles et vous devez encore attendre le vent, qui n'est pas trop à la latitude de Moscou. La vitesse annuelle moyenne du vent est de 2,3 m / s, selon certaines données, jusqu'à 4 m / s. La production d'énergie réelle d'une éolienne de 1 kW à la latitude de Moscou ne dépassera pas 2000 kWh par an, l'effet est estimé à 8 000 roubles.

Au prix de l'installation et de l'équipement, il n'est pas nécessaire de parler de retour sur investissement.

L’énergie éolienne doit pour le moment être laissée à ceux qui ont réussi à vivre loin des réseaux électriques centraux.

Selon les calculs les plus approximatifs, nous pouvons avoir une moyenne de 15 kWh (10 heures de travail par temps ensoleillé) pendant six mois (en hiver, l'efficacité diminue), nous multiplions par 1 500 watts par 10 heures - nous obtenons 15 kWh par jour.

Capteur solaire.

Capteur solaire - appareil plus efficace. Mais son application est également limitée par les conditions et les tâches.Une telle installation ne permet pas de chauffer à la latitude de Moscou.

Exemple: une maison d’une superficie de 180 à 200 mètres carrés. La zone chauffée de 120 mètres carrés, perte de chaleur de 80 watts / m2, 5 personnes vivent en permanence. Un système de cinq capteurs à vide et un réservoir de stockage de 300 l fournit un besoin annuel:

  • 75% d'eau seulement
  • alimentation en eau et chauffage 15%

Le problème est que nous avons besoin de chauffage principalement en hiver et que le soleil est généreux avec de la chaleur, surtout en été. L'équivalent économique de 15% du coût de chauffage d'une maison de 20 000 kWh sera de 20 000 * 0,15 = 3 000 kWh; pour quatre roubles, cela ne représente que 12 000 roubles.

Le coût de l'équipement et de l'installation, même sans coûts d'exploitation, dépasse le délai de récupération de 20 ans. C'est encore une fois pas intéressant.

Mais pas si mal. Il existe un domaine d'application efficace des centrales solaires à la latitude de Moscou.

C'est le cas lorsque vous avez une piscine extérieure et que vous souhaitez l'utiliser depuis mai. Ensuite, l'installation des cinq capteurs vous fournira 99% d'eau chaude dans la maison et l'excès de chaleur sera évacué vers la piscine chauffée. Chauffer simplement l’eau du système d’alimentation en eau, sans piscine extérieure, est très gênant - qu’il soit sous-chauffé ou surchauffé. Et si le premier problème est mineur, le deuxième problème doit être résolu. Et c'est un problème supplémentaire.

Il découle de ce qui précède qu'il est raisonnable d'adapter le capteur solaire à l'eau chaude tout en chauffant simultanément quelque chose à l'extérieur de la maison. Il existe une autre option, mais plus à ce sujet ci-dessous.

Pompe à chaleur.

La pompe à chaleur est un autre moyen d'obtenir de l'énergie gratuite. L'incitation économique à son utilisation - l'énergie thermique résultante est supérieure à l'énergie électrique dépensée. Différentes sources indiquent différents facteurs: généralement 3-4, parfois 5-6. les derniers chiffres semblent fantastiques, comme le fait qu'il y ait des chaudières, qui ont un rendement de 107%. Une sorte de machine à mouvement perpétuel dans la performance de la pièce. Un score de 3-4 semble plus plausible, bien qu'il y ait des doutes ici.

Supposons que nous devions dépenser 20 000 kWh pour chauffer une maison. Dans ce cas, nous paierons 80 000 roubles par saison au réseau électrique avec un seul tarif journalier (pour faciliter le comptage). Si nous utilisons une pompe à chaleur pour le chauffage et obtenons la chaleur avec un facteur de 3., nous devons dépenser 7 000 kWh et les payer pour 28 000 roubles. les économies seront de 52 000 roubles par an. Dans le même temps, il faudra payer plus d’un million de roubles pour l’équipement et l’installation, pour le forage d’un puits. La période de récupération notoire s’échelonne à nouveau sur vingt ans. Il convient de noter que le coefficient 3 est très, très improbable.

Alors, quand est-il encore utile d'utiliser des capteurs solaires, des pompes à chaleur, des panneaux solaires? La réponse, pas cette fois, est simple - lorsque vous n’avez pas la possibilité de vous connecter à des réseaux centraux d’électricité ou de gaz. Mais dans ce cas, l’installation d’une chaudière diesel ou à pellets coûtera de toute façon moins cher. Mais! Une partie des fonds peut être affectée à la négligence et au progrès, d’autant plus que nous ne savons pas avec quelle rapidité le carburant diesel va monter et s’il ya suffisamment de fonds pour tous les peletas. Peut-être que dans quelques années, les sources de chaleur alternatives deviendront les principales...

Parlons maintenant de l’utilisation du capteur solaire. L'option consiste à partager une pompe à chaleur et un capteur solaire. Le fait est qu'avec la pose horizontale du circuit d'eau glycolée de la pompe à chaleur, le sol gèle autour du circuit. Et compte tenu de sa profondeur, nous risquons d’avoir du pergélisol sur le lieu de la ponte pendant toute l’année. Le capteur solaire, dans ce cas, aidera à dégivrer la terre et même à la charger de chaleur pour la prochaine saison d'hiver. Cela sonne bien, mais dans le rouge, comme d'habitude, le coût initial.

Assez budget semble l'installation d'une pompe à chaleur dans le cas où vous n'avez pas besoin de creuser le sol. Si vous avez la chance d'avoir une rivière ou un lac près de chez vous et s'il n'y a pas de gaz principal. Dans ce mode de réalisation, nous avons l'installation de la pompe sans excavation et un coefficient stable pendant toute la période de chauffage.

  • Si vous n'êtes pas assez chanceux pour avoir assez d'énergie électrique...
  • S'il n'y a pas de gaz principal et si ce n'est pas prévu...
  • Si vous êtes effrayé par le réservoir d'essence enterré sur votre site.
  • Ou existe-t-il d'autres raisons d'utiliser des alternatives aux sources d'énergie traditionnelles?

Alors et seulement alors!

Appel Nous sélectionnerons pour vous une option de chauffage appropriée qui protège l'environnement.

Capteurs solaires et pompes à chaleur

Sources de chaleur alternative. Capteurs solaires

Les questions d'économie d'énergie et de ressources ont été récemment soulevées de plus en plus souvent. Jusqu'à récemment, les besoins fondamentaux en énergie de l'humanité étaient satisfaits en brûlant diverses ressources, dont la plupart sont non renouvelables. Tout d’abord, il s’agit bien entendu du pétrole, du gaz, du charbon et de l’uranium. La seule exception est peut-être l'hydroélectricité. Mais les centrales hydroélectriques ne peuvent pas satisfaire tous les besoins et le développement de l’énergie nucléaire est maintenant une grande question. C’est donc un homme paradoxal: tout le monde est d’accord avec l’idée que brûler du carburant est mauvais pour l’environnement, mais peu de gens sont prêts à réduire leur consommation au détriment de leur propre confort. Dans le même temps, on parle depuis plusieurs décennies de l’épuisement des réserves d’hydrocarbures. Parfois, des termes spécifiques sont également appelés, mais le premier d’entre eux est déjà passé. Néanmoins, le carburant et l’énergie deviennent de plus en plus coûteux, et il n’ya pas de tendance à l’inverse.

Dans toute maison, les principaux coûts énergétiques concernent le chauffage et l’eau chaude, le reste, le travail des appareils électriques. Il est possible de réduire la consommation d'électricité, les appareils de chaque nouvelle génération sont beaucoup plus économiques que leurs «ancêtres». Le chauffage est plus compliqué. Pour réduire les coûts, il faut tout un ensemble de mesures coûteuses visant à réchauffer le logement. L'augmentation du coût du carburant oblige de plus en plus à faire attention aux sources alternatives, qui n'étaient pas utilisées auparavant en raison de l'exotisme, de la complexité et des prix élevés. Toutes ces sources peuvent être divisées en deux groupes: le premier, par exemple les éoliennes et les panneaux solaires, produit de l’électricité, le second recueille l’énergie thermique, qui «se vautre sous nos pieds» et nous tombe dessus du ciel. Il comprend les stations solaires et les pompes à chaleur.

Capteur solaire De Dietrn installé sur le toit de la maison

Chacun de ces groupes a sa propre «zone de responsabilité». L'énergie reçue du panneau solaire et même d'une éolienne est à peine suffisante pour le chauffage, et il ne sera pas possible de convertir la chaleur de l'eau en courant électrique avec une efficacité notable non plus. Les installations génératrices d'électricité ne sont pas économiquement justifiées dans toutes les régions, contrairement aux systèmes de «chauffage alternatif», qui peuvent être utilisés presque partout avec un haut degré d'efficacité. Aujourd'hui, dans de nombreux pays d'Europe et aux États-Unis, ces systèmes génèrent une part assez importante d'énergie thermique et ce marché se développe très rapidement. L'avantage de tels dispositifs est le faible coût de l'énergie, la sécurité environnementale et l'absence d'émissions nocives, ainsi qu'une autonomie partielle ou même totale.

Capteur solaire Stiebel Eltron,
monté sur le toit d'une maison

Capteurs solaires

Centrales solaires, c.-à-d. les dispositifs permettant d’obtenir de l’énergie solaire peuvent être divisés en panneaux solaires générant de l’électricité et en capteurs pour chauffer l’eau. Malgré toutes les astuces de conception, l'efficacité de la batterie solaire n'est toujours pas très élevée. La situation changera probablement à l'avenir, mais jusqu'à présent, on y a eu très rarement recours. Mais avec l'aide d'un capteur solaire, il est tout à fait possible de collecter une quantité de chaleur non négligeable et presque gratuite.

Le capteur solaire Buderus installé sur le toit de la maison

Le collecteur à écran plat ou à écran plat est une boîte recouverte de verre. A l'intérieur, il y a une bobine - un tube de cuivre incurvé sur lequel sont soudées les plaques absorbantes. Peut-être une structure plus complexe sous la forme de tubes parallèles. Ceci est fait pour réduire la résistance qui se produit lors du passage du liquide de refroidissement. Le soleil chauffe les plaques, celles-ci transfèrent la chaleur dans le tube et ensuite dans le fluide qui y circule. La conception est simple, mais une partie de l'énergie se dissipera inévitablement dans l'air ambiant en raison de la convection. Pour collecter le maximum d'énergie, il est nécessaire de prévoir autant d'absorption de chaleur que possible sur les plaques absorbantes et de réduire les pertes de chaleur dans le panneau même. Il est bien connu que les corps noirs absorbent mieux la chaleur, mais l’utilisation d’une peinture ordinaire ne donne pas de bons résultats.

Capteur solaire Bosch

Capteur solaire Bosch

Optimisation du système solaire Bosch lors de la préparation de l'eau chaude et du chauffage.

Souvent utilisé revêtement sélectif des absorbeurs, ce qui empêche la perte d'énergie par convection. Le fond de la boîte est rempli d’isolant - une couche de laine minérale. Leurs exigences sont imposées sur le verre. Il doit être suffisamment fort, c'est-à-dire épais, pour résister à la grêle. En même temps, il devrait être aussi transparent que possible, et au contraire, le plus mince sera le mieux. La qualité du traitement de surface est également importante. On utilise généralement du verre optique trempé dans lequel la teneur en métal est minimisée. Son coefficient de transmission lumineuse dépasse 90%. À titre de comparaison, avec des vitres ordinaires, ce coefficient peut être d’environ 80 à 85%. Chaque pourcentage supplémentaire est important ici, car toute l’énergie retenue par le verre n’atteint pas l’absorbeur et disparaît en vain.

Capteur solaire Vaillant auroStep plus sur le toit de la maison

Se débarrasser complètement des pertes de convection dans un collecteur plat ne réussira pas. Quoi qu'on en dise, l'absorbeur donnera une partie de l'énergie «à la rue», dans l'air. Dans la plupart des cas, cela doit être réconcilié, même si les fabricants ont recours à diverses astuces pour minimiser les pertes. Dans les modèles modernes, l'affaire est soigneusement scellée. Cela empêche la pénétration de poussière et d'humidité, augmente la résistance à la corrosion des éléments et empêche la formation de condensation sur la surface interne du verre. Le condensat, conformément aux lois de la physique, tombe le matin et empêche le passage de la lumière solaire. Dans l'après-midi, bien sûr, il s'évaporera, mais avant cela, le panneau ne fonctionnera pas pleinement.

Collecteur solaire plat Bosch

Parfois, le corps est rempli d'argon inerte. La conductivité thermique de l'argon est plus basse, ce qui signifie que les pertes diminuent encore. Les pertes convectives augmentent inévitablement avec la diminution de la température ambiante. Aux températures négatives, l'efficacité des capteurs à plaques planes est faible: le soleil est généralement un peu, et la majeure partie de la chaleur collectée sur l'absorbeur sera gaspillée dans l'air. Le moyen de se débarrasser de telles pertes est simple: vous devez éliminer l'air.

Collecteurs à vide

Pomper de l'air à partir d'une boîte plate n'a aucun sens, la conception sera trop fragile. Par conséquent, des éléments en verre tubulaires disposés en parallèle et assemblés dans un module sont utilisés dans les capteurs à vide. Les tubes sont fabriqués sur le principe d'un thermos et sont fabriqués en verre optique de haute qualité. L'intérieur du tube est parfois coupé ou en forme de U. Bien entendu, comparés aux écrans plats, ces modules sont plus compliqués et plus coûteux, mais les collecteurs sous vide captent la chaleur environ 1,2 à 1,4 fois plus, fonctionnent bien en hiver et peuvent également recevoir de l'énergie de la lumière diffuse et réfléchie temps nuageux et neige neige). Il existe différentes conceptions de modules: dans des tubes simples à remplacer, s’ils sont endommagés, il est nécessaire de drainer le liquide de refroidissement du système, des modules plus complexes peuvent être remplacés à la volée. Collecteurs à vide à flux direct. Un tube de cuivre coaxial avec une plaque absorbante soudée est installé à l'intérieur de l'ampoule en verre. Le liquide de refroidissement froid circule dans la partie interne du tube, à son extrémité dans le circuit externe, s'échauffe, dans la conduite principale du module, puis dans la ligne commune. Collecteurs à vide avec le principe du "caloduc". L'ampoule de verre est la même, mais le principe de fonctionnement est complètement différent. Un caloduc en cuivre ou en verre scellé contient une petite quantité de fluide caloporteur: eau, antigel ou ammoniac. Pour réduire le point d'ébullition, une partie de l'air peut être pompée hors du tube. Une extrémité du tube est sortie et insérée dans l'échangeur de chaleur. Le liquide de refroidissement chauffé bout, la vapeur monte vers le haut, transfère la chaleur à l'eau, se condense et revient. C’est la conception la plus avancée sur le plan technique, mais il est très simple de remplacer des tubes si nécessaire. La seule restriction est que de tels collecteurs ne peuvent pas être installés horizontalement, la ligne de collecte doit être au-dessus des tuyaux.

Eléments d'héliosystème

Les modules de capteurs peuvent être installés sur un plan horizontal ou vertical, montés sur le toit ou intégrés dans celui-ci. Pour ce faire, vous avez besoin de différents types de fixations fournies séparément par les fabricants. Les modules du même type permettent la connectivité à la «batterie». Lors de l'installation, une attention particulière doit être portée à l'emplacement des modules. Il est clair que le travail le plus efficace consiste à faire tomber les rayons du soleil sur une surface strictement perpendiculaire. En principe, il est possible que de tels développements existent pour créer un dispositif de suivi développant les modules, mais ces solutions ne sont pratiquement jamais utilisées: le coût de l'équipement sera supérieur à celui de l'ensemble du système solaire. Il faut tenir compte du fait que le soleil se lève plus bas en hiver qu'en été, ce qui signifie que l'angle d'inclinaison optimal des modules est différent. Dans les zones septentrionales, elles peuvent être placées verticalement et capturer les rayons réfléchis par la neige. Si un ou cinq modules suffisent pour fonctionner, ils sont généralement connectés en série, les uns après les autres. Avec l'installation simultanée d'un grand nombre de modules, il est possible de connecter en parallèle des parties séparées du système afin de réduire les pertes sur la résistance à l'écoulement du liquide de refroidissement. Les capteurs solaires font eux-mêmes partie du système, et non le plus coûteux. Pour fournir de l'eau chaude, un réservoir de stockage calorifugé avec des dispositifs de surveillance et de contrôle est nécessaire.

Dans les systèmes à circuit unique, l'eau consommée par la suite dans le réservoir entre dans le collecteur. Avantages - simplicité, rendement élevé, inconvénients - exigences accrues en matière de pureté et de dureté de l’eau, de formation de tartre et de corrosion par l’oxygène dissous. De plus, en hiver, l'eau peut geler et endommager l'installation.

Dans les systèmes à double circuit, un circuit de refroidissement séparé est utilisé. Celui-ci transfère l'énergie à l'eau à l'aide d'un échangeur de chaleur, généralement un serpentin, intégré au réservoir. En règle générale, utilisez un antigel spécial à bas point de congélation comme liquide de refroidissement. Les avantages sont une fiabilité et une durabilité élevées du système, une résistance élevée à la corrosion et l'absence de dépôt de sel dans le circuit. L’inconvénient est que l’efficacité du travail diminue légèrement et qu’un remplacement périodique de l’antigel est nécessaire tous les cinq à sept ans.

En outre, il existe des systèmes à circulation naturelle (thermosiphon), lorsque le liquide de refroidissement chaud monte dans un réservoir situé au-dessus du collecteur, et des systèmes à circulation forcée, dans lesquels une petite pompe est intégrée au circuit. De plus, selon le type de remplissage en liquide de refroidissement, il existe des systèmes de remplissage constant et de vidage automatique. Dans le premier cas (avec un système à double circuit), un réservoir à membrane est ajouté à la structure, compensant ainsi la dilatation thermique, et une vanne pour éliminer l'air du système. Dans les collecteurs à purge automatique, le volume du circuit est supérieur au volume du liquide de refroidissement. Lorsque la pompe du circuit solaire est éteinte, le liquide du capteur est drainé dans le réservoir. Ce type de système est particulièrement pratique pour les occupations occasionnelles: le liquide de refroidissement dure plus longtemps. L'ensemble du système est contrôlé par un contrôleur qui contrôle les pompes de circulation et les éléments chauffants. Souvent, la plupart des éléments du système sont assemblés avec le réservoir, ce qui simplifie l’installation et la maintenance. Des capteurs de température sont installés sur le collecteur et à l'intérieur du réservoir. Le système s'allume lorsque la température du liquide de refroidissement dans le collecteur commence à dépasser la température de l'eau dans le réservoir. Il est clair que si le liquide de refroidissement est plus froid que l’eau, il est insensé d’allumer la circulation. Parfois, il y a d'autres capteurs qui mesurent la température dans la pièce et dans la rue. Dans les installations modernes, le contrôleur est un dispositif électronique complexe qui vous permet de travailler sur différents programmes. Afin d'obtenir plus de chaleur et de ne pas dépendre du temps ensoleillé, les réservoirs sont équipés de systèmes de chauffage supplémentaires: avec un chauffage, et parfois avec plusieurs circuits pouvant être exploités à partir d'une chaudière ou d'une pompe à chaleur. Il y a un autre avantage intéressant. Pendant la journée, le flux d’énergie principal proviendra du collecteur et, la nuit, un chauffage électrique supplémentaire pourra être nécessaire. Lors de l'utilisation d'un compteur multi-tarif, l'eau chaude sera disponible à tout moment de la journée et les coûts en électricité seront considérablement réduits.

Pompes à chaleur

L'énergie peut être obtenue non seulement directement du soleil. Il y a beaucoup plus près de nous des sources de basse température, à savoir l'air, l'eau et le sol. Un appareil appelé pompe à chaleur aidera à prendre de l'énergie. Ces installations sont plus compliquées et plus coûteuses que les capteurs solaires, mais elles sont plus efficaces et capables de capter l’énergie thermique de l’environnement, quelles que soient les conditions météorologiques. Le principe de fonctionnement est assez simple: le liquide de refroidissement circule dans l'installation, y est refroidi de plusieurs degrés et l'énergie qui en résulte peut être utilisée pour chauffer de l'eau et chauffer les pièces. L'élément principal du système est la pompe à chaleur intérieure elle-même. Le plus souvent, pour expliquer son principe d'action, ils utilisent la métaphore du «réfrigérateur opposé». Le fréon est distribué dans le circuit de pompe - un liquide à bas point d'ébullition. Dans l'évaporateur, le fréon se transforme en vapeur et capte la chaleur du liquide de refroidissement du circuit externe du système. Ensuite, la vapeur est comprimée par le compresseur, tandis que sa température augmente. La vapeur comprimée chaude pénètre dans le condenseur, transfère la chaleur à l'échangeur de chaleur, qui se connecte aux systèmes de chauffage et d'eau chaude, et redevient liquide. En outre, en raison de la chute de pression, le fréon traverse le papillon des gaz et entre de nouveau dans l’évaporateur, après quoi le cycle se répète. Parfois, au lieu de chauffer de l’eau, l’air est utilisé, c’est-à-dire que l’air sert de caloporteur. Le boîtier des pompes installées dans la pièce dispose d'une isolation phonique et vibratoire fiable du compresseur et fonctionne de manière quasi silencieuse. Comme déjà mentionné, les sources d'énergie peuvent être l'air, l'eau ou le sol. En conséquence, toutes les pompes appartiennent à trois catégories. Nous ne mentionnerons pas séparément les pompes dans lesquelles l’air agit en tant que liquide de refroidissement chaud, nous ne le ferons pas: le principe du système est le même et la part de marché est petite.

Schéma de fonctionnement de la pompe à chaleur eau glycolée. Les collecteurs de sol sont utilisés comme échangeur de chaleur.

"Air-eau". De par leur principe de fonctionnement, ces pompes sont similaires aux climatiseurs. Ils sont relativement peu coûteux, faciles à installer. Ces pompes, comme les climatiseurs, sont produites dans les versions "mono" ou "split". Les monoblocs peuvent être montés à l'extérieur du bâtiment, tout en économisant de l'espace et en résolvant le problème du bruit. Lorsqu'il est installé à l'intérieur, le monobloc reçoit et renvoie l'air extérieur à travers les flexibles. Le système divisé utilise deux unités: extérieure avec ventilateur et évaporateur et interne avec condenseur et contrôle automatique. Le compresseur peut être situé dans l'une des unités. L'inconvénient est le travail médiocre en hiver: plus l'air est froid, plus il est difficile de lui prendre de l'énergie. Lorsque la température de l'air est inférieure à dix à vingt degrés de gelée, la pompe cesse presque de fonctionner. L’installation d’une telle pompe dans le système de ventilation de la maison présente un certain intérêt. L'air sortant a une température de l'ordre de 15-25 ° C, il est possible d'utiliser cette chaleur, bien qu'il ne soit pas nécessaire d'attendre une performance importante.

Schéma de fonctionnement de la pompe à chaleur eau glycolée. Les sondes de sol sont utilisées comme échangeur de chaleur.

"Eau-eau". Même en hiver, la température de l'eau dans les réservoirs est de 4 ° C et dans les puits, elle est encore plus élevée, c'est-à-dire Les pompes qui utilisent de l’eau comme liquide de refroidissement peuvent fonctionner en présence de gel. Le liquide de refroidissement est alimenté par une pompe conventionnelle, sa source pouvant être un étang, une rivière ou un puits. Les eaux usées sont rejetées dans le même plan d'eau ou dans le puits adjacent. En termes d'efficacité énergétique, ces pompes sont les plus économiques, un peu plus compliquées que les pompes à air, mais elles présentent également des inconvénients. Le débit d'eau approximatif requis pour une petite maison est de plusieurs mètres cubes par heure. Loin l'un de l'autre, il y a un réservoir. Utiliser des puits n’est vraiment pas dans tous les cas. Le sol doit être suffisamment perméable pour assurer un renouvellement rapide de l'eau dans la production et des niveaux inférieurs dans les puits d'injection. En règle générale, la différence de hauteur recommandée entre la pompe à chaleur et le miroir source n’excède pas 15 à 20 m, ce qui entraîne une augmentation des coûts de pompage. L'eau externe contient généralement des impuretés, de sorte que des mesures sont nécessaires pour son traitement préalable. Périodiquement, le circuit de l'échangeur de chaleur primaire doit être nettoyé. Il ne faut pas oublier la protection du système en cas de gel possible de l'eau en hiver.

"Saumure-eau". Le sol est la source d’énergie thermique la plus stable, qu’elle reçoit du soleil et du centre de la Terre. L'influence du soleil sur la température du sol est ressentie à des profondeurs allant jusqu'à 6–8 m, à un niveau inférieur à 10 m, sa température est presque constante, ne dépend pas de la saison et augmente progressivement avec la profondeur. Bien entendu, le sol «apporter» à la pompe ne fonctionne pas, la sélection est effectuée à l'aide d'un liquide de refroidissement (le plus souvent de l'antigel glycolique) s'écoulant à travers des tuyaux en plastique ou en métal-plastique posés plus épais. Ces pompes appartiennent à des systèmes fermés et, malgré leur coût élevé, occupent la majeure partie du marché. Une fois installé, le circuit peut servir au moins des centaines d’années. L'échangeur de chaleur dans de tels systèmes peut être de deux types.

Pompe à chaleur Stiebel Eltron dans la chaufferie

Collecteur horizontal. Les tuyaux posés sur une grande surface et une profondeur relativement petite, de l’ordre de un à trois mètres, sont utilisés comme contour principal de l’échange de chaleur. En fonction des caractéristiques du sol et du relief de la zone sélectionnée, le schéma d'installation est sélectionné: zigzag, boucles, serpents, spirales horizontales ou verticales de formes différentes. Généralement, plusieurs circuits connectés en parallèle et connectés à un collecteur de distribution commun sont utilisés. Afin de ne pas gaspiller de l'énergie lors du pompage de fluide dans tout le système, une partie des circuits peut être bloquée par temps chaud. Pour les capteurs horizontaux, la principale source de chaleur est le rayonnement solaire. Par conséquent, pour une évacuation efficace de la chaleur, la zone sous laquelle se trouve le capteur ne peut ultérieurement être utilisée que comme une pelouse ou un gazon. Il est impossible de l'ombrager avec des arbres ou même de mettre des structures. La taille d'une telle pelouse peut être deux à trois fois supérieure à la surface chauffée de la maison, ce qui n'est pas toujours acceptable. S'il y a un réservoir approprié à proximité, il est préférable de placer le capteur dans l'eau.

Pompe à chaleur eau glycolée Buderus

Sonde de sol verticale. Les tubes de l'échangeur de chaleur sont descendus dans le puits de grande profondeur. Le coût des travaux augmente avec la profondeur des forages, de sorte qu'ils préfèrent généralement forer plusieurs profondeurs allant de 50 à 100 m.Le forage coûte plus cher que les travaux d'excavation à ciel ouvert pour l'installation d'un collecteur horizontal, mais l'empreinte au sol est minimale et la température de calcul du sol est légèrement supérieure. Il fait 7-10 ° C, en fonction de son type, et donc, la longueur estimée du pipeline diminue. Le type de sonde en forme de U est le plus souvent utilisé: deux boucles de tuyauterie sont abaissées à fond dans le puits, moins souvent l’autre est leur nombre. Il est également possible de choisir un arrangement coaxial: mais la «saumure» interne du tuyau, à l’aide d’une pompe de circulation, est alimentée et monte vers l’évaporateur par l’intermédiaire d’un ou de plusieurs externes. Ensuite, le puits avec les tuyaux est rempli avec un mélange de ciment, ce qui assure un échange de chaleur stable et une protection des tuyaux. Parfois, au lieu de forer des puits, vous pouvez obtenir des pieux, sur lesquels une structure est placée avec des sondes pré-remplies. Bien entendu, cette option n’est possible qu’avec la nouvelle construction.

Efficacité de la pompe à chaleur

De nombreuses pompes ne servent pas uniquement à produire de la chaleur, mais fonctionnent également en mode inverse, refroidissant la pièce par temps chaud, bien que cela nécessite un équipement supplémentaire. Pour déterminer l’efficacité du recours à la comparaison avec les systèmes traditionnels, c’est-à-dire chaudières thermiques et réfrigération. Le rapport de transformation indique la quantité de chaleur produite par la pompe par kilowatt d'électricité consommée et dépend de plusieurs paramètres. Plus la différence de température dans le circuit primaire et entre celui-ci et le liquide chauffé est faible, plus elle est élevée. Généralement, le liquide de refroidissement à basse température dans le circuit de la pompe à chaleur réduit sa température de 3 à 5 ° C. Il n'est pas rentable de sélectionner plus de chaleur, il est moins coûteux d'augmenter le volume pompé du liquide de refroidissement.

Pompe à chaleur eau-à-eau Vaillant geoTherm

Le liquide de refroidissement à haute température peut chauffer jusqu'à 50-60 ° C, et dans de nombreux cas, une température de 35 ° C suffit. Le rapport de transformation est écrit sous la forme: B0 / W50 ou, par exemple, A35 / W20. Les chiffres indiquent la température calculée dans les circuits primaire et de chauffage, les lettres - le type de liquide de refroidissement (des mots anglais "brine", "eau" et "atmosphère" - "saumure", "eau" et "air"). Ainsi, dans le premier cas, nous avons une pompe à chaleur eau glycolée / eau glycolée fonctionnant pour le chauffage et dans le second cas, une pompe à chaleur air-eau incluse dans le mode de refroidissement. Le rapport de transformation moyen des pompes air-eau est de 2,5–3,5 (A2 / W35), «eau-eau» - 5-6 (W10 / W35) et «eau glycolée-eau» - 4-5 ( BO / W35). Avec l'augmentation supplémentaire de la température de chaque degré, le coefficient diminue d'environ 2,5%.

Pompe à chaleur Stiebel Eltron dans la chaufferie

Autres équipements

La création d'un système complet permettant d'obtenir de l'énergie thermique à l'aide d'une centrale solaire ou d'une pompe à chaleur nécessitera plusieurs éléments supplémentaires. Le dispositif de réservoir de stockage pour le capteur solaire a été décrit ci-dessus. Les pompes à chaleur de différents fabricants ont des configurations et des schémas de câblage différents, qu’ils soient à circuit unique ou multiple (dans ce cas, on entend le nombre de circuits «chauds»), ils peuvent également être raccordés à leur propre réservoir de chauffage ou collecteur. L'antigel est généralement versé dans le circuit de chauffage du système autonome, le second circuit est utilisé pour l'alimentation en eau chaude. Le schéma spécifique est choisi en fonction des besoins, les différents éléments peuvent être basculés dans différentes combinaisons. Les dispositifs de protection et un contrôleur sont le plus souvent assemblés avec une pompe en un seul ensemble, mais les pompes de circulation, les réservoirs d’expansion à membrane des circuits fermés, les systèmes de chauffage supplémentaires, divers capteurs et autres équipements peuvent être littéralement "n'importe où", bien que la plupart d'entre eux soient néanmoins disposés dans le corps de pompe.

Récemment, des modules fournis séparément connectés au contrôleur sont apparus, permettant le contrôle à distance des systèmes via la communication mobile et Internet. De manière générale, le contrôleur et les dispositifs de contrôle de la pompe à chaleur sont plus compliqués que ceux des réservoirs de stockage des capteurs solaires. Cela est dû au fait que les collecteurs sont principalement utilisés pour préparer de l'eau chaude et que les pompes sont également utilisées pour le chauffage. Le collecteur n'interfère pas avec le partage de ces deux fonctions, mais la pompe à chaleur dépend beaucoup moins des conditions météorologiques. Ainsi, pendant la saison de chauffage, elle aura besoin de moins d'énergie fournie par d'autres sources. De plus, pour collecter la quantité d’énergie appropriée au chauffage, il faudra un nombre inutilement élevé de modules. Cependant, tout contrôleur moderne vous permet de programmer différentes températures et modes de fonctionnement, y compris les joints. Une des options intéressantes pour le mode de chauffage est antibactérien. Comme déjà mentionné, dans de nombreux cas, une température de 35 ° C est suffisante. C'est une valeur assez confortable, la consommation d'énergie lors de la préparation de cette eau est faible. Cependant, à cette température, toutes sortes de bactéries se reproduisent bien dans l'eau. De temps en temps, selon un programme prédéterminé, le contrôleur chauffe l'eau dans le circuit d'eau chaude sanitaire à 60–65 ° C. Le plus souvent, cela nécessite un chauffage supplémentaire, mais le temps de chauffage, et donc la consommation d'énergie pour la désinfection thermique, n'est pas trop longue.

Et le dernier élément, mais le plus important pour le consommateur, concerne les contours du système - les principaux dispositifs d’alimentation en eau chaude et / ou de chauffage. Nous ne mentionnerons pas particulièrement le premier - il s'agit des tuyaux, des mélangeurs, des éviers, du matériel de plomberie et éventuellement des pompes. En ce qui concerne les appareils de chauffage, la situation est plus intéressante. Les plus célèbres sont les batteries et les radiateurs. On peut dire que leur conception a été testée pendant des siècles, mais elle présente des inconvénients importants. Le chauffage de la pièce lors de l'utilisation de radiateurs est irrégulier, de plus leur taille est assez grande. Néanmoins, de tels dispositifs de chauffage sont souvent utilisés: leur installation est assez simple et leur installation est possible dans des maisons anciennes. Pour les systèmes autonomes, on utilise principalement des radiateurs en acier, en aluminium et bimétalliques. La fonte classique a une grande inertie thermique et n'est pas aussi efficace. Le principal inconvénient est que, pour que le radiateur fonctionne, le liquide de refroidissement dans le circuit doit être chauffé à une température élevée, entre 50 et 60 ° C au moins, voire davantage. La pompe à chaleur est capable de produire une telle chaleur, mais son efficacité diminuera. Récemment, les systèmes de chauffage à basse température, le chauffage par le sol, sont devenus de plus en plus populaires. Nous sommes intéressés par les variétés liquides, et électriques, avec un câble chauffant, essentiellement rien (sauf une forte consommation d'énergie) ne diffère d'eux. Ces systèmes de chauffage sont installés lors de la construction ou de la révision du bâtiment. Un isolant thermique est placé sur le sol et un méandre est placé sur celui-ci - un tuyau solide en plastique ou en fibre de verre courbé par des boucles. Après le système de chauffage est coulé chape. Un thermostat séparé et des capteurs de température et de surchauffe peuvent être connectés à chaque circuit. La température optimale pour un sol chaud ne dépasse pas 35 ° C, il n'est plus nécessaire. De plus, lorsque chauffée à 40-50 ° C, la chape commence à s'effondrer. L'utilisation d'un plancher chauffant par rapport aux radiateurs permet d'économiser de l'énergie et de l'espace utilisable, ainsi qu'un chauffage plus confortable et plus rapide: l'air chaud circule de bas en haut dans toute la zone chauffée. L'inconvénient est qu'en plus de son coût élevé, l'installation nécessite du personnel qualifié et des calculs complexes à l'aide de programmes spéciaux.

Caractéristiques du calcul des systèmes de chauffage autonomes

Un calcul complet du système ne peut être effectué que par un spécialiste: trop de facteurs différents doivent être pris en compte. À cette fin, des programmes informatiques appropriés ont été développés. Cependant, un calcul préliminaire peut en réalité être effectué indépendamment. Les équipements thermiques peuvent fonctionner en mode monovalent ou bivalent. Dans le premier cas, même les jours les plus froids, sa puissance devrait dépasser la consommation d'énergie requise. En pratique, ce mode est rarement utilisé: le prix des équipements augmente et, la plupart du temps, il fonctionne en vain. En mode bivalent ou monoénergie, une partie de l’énergie provient d’autres sources: chaudières thermiques de différents types ou radiateurs électriques. En pratique, il est optimal que 60 à 70% de la demande annuelle moyenne soit fournie par des capteurs ou des pompes à chaleur (ou par le besoin d’énergie pendant le séjour, si aucune opération n’est prévue pendant toute l’année).

Un problème typique ressemble à ceci. Il est nécessaire d'optimiser les coûts d'approvisionnement en eau chaude et en chauffage d'une petite maison séparée où il fait bon vivre toute l'année, l'eau et l'électricité étant disponibles. Les paramètres spécifiques de la maison et le nombre de personnes peuvent varier. Habituellement, on utilise traditionnellement des poêles ou des chaudières fonctionnant avec des combustibles liquides ou solides. S'il y a une chaudière à gaz, le problème est résolu tout simplement: notre gaz est toujours moins cher que l'énergie reçue de la pompe à chaleur. Mais, premièrement, l’essence n’est pas partout et le coût de sa connexion (s’il est vraiment possible) a récemment été comparable au prix d’une pompe. Et deuxièmement, même ici, vous pouvez économiser de l'argent en installant un capteur solaire, car le coût de la production d'énergie avec celui-ci est généralement proche de zéro: seule une énergie est nécessaire pour faire fonctionner une pompe de circulation. Bien que, dans nos conditions, en présence d'une chaudière à gaz, les solutions de rechange soient rarement envisagées: après tout, la centrale solaire devra être utilisée immédiatement et ne rapportera que dans des années. Lors du calcul de la consommation de chaleur dans une telle maison abstraite, deux composants sont pris en compte: l'eau chaude et le chauffage. La première valeur en cours d'année peut être considérée comme constante, la seconde est maximale en hiver et tombe presque à zéro en été, voire à une «valeur négative» (pour laquelle vous devez toujours dépenser une certaine somme): au lieu de chauffage, la climatisation est requise. Il est généralement supposé utiliser une station solaire pour la préparation d'eau chaude.

Il existe deux paramètres principaux: le nombre de capteurs et le volume du réservoir. Le volume est calculé au taux de 50-100 litres par jour et par résident. Le nombre de collectionneurs dépend de nombreux facteurs. Pour calculer, vous devez connaître l'intensité moyenne du flux d'énergie solaire dans une région donnée par mois. Tout d’abord, la quantité d’énergie en été est importante (en hiver, le débit chute plusieurs fois). Il est très économique de calculer de manière à ce que les capteurs d’été installés couvrent complètement les besoins en eau chaude. Pour le calcul, vous devez connaître l'angle d'installation des capteurs, leur orientation par rapport aux points cardinaux (de manière optimale, réglez le panneau strictement vers le sud, mais cela n'est pas toujours possible), la température requise de l'eau chaude dans le réservoir, le type de capteur et plusieurs autres caractéristiques et quantités. Après cela, vous pouvez choisir le nombre requis de panneaux.

Il semblerait que cela vaut la peine d’ajouter quelques panneaux de plus, puis, par temps froid, il est nécessaire de dépenser moins pour le chauffage supplémentaire? Tout n'est pas si simple. Outre le fait que les panneaux eux-mêmes et leur installation coûtent cher, il est nécessaire de prendre en compte que si le nombre de panneaux est pris "avec une réserve", en été, il est possible de faire bouillir le liquide de refroidissement directement dans ceux-ci (stagnation). Ce processus affecte négativement les ressources d'antigel et l'ensemble du système. Dans de tels cas, il est nécessaire de prévoir la possibilité de transférer l'excès de chaleur, par exemple vers la piscine, ou d'utiliser des systèmes auto-drainants, dans lesquels la stagnation est en principe exclue. Pour la bande intermédiaire, l'utilisation de stations solaires est justifiée six à sept mois par an, un panneau de 2 mètres suffit pour l'alimentation en eau chaude d'une ou deux personnes. Le chauffage avec des capteurs solaires dans la voie du milieu n’est pratiquement pas pratiqué. Trop peu d’énergie qu’ils peuvent accumuler dans le froid. Pour le chauffage, une pompe à chaleur est plus souhaitable et les capteurs peuvent être laissés avec le support du système et la majeure partie du travail en été. Lors du calcul du chauffage, il est supposé que la demande de chaleur du bâtiment est comprise entre 5 et 10 kW / 100 m. Le chiffre spécifique est spécifié en fonction de la région, des caractéristiques de conception du bâtiment lui-même et de son isolation thermique. Ensuite, sélectionnez le mode de fonctionnement. Monovalent rarement utilisé, le coût d'une telle pompe est considérablement augmenté. Pour les charges de pointe par temps froid, il est généralement possible de connecter un équipement supplémentaire, c.-à-d. travaillez en mode bivalent ou monoénergétique lorsque la pompe fournit 50 à 70% de l'énergie requise. Il tient également compte de la possibilité de couper périodiquement l'alimentation électrique (facteur multiplicateur de 1,2) et du coût de la préparation de l'eau chaude (0,1–0,3 kW par personne). A partir de ces données, la puissance de pompe requise est déterminée.

Pour les pompes air-eau, le coût d'installation est relativement faible. Lors du calcul des estimations pour l'installation d'une pompe eau à eau, il est nécessaire d'ajouter le coût du forage de puits et du matériel de pompage de l'eau. Mais, comme déjà mentionné, les pompes eau à eau ne sont pas applicables partout. En outre, le projet concernant leur utilisation doit être coordonné avec les départements concernés. Le plus souvent, pour un fonctionnement permanent, les pompes à eau glycolée sont préférables et leur coût d'installation constituera une partie importante de l'installation du circuit d'eau glycolée. Pour calculer la longueur des tuyaux de contour, il est nécessaire de prendre en compte la composition du sol. Pour les collecteurs de terre, la quantité de chaleur dégagée est de 10 à 35 W par mètre courant, plus précisément de 10 W dans les sols sableux, de 20 dans l'argile et jusqu'à 35 si le capteur passe dans des sols à forte teneur en humidité. La distance entre les tuyaux est supposée être comprise entre 0,7 et 1,2 m. Avec un mètre, les sondes de terre verticales peuvent être «retirées» davantage. Avec le schéma le plus courant, lorsque deux tubes en forme de U sont insérés dans un puits, la source de chaleur dans la première approximation est supposée être de 50 W / m. Les valeurs exactes ne seront reconnues que par forage. Le principe est le même: plus la roche est dense et humide, plus les performances d’élimination de la chaleur sont élevées. En règle générale, plusieurs sondes sont prises à une distance minimale de 5 à 6 m, tout en tenant compte du sens de déplacement des eaux souterraines, de sorte que l’eau refroidie d’une sonde ne passe pas dans les sondes suivantes. Théoriquement, une situation est possible lorsqu'une sonde de terre en hiver capte tellement la chaleur du sol qui l'entoure qu'elle n'a pas le temps de se remplir pendant l'été. En conséquence, l'efficacité de l'installation diminuera l'année prochaine. Des études sur ce sujet ont été menées. Il a été constaté que même avec un fonctionnement assez intensif, la chute de température du sol pour la première année est de 1 à 3 degrés, pour la seconde encore moins, et ensuite aucune diminution notable ne se produit. Si, en été, la pompe fonctionne comme un dispositif de refroidissement et que la pompe pompe de la chaleur dans le sol, la différence de température entre le sol situé près de la sonde et à une certaine distance de celle-ci devient très rapidement insignifiante. Afin de ne pas trop refroidir le sol, l'évacuation de chaleur autorisée du compteur de courant de la sonde ne doit pas dépasser 100 kWh / an. À partir de ces données, calculez la longueur des contours et le volume des travaux de terrassement, puis sélectionnez le diamètre requis des tuyaux et autres équipements requis, puis calculez le coût du projet. Comme vous pouvez le constater, le calcul n’est pas simple, le prix du travail est également élevé, mais la longévité déclarée des collecteurs d’eau salée est supérieure à cent ans. Cependant, pour accumuler des statistiques et vérifier l'exactitude de cette déclaration, vous devrez attendre au moins un siècle. À première vue, il peut sembler que le plaisir de se procurer de l’énergie thermique bon marché coûte cher. En pratique, il s’avère que les coûts initiaux ponctuels sont assez rapidement justifiés. La période de récupération des systèmes aux prix actuels de l'énergie est de 5 à 10 ans. La durée de vie peut être mesurée en dizaines et en centaines d’années. Pour les "réparations majeures", il suffit généralement de ne changer que certains composants, en particulier les pompes et les compresseurs.

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