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RAPPORT SIMSOL Installation de production d’eau chaude

sanitaire collective pour mobil home

AKNOUCHE Amine

BEDJA Walid

DRAME Daouda

2

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

3


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

4


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.

5


• 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.

6


• 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.

7


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 :

8


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.

9


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.

10


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.

11


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

12


- 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

13


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.

14


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.

15


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.

16


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

17


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.

18


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°)

19


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°)

20


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

21


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%).

22


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

23


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 :


(W/K) Volume ballon

solaire (L)

Débit pompe

(L/h) Production so-

laire (kWh) Productivité (kWh/m²/an)


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)


(W/K)

Volume ballon so-

laire (L)

Débit pompe

(L/h)

Production solaire (kWh)



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

24


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)


(W/K)

Volume ballon so-

laire (L)

Débit pompe

(L/h)

Production solaire (kWh)


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

25


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


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%).

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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.

rapport simsol - perso.esiee.frperso.esiee.fr/~dramed/files/rapport_simsol_ene4201a.pdf · le...

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