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2 septembre 2013 1 02 /09 /septembre /2013 19:49

J'ai enfin pu rédiger un rapport un peu détaillé sur l'installation de chauffage solaire.

Il est publié sur le site de l'association APPER solaire, qui m'a bien aidé à me lancer : compte_rendu_solaire

Ca ne s'arrètera surement pas là... Mais probablement pas encore cet hiver - que j'espère quand même un peu plus ensoleillé.

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3 mars 2013 7 03 /03 /mars /2013 11:56

Depuis la mi-février, avec le retour du soleil, les choses vont bien mieux. Plus besoin d'énergie d'appoint. Une belle journée suffit à chauffer la maison et à accumuler environ une journée de besoin, même pour des températures autour de 0 dehors. Comme le sol extérieur est bien refroidi, les pertes du plancher me semblent augmenter (l'isolation périphérique est très imparfaite), il est indispensable de le chauffer en permanence pour maintenir le confort. C'est pourquoi la température de la cuve de stockage n'a pas encore trop dépassé les 40°C.

La stratification fonctionne bien malgré la forme de la cuve. Je pense que les faibles débit d'entrée et de sortie de l'eau y sont pour quelque chose. L'EPDM d'étenchéité des parois (peu conducteur de chaleur comparé à l'acier des cuves de stockage habituelles) ne crée pas de flux d'eau susceptibles de mélanger les couches.

Le graphique suivant illustre les températures mesurées à différentes hauteurs dans la cuve.

cuve_sol1.gif 

Les courbes sont groupées par 2 car il y a 2 colonnes de capteurs, séparées d'environ 2,5 mètres, mais donnant des valeurs très proches qui confirment bien que l'eau forme des couches horizontales de température homogène.

Le plancher étant en fonctionnement permanent, il y a diminution régulière des températures des dernières couches (le tuyau est mobile, incliné selon la température souhaitée d'envoi de l'eau vers le plancher). L'eau est prélevée sur plusieurs couches car le tuyau est incliné et percé de nombreux orifices d'entrée, sur plusieurs mètres (ce sera peut-être modifié un jour).

A partir de 12h00 - car il y avait de la brume avant - les capteurs solaires entrent en action. L'eau est prélevée en bas de cuve (la plus froide), réchauffée par les capteurs, et placée en haut de la cuve. Le débit des capteurs est ajusté pour que la température d'arrivée de l'eau soit légèrement supérieure à celle de la couche présente en haut de cuve.

Il y a vraimment beaucoup de matière à analyser dans ces courbes. Je n'ai pas le temps de le faire actuellement et me satisfait simplement de voir que ça fonctionne plutôt bien. Nous n'aurons probablement plus besoin d'énergie de chauffage d'appoint, et donc un taux de couverture supérieur à 90%.Je ne désespère pas de faire mieux l'an prochain (et aussi d'améliorer le confort car on se contente de température parfois limites). Par exemple en ajoutant un film plastique devant les capteurs, faisant double vitrage et améliorant l'efficacité par faible ensoleillement (sous 200W/m², on ne récupère quasi rien actuellement).

Pour ceux que ça intéresse, je mets le fichier XL des mesures de début 2013 ici: link

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12 janvier 2013 6 12 /01 /janvier /2013 19:19

Il fait frais. Le soleil est encore trop souvent aux abonnés absents. Mes calculs étaient peut-être un peu optimistes. J'avais tablé sur environ 2kWh/jour/m² sur un plan vertical dans les pires mois (à partir des données météo de Valence, un peu extrapolées). On en a probablement moins de la moitié. Il parait que c'est propre au secteur, un peu humide, brumeux le matin et nuageux l'après midi... Dommage.

Donc la pompe à chaleur (PAC) tourne. Et la température du circuit froid diminue à force d'y prélever de la chaleur. Cela contribue d'une part à diminuer l'efficacité de la PAC, mais aussi à augmenter le risque de gel dans l'échangeur car j'utilise de l'eau (non glycolée) dans ce circuit. J'avais fixé un seuil de 8.5°C en amont de l'échangeur (donc environ 4.5°C en aval, car la PAC puise environ 1.2kW dans ce circuit, à 250 litres/heure - c'est à dire qu'elle refroidit l'eau de 4°C environ). J'y suis après une dizaine d'heures de marche, et la PAC s'arrête.

Comme l'air extrait de la maison passe à proximité (tout cela se passe dans le "vide sanitaire", qui est en fait une tranchée, et qui m'apparait de plus en plus étroite et basse de plafond), j'ai décidé de récupérer de la chaleur sur cet air (évaucé dehors de toute façon), afin d'augmenter la température du circuit froid. J'ai bricolé pour cela un petit échangeur eau/air, sous la forme d'une boucle de Cu (16mm) avec des ailettes cuivre soudées (environ 1m² si on compte les 2 faces), le tout placé dans un tube dans lequel transite l'air extrait. En image, c'est plus clair :

echangeur_air_extrait1low.JPG echangeur_air_extrait3low.JPG echangeur_air_extrait4low.JPG

Tube PVC DN125, longueur 2m, terminé par un coude à 45° pour faire sortir l'entrée et la sortie d'eau (tubes Cuivre DN16)

Le tout est incliné et il y a un petit tube de récupération des condensats qui ne manqueront pas de se constituer (l'air extrait est relativement humide et va condenser sur les tubes et ailettes froides, ce qui libère également de l'énergie). Avec environ 100 m3/h d'air extrait à 18°C 60%RH, j'espère récupérer environ 350W. C'est peu, mais c'est aussi 1.5°C de plus pour le circuit froid - donc bien moins de risque de gel.

Affaire rondement menée. Après quelques heures, les premiers essais montrent une température de 12°C après récupération (avant échangeur PAC). Donc bien mieux que prévu (ça c'est rare ! il va falloir que je cherche l'erreur). Evidement, ça va surement descendre avec le temps... 

J'ai programmé une circulation permanente du circuit froid (à vitesse minimale lorsque la PAC est éteinte, pour avoir une conso du circulateur de quelques watts seulement), afin de réchauffer la terre autour des tuyaux avec l'énergie de l'air extrait. Je pourrai ainsi faire fonctionner la PAC bien plus longtemps et avec meilleur rendement.

De toute façon le soleil ne va pas tarder à revenir, et j'arrêterai tout cela avec plaisir jusqu'à l'hiver prochain !

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4 janvier 2013 5 04 /01 /janvier /2013 17:54

Je souhaite vraimment faire la lumière sur le fonctionnement des capteurs solaires thermique en autovidange. Vu la capacité de la cuve, je ne peux pas utiliser d'antigel - à moins de prévoir un échangeur pour le circuit solaire. Mais cela serait couteux (il faut échanger une 20aine de kW) et peu efficace (tout échange nécessite une différence de température, et la hausse, serait-ce de 5 ou 10°C de la température des panneaux influe très négativement leur rendement).

J'ai encore eu des soucis de vidage des capteurs. Et cette fois, le gel s'est produit dans un collecteur, qui s'est fendu. Il a fallu ressouder, à l'intérieur du panneau - une grosse galère.

J'ai revu sensiblement la tuyauterie de retour capteur (vers la cuve) pour améliorer la pente. Mais quelques essais de vidange me montrent des choses surprenante :

Après vidange, il reste de l'eau dans la canalisation capteur vers cuve. Si j'aspire (à la bouche), je peux faire remonter de l'eau largement jusqu'à la hauteur du premier capteur. En revanche, si je souffle (à peine un petit souffle), l'eau semble s'évacuer car à la suite de celà, je n'aspire plus que de l'air, impossible de faire remonter de l'eau.

Et pour comprendre ce qui se passe, j'ai mis un capteur de pression au point A et fait des enregistrements.

aurel_sol3.gif

Pour un remplissage des capteurs, j'obtiens cette courbe :

pression_remplissage1.gif

Au vidage, voilà les mesures :

pression_vidage1.gif

Le soucis, c'est qu'en fin de vidage, la pression reste négative. J'attribue cela au fait que le vidage est violent du fait de l'empilement des capteurs : lorsque l'air arrive en haut des capteurs (vers 55 secondes), il y a 4 mètres de pression qui tendent à vider les capteurs. Cela prend seulement 40 secondes pour les vider (soit environ 10litres en tout), c'est à dire un débit de 15 litres/minute (bien plus qu'un robinet domestique ouvert à fond).

L'air entre dans le circuit par un trou de 3mm de diamètre seulement. Avec ce débit, il est clair que ce trou constitue une perte de charge notable, qui fait que la pression à cet endroit est négative, provoquant donc la remontée d'eau de la cuve dans la liaison retour capteur -> cuve. Cette eau doit même remonter un peu dans la partie verticale, et rester ainsi en fin de vidage, suspendue par la dépression dans les capteurs.

Poru évacuer cette eau résiduelle, il semble qu'il début de remplissage d'une dizaine de secondes suffise. La pression reprend alors une valeur proche de 0. Il faut maintenant que je vérifie que ça marche systématiquement, et que je programme un petit "Postvidage" sur ma régulation. 

Pour ce qui est de tester l'efficacité de cette stratégie face au gel, je serai vite fixé : les températures sont bien négatioves au petit matin en ce moment...

 

 

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13 décembre 2012 4 13 /12 /décembre /2012 18:46

Comme le soleil brille encore beaucoup par son absence, il nous a fallu mettre en route la PAC (pompe à chaleur) qui attendait sagement depuis le début de l'année.

C'est une PAC sur mesure, miniature donc, avec un compresseur absorbant entre 275 et 350W - comme un gros frigo américain donc. Pour faire simple, la PAC puise de la chaleur dans le sol (par une boucle fermée d'un tube PER de 100m de long que j'avais prévu dans la même tranchée que le départ des eaux usées), et la restitue, à une température supérieure, dans le plancher chauffant. L'échangeur de sortie est en série avec la cuve solaire, et ajoute donc quelques degrés à l'eau qui va circuler dans le plancher avant de revenir à la cuve.

schema_pac.gif

 

Le fluide frigorigène (700grammes de R134a) est utilisé. En plus des 2 échangeurs, on a prévu un détendeur thermostatique (qui dose la quantité de liquide à insérer dans l'évaporateur), et des pressostats de sécurité pour couper le compresseur si la pression est trop basse à l'aspiration (risque de gel de l'évaporateur) ou trop forte au refoulement (condenseur trop chaud). C'est un voisin frigoriste qui a monté le tout et assuré la mise en route. Je me suis occupé de la régulation, c'est à dire essentiellement une protection qui détecte les soucis et arrête la PAC. Elle met aussi en marche les pompes 3 minutes avant le démarrage du compresseur et évite les courts-cycles (démarrages trop fréquents et destructeurs).

Je suis assez fier de ma bidouille électronique de commande du compresseur. J'utilise un relais statique avec une commande directe en 3V par une sortie numérique de ma régulation. Pour la sécurité, j'ai mis les pressostats en série avec la commande du relais (qui n'est donc plus alimenté en cas de défaut). L'astuce, c'est que je récupère l'information de ce défaut en lisant la valeur de la tension de la patte de sortie commandant le relais (par le convertisseur AD interne du chip). Lorsque la protection s'active, la charge de la sortie diminue (pas de courant de sortie), donc sa tension remonte près des 3V alors qu'elle est aux environs de 2.8 chargée (près de 10mA pour ce relais).. résultat : 1 seule patte utilisée pour la sortie de commande et pour connaïtre l'état de la protection ! 

Sinon, la bonne nouvelle a été de constater que la boucle froide à 2m dans le sol est (actuellement) à environ 13-14°C. Quand on puise 1.3kW, elle passe à environ 10.5°C mais ne baisse ensuite presque plus (la PAC a tourné 3 jours d'affilé). Ainsi, avec un débit primaire de l'ordre de 260m3/h, l'eau est renvoyée à 5-6°C et revient (après le parcours dans le sous sol), à environ 10°C. Il n'y a donc pas de risque de gel (pas d'antigel dans ce circuit).

 J'utilise  un compteur de chaleur sur le circuit froid pour connaitre l'efficacité du système. Au final, on puise 1.3kW pour 300W consommés (COP 5.5) - mais si l'on tient compte des pompes de la boucle froide et du plancher, on est plutôt à 4.5  (fourniture au plancher de 1600W pour 370W consommés). J'aurais pu faire mieux en prévoyant un diamètre plus gros de tuyau dans le sol, avec moins de pertes de charge et plus d'échange.. trop tard.

Evidement, le COP baisse si on souhaite une température plus élevée (obtenue en diminuant le débit d'eau au condenseur, c'est à dire en réduisant la vitesse du circulateur plancher), et il baissera surement aussi au fil du temps (selon la durée d'utilisation de la PAC)

Bien sur, 1600W c'est peu lorsque le plancher est refroidi. Il a fallu plusieurs jours pour remonter l'atelier en température. Mais ensuite, malgré des températures extérieures négatives, c'est suffisant (un peu juste au premier étage, qui n'a pas de plancher chauffant).

Au final, je ne suis pas un grand fan des PAC, mais bon, c'est une solution finalement assez simple et sacrément économique (quand on bricole) pour apporter les quelques centaines de kWh qui nous manquent en attendant le soleil (et de toute façon, dans une semaine, les jours rallongent, ouf !)

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2 décembre 2012 7 02 /12 /décembre /2012 15:48

Bon, ben pour ce qui est de chauffer 100% solaire cette année, c'est raté.

2 semaines sans voir le soleil ont suffit pour faire passer le stockage de près de 50°C (en haut) à 24°C - et ça ne suffit plus pour maintenir la maison en température quand il gèle dehors..

Et comme la pompe à chaleur d'appoint n'est toujours pas en service (j'attend juste son remplissage en gaz, le reste est prêt), il nous faut faire du feu.

J'ai refait la couverture de la cuve de stockage avec un joint collé en périphérie de la partie horizontale, et une bâche PVC de 0.5mm d'épais posée de dessus. + isolation et plaques d'OSB pour faire un peu de poid et comprimer le joint.

En ouvrant la cuve, j'ai constaté que le polyane était mal mis en place à un endroit, et que la vapeur d'eau disposait d'un passage gros comme le poing pour sortir.. Ce qui explique j'espère les 30 litres d'eau par mois que j'ai ajouté à la cuve et les pertes de chaleur bien supérieures aux calculs (je serai vite fixé)...

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22 novembre 2012 4 22 /11 /novembre /2012 20:42

aurel_sol2-copie-1.gif

Voilà comment ça fonctionne. Pour la régulation, c'est un peu plus compliqué...  Et pas vraimment fini.

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10 novembre 2012 6 10 /11 /novembre /2012 17:45

Pas mal de soucis pour ce gros stockage.. Donc peu de photos.

D'abord l'eau de pluie (des toitures) dont l'évacuation est insuffisante et qui tend à s'infiltrer la où elle peut, c'est à dire notamment dans la fosse prévue pour la cuve de stockage. Comme le terrain est argileux, l'eau a tendance à y rester et ce n'est pas agréable pour bosser.

J'ai tout de même mis en place l'isolant d'abord : 20 cm d'épais coté extérieur, 12cm coté maison. 10 cm en dessous, 4 cm coté "petite cloison du bout de la cuve" (elle sera isolée par derrière)

SANY0122.JPG

Puis, la bâche EPDM : pas si facile, car c'est lourd, et rien n'est d'équerre. J'ai du la ressortir de la cuve pour préparer les pliages à l'intérieur, sur un sol bien plat. Pour enfin pouvoir la mettre en place. Il reste des plis. Tant pis. J'ai fixé la bâche en haut avec des plats alu (blanc), sur tout le tour (pas encore fini sur la photo ci dessous). 

SANY0125.JPG

On voit sur l'image les perçage pour les tuyaux. J'ai utilisé des tubes filetés en laiton et soudé un écrou du coté inaccessible (entre la bâche et l'isolant - qui fait 4cm d'épais dans cette partie). J'ai ensuite pincé la bâche avec un autre écrou. J'ai eu de la chance : cette bâche est faite de lés soudés les uns aux autres. Il y a des surépaisseurs au niveau de ces soudures. Cette surépaisseur est tombée pile poil au niveau des entrées de tubes les plus basses, juste au milieu des trous) percer pour les tubes laitons. Résultat, la bâche est bien plus solide à cet endroit, tant mieux.

Cependant, il faut faire attention à ces perçages : on a tendance à percer petit dans l'EPDM (évidement..). Résultat,  le deuxième écrou est difficile à visser, car l'EPDM coince dans le filetage. J'ai eu une fuite à cause de cela, heureusement localisée plutôt proche de la surface... et pas tout au fond.

Comme le temps se refroidissait, j'ai accéléré le mouvement (style vite fait, mal fait -et donc à refaire bientôt). J'ai mis l'échangeur ECS (6*4m de tube cuivre diam 18, en Z, avec environ 1m² d'ailettes cuivre soudées notamment sur le dernier tube horizontal (qui est dans la partie la plus haute de la cuve), rempli la cuve avec de l'eau de pluie qui ne manque pas cet automne. J'ai recouvert de polystyrène extrudé de 20mm flottant sur l'eau, puis un poliane (de récup, percé et à remplacer prochainement), puis 2 couches d'isolant mince multireflecteur (19 couches en promo).

SANY0127.JPG

J'ai recouvert le tout d'un système de toiture style verranda (sandwich polystyrène - alu) et profilé alus. C'est un peu luxueux, mais ça ne bougera pas et ça fait un beau réflecteur blanc pour les panneaux placés derrière.

J'ai ensuite raccordé les pompes sur la cuve, histoire de vérifier le comportement, et surtout la stratification (que je peux bien analyser, car j'ai immergé deux guirlandes de capteurs de température verticaux, pour faire des mesures chaque 20cm de haut  (et 10cm pour la dernière section).

Résultat d'une belle journée :

30/10/12

9h

9h

16h

16h

 

Coté Est (°C)

Coté Ouest (°C)

Coté Est (°C)

Coté Ouest (°C)

Temp Haut Cuve (1200mm)

35.78

35.71

40.98

40.98

Temp +1100mm:

35.84

35.58

40.84

40.64

Temp +1000mm:

35.44

34.98

40.84

40.44

Temp +800mm:

33.18

33.38

40.25

40.05

Temp +600mm:

29.84

30.91

37.31

38.11

Temp +400mm:

28.98

28.91

35.44

35.58

Temp +200mm:

29.11

28.84

35.11

34.98

Temp Bas Cuve:

27.05

27.51

31.71

32.38

Pour que ça stratifie, il faut vraiment un bon contrôle des débits dans les capteurs. Je suis en train de modifier la régulation : en fonctionnement, le débit est modifié automatiquement pour que l'eau arrivant de chaque groupe de capteur soit à une température T égale à la température moyenne en haut de cuve + un Delta T d'autant plus grand que le débit est fort (actuellement +15° pour 100% de débit).

Une telle régul n'est pas simple, car le temps de réaction est élevé (lorsque l'on varie le débit, la température de sortie met du temps à se stabiliser). Pourtant, il est nécessaire d'agir assez fort sur le débit, notamment de le rédurie rapidement lors des passages nuageux, sans quoi la température de sortie baisse trop. Il est souvent nécessaire de beaucoup diminuer le débit des capteurs pour maintenir une température d'arrivée acceptable (surtout lorsque le fond de la cuve était froid). Et ce, sans désamorcer les capteurs (le niveau dans la cuve influe beaucoup sur le débit minimum acceptable).

Tout cela va encore demander pas mal de mise au point. Mais en gros, ça marche : on parvient à stratifier, à conserver la chaleur plusieurs jours, et à produire de l'ECS (le petit chauffe eau en série fonctionne environ 50% de moins qu'avant, avec une température en haut de cuve de 30 à 40°C) 

Reste des soucis :

L'arrivé d'eau de pluie inonde systématiquement ma "chaufferie" (la zone enterrée en bout de cuve).

L'évaporation semble importante (environ 4-5 litres par jour) et assez cohérente avec la baisse de température mesurée en l'absence de soutirage. (en supposant les pertes thermiques par les parois faibles).

Le dispositif prévu pour alimenter le plancher ne marche pas : il s'agit d'un long tube percé, sur lequel est fixée une poche plastique (perfusion) raccordée à une pompe à air. L'objectif est de gonfler la poche pour faire monter ou descendre ce tube dans la cuve (comme un sous-marin), afin de prélever de l'eau plus ou moins chaude. Mais c'est instable, car la pression de l'eau réduit le volume de la poche d'air quand le tube descend, ce qui accélère la descente. On ne peut pas atteindre un équilibre. Je vais expérimenter une solution : l'ajout d'une chaine plastique fixée au bout du tube, et qui tombe naturellement vers le fond. Pour faire monter le tube, il faut alors vaincre le poids (hors poussée d'archimède) de la chaine (celle qui ne touche pas le fond). Cela devrait suffire à stabiliser la position.

SANY0153.JPG

Provisoirement, j'alimente le plancher avec l'eau du haut de la cuve (la plus chaude), et je régule l'apport de chaleur par le débit dans le plancher (très faible également pour éviter de casser la stratification de la cuve).

Suite au prochain numéro...

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9 septembre 2012 7 09 /09 /septembre /2012 16:03

Reprise du chantier solaire thermique, avant l'hiver... Il s'agit de construire une cuve de 4,5m3 pour stocker la chaleur produite par les 22m² de panneaux verticaux.

Une tranchée à été creusée le long du mur Sud de l'atelier (possible du fait que l'on a des fondations sur plots, car on est très proche de la dalle de la maison). Puis j'ai fait monter un mur extérieur en agglo de 20, avec renforts verticaux chaque 1.5m. Coté maison, je me contente de fixer des plaques verticales de manière à bancher un peu de béton maigre pour simplement remplir les vides (les plaques de bois seront poussées vers la maison par l'eau de la cuve).

cuve.JPG

Ensuite, il me faudra habiller l'intérieur d'un peu d'isolant. Pas beaucoup d'autre choix que le polystyrène extrudé qui résiste à la pression (1 m de hauteur d'eau, donc 1 tonne/m² en fond de cuve). Bilan mitigé du coté écologique, avec près de 2000kWh d'énergie grise rien que pour cela.

poly_extru.JPG

Ensuite, il me restera à acheter et mettre en place une bache EPDM, et encore un peu de plomberie..

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10 avril 2012 2 10 /04 /avril /2012 19:14

Après quelques mois assez calmes coté chantier, une brutale accélération des événements s'est produite. L'entreprise de terrassement est (enfin) venue pour finir les accès, mettre en place des enrochements et préparer une fouille pour la cuve de récupération d'eau de pluie.

Pour faire simple (entendez bon marché), on a utilisé une fosse septique béton de 3000 litres. Elle est simplement reliée à une partie du toit (la plus grande - environ 70 m²). 

cuve1.JPG

L'eau y coule par gravité, et il y aura une petite pompe (à membrane) pour la remettre en pression vers les différents usages (notamment les toilettes).

Il y avait un filtre dans la fosse. J'ai un peu modifié le branchement pour qu'il soit présent à l'entrée et non en sortie de cuve.

filtre1.JPG

J'imagine que les cailloux sont de la pouzzolane.

 

Ensuite, on a pu remettre en forme le terrain et surtout, planter des arbres :

vue_est_arbres.JPG

Ca s'est bien goupillé pour une fois. Et maintenant, il pleut - et on est content car il n'y a pas besoin d'arroser...

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