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DESCRIPTION Procédé de construction incluant un système de chauffage utilisant l'énergie électrique pour la récupération des énergies renouvelables.
Introduction
Jusqu'à ce jour, nous récupérons les énergies renouvelables, par capteur et pompe à chaleur, le plus souvent individuellement sans possibilité de stockage et de ce fait ces procédés sont finalement peu utilisés.
On a bien pensé autrefois stocker l'énergie solaire comme le prouve entre autre un brevet français déposé en 1977, mais ce procédé comme les autres nécessite toujours une trop grande réserve d'eau pour le stockage des calories.
Jamais, il a été démontré qu'il était possible de se passer totalement des énergies fossiles dans les nouvelles habitations.
L'intérêt principal du nouveau procédé réside dans le fait que l'on ne fait plus appel à l'énergie d'origine fossile, on réalise une économie d'énergie importante et un coût en énergie considérablement réduit.
Un réservoir pour le stockage n'est plus nécessaire.
Ce procédé permet de réduire au 1/6 la quantité de C02 dégagé normalement avec les combustibles fossiles. ll utilise uniquement l'énergie électrique mais en quantité trois fois moindre. Si en Belgique 50/% de l'énergie électrique serait d'origine atomique, on produirait six fois moins de C02.
Parmi les énergies renouvelables, qu'il est nécessaire de stocker, nous disposons de l'énergie solaire, de celle de l'air et de l'énergie éolienne, car elles apparaissent par périodes plus ou moins longues et des durées variables de plusieurs jours consécutifs.
Les autres énergies: celle du sol (géothermie de surface ou géothermie profonde), celle retirée de l'eau (lac, étang, rivière) ne demandent pas à être stockées. Elles peuvent être utilisées directement sans passer par notre procédé.
Cependant, elles seront avantageusement utilisées parfois et en complément avec notre procédé, si elles sont disponibles.
Après avoir relevé en graphique, jour après jour, durant les 15 dernières années les températures extérieures ( Fig. 1 à 4), la plus froide le matin et la plus chaude l'après-midi, ainsi que les jours présentant plus de 70/% de soleil, ( Fig. 5 ) nous constatons l'alternance intéressante principalement l'hiver: soit que le soleil est présent et la température de l'air basse par exemple en période de gel, soit que le soleil est absent et la température de l'air plus élevée; d'où l'intérêt de retirer en priorité ces deux énergies qui se complètent.
Nous constatons également qu'après chauffage de l'habitation durant ces périodes, il est possible de stocker une partie importante et qu'avec ce stock, on peut maintenir une température de confort les jours, ou plus souvent les périodes durant lesquelles ces énergies sont absentes. Le volume d'eau nécessaire pour le stockage est réduit, mais ce problème reste posé.
Avec le nouveau procédé, le volume d'eau est réduit et un réservoir devient inutile car ici, tous les murs intérieurs sont remplacés par des convecteurs dans lesquels on retrouve le volume d'eau nécessaire. ( Fig. 6 )
Sont utilisés des convecteurs préfabriqués à des dimensions standardisées (1)(2) (3)
Ces convecteurs se composent d'une cuve de forme parallélépipédique, le plus souvent, del0 à 20 cm d'épaisseur enfermée entre deux cloisons isolantes, espacées de quelques cm. (50) pour la circulation de l'air avec des ouvertures dans le bas et le haut pour assurer la convection. Des volets réglables dans les ouvertures du haut doseront la quantité de chaleur à apporter pour maintenir la température de confort.
L'ensemble de ces convecteurs constitue le circuit de chauffage.
Suite à la constatation précédente ce sont la chaleur solaire et celle de l'air qui sont récupérées en priorité. On ne tient pas compte de l'énergie éolienne pourtant très intéressante l'hiver à cause du prix ( En 1980 une éolienne domestique revenait à 7.500 e ), le bruit et la casse des pales qui oblige son installation à une trop grande distance des habitations.
Comme le prix du kWh varie dans de fortes proportions entre le jour et la nuit, par raison d'économie, l'enchaînement est le suivant :
Extraction de la chaleur solaire
Actuellement elle est captée le plus souvent par des panneaux solaires, mais ici dans le procédé, nous préférons la capter à l'intérieur de l'habitation.
Dans la pièce recevant le soleil, la chaleur est captée au niveau du plafond par des échangeurs. Comme échangeur, nous utilisons de préférence les solives et les hourdis qui, servent d'éléments porteurs mais sous une forme tubulaire en acier, dans laquelle circule une saumure froide. Celle-ci apporte les frigories nécessaires pour le maintien de la température de confort. On cherchera donc à installer côté Sud de l'habitation un maximum de vitrages et ne plus s'inquiéter de la surchauffe. Ce qui est très possible aujourd'hui avec les multi-vitrages à basse émissivité. Vu la différence de prix du kWh, la chaleur est emmagasinée dans un accumulateur à une température voisine de 25 et la nuit cette chaleur est transférée par une pompe à chaleur à une température pouvant atteindre 50 .
Les solives et les hourdis sont des tubes de plusieurs m. de longueur, par exemple de section rectangulaire de 20*5 cm. et en tôle de 1,5 mm. d'épaisseur. Lorsque ce tube est placé verticalement, il est considéré comme solive (4) et placé à plat comme hourdi (5). ( Fig. 7 )
L'accumulateur possède un volume suffisant pour capter la chaleur excédentaire d'une journée de soleil.
A la chaleur captée de préférence par les fenêtres, on peut ajouter celle provenant de panneaux solaires le plus souvent en complément de la surface vitrée. Cette chaleur est stockée également dans l'accumulateur, ou transmise directement dans le circuit de chauffage par des panneaux solaires à concentration. Pour le moment le prix de ces panneaux solaires surtout à concentration est trop élevé.
Extraction de la chaleur de l'air
Elle est extraite par un échangeur de chaleur dont le circuit liquide est utilisé comme évaporateur pour la pompe à chaleur. La température de l'air extérieure doit être supérieure à 5 . La chaleur transférée par la pompe à chaleur peut atteindre 50 si nécessaire. Par raison d'économie, la chaleur est extraite de l'air la nuit.
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Captage de l'énergie du sol
Lorsque on ne peut plus retirer assez de chaleur du soleil et de l'air et que la réserve dans le circuit de chauffage est épuisée cette énergie est retirée du sol la nuit.
Elle est obtenue par des capteurs enterrés à environ 1 m dans le sol selon les procédés connus dans ce domaine.
L'inconvénient est qu'ils exigent une surface de captage égale le plus souvent à trois fois celle de la partie chauffée de l'habitation
Avec le matériel utilisé dans notre procédé, il est possible de regonfler le sol en calories lorsque la température de l'air est supérieure à la température au niveau des capteurs
La surface de captage peut être considérablement réduite.
Captage de l'énergie de l'air le jour.
Quand les trois sources précédentes sont épuisées, il est possible de capter l'air le jour selon le principe utilisé la nuit, mais à un prix trois fois plus élevé
Energie électrique la nuit
C'est la dernière source à utiliser lorsque toutes les précédentes sont absentes car c'est l'énergie la plus chère.
@) Procédé de construction incluant un système de chauffage entièrement électrique capable de récupérer les énergies gratuites ( soleil et calories extérieures )
Contrairement au chauffage central classique, ici il n'y a ni radiateur encombrant ni conduite apparente dans l'habitation.
Disons de suite, quepar ceprocédé, le coût de l'énergie électrique nécessaire calculé comparativement au fuel permet une économie d'environ 620 0 (25.000Fb) l'an dans le type d'habitation "pilote "qui sera étudié.
On ne fait plus appel à l'énergie d'origine fossile et épargne ainsi par année l'équivalent de 2.500 litres de fuel qui aurait été nécessaire pour produire la même quantité de chaleur.
Actuellement, les différents modes de chauffage utilisés dans les habitations sont dans l'ordre:
1 - principalement le chauffage central, foyers, inserts, etc, utilisant les combustibles fossiles: fuel, gaz, charbon, etc.
2 - moins fréquent le chauffage électrique : accumulateurs et convecteurs.
3 - timidement les énergies: solaire, de l'air, de l'eau et géothermique.
Vu les prix croissants des énergies fossiles, mais surtout le C02 dégagé, on a grand intérêt d'inverser l'ordre précédent en utilisant en premier lieu l'énergie solaire puis l'énergie contenue dans l'air, l'eau, le sol et compléter par l'énergie fournie par des résistances électriques , si finalement nécessaire.
Après avoir enregistré en graphiques durant les 15dernières années, jour après jour, les conditions atmosphériques : température minimum le matin, température maximum l'après-midi et les jours présentant plus de 70 % de soleil, on constate que l'on dispose de deux sources possibles, que l'on rencontre partout: la chaleur solaire et la chaleur contenue dans l'air, puis une troisième, assez souvent disponible : chaleur du sol.
On verra qu'il devient possible de se libérer des combustibles fossiles en utilisant uniquement l'électricité.
Somme des périodes ensoleillées de début Octobre à fin Mai ( Fig. 5 )
EMI2.1
<tb> Périodes <SEP> Nbre. <SEP> de <SEP> jours <SEP> En <SEP> %
<tb>
<tb> 86/87 <SEP> 75 <SEP> 30 <SEP>
<tb>
<tb> 87/88 <SEP> 91 <SEP> 37 <SEP>
<tb>
<tb> 88/89 <SEP> 116 <SEP> 47 <SEP>
<tb>
<tb> 89/90 <SEP> 119 <SEP> 49 <SEP>
<tb>
<tb> 90/91 <SEP> 117 <SEP> 48 <SEP>
<tb>
<tb> 91/92 <SEP> 107 <SEP> 44 <SEP>
<tb>
<tb> 92/93 <SEP> 96 <SEP> 39
<tb>
<tb> 93/94 <SEP> 67 <SEP> 27
<tb>
<tb> 94/95 <SEP> 87 <SEP> 36 <SEP>
<tb>
<tb> 95/96 <SEP> 81 <SEP> 33 <SEP>
<tb>
<tb> 96/97 <SEP> 84 <SEP> 34 <SEP>
<tb>
<tb> 97/98 <SEP> 85 <SEP> 35 <SEP>
<tb>
<tb> 98/99 <SEP> 61 <SEP> 25 <SEP>
<tb> 99/00 <SEP> 54 <SEP> 22 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> 00/01 <SEP> 64 <SEP> 26 <SEP>
<tb>
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Comparaison des énergies fuel et électricité
En 1992, Selon le CSTC,
pour le chauffage, 840 litres de fuel équivalaient à 5.370 kWh d'électricité, comme ces 5.370 kWh correspondent à 5. 370 * 860 = 4.618.200 kCalories, 1 litre de fuel produisait : 4.618.200 840 5.498 kCalories. Le pouvoir calorifique supérieur du fuel étant de 10.000 kCal, le rendement était de 55%.
Depuis 1992 des améliorations ont été apportées et il semble que le rendement actuel moyen serait de 70%.
Dans tous les calculs qui vont suivre nous supposons donc que 1 litre de fuel fournit en brûlant 7.000 kCal.
A - Energie solaire .
Dans les nouvelles habitations, lorsque cela est possible, dans un but de confort et de récupération de l'énergie solaire, la salle de séjour est spacieuse, orientée au Sud et possède de grandes baies vitrées.
Malheureusement, la chaleur solaire est mal utilisée, la température de la salle devient vite insupportable, les calories se concentrent sous le plafond élevant la température jusqu'à atteindre une température en équilibre avec le coefficient de perte de ce plafond. Cette chaleur est perdue ; ce fait, on limite les dimensions de ces baies vitrées et ne profite pas pleinement de cette énergie .
Les nouveaux vitrages à basse émissivité permettent de par leur faible coefficient de transfert ( 1,12 kCal / m2 heure / C ) de transformer les salles recevant le soleil en véritables capteurs.
Dans le procédé envisagé, la chaleur est captée, enlevée et stockée, de sorte qu'on ne dépasse pas la température de confort .
Il y a quelques années, il était difficilement envisageable de récupérer la chaleur solaire par les fenêtres car la perte de chaleur par celles-ci était trop élevée .
Pour un simple vitrage, le coefficient de transfert est de 5,8 W/m2k et un double vitrage: 2,9 W/m2k ; la chaleur récupérée était perdue par les fenêtres. Avec les progrès réalisés , on est arrivé à 1,3 W/mk .
Espérons que de nouvelles découvertes permettront d'améliorer encore ce coefficient pour atteindre une valeur proche de l'isolation que l'on atteint pour les murs, sols et plafonds et qui oscille entre 0,3 et 0,4 W/mk.
Energie fournie par le soleiL
Elle varie avec les saisons. Selon la documentation, le maximum atteint lors des forts ensoleillements est de 900 kcal /m 2/h et tombe à 175 kCal sous les nuages. En hiver, par beau temps, environ 450 kCal.
Ces valeurs sont obtenues pour des rayons tombant perpendiculairement sur la surface de mesure dans notre région. Elles se répartissent, selon le mois et en fonction de la position du soleil durant la période de chauffage: en
Octobre 650 kcal /m 2/heure Février 500
Novembre 500 Mars 600
Décembre 400 Avril 690
Janvier 430 Mai 750
Le soleil se déplace horizontalement d'Est en Ouest.
Au solstice d'hiver la durée d'ensoleillement est de 7 h 30, et celui d'été est de 16 h
Sur une surface vitrée exposée au Sud, à 6 h du matin les rayons tombent tangentiellement et c'est pratiquement à partir de 6 h 30 que les rayons pénètrent jusque 17 h 30 le soir. Il sera inutile de tenir compte de la présence du soleil avant 6 h 30 et après 17 h 30
Pour une vitre de largeur "1", la valeur réelle d'ensoleillement est donc r(17) = 1 (19) * sin (18) ( Fig. 8 ) Variations de " r " selon l'heure.
A 6h30 et 17 h 30 ce = 7,5 sin oc =0,13
7 h 30 et 16 h 30 =22,5 sin =0,38 8 h 30 et 15 h 30 0 ce = 3 7,5 sin oc = 0,61
9 h 30 et 14 h 30 ce = 52,5 sin oc = 0,79
10 h 30 et 13 h 30 oc =67,5 sin oc = 0,92 11 h 30 et 12 h 30 ce = 82,5 sin oc = 0,99 Durée d'éclairement, selon le mois et somme des éclairements récoltés le long de lajournée. durée de soleil somme des sin .
Octobre 7h30 à 17h30 0,38 à 0,13 = 7,5
Novembre 7h30 à 16h30 0,38 à 0,38 = 7,4
Décembre 8h30 à 16h30 0,61 à 0,38 = 7
Janvier 8h30 à 17h30 0,61 à 0,13 = 7,1
Février 7h30 à 17h30 0,38 à 0,13 = 7,5
Mars 6h30 à 17h30 0,13 à 0,13 = 7,6
Avril "
Mai " " Chaleur réelle captée par jour de plein soleil
Octobre 650 * 7,5 = 4.875 kCal / m2 / jour.
Novembre 500 * 7,4 = 3. 700 "
Décembre 400 * 7 = 2. 800 "
Janvier 430 * 7,1 = 3. 053 "
Février 500 * 7,5 = 3. 750 "
Mars 600 * 7,6 = 4. 560 "
Avril 690 * 7,6 = 5. 244 "
Mai 750 * 7,6 = 5. 700 "
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Relevé des ensoleillements et des températures extérieures.
Comme déjà expliqué, nous avons relevé journellement depuis 1986 les jours présentant plus de 70% de soleil : - les températures le matin.
- les températures l'après midi, afin de connaître les calories fournies par le soleil les calories perdues par l'habitation et de là, les calories récupérables .
Ci-après, parmi ces graphiques, ceux relevés pour les années , sur lesquelles porteront les calculs ci-après: - Octobre 1991 à Mai 92 : qui est une année moyenne au point de vue des températures. ( Fig. 3 & 4 ) - Octobre 1990 à Mai 91: une année très froide avec gel important de décembre à février (jusque -13 ) ( Fig. 1 & 2 ) - Nous ne tenons pas compte des années avant Octobre 90 pour les calculs, car nous relevions à cette époque uniquement la température le matin.
En comptant 70% de soleil , les calories fournies par m2 et par jour se réduisent à nouveau:
Octobre 4.875 * 0,7 = 3.412 kCal /m2 / jour.
Novembre 3. 700 2. 590 "
Décembre 2. 800 1. 960 "
Janvier 3.053 2.137 "
Février 3. 750 2. 625 "
Mars 4. 560 3. 192 "
Avril 5. 244 3. 670 "
Mai 5. 700 3. 990 "
Dans ces calculs, nous ne tenons pas compte de la chaleur fournie les jours moins ensoleillés ou couverts, que le procédé exploite, difficile à chiffrer, mais cependant non négligeable.
Chaleur récupérée dans une habitation.
Il convient donc de construire avec un maximum de vitrages et ne plus s'inquiéter de la surchauffe; ce qui sera possible en enlevant les calories par une pompe à chaleur, pour les remplacer par des frigories, équilibrant la température, ces calories captées seront stockées.
Pour une maison ne comprenant pas d'étage, les grands vitrages seront situés coté Sud; pour une maison avec étages, les vitrages seront installés aussi bien dans le bas que dans le haut, tout dépendra du voisinage.
D'autres possibilités peuvent être utilisées pour accroître la superficie vitrée par exemple en combinant les baies vitrées frontales et zénithales en façade et en toiture, fenêtres en saillies, etc... Sur la toiture, sur les murs extérieurs, des panneaux solaires peuvent contribuer considérablement à l'apport fourni par les fenêtres notamment en ville( zones ombragées).
Pour simplifier les calculs qui vont suivre nous avons imaginé une " habitation pilote " ( Fig. 9 & 10 ) des plus simples : de surface au sol de 24 m sur 10 m - sans étage.
- un grenier dont la toiture n'est pas isolée et où la température est la même qu'à l'extérieur.
- des murs en blocs de béton cellulaire.
- un plafond bien isolé.
- la façade la plus longue ( 24 m ) (20) est exposée au Sud, et possède un maximum de vitrages afin d'éviter les frais engendrés par des panneaux solaires.
La surface vitrée exposée au Sud est de 32,5 m2. La quantité de calories captées sera : en Octobre 3.412 * 32,5 = 110.890 kCal par jour de soleil
Novembre 2.590 * 32,5 = 84. 175 "
Décembre 1.960 * 32,5 = 63. 700 "
Janvier 2.137 * 32,5 = 69. 452 "
Février 2. 625 * 32,5 = 85. 312 "
Mars 3.192 * 32,5 = 103. 740 "
Avril 3.670 * 32,5 = 119.275 "
Mai 3.990 * 32,5 = 129. 675 "
Pour les calculs ci-après, nous considérons uniquement la chaleur solaire pénétrant par les baies vitrées, sachant que ces dernières valeurs peuvent être accrues en combinant vitrages et panneaux solaires ; que le procédé de captage de l'énergie solaire par les baies vitrées est un captage à basse température parfaitement compatible avec des capteurs solaires plans beaucoup moins dispendieux que les capteurs à concentration.
Périodes d'ensoleillement.
Le graphique ( Fig. 5 ) tiré des graphiques journaliers depuis 1986 donne pour chaque période de chauffage d'Octobre à fin Mai la somme des périodes ensoleillées dont la moyenne sur les 15 ans est de 35 % (presque 1 jour sur 3)
Malheureusement le soleil ne brille pas régulièrement 1 jour sur 3 mais par périodes plus ou moins longues et la chaleur excédentaire doit être stockée.
Nous connaissons la quantité de chaleur fournie par le soleil, calculons la quantité de chaleur perdue par l'habitation ; c'est cette différence qu'il faudra stocker pour les jours sans soleil.
Chaleur perdue par l'habitation
Cette chaleur se perd par les murs extérieurs, les vitrages, les portes et fenêtres, le plafond, le sol, le renouvellement de l'air.
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Calculs.
- Murs en béton cellulaire de 30 cm d'épaisseur recouvert d'un crépi
Le fabricant donne dans ce cas un coefficient moyen :
K = 0,43 W/m2 k , c-à-d 0,43 * 0,86 = 0,37 kCal/m2/h C.
Vitrages Les nouveaux vitrages à basse émissivité
K = 1,3 W/m2 k , c-à-d 1,3 * 0,86 = 1,12 kCal/m2/h/ C.
- Plafond isolé ( plancher + polystyrène + plancher )posé sur les solives. ( Fig. 11 ) plancher en bois de 2 cm d'épaisseur (24) K = 3 polystyrène de 4 cm (25) K = 2 ,5 plancher en bois de 2 cm (24) K = 3
Résistance thermique : 0,1+0,66+0,25+1,6+0,25+0,66+0,1 = 3,62 K = 1/3,62 = 0,27 kCal - Sol :
Sur sol égalisé avec du sable, recouvert d'un film de polyéthylène, d'une couche de polystyrène de 4 cm, d'une dalle en béton armé de 15 cm, et d'une chape de 10 cm interface béton-air K = 10 R th = 0,1 chape de 10 cm K = 70/10 R th = 0,14 interface béton-béton armé K = 4 R th = 0,25 béton armé de 15 cm K = 80/15 R th = 0,18 interface K = 4 R th = 0,25 polystyrène K = 3,5/4 R th = 1,14
Résistance thermique = 2,06 d'où K = 0,48 En tenant compte dans les calculs de la température extérieure, on prend le plus souvent le 1/3 c-à-d 0,48/3 = 0,16
Porte de garage en bois de 2 cm d'épaisseur (23) air interface K = 10 Rth = 0,1 bois K = 3,2/2 R th = 0,62 air interface K = 10 R th = 0,1
R th total = 0,82 et K = 1/0,82 = 1,21 - Renouvellement de l'air: la perte est estimée à 0,06 fois le volume en kCal par heure .
( volume entier de l'habitation renouvelé une fois toutes les 5 heures )K = V/5 * 1,2 * 0,24 = 0,06 V kCal/h/ C Circuit de transfert et de chauffage
Les jours ensoleillés, une quantité importante de chaleur pénètre par les vitrages, mais en même temps une fraction se perd dans ces mêmes pièces à l'extérieur et c'est le surplus de calories qui sera capté, stocké à une température beaucoup plus élevée et en même temps remplacé par une quantité équivalente de frigories de sorte que la température reste constante.
La chaleur est captée par un échangeur situé au plafond et relié à l'évaporateur de la pompe à chaleur. Lorsque la température au voisinage de l'échangeur atteindra 25 , la pompe à chaleur fonctionnera de même que la pompe de circulation refoulant l'eau à l'échangeur à basse température.
Cette façon de procéder pose un problème, car la pompe à chaleur fonctionne le jour quand le prix de l'énergie électrique est le plus élevé.
Le jour de 7 h à 22 h le kW coûte 0,155 # (6,28 Fb).
La nuit de 22 h à 7 h 0,069 # (2,80 Fb). en bi-horaire. et 0,056 # (2,28 Fb). en exclusif nuit.
On utilisera donc un accumulateur de chaleur : réservoir contenant un volume d'eau suffisant pour capter les calories le jour de soleil et les refouler la nuit par la pompe à chaleur dans le circuit de chauffage( au tarif exclusif nuit ).
On aboutit au schéma de principe suivant : circuit de transfert (35) et un circuit de chauffage (36) reliés par la pompe à chaleur (30): ( Fig. 12 ) - E échangeur situé au plafond. (26) - Ac accumulateur de chaleur. (27) - PC1 pompe de circulation du circuit de transfert. (28) - th a thermomètre contacteur situé au plafond. (29) - PAC pompe à chaleur. (30) - Ev évaporateur de la pompe à chaleur.
(31) - Co condenseur de la pompe à chaleur. (32) - PC2 pompe de circulation de l'évaporateur. (33) - PC3 pompe de circulation du circuit de chauffage. (34) Le circuit de transfert contient une saumure, laquelle doit être capable de ne pas geler pour une température de-10 et un anti-rouille.
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Bilan de la chaleur solaire .
- La nuit, la PAC soutire la chaleur de Ac et l'envoie dans le circuit de chauffage.
- Le matin, la saumure contenue dans Ac peut atteindre une température voisine de -3 et lorsque tha indique 25 ,
PCI fonctionne et injecte la saumure dans E.
- Le soir AC a absorbé les calories que l'on retrouve dans le haut de la cuve à une température voisine de 25 .
Dans ces conditions la pompe à chaleur absorbera - 10.000 kCal en consommant 3,2 kWh, et fournira 12.570 kCal pour une température du circuit de chauffage variant de 0 à 25 et - 10.000 kCal en consommant 4,15 kWh pour fournir 13570 kCal pour une variation de température de 0 à 50 .
Pour les calculs on prendra un rendement moyen : - 10.000 kCal à l'entrée de la pompe consommant 3,85 kW et produisant 13.070 kCal ( le travail de compression se retrouve sous forme de chaleur ) soit un rapport chaleur fournie/ chaleur absorbée = 1,3 ( voir plus en détail à pompe à chaleur) .
Pour le calcul , il faudra séparer les pertes de chaleur des pièces ensoleillées des autres .
1 - Chaleur perdue par les pièces recevant le soleil : 139 kCal
2 - Chaleur perdue par le reste de l'habitation : 103 kCal
La perte totale par le bâtiment sera 139+103 = 242 kCal/h/ C ou 5.805 kCal / jour / C.
En appelant t la durée d'ensoleillement t 1 la température extérieure le matin t 2 la température extérieure l'après midi
At la différence de température entre l'intérieur (20 ) et l'extérieur
ES l'énergie solaire fournie durant la journée
1,3 le rapport entre les calories fournies et absorbées
P la perte totale de chaleur par le bâtiment pl la perte dans les pièces ensoleillées durant la période d' ensoleillement = 139 * t * A t p2 le reste de la perte = P - pl L'énergie solaire captée le soir sera ES - pl et celle fournie au circuit de chauffage: 1,3 (ES - pl).
Remarquons que p2 est égal à : (5805 - 139 * t) ¯ t
On aboutit aux tableaux suivants pour l'année 91-92 donné ci-après en exemple. Les tableaux mensuels qui suivent représentent ces diverses valeurs pour cette année 91-92 lère colonne : la date 2e 1 l 3e t 2 4e ¯ t 5e S , les jours de soleil 6e P , les calories perdues par tout le bâtiment en fonction de la température extérieure 7e pl , les calories perdues durant la période de soleil 8e p2 , la perte restante les jours de soleil 9e F , les calories fournies par la pompe à chaleur F = 1,3 (ES-pl) 10e à St., (F - p2) : quantité de chaleur excédentaire à stocker dans le circuit de chauffage.
Les autres colonnes seront à voir plus loin.
ANNEE 1991 - 1992
OCTOBRE date t l t 2 t S P pl p2 F à St. Stock Fx Air RAF
450000 1 10 19 6 * 34830 8340 26490 133315.106825 556825 133315 - - 2 8 15 9 * 52245 12510 39735 127894.88159 644984 127894 - - 3 7 18 8 * 46440 11120 35320 127901. 94381 739365 129701 - - 4 8 19 7 * 40635 9730 30905 131508x 100603 750000 41540 - - 5 9 22 4 23220 " 17861 - 6 13 21 3 * 17415 4170 13245 138736x 125491 " 13245 - - 7 12 20 4 * 23220 5560 17060 136928x 119269 " 17660 - - 8 11 19 5 * 29025 6950 22075 135122x 113047 " 22075 - - 9 9 20 5 * " " " " " " " - - 10 10 22 4 * 23220 5560 17660 136929x 119269 " 17660 - - 11 13 20 3 * 17415 4170 13245 138736x 125491 " 13245 - - 12 12 22 3 * " " " " " " " - - 13 9 20 6 * 34830 8340 26490 133315x 106825
" 26490 - - 14 9 22 5 * 29025 6950 22075 135122x 113047 " 22075 - - 15 10 24 3 * 17415 4170 13245 138736x 125491 " 13245 - -
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
16 7 20 7 * 40635 9730 30905 131508x 100603 " 30905 - - 17 6 16 9 - 52245 - - - - " - 40188 - 18 5 12 11 - 63855 - - - - " - 49119 - 19 4 14 11 - 63855 - - - - " - 49119 - 20 3 12 13 - 75465 - - - - 724481 - 38420 - 21 1 10 15 - 87075 - - - - 700573 - 48590 - 22 3 10 14 - 81270 - - - - 718834 - 76560 - 23 4 11 13 - 75465 - - - - 750000 - 82023 - 24 7 12 9 - 52245 - - - - " - 40188 25 9 13 9 * 52245 12510 39735 127894x 88159 39735 - - 26 8 14 9 * " " " " " " " - 27 2 15 12 * 69660 16680 52980 -122473 69493 52980 - - 28 8 14 9 - 52245 - - - - - - 40188 29 10 15 7 - 40635 - - - - " - 31257 - 30 11 12 9 - 52245 - - - - " - 40188 - 31 7 13 10 - 58050 - - - - " - 44654 - 242 1404810 776820 598355 242 1404810 776820 598355
242*5805=1404810 200 litres de fuel 12,44 E 10,93 E à 0,37 E 74,36 # total soleil + air 23,37 E NOVEMBRE date t t 2 t S P p p2 F à St. Stock Fx Air RAF 1 8 14 9 52245 - - - 750000 - 40188 - 2 7 12 10 - 58050 - - - - " - 44653 - 3 9 10 11 - 63855 - - - - " - 49119 - 4 5 8 14 - 81270 - - - - " - 62515 - 5 7 10 11 - 63855 - - - - 706555 - 15700 - 6 0 12 14 - 81270 - - - - 750000 - 95934 - 7 6 10 12 - 69660 - - - - " - 53584 - 8 10 12 9 * 52245 11259 40986 94791x 53805 40986 - - 9 4 11 13 - 75465 - - - - 704422 - 22990 - 10 0 9 16 - 92880 - - - - 661806 - 38665 - 11 3 6 15 - 87075 - - - - 706941 - 101700 - 12 6 8 13 - 75465 - - - 719778 - 67925 - 13 4 9 14 - 81270 - - - - 664319 - 19855 - 14 1 10 15 - 87075 - - - - 583561 - 48590 - 15 3 12 13 * 75465 16263 59202 88286x 29083 612644 88286 - - 16 1 10 15 - 87075 - - - - 625100 - 76562 - 17 4 8 14 * 81270 17514 63756 86659.
22903 648003 86659 - - 18 6 10 12 - 69660 - - - - 708843 - 130500 - 19 7 10 11 - 63855 - - - - 750000 - 80778 - 20 5 10 13 - 75465 - - - - 717500 - 33056 - 21 2 4 17 - 98685 - - - - 618815 - - - 22 -1 3 18 - 104490 - - - 514325 - 23 0 2 19 * 110295 23769 86526 78528. -7998 506327 78528 - 24 -2 7 18 - 104490 - - - 401837 - - 25 0 6 17 - 98685 - - - - 391872 - 14400 - 26 4 7 14 * 81270 17514 63756 86659. 22903 344725 86659 - - 27 0 10 15 - 87075 - - - - 291660 - 26120 28 1 5 17 * 98685 21267 77418 81780. 4362 296022 81780 - 29 0 6 17 - " - - - - 197337 - - 30 2 4 17 - " - - - - 98652 - - 2455515 462898 1022828 350 litres fuel 7,41 E 18,69 ive 130,44 E total = 26,10 E
<Desc/Clms Page number 8>
EMI8.1
DECEMBRE date t 1 t 2 t S P pl p2 F â St.
Stock Fx Air RAF 98652 1 0 3 19 - 110295- - - - 0 - - 11643 2 1 4 17 - 98685 - - - - " - - 98685 3 2 5 16 - 92880 - - - " - - 92880 4 3 4 16 * 92880 17792 75083 59680. -15407 59680 - 15407 5 2 6 16 - 92880 - - - - " - - 92880 6 -4 8 14 * 81270 155168 65702 62572. -3130 62572 - 3130 7 -3 6 19 - 110295- - - - " - - 110295 8 0 2 19 - " - - - - " Il 9 2 3 19 * 110295 21128 89167 55344. -33823 55344 - 33823 10 -4 -1 22 * 127710 24464 103246 51007. -52239 51007 - 52239 11 -6 1 22 - " - - - - " - - 127717 12 -7 -2 24 - 139320- - - - " - - 139320 13 -4 0 22 * 127710 24464 103246 51007. -52239 51007 - 52239 14 -6 1 23 * 133515 25576 107937 49561. -58377 49561 - 58377 15 2 2 19 * 110295 21128 89167 55344. -33823 55344 - 33823 16 5 6 14 - 81270 - - - - " - 14400 62550 17 4 8 14 .
" - - - - 62055 - 110250 - 18 6 10 14 - " - - - - 135225 - 118800 - 19 6 11 12 - 69660 - - - - 109635 - 33900 - 20 1 7 16 - 92880 - - - - 194010 - 136350 - 21 9 11 10 - 58050 - - - - 355335 - 169650 - 22 13 14 7 - 40635 - - - - 477600 - 162900 - 23 11 12 9 - 52245 - - - - 528867 - 79620 - 24 4 6 15 * 87075 16680 70395 61126. -9269 519598 61126 - - 25 5 9 13 * 75465 14456 61009 64017. 3009 522607 64017 - - 26 7 8 12 - 69660 - - - - 585157 - 101700 - 27 5 8 14 - 81270 - - - - 661284 - 121075 - 28 7 9 12 - 69660 - - - - 750000 - 124107 - 29 8 12 Il - 63855 - - - - " - 49119 - 30 4 8 14 - 81270 - - - - 709485 - 31350 - 31 3 6 13 - 75465 - - - - 652740 - 14400 - 2827035 509658 1267615 1095296 404 litres fuel 8,15 E 23,18 E 17,55 ± 150,17 ± total = 48.88 ± JANVIER date tas t 2 t S P pl p2 F à St.
Stock Fx Air RAF 652740 1 4 8 14 - 81270 - - - - 587070 - 12000 - 2 2 6 16 - 92880 - - - - 494190 - - - 3 0 4 18 - 1044 - - - - 491587 - 78375 - 4 6 6 14 - 81270 - - - - 572362 - 124650 - 5 8 10 11 - 63855 - - - - 678157 - 130500 - 6 7 8 13 - 75465 - - - - 643447 - 31350 - 7 3 6 16 - 92880 - - - - 550567 - - - 8 2 7 15 - 87075 - - - - 590723 - 97870 - 9 5 8 14 - 81270 - - - - 525053 - 12000 - 10 2 6 16 - 92880 - - - - 432173 - - Il -1 4 18 - 104490 - - 327683 - - 12 4 6 15 - 87075 - - - - 240608 - - - 13 3 5 16 - 92880 - - - - 147728 - - - 14 1 7 16 - " - - - - 182079 - 97870 - 15 5 8 14 - 81270 - - - - 116409 - 12000 -
<Desc/Clms Page number 9>
16 2 4 17 - 98685 - - - - 17724 - 17 4 7 15 - 87075 - - - - 57840 - 97870 - 18 5 8 14 - 81270 - - - - 0- 12000 7790 19 2 5 17 - 98685 - - - - - - - 98685 20 3 3 17 * 98685 21267 77418 62640.-14777 - 62640 - 14777 21-4 0 22 *
12771027522 100188 54509. -45679 - 54509 - 45679 22 -7 -2 24 * 13932030024 109216 51256. -58040 - 51256 - 58040 23 -6 0 23 * 133515 28773 104742 52883. -51859 - 52883 - 51859 24 -7 2 23 * " " " " " " " 25-4 3 21 * 12190526271 95634 56135.-39499 - 56135 - 39499 26 1 7 16 - 92880 - - - - - 14400 74160 27 3 9 14 - 81270 - - - - - - - 81270 28 -1 2 20 * 11610035020 91080 57762.-33318 - 57762 - 33318 29 -2 7 23 * 13331528773 104742 52883. -51859 - 52883 - 51859 30 -3 1 22 * 12771027522 100188 54509. -45679 - 54509 - 45679 31 -1 0 21 - 121905- - - - - - - 121905
3105675 495460 720855 776379
444 litres fuel 7,93 # 13,16 # 12,44 #
164,97 ± total = 33,53 #
FEVRIER date t 1 t 2 t S P pl p2 F à St.
Stock Fx Air RAF 1 -4 0 22 - 127710- - - 0- - - 127710 2 4 3 17 - 98685 - - 98685 3 6 5 14 - 81270 - - - - 48470 - 99800 - 4 7 7 13 * 75465 18070 57393 87414.30019 78489 87414 - - 5 5 9 13 - 75465 - - - - 91164 - 67800 - 6 4 10 14 * 81270 19460 61810 85607.22797 113961 85607 - - 7 2 11 13 * 75465 18070 57395 87414.30019 143977 87414 - - 8 -1 10 15 * 87275 20850 66225 83800.17575 161552 83800 - - 9 4 7 14 * 81270 19460 61810 85607.23797 183349 85607 - - 10 2 9 15 - 87075 - - - - 236035 - 105970 - 11 5 7 14 - 81270 - - - - 332029 - 136350 - 12 9 15 8 * 46440 11120 35320 96449.61129 393149 96449 - - 13 8 10 11 - 63855 - - - - 392461 - 48590 - 14 3 8 15 * 87075 20850 66225 83800.17575 410036 83800 - - 15 9 10 10 - 58050 - - - - 394951 - 33050 - 16 2 Il 13 * 75465 18070 57395 87414.30019 424970 87414 - - 17 0 7 17 * 98685 23630 75055 80187.5131 430101 80187 - - 18 -2 6 19 *
110295-26410 83885 76572.-7313 422788 76572 - - 19-1 4 19 * " " " " " 415475 - - 20-3 6 20 - 116100- - - - 299375 - 21 1 8 15 - 87075 - - - - 212300 - - 22 -2 6 19 - 110295- - - - 120725 - 14400 - 23 4 7 15 - 87075 - - - - 165860 - 101700 - 24 6 8 13 - 75465 - - - - 166471 - 58520 - 25 4 12 12 * 69660 16680 52980 89221. 36241 202712 89221- - 26 5 13 11 * 63855 15290 48565 91028.42463 245175 91028 - - 27 3 14 12 * 69660 16680 52980 89221.36241 281416 89221- - 28 4 13 11 * 63855 15290 48565 91028.42463 323879 91068 - - 29 3 16 12 * 69660 16680 52980 89221.36241 360120 89221- -
2414880 1380555 666180 226395
345 litres fuel 22,14 E 12,17# 3,62 ± 128,28 ± total = 37,93 ±
<Desc/Clms Page number 10>
EMI10.1
MARS date t 1 t 2 t S P pl p2 F à St.
Stock Fx Air RAF 360120 1 4 17 10 - 58050 - - - - 428222 - 97040 - 2 3 16 11 - 63855 - - - - 510448 - 112370 - 3 4 14 11 * 63855 16819 47036 112997. 65961 576409 112997 - - 4 8 16 8 - 46440 - - - - 714829 - 142200 - 5 6 13 12 - 69660 - - - - 750000 - 62777 - 6 5 15 10 * 58050 15290 42760 114985.
72225 42760 - - 7 6 14 10 * 58050 " " " " " " - - 8 8 16 8 - 46440 - - - - " - 35723 - 9 5 14 11 - 63855 - - - - " - 49119 - 10 4 10 13 - 75465 - - - - 717500 - 33050 - 11 2 11 14 - 81270 - - - - 680300 - 33900 - 12 1 9 15 - 87075 - - - - 730986 - 105970 - 13 5 11 12 - 69660 - - - - 763701 - 78750 - 14 4 9 14 - 81270 - - - - 695976 - 20900 - 15 2 13 13 * 75465 19877 55588 109022x 53434 749410 109022 - - 16 5 16 10 * 58050 15290 42760 114985x 72225 750000 43350 - - 17 7 15 9 * 52245 13761 38484 116973x 78489 " 38484 - - 18 9 14 11 * 63855 16819 47036 112997x 65961 " 47036 - - 19 8 15 11 * " " " " " " " - - 20 7 12 11 - " - - - - " - 49119 - 21 9 11 10 - 58050 - - - - " - 44654 - 22 8 10 11 - 63855 - - - - " - 49119 - 23 6 9 13 - 75465 - - - - 724793 - 38660 - 24 3 7 15 - 87075 - - - - 750000 - 86370 - 25 5 7 14 - 81270 - - - - 668730 - " - 26 1 8 16 - 92880 - - - - 651926 - 58520 -
27 4 6 15 - 87075 - - - - 564851 - - - 28 3 8 15 - " - - - - 518461 - 31350 - 29 3 9 14 - 91270 - - - - 446239 - 6960 - 30 0 6 17 - 98685 - - - - 347554 - - - 31 3 10 14 * 81270 21406 59864 107034. 47170 394724 107034 - - 2194290 590479 1136551 313 litres fuel 9,47 # 20,75 # 116,55 # total = 30,22 # AVRIL date t t 2 t S P p p2 F à St.
Stock Fx Air RAF 394724 1 3 8 15 * 87075 22935 64140 125242. 61102 455826 125242 - - 2 6 9 13 - 75465 - - - - 430619 - 38660 - 3 3 12 13 * 75465 16877 55588 129217. 73629 504248 - - - 4 2 13 14 * 81270 21406 59864 127230. 67366 571614 - - - 5 3 12 13 * 75465 19877 55588 129217 73629 645243 - - - 6 2 10 14 * 81270 21406 59864 127230.
67366 712609 - - - 7 7 12 11 - 63855 - - - - 750000 - 77881 8 8 16 8 * 46440 12232 34208 139156x 104948 " 34208 - - 9 4 18 9 * 52245 13761 38484 137168x 98684 " 38484 - - 10 5 21 7 * 40638 10703 29933 141440x 111212 " 29932 - - 11 7 24 4 * 23220 6116 17104 147106x 130002 " 17104 - - 12 4 18 9 * 52245 13761 38484 137168x 98684 " 38484 - - 13 3 10 14 - 81270 - - - - " - 62515 - 14 7 9 12 - 69660 - - - - " - 53584 - 15 6 7 8 - 46440 - - - - 722280 - 14400 -
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EMI11.1
16 3 6 16 - 92880 - - - - 629400 - 17 2 12 13 - 75465 - - - - 733935 - 136000 - 18 8 16 8 - 46440 - - - - 750000 - 48080 - 19 10 14 8 - " - - - - " - 35720 - 20 4 20 8 * 46440 12232 34208 139156x 104498 " 34208 - - 21 7 18 7 * 40635 10703 29932 141144x 111212 " 29932 - - 22 5 16 10 - 58050 - - - " - 44653 - 23 9 15 8 - 46440 - - - - " - 35723 - 24 6 18 8 * 46440 12232 34208 139156x
104498 " 34208 - - 25 8 20 6 - 34890 - - - - " - 26792 - 26 9 21 5 29025 7645 21380 145120x 123739 " 21380 - - 27 8 14 9 - 52245 - - - " - 40188 28 7 10 12 - 69660 - - - - " - 53584 - 29 5 8 14 - 81270 - - - - " - 62515 - 30 4 12 12 - 69660 - - - - " - 53584 - 1787940 403182 783879 255 litres fuel 6,44 E 14,32 E 94,96 ± total = 20,76 ± MAI date tOI t 2 t S P pl p2 F à St.
Stock Fx Air RAF 750000 1 6 8 13 - 75465 - - - - " - 58050 - 2 5 10 13 - " - - - - " - " - 3 7 20 7 - 40635 - - - - " - 31257 - 4 4 16 10 58050 15290 42760 148700x 105940 " 42760 - - 5 8 18 7 - 40635 - - - - " - 31257 - 6 10 22 4 23220 6116 17104 160627x 143523 " 17104 - - 7 9 15 6 34830 9174 25656 156651x 130995 " 25656 - - 8 8 12 10 - 58050 - - - - " - 44654 - 9 6 9 13 - - - - - - " - 58050 10 5 11 12 - 69660 - - - - " - 53585 11 7 9 12 - " - - - " Il 12 8 16 8 46440 12232 34208 152676x 118468 " 34208 - - 13 10 24 3 17465 4587 12828 162614x 149786 " 12828 - 14 9 >30 0 - - - - " - - - 15 6 16 9 52245 13761 38484 150688x 112204 " 38484 - - arrêt du chauffage 16 10 24 3 * 17465 - - - - 732535 - - - 17 9 26 3 * " - - - - 715070 - - - 18 10 >30 0 * - - - - " - - - 19 15 28 0 * - - - - - " - - - 20 14 26 0 * - - - - - " - - - 21 15 27 2 * 11610 - - - - 598970 - - - 22 14 28 0 * - - -
- - " - - - 23 16 26 0 * - - - - - " - - - 24 14 24 1 * 5805 - - - - 593165 - - - 25 16 >30 0 * - - - - " - - - 26 18 22 0 * - - - - - " - - - 27 16 >30 0 * - - - - - " - - - 28 17 27 0 * - - " 29 15 >30 0 - - - - - " - - - 30 16 >30 0 - - - - - " - - - 31 14 " 0 - - - - - 593165 - - - 789484 171040 388488 113 litres fuel 2,73 E 7,09 E 41,94 ± total = 9,82 ±
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Récupération de la chaleur solaire et son stockage
Dans les pièces de l' habitation fortement vitrées, la chaleur se concentre sous le plafond, et comme on l'a vu est absorbée par un échangeur situé à ce niveau. Divers types d'échangeurs peuvent être utilisés : des échangeurs plats fixés sous le plafond, ou mieux des solives ou des hourdis creux en métal dans lesquels circulera l'eau véhiculant les calories.
Si on utilise des solives ou des hourdis, ceux-ci serviront comme éléments porteurs; ce seront des solives pour un plafond avec solives apparentes ou des hourdis pour un plafond plat. Tout en captant la chaleur, ils produiront en même temps le froid nécessaire pour revenir à la température de confort que nous supposons partout constante et égale à 20 . En réalité, cette température sera modulable pour le confort mais pour la facilité des calculs nous supposons que la température reste constante dans toute l'habitation et toute l'année.
Pour l'échange thermique, le métal importe peu du fait qu'on est limité par le coefficient de transfert à l'interface métal-air ambiant qui est ici de 7 kCal.
Si nous utilisons des solives en acier (tubes de section rectangulaire) de par exemple 10 cm de large et 20 cm de haut à raison de deux solives par m et pour une épaisseur de tôle de 1,5 mm: une solive d'une longueur de 4 m pèsera 28 kg.
Pour une charge uniformément répartie de 500 kg sur une longueur de 4 m, ces dimensions conviennent, avec un léger renfort, comme base de calcul et nous les utiliserons pour les calculs qui vont suivre.
A raison de deux solives par m, il faudra pour les pièces ensoleillées, d'une longueur totale de 30 m, environ 60 solives.
La surface d'échange utile par solive est de 0,5 * 4 = 2 m2 et au total de 120 m2.
Les tableaux précédents montrent que dans l'ensemble, si on excepte les excès de chaleur, il faut pouvoir stocker 90. 000 kCal en 11 heures de soleil: ( ES - pl ).
Avec un coefficient d'échange de 7, l'écart de température entre l'eau entrant et l'eau sortant devra être supérieur à 90.000 / 120 * 7 * 11 = 9,7 . Or, on a vu que l'écart de température dans l'accumulateur peut varier entre -3 et 25 , soit une température moyenne de 14 . La surface des solives sera donc suffisante.
Le volume de l'accumulateur sera alors de 90.000 / 28 = 3.214 litres
On prendra un volume de 5 m3 -" un intérêt, qui sort du cadre de cette étude est la possibilité d'obtenir à bon compte un dispositif de lutte contre l'incendie en plaçant des pastilles fusibles ou des ampoules remplies d'un liquide bouillant à basse température sous les solives ou les hourdis selon les procédés connus et utilisés. "
Dans ce cas, une commande par pressostat permettra d'augmenter le débit et la pression pour obtenir l'efficacité recherchée. Si nécessaire, on pourra ajouter le volume du circuit de chauffagepour atteindre un volume total de 35 m3.
Circuit de chauffage
Le circuit de chauffage de l'habitation devra être capable de stocker toutes les calories excédentaires fournies par la pompe à chaleur.
Pour stocker ces calories, au lieu d'utiliser une grande citerne et alimenter des radiateurs, il est beaucoup plus avantageux de stocker la chaleur dans des convecteurs volumineux qui rediffuseront par après cette chaleur.
Ces convecteurs pouvant remplacer en totalité les murs intérieurs. Ils seront tout simplement constitués d'une cuve parallélépipédique de 15 à 40 cm d'épaisseur enfermée entre deux cloisons espacées de la cuve de quelques cm, ceci en fonction de l'architecture des bâtiments. Des ouvertures dans le bas et le haut des cloisons libèreront la chaleur par convection .
Ainsi le volume possible pour l'habitation pilote avec des convecteurs préfabriqués (cuves de 20 cm d'épaisseur) et 3 longueurs (1) (2) (3) différentes permet d'atteindre un volume de 26,2 m3 ( Fig. 6 ) .
Si on place également des solives dans les pièces non ensoleillées (éléments porteurs ou anti-incendie) on les utilisera pour le chauffage également et augmentera le volume de 20 * 2 * 80 = 3.200 litres : au total un circuit de 26,2 + 3,2 auquel on ajoutera encore le volume des conduites pour arriver au volume de 30 m3
Par ces solives, on dispose d'un chauffage rayonnant par le plafond, rendant plus homogène la température et supprimant les effets de froids des baies vitrées, d'où un confort accru. On utilisera ici en premier lieu la chaleur rayonnante des solives et complètera, par régulation, la chaleur émise par les convecteurs.
De la sorte, les solives rayonnantes débitent une quantité de chaleur fixe en relation avec la température du circuit, et les convecteurs complètent pour atteindre la température de confort recherchée.
Ce principe est applicable aux pièces possédant de grandes baies vitrées, en l'absence de soleil, par un jeu d'électrovannes, les solives produiront le même effet - ou une autre combinaison (à voir plus loin).
La température maximum à la sortie d'une PAC se limite à 50 et comme la température minimum de chauffage sera par la suite calculée suffisante à 25 , la température de l'eau du circuit variant entre 25 et 50 , la quantité de chaleur possible pouvant être stockée dans l'habitation pilote est de 30. 000 * 25 = 750.000 kCalories.
Il sera démontré par la suite que ce stock est suffisant.
Remarquons qu'il est possible de doubler ce stock en remplaçant en totalité ou en partie les murs extérieurs par des convecteurs.
B - Energie retirée de l'air.
Par manque de soleil, il est possible de retirer la chaleur de l'air lorsque la température extérieure est suffisante.
La température de l'air à la sortie d'un échangeur doit encore être de 2,5 afin d'éviter le givrage des ailettes (chute de rendement).
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A l'entrée, la température de l'air sera supérieure à 5 pour obtenir un échange encore valable. Dans notre cas, la chaleur est transférée à la saumure provenant de l'évaporateur de la PAC.
Capacité d'échange La quantité de chaleur transférée est : Q = K * S * Ùm avec : K, le coefficient d'échange
S, la surface d'échange Ùm, la température moyenne
L'échangeur devra être capable de soustraire une quantité de chaleur encore importante à basse température. A la plus basse température, l'air entre à 5 et sort à 2,5 . On donnera à la saumure qui arrive à contre-courant de celle de l'air une température négative pour avoir un écart suffisant.
Selon les relevés journaliers, la quantité maximum de calories à fournir par la PAC en 9 heures est de 180.000 kCal.; ce qui nécessite 180.000 / 1,3 = 138.500 kCal. à l'échangeur, ceci pour des températures plus élevées, et réduite à 95. 000 kCal pour des températures voisines de 5 à 6 .
Par précaution on prendra 120.000 / 9 = 13.300 kCal. par heure.
Pour un débit raisonnable de la saumure de 2 m3 /heure, la température à la sortie sera accrue de: 13.300 / 2000 = 6,6 .
La température moyenne d'échange (calculée selon Hausbrand ):
Air 5 saumure 0,6 la différence dl = 4,4
2,5 -6 la différence d2 = 8,5
Le rapport dl/ d2 = 0,51 et après correction, selon Hausbrand, passe à 0,73
La température moyenne d'échange est 0,73 * d2 = 0,73 * 8,5 = 6,2
L'échangeur à utiliser doit posséder un K*S de 13.300 / 6,2 = 2.145.
Parmi ceux du commerce, on trouve le suivant :
Caractéristiques données par le constructeur.
Tubes d'acier de 25 mm de diamètre et ailettes en tôle serties de 7*7cm espacées de 5 mm en 4 rangées Dimensions: hauteur 0,98m ; largeur 0, 84 ; épaisseur 0, 36 Surface d'échange = 75 m2 et section libre = 0,36 m2 Les caractéristiques enfonction de la vitesse de passage de l'air
Vitesse débit perte de charge coeff. de transfert 4 mls 1.4m3/s 5 mm d'eau 20
6 2,2 8 26
8 2,9 12 28 Le rendement de ces appareils est en moyenne de 65% à l'état neuf
La surface d'échange étant de 75 m, K doit être égal à 2.145/75 = 28. On fera donc passer l'air à la vitesse de 8 m/s pour la température minimum de 5 .
Quantité de chaleur fournie en fonction de la température extérieure.
Pour la température de la saumure de -6 et la vitesse de l'air de 8 m/s., la capacité d'échange est de 13.300 kCal/h, mais la chaleur retirée de l'air est moins élevée et égale à : 2,9(m/s)* 3.600* 1,2 (densité de l'air) * 0,3 (chaleur spécif air humide)* dt ou 3. 758 * dt avec ( dt = 5 - 2,5 ) donc 3. 758 * 2,5 = 9.400 kCal./h.
La puissance d'échange est trop élevée. On peut remonter la température de la saumure à -3 et se contenter d'une valeur proche de 9.400 kCal. Le nouveau Ùm devient :
5 1 dl=4 # #
2,5-3 d2 = 5,5 dl/d2 = 0,72 corrigé = 0,84 Ùm = 0,84 * 5,5 = 4,6 .
La capacité d'échange est de 28 * 759 * Ùm = 2.100 Ùm = 2.100 * 4,6 = 9.660 kCal ( plus en accord avec la chaleur soustraite de l'air).
Pour une température de l'air de 7 7 1 dl = 6 # #
3,5-3 d2 = 6,5 dl/d2 = 0,97 et Ùm = 6,5 * 0,92 = 6,3 La capacité d'échange est de 2.100 * 6,3 = 13.230 kCal La chaleur soustraite à l'air = 3758 * 3,5 =13.153 kCal
Pour une température de l'air de 10
10 2 dl = 8 # #
5-3 d2 = 8 Ùm = 8 La capacité d'échange = 2.100 * 8 = 16.800 kCal La chaleur soustraite à l'air = 3.
758 * 5 = 18.790 kCal
Pour une température de l'air de 15
15 5 dl = 10 # #
7-3 d2 = 10 Ùm = 10 La capacité d'échange = 2.100 * 10 = 21.000 kCal La chaleur soustraite de l'air = 3.758 * 8 = 30.064 kCal
Remarquons que nous élevons au fur et à mesure la température de l'air à la sortie pour éviter le givrage (avec la température, l'air devient de plus en plus humide)
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La courbe ( Fig. 13 ) donne les calories fournies en fonction de la température extérieure.
Les débits de la saumure en fonction de la t extérieure : 5 9.660 / 4 = 2.4001/h
7 13.230 / 4 = 3.3001/h
10 16.800 / 5 = 3.3001/h
15 21.000/ 8 = 2.6001/h On choisit donc avec ce type d'échangeur: une vitesse de l'air de 8 m/s. une température de saumure de -3 un débit de la saumure de 3.3001/h.
Dans ces conditions, la puissance électrique est # W = Q * h / 0,65 * 75
Avec W la puissance en chevaux h la perte de charge en mm d'eau
0,65 le rendement
75 pour convertir les kgm/s en CV Dans notre cas : W = ( 2,9 * 12 ) / ( 0,65 * 75 ) = 0,71 CV ou 525 Watts La dépense le jour =0,525 * 0,155 E = 0,081 E (3,3 Fb). la nuit =0,525 * 0,056 E = 0,029 E (1,2 Fb). pour une température moyenne de 7 pour fournir13.200 kCal et pour 10.000 kCal le jour 0,062 # (2,5 Fb) la nuit 0,022 E (0,9 Fb)
Remarquons que nous avons effectué ces calculs, avec comme base ce type d'échangeur, du fait que nous possédons les caractéristiques de toute la série fabriquée par la Cie Générale d'Hygiène en 1950;
mais ce type d'échangeur en fer ne convient pas tellement pour nous à cause de la condensation de la vapeur d'eau et le risque de rouille au sertissage des ailettes réduisant la conductivité. De plus, la vitesse élevée de l'air nécessite, de préférence ,un échangeur composé de tubes en cuivre avec ailettes également en cuivre soudées pour un meilleur échange à basse température, ou un autre plus performant.
Nous faisons, jusqu'ici, passer la saumure dans l'évaporateur de la PAC pour la simplification de celle-ci et la possibilité d'utiliser l'échangeur pour réintroduire des calories dans le sol ; mais nous pouvons avantageusement créer une dérivation du fluide frigorigène vers l'échangeur pour un meilleur rendement.
Comme dans notre région, il faudra finalement peu utiliser l'énergie du sol ( les calculs suivants le démontreront), nous adoptons cette seconde solution pour notre habitation pilote.
Répartition des températures sur une journée de 24 heures. (De 7 heures le matin à 7 heures le lendemain.)
C'est le matin au lever du jour que la température est la plus basse. Elle croît graduellement jusque 16-17 heures, présente un palier, puis décroît assez régulièrement jusqu'au lendemain matin.
Nous avons relevé les températures le matin "t 1 "entre 7 et 8 h. et l'après-midi "t 2" entre 16 et 17 h. Les courbes des températures relevées le jour et la nuit présentent des montées et des descentes tantôt légèrement concaves, tantôt légèrement convexes selon les variations climatiques du moment ; dans l'ensemble nous pouvons considérer ces courbes comme des droites.
Chaleur retirée de l'air.
Comme pour l'énergie solaire, la chaleur retirée de l'air le jour pose un problème à cause du prix du kW. Si on peut facilement emmagasiner la chaleur solaire dans AC, il n'en est pas de même de la chaleur extraite de l'air car la température de la saumure est trop basse. Il est préférable de retirer d'abord la chaleur de l'air après 22 heures.
Echangeur et PAC fonctionnent sur le courant de nuit. On se réservera toutefois le droit de récupérer la chaleur de l'air le jour lorsque la géothermie n'est pas possible. Cette chaleur revenant moins chère que la chaleur électrique la nuit.
Chaleur récupérée en fonction des températures. ( Fig. 14): t l, t 2 et t 3 (remarquons que t 3 est la température t lle lendemain matin). Dans la majorité des cas t 2 est supérieur.
Le jour, l'échangeur fonctionne dès que la température extérieure atteint 5 . C'est cette température qui commande la mise en route de l'échangeur et la PAC.
La quantité de chaleur récupérée jusque 16 heures correspond à la zone hachurée A et dj 1 est la durée de marche de ces appareils.
On a la relation dj1 / (t 2-5) = 9 / (t 2 -t l) et dj1 = 9 (t 2 - 5)/ (t 2 - t 1 ) La température moyenne est t mj1= (t 2 + 5) / 2.
La quantité de chaleur obtenue par heure en fonction de la température extérieure est indiquée sur la courbe précédente. ( Fig. 13 )
Pour une durée de marche djl, la quantité totale transférée à la PAC par l'échangeur est le produit de ces deux valeurs. Pour connaître la quantité de chaleur transférée par l'échangeur entre 16 et 22 h. , on calculera la durée de fonctionnement et la température moyenne de la même manière.
La nuit, échangeur et PAC fonctionnent à partir de 22 h. t 4 = 0,6 t 2 + 0,4 t 3 La durée dn = 15 (t 4- 5)/ (t 2 -t 3), et la température moyenne (t 4 + 5) / 2 Lorsque t 2 et t 3 sont > 5, dn (la durée de fonctionnement) est de 9 h.
Et lorsque t 2 < t 3, dn = 15 (t 3- 5)/ (t 3 -t 2) La température moyenne : (t 4 + 5) / 2 ou (5 + t 3) / 2 selon que t 4 est > ou < à 5 .
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Le tableau suivant nous indique les quantités de chaleur extraites la nuit par l'échangeur en fonction des températures extérieures: t 2 et t 3 : t 3 -3-2 -1 0 1 2 3 4 5
EMI15.1
---.¯-----¯...¯-----------------...-----------------------------...---...-------t02 ---¯.¯¯,..¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ .
¯.¯¯¯¯¯w¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯.w¯¯¯¯¯¯¯ 5 6 14400 94050 7 14400 41800 97870 8 4110 12000 31250 58520 101700 9 6960 19855 20900 38660 67800 105970 10 8550 15700 26120 33050 48590 76560 110295 11 10450 17980 22990 33900 45220 64300 78750 113850 12 10450 16500 27400 31300 38420 55120 71760 79620 117450 13 15700 22600 32080 39600 52400 60560 79200 91750 124650 14 22000 29900 36750 48100 66000 66400 81300 103880 126100 15 27400 35800 42830 53600 66840 73160 89170 107870 127570 16 32900 41800 48900 59100 69250 80330 97040 112370 130500 t 3 6 7 8 9 10 11 12 13 14 t 2 -2 19590 37660 54830 72000 81690 91385 108890 126400 137320 -1 22800 43050 61450 80000 92500 105010 120565 136125 0 26125 48430 68060 88000 103380 118640 132240 1 32660 57970 77130 96490 111260 130500 2 39190 67410 86200 104480 119200 133425 3 58780 76910 95600 115000 125670 136350 4 78375 86400
100600 124650 130570 5 94050 99800 105520 121725 135460 6 97870 114500 124650 129035 7 101700 118800 127570 136350 8 110250 121075 131900 139800 9 113850 125800 136350 10 118800 130500 138000 11 124650 131750 12 126100 133000 13 127570 136000 14 130500 15 136350
Calories extraites de l'air en fonction de t 2 et t 3 C - Antres sources Que le soleil et l'air .
S'il n'est pas possible de retirer assez de chaleur du soleil et de l'air, on passera aux sources suivantes et dans l'ordre: 1 - la chaleur du sol
2- la chaleur de l'air le jour transitant directement par la PAC dans le circuit de chauffage
3--finalement la chaleur électrique.
1 - Calories pouvant être retirées du sol.
Lorsque le sol le permet, pas de roches et espace suffisant autour de l'habitation, on peut recourir à l'énergie géothermique et même aller plus loin que l'usage qui en fait, non seulement utiliser le sol pour en retirer ses calories, mais pour en loger. Comme à certaines périodes de l'hiver la température est suffisante, on utilisera un échangeur branché sur le circuit de transfert pour regonfler le sol à condition que la température du sol soit inférieure à la température extérieure.
En marche normale, la chaleur du sol sera prélevée la nuit directement par le circuit de transfert et la PAC.
2 - Calories pouvant être retirées du iour par la PAC.
Nous avons vu qu'il est possible de retirer la chaleur de l'air le jour entre 7 h. et 22 h. par l'échangeur et la PAC ( cette quantité est supérieure à celle retirée la nuit), mais à un prix trois fois plus élevé.
Toutes ces complications techniques sont dues à la différence de prix du kWh entre le jour et la nuit, mais lorsque ce procédé sera suffisamment développé, on peut espérer une moindre différence, d'où la simplicité : de AC et un seul circuit ...... Ce n'est pas pour demain .
3 - Energie électrique: Utilisable quand les autres moyens sont épuisés.
<Desc/Clms Page number 16>
Répartition des différentes énergies
Jusqu'ici, nous avons traité dans les tableaux mensuels précédents uniquement des pertes et de l'incidence de l'énergie solaire ( voir à partir de la page 6 ) Pour rappel :
P les calories perdues par tout le bâtiment en 24 heures et en fonction de la température extérieure P =
5805 ¯t . pl les calories perdues pendant les périodes de soleil dans les parties de l'habitation ensoleillées. p2 la perte restante (P-pl)
F les calories transférées par la PAC.
A St la quantité de chaleur excédentaire à stocker dans le circuit de chauffage.
Avec les nouvelles données sur les autres énergies complémentaires, nous ajoutons à ces tableaux:
St le stock en fin de journée( le lendemain matin à 7 heures ) c-à-d. la quantité de chaleur présente dans le circuit de chauffage.
Fx les calories provenant de l'énergie solaire réellement utilisées
Air les calories retirées de l'air la nuit.
RAF le Reste des calories A Fournir et dans l'ordre : l'énergiegéothermique, l'air le jour, finalement électrique.
Comparaison des prix de ces différentes sources
Pour 10.000 kCal nécessaires pour le chauffage, il faut dépenser avec : 1 Lefuel a) les nouvelles chaudières à haut rendement (100%)1 litre à 0,37 # 0,37 # b) les foyers et chaudières actuellement en service dont lerendement est estimé à 70% : 1.43 1. 0,53 # 2 La chaleur solaire : pour10000 kCal à fournir sortie PAC 2,84 * 0, 056 # = 0,16#
3 La chaleur retirée de l'air après 22 heures et transférée directement parla PAC = 0,159 + 0, 022 = 0,18 # 4 La géothermie:
la chaleur est captée du sol par le circuit de transfert la nuitet transmise par la PAC 0,16 # 5 La chaleur est retirée de l'air le jour et transmise directement par la PAC: échangeur le jour = 0, 06 # la PAC =2.84 *0,155 # = 0,44± au total 0,50 # 6 Le chauffage électrique la nuit: 11,63 kW 0,66 #
Dans ces calculs, nous ne tenons pas compte de l'énergie très faible consommée par les pompes de circulation.
A condition de respecter les pertes de charge, la consommation est d'environ 20 Watts pour un débit de 1.000 litres par heure.
Application au procédé
Dans notre région, à partir du 15 septembre, on observe des écarts de températures légèrement plus importants, mais surtout oscillant autour d'une température en régression. Pour des températures moyennes réduites vers 16 et 14 déjà, ces écarts deviennent néfastes pour la santé : rhumes,grippes, etc. On a tout intérêt de mettre le procédé en service pour stabiliser au plus vite la température dans l'habitation et cela grâce à l'inertie thermique de l'ensemble des convecteurs qui est 2,5 fois plus importante que celle de murs en briques (la chaleur spécifique de l'eau est de 1 pour une densité de 1, alors que la chaleur spécif de la brique est de 0,2 pour une densité voisine de 2).
De plus, la vitesse de diffusion de la chaleur est beaucoup plus rapide (7 fois en se basant sur les coefficients de transfert). Durant cette période, seule la chaleur solaire sera captée, elle élèvera progressivement la température du circuit de chauffe de sorte que le ler Octobre on se retrouve avec une température de 40 correspondant à un stock de 450. 000 kCal nécessaire pour pallier à des températures basses rencontrées certaines années début Octobre. (mais devenant toutefois de plus en plus rare).
En septembre, la température est élevée de 20 à 40 . Il faut fournir (40 - 20) * 30. 000 = 600.000 kCal pour un prix de 600. 000 * 0,16 / 10.000 = 9,62 # (388 Fb).
Année de chauffage de Octobre 1991 à Mai 1992 Mois d'Octobre. (voir page 6) - Le premier Octobre à 7 heures du matin, le stock dans le circuit de chauffe est de 450.000 kCal .
Le soleil brille et fournit ES - pl = 110.890 - 8. 340 = 102.550 kCal. Ces calories sont emmagasinées dans AC dont la capacité maximum est de 28 * 5. 000 = 140.000 kCal
Cette chaleur est transférée par la PAC après 22 heures dans le circuit de chauffe égale à 102.550 * 1,3 =
133.315 (colonne F) moins la perte p2 c-à-d. 133.315 - 26. 490 = 106.825 (colonne: à St.).
Le stock dans le circuit de chauffe s'élève à 450. 000 + 106.825 = 556.825 kCal.
-"Dans la colonne F, nous faisons suivre 133.315 d'un point pour indiquer que toute l'énergie solaire a été utilisée et reporte cette valeur dans la colonne Fx :(chaleur solaire réellement utilisée); et faisons suivre d'une croix quand une partie seulement est utilisée "- - Le 2 Octobre matin, il ne reste plus de calories dans AC et la saumure est redescendue à la température de -3 .
La chaleur solaire est entièrement captée par AC, la quantité à stocker (F - p2) est de 88.159 kCal qui porte le stock à
644. 984 kCal.
- Le 3 Octobre, idem, le stock passe à 739.365 kCal.
-"Remarquons que nous parlons de chaleur emmagasinée dans AC et de chaleur stockée dans le circuit de chauffage. "-
<Desc/Clms Page number 17>
- Le 4 Octobre, la quantité de chaleur à stocker s'élève à 100.603 kCal .
La PAC ne fournira pas cette quantité car le stock devient maxi. le thermomètre thc atteint 50 et coupe le courant de la PAC; mais seulement 750. 000 - 739. 365 plus la perte p2 seront utilisés = 41.540
Il reste dans AC 110890-9730-41540=59620 (que l'on retrouve dans le haut de AC).
"Le PC pilotera la PAC la nuit de sorte que la chaleur contenue dans AC soit retirée avant la chaleur de l'air - Le 5 Octobre, pas de soleil, la chaleur est retirée de l'air la nuit, les températures sont : tl = 9 ; t2 = 22 ; t3 = 13 . La température étant >5 , à 22h., l'échangeur et la PAC sont actionnés. Pour ces températures, le tableau ( page 15 ) indique que l'échangeur peut extraire plus de 136.000 kCal (limite de l'échangeur, imposé par la PAC). La PAC fournira la totalité de la perte P = 23.220 et l'échangeur 23.220 / 1,3 = 17.861 kCal que l'on porte dans la colonne Air.
Ainsi, le 5 octobre, les 23.220 kCal que doit fournir la PAC correspondent à 17.861 kCal à retirer de AC. Il restera 59.620 - 17.861 = 41. 759 kCal
Le 6 octobre AC arrive à son stock maxi (140.000 kCal) et y restera jusqu'au 16. En réalité, on retire plus de calories du soleil que les calculs indiqueront par la suite, mais vu la faible différence dans leprix de revient entre l'énergie solaire et celle de l'air, on ne tientpas compte ici dans ces calculs de l'énergie résiduelle contenue dans AC, l'erreur étant trèsfaible et les calculs déjà assez conséquents. Le calcul sera le suivant: - Le 6 Octobre, le soleil revient et la PAC fournit l'équivalent de la perte p2 : = 13.245 kCal Les jours suivants jusqu'au 16 Octobre, le soleil continue à fournir chaque jour l'équivalent de p2.
- Le 17 Octobre, fini le soleil, la chaleur est empruntée à l'air la nuit. tl = 6 ; t2 = 16 ; t3 = 5 .
A 22 h., t4 = 0,6 * 16 + 0,4 * 5 = 11,5 ; la durée dn est de 9h. (puisque t2 et t3 sont>5) et la température moyenne = ( 11,5 + 5)/ 2 = 8 . La capacité en calories de l'échangeur = 14.500 *9 = 130.500 ( voir le tableau qui donne directement ces valeurs pages 13 ). La PAC fournira l'équivalent de la perte p2 = 52.245 et l'échangeur seulement 52.245 / 1,3 = 40.188 kCal.
- Le 18 octobre: tl = 5 ; t2 = 12 ; t3 = 4 # t4 = 0,2 * 12 + 0,4 * 4 = 8,5 , dn = 15 (8,5 - 5) / (12 - 4) = 6,5 heures de marche, la température moyenne de : + 5) / 2 = 6,5 . La capacité calorifique de l'échangeur de : 12.250 * 6,5 = 79. 620 (voir tableau), mais ne fournira que 63.855 / 1,3 = 49.119 kCal.
- Le 19 octobre, tl = 4 ; t2 = 14 ; t3 = 3 . Le tableau indique une capacité calorifique de 81.300, mais ne doit fournir que 63.855 / 1,3 = 49.119 kCal.
- Le 20 octobre, la capacité de l'échangeur est de 38. 420 et après PAC: 38.420 * 1,3 = 49.946 kCal
Or la perte est plus élevée = 75.465; le manque est puisé dans le stock qui tombe à 750.000 - 75.465 + 49. 946 724.481 kCal
Tant que la température dans le circuit de chauffage est > 25 le PC ne permet pas de retirer la chaleur d'une autre source que celles du soleil et de l'air "- - Le 21 octobre, idem, la capacité de l'échangeur = 48. 590 et après PAC = 63.167 on fait de nouveau appel au stock 724.481- 87. 075 + 63.167 = 700.573 kCal.
- Le 22 octobre, la capacité de l'échangeur = 76. 560 et après PAC = 99.531; le stock remonte: 700. 573 - 81.270 + 99.531 = 718.834 kCal.
- Le 23 octobre, la capacité de l'échangeur = 131.750 et après PAC = 169.650; or la PAC doit seulement fournir: 750.000 - 718.834 + 75.465 = 106.631 et l'échangeur à la PAC : 106.631 / 1,3 = 82.023 kCal - Le reste du mois, la capacité de l'échangeur est plus que suffisante.
Le soleil fournit 776.820 kCal pour un prix de 12,44 # (502 Fb).
L'air 598. 355 10,93 E (441 Fb). au total 23,37 # (943 Fb).
Si on avait utilisé le fuel il aurait fallu 200 litres pour 74,36 # (3. 000 Fb).
Mois de Novembre.
Le ler Novembre, le stock est de 750.000 kCal et pas de soleil. La capacité de l'échangeur est plus que suffisante et fournit seulement 52.245 / 1,3 = 40.188 kCal.
Par la suite, ce sont toujours les mêmes calculs comme au mois d'Octobre Le soleil fournit 462.898 kCal pour un coût de 7,41 # (299 Fb).
L'air 1.022.828 18,69# (754 Fb). au total 26,10 # (1. 053 Fb).
Si on avait utilisé le fuel 130,44 # (5. 262 Fb).
Mois de Décembre .
Le stock est de 98.652 kcal, les températures sont trop basses et pas de soleil, le stock tombe à 0, la température du circuit de chauffe arrive à 25 "A ce moment le courant est branché sur les autres sources"-
RAF s'élève à 110.295 - 98. 652 = 11.643 kCal.
Les autres jours jusqu'au 15, peu de soleil et les temp. sont trop basses, le système fait appel aux autres sources (RAF)
A partir du 16, c'est surtout l'air qui fournit la chaleur, le stock remonte.
Le soleil fournit 509.658 kCal. pour un coût de 8,15 # (329 Fb).
L'air 1.267.615 23,18 # (935 Fb). au total 31,33 ± (1.264 Fb).
RAF par géothermie 17,55 # (708 Fb). avec échangeur et PAC 55,23 ± (2. 228 Fb). avec chauffage électrique 71,99# (2.904 Fb).
<Desc/Clms Page number 18>
D'où. les trois procédés possibles .
Le procédé A (avec géothermie) 31,33 + 17,55 = 48,88 # (1.972 Fb).
Le procédé B (aéroth + PAC le jour) 31,33 + 55,23 = 86,56 ± (3. 492 Fb).
Le procédé C (chauffage électrique) 31,33 + 71,99 = 103,32 # (4.168 Fb).
Si on avait utilisé du fuel le coût 150,17 ± (6. 058 Fb).
Mois de Janvier.
Au départ le stock est de 652.740 Kcal, pas de soleil jusqu'au 19, la chaleur est retirée de l'air mais insuffisante, c'est surtout le stock qui alimente jusqu'au 18.
Par après le soleil réapparaît mais insuffisant c'est RAF qui fournit le reste.
Le soleil fournit 495. 460 kCal pour un coût de 7,93 E (320 Fb).
L'air 720.885 13,16#(531Fb). au total 21,09 ± (851 Fb).
RAF par géothermie 12,44# (502 Fb). aéroth + PAC le jour 39,07# (1.576 Fb). chauffage électrique 51,02 E (2. 058 Fb).
Le procédé A 21,09 + 12,44 = 33,53 ± (1.353 Fb).
B 21,09 + 39,07 = 60,16 # (2. 427 Fb).
C 21,09 + 51,02 = 72,11 # (2. 909 Fb).
Si on avait utilisé le fuel le coût= 164,97 # (6. 655 Fb).
Mois de Février.
Le 1 et le 2, pas de soleil et température de l'air insuffisante c'est RAF qui procure la chaleur
Le 3 , l'échangeur fournit la chaleur et permet de stocker 48470 kCal.
Le reste du mois : et air suffisent, le 29, le stock est remonté à 360120 kCal.
Le soleil fournit 1.380.555 kCal pour un coût de 22,13 # (893 Fb).
L'air 666.180 12,17 #(491 Fb). au total 34,30 # (1.384 Fb).
RAF fournit 226.395 kCal par géothermie 3,62# (146 Fb). aéroth + PAC le jour 11,38 # (459 Fb). chauffage électrique 14,87 # (600 Fb).
Le procédé A 34,30 + 3,62 37,92 ± (1.530 Fb).
B 34,30 + 11,38 = 45,68 # (1.843 Fb).
C 34,30 + 14,87 = 49,17# (1.984 Fb).
Si on avait utilisé le fuel 128,28 # (5. 175 Fb).
Mois de Mars
Le ler, le stock est de 360.120 kCal. Le soleil et l'air la nuit suffisent Le soleil fournit 590. 479 kCal pour un coût de 9,47 # (382 Fb).
*L'air 1.136.651 20,75 E (837 Fb). au total 30,22 ± (1219 Fb).
PAS de RAF Si on avait utilisé le fuel 116,56 ± (4.702 Fb).
Mois d'Avril
Soleil et air suffisent Le soleil fournit 403.182 kCal pour un coût de 6,45 # (260 Fb).
L'air 783.879 14,33 ± (578 Fb). au total 20,78 ± (838 Fb).
Si on avait utilisé le fuel 94,97 ± (3.831 Fb).
Mois de Mai
A partir du 15 Mai tout est à l'arrêt sauf la pompe de circulation du circuit de chauffage qui s'arrêtera le 31 afin d'épuiser les calories en stock.
Le soleil fournit 171.040 kCal pour un coût de 2,73 # (110 Fb).
L'air 388. 488 7,09 E (286 Fb). au total 9,82 ± (396 Fb).
Si on avait utilisé le fuel 41,94 ± (1. 692 Fb).
EN RESUME: Sur l'année les % apportés par le soleil, l'air et RAF mois Oct. Nov. Déc. Janv. Févr. Mars Avr. Mai Soleil 56 31 18 25 56 35 34 31 Air 44 69 44 36 29 65 66 69 RAF 0 0 38 39 15 0 0 0
<Desc/Clms Page number 19>
EMI19.1
<tb> Prix, <SEP> selon <SEP> la <SEP> solution <SEP> adoptée <SEP> . <SEP>
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Mois <SEP> Oct. <SEP> Nov. <SEP> Déc. <SEP> Janv. <SEP> Févr. <SEP> Mars <SEP> Avr. <SEP> Mai
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<tb>
<tb> proc. <SEP> A <SEP> 943 <SEP> 1.053 <SEP> 1.972 <SEP> 1.353 <SEP> 1.530 <SEP> 1.219 <SEP> 838 <SEP> 396
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<tb> total <SEP> = <SEP> 230,64 <SEP> # <SEP> (9. <SEP> 304 <SEP> Fb).
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<tb>
<tb> proc. <SEP> B <SEP> 943 <SEP> 1.053 <SEP> 3.492 <SEP> 2. <SEP> 427 <SEP> 1.843 <SEP> 1.219 <SEP> 838 <SEP> 396
<tb>
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<tb> total <SEP> = <SEP> 302,70 <SEP> # <SEP> (12.211 <SEP> Fb).
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<tb>
<tb> proc. <SEP> C <SEP> 943 <SEP> 1.053 <SEP> 4.168 <SEP> 2. <SEP> 909 <SEP> 1.984 <SEP> 1.219 <SEP> 838 <SEP> 396
<tb>
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<tb> total <SEP> = <SEP> 355,62 <SEP> # <SEP> (13.539 <SEP> Fb).
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<tb>
Si <SEP> fuel <SEP> 3. <SEP> 000 <SEP> 5. <SEP> 262 <SEP> 6. <SEP> 058 <SEP> 6. <SEP> 655 <SEP> 5. <SEP> 175 <SEP> 4.702 <SEP> 3.831 <SEP> 1.692
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<tb> total <SEP> = <SEP> 901,71 <SEP> # <SEP> (36. <SEP> 375 <SEP> Fb).
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En <SEP> utilisant <SEP> le <SEP> procédé <SEP> A, <SEP> le <SEP> GAIN <SEP> réalisé <SEP> sur <SEP> l'année <SEP> est <SEP> de <SEP> 671,07 <SEP> # <SEP> (27.071 <SEP> Fb).
<tb>
Année 90-91.
Une des années les plus froides, caractérisée par un gel important en décembre, janvier et février En utilisant le procédé A le coût annuel est de 214,50 ± (8. 653 Fb). le fuel 880,32 # (35.512 Fb). d'où un GAIN de 665,82 # (26.859 Fb).
EMI19.2
<tb>
Sur <SEP> l'année, <SEP> les <SEP> % <SEP> apportés <SEP> par <SEP> le <SEP> soleil. <SEP> l'air <SEP> et <SEP> la <SEP> géothermie:
<tb> mois <SEP> Oct. <SEP> Nov. <SEP> Déc. <SEP> Janv. <SEP> Févr. <SEP> Mars <SEP> Avr. <SEP> Mai
<tb> soleil <SEP> 44 <SEP> 55 <SEP> 10 <SEP> 52 <SEP> 33 <SEP> 56 <SEP> 47 <SEP> 37
<tb> air <SEP> 1 <SEP> 56 <SEP> 45 <SEP> 52 <SEP> 39 <SEP> 16 <SEP> 44 <SEP> 53 <SEP> 63
<tb> RAF <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 38 <SEP> 9 <SEP> 51 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb>
Ce dernier exposé nous permet de mieux comprendre le fonctionnement.
D - Mise en route du procédé On arrive finalement au schéma (Fig. 15 ) Fonctionnement 1 -Le jour de 7 heures à 22 heures.
A 7 heures, suite à une impulsion de l'horloge du PC, débute le programme "jour". La température tha (29) au plafond est < à 25 , la pompe PCI(28) du circuit de transfert de AC (27) est à l'arrêt, de même que la pompe à chaleur (30). C'est l'eau chaude du circuit de chauffage dont la température oscille entre 25 et 50 qui alimente les convecteurs, les solives ou les hourdis, PC3 (34) marche (M), les électrovannes vl (37) ,V3 (38) ,V4 (39) ,V5 (40) sont fermées, V2 (41) est ouverte.
Lorsque le soleil brille, la température tha (29) dépasse 25 , le circuit de transfert entre en action, PC1 marche (M) et emmagasine la chaleur dans le haut de l'accumulateur (AC). Le débit de PCIest faible : 5 m'en 10 heures au maximum. Toutes les vannes restent dans la même position.
Lorsque le soleil disparaît, tha devient < 25 et PCI revient à l'arrêt.
2 -La nuit de 22 heures à 7 heures.
A 22 heures débute le programme nuit, également sur une impulsion de l'horloge du uPC.
Tant que thb (42) ( la température en haut de l'accumulateur) dépasse 0 , la vanne VIreste ouverte, V5 s'ouvre, PC2 (33) , PC3 (34) et la PAC marchent. Les calories contenues dans Ac passent dans le circuit de chauffage, et lorsque thb (42) devient < 0 , PC2 et la PAC repassent à l'arrêt, VIet V5 se ferment.
Le thermomètre thc (43) du circuit de chauffage oscille entre 25 et 50 .
S'il n'y a pas eu de soleil thb reste inférieur à 0 , la chaleur est retirée de l'air à condition que thd (44) soit >5 , V2 se ferme, V3 s'ouvre l'échangeur sert d'évaporateur à la PAC: PC3, PAC et échangeur fonctionnent.
S'il n'y a pas de soleil et que la température de l'air est insuffisante, thd <5 , seule la pompe de circulation fonctionne et la chaleur est extraite du stock. Le circuit de chauffage vit avec sa réserve et lorsque thc tombe en dessous de 25 , la chaleur est extraite du sol. V2 et V4 s'ouvrent, V3 se ferme, PC2 et la PAC fonctionnent
Lorsque the (45) arrive aux environs de 0 , la chaleur est extraite de l'air le jour à condition que thd soit > 5 , V2 se ferme, V3 s'ouvre, la PAC et l'échangeur pour l'air fonctionnent.
Finalement lorsque thc <25 , thd <5, the <0 et pas de soleil, c'est le chauffage électrique (47) qui entre en action.
Après le 15 Mai, lorsque thc atteint 50 , tout le système s'arrête sauf la pompe de circulation du circuit de chauffage qui s'arrêtera finalement le 31 mai afin d'épuiser les calories du circuit.
FONCTIONNEMENT.
Le jour
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La nuit
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Améliorations possibles.
1 Pour cette maison pilote, les calculs ont été effectués avec une surface des baies vitrées exposées au Sud de 32,5 m2.
Comme dans le procédé décrit, on fait appel en dernier recours à la chaleur retirée de l'air le jour et au chauffage électrique, très coûteux, on voit que l'on a intérêt de forcer la quantité de chaleur reçue du soleil, surtout lorsque la géothermie n'est pas, ou peu, possible.
La maison pilote possède un versant de toiture exposé au Sud dont la surface est de 6 * 24 m = 144 m2 Si, on y installe des panneaux solaires plans sur le 1/4 de cette surface seulement c-à -d 36 m2 pour des dimensions de 4 * 9m, l'énergie solaire captée devient double.
2 Il en est de même de l'énergie retirée de l'air en augmentant la capacité de l'échangeur.
3 En ajoutant des panneaux solaires en toiture ou sur les murs (plus efficace l'hiver sur les murs, car les rayons solaires tombent presque perpendiculairement sur les panneaux).
Des panneaux solaires à concentration délivrant une température beaucoup plus élevée et pouvant être stockée directement dans le circuit de chauffage, sans devoir passer par la PAC.
Possibilité de remplacer les murs extérieurs par des convecteurs avec isolation et paroi extérieure (briques, panneaux divers), ainsi capable de stocker dans l'habitation pilote jusque 1.500.000 kCalories, ce qui permet de réduire l'épaisseur des cuves des convecteurs ou accroître la capacité de stockage dans certaines régions.
4 Dans notre région, pour les conditions météorologiques rencontrées durant ces 15 ans, le stock de 750.000 kcal. paraît suffisant, mais il pourra être réduit dans des régions plus chaudes en utilisant une épaisseur moindre pour les cuves des convecteurs, ou l'inverse pour des régions plus froides. Vu la possibilité de remplacer les murs extérieurs par des convecteurs isolés, l'épaisseur des cuves des convecteurs pourra être réduite.
Dans certains cas, le soit disant convecteur sera réduit à la simple fonction de réservoir de calories, la convection étant supprimée (pas d'orifices dans les parois).
5 Dans cet exposé, pour la facilité des calculs, nous avons utilisé des températures fixes mais pour un meilleur rendement et un meilleur confort ces températures seront modulées par le PC en fonction du moment et des températures extérieures sur une certaine période.
De la Norvège à l'Espagne et le reste de la planète, ce sera l'éternel compromis entre l'amortissement de l'installation, le rendement et la surface de captage solaire, les possibilités de l'air et du sol, parfois l'énergie à retirer en plus de l'eau, l'énergie éolienne ou encore la géothermie profonde.
2) EQUIPEMENT A - Captage de l'énergie solaire dans les habitations.
Pour simplifier les calculs précédents, nous avons choisi des solives, mais d'autres types d'échangeurs peuvent être utilisés : hourdis creux, des échangeurs plats, etc.... ( Fig. 7 ) Solives
Nous avons pris des solives de section rectangulaire, mais d'autres formes sont possibles: par exemple une section trapézoïdale ou polygonale permettra d'avoir une plus grande surface d'échange (6-7-8-9-10-11). Les dimensions seront calculées en fonction de la charge à supporter.
Les entrées et sorties pourront être situées d'un même côté, la saumure étant acheminée à l'intérieur par un tube interne perforé de sorte que la température à la surface de la solive soit la même sur toute la longueur, afin d'éviter des zones froides et ne pas atteindre le point de rosée. De la sorte l'encombrement avec les conduites porte d'un même côté de la pièce. Dans certains cas, pour accroître la portance, le tube intérieur pourra être soudé sur le bas de la solive (résistance à la traction) (8), avec collecteur de condensation (9).
L'ensemble sera monté en parallèle ou série-parallèle vu le très faible débit demandé (500 litres/ heure = 5 m3 en 10 heures). Elles seront reliées entre elles et aux circuits de distribution par des tubes plastiques souples de faibles diamètres. On utilisera des tubes équipés de raccords rapides fabriqués industriellement à des dimensions standardisées.
Remarquons qu'entre les solives placées dans les pièces ensoleillées, il reste un espace et qu'il est possible de placer des échangeurs plats alimentés par le circuit de chauffage. On évite, de la sorte, d'utiliser les solives à la fois pour la récupération de la chaleur solaire et le chauffage rayonnant par le plafond
Dans les nouvelles habitations lorsque tous les murs intérieurs sont remplacés par des convecteurs, ils occupent toute la hauteur. Les solives seront posées et attachées sur ces convecteurs quitte à renforcer ses derniers pour supporter des étages. On tiendra compte de la dilatation et de l'insonorisation lors de la pose de celles-ci.
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Hourdis.
Comme les solives sont apparentes, certains aimeront mieux voir un plafond plan. On utilisera également un tube creux sur lequel on fixera deux ailettes, ou un U soudé sur une tôle (12-13-14). Diverses formes seront adoptées selon le goût du client afin d'avoir une surface d'échange suffisante, les hourdis seront reliés entre eux par des joints en caoutchouc pour la dilatation et l'insonorisation. Ils seront adaptés et fixés comme les solives, ou en combinaison avec les solives (15-16).
1 - Echangeurs plats.
Divers types du commerce à ailettes peuvent être utilisés. L'encombrement est beaucoup moindre. Il sera également possible de placer de tels échangeurs entre le plafond et un sous-plafond, ou un panneau léger en plastique ajouré et décoratifcachant les échangeurs. Ce sera par exemple le cas en restauration de bâtiments. La circulation de l'air pouvant être forcée par un ventilateur pour augmenter le pouvoir d'échange et répartir par des ouvertures l'air refroidi, comme cela se fait dans les chambres frigorifiques. Beaucoup de combinaisons sont possibles avec ces divers éléments .
2 - Accumulateur.
La chaleur est stockée dans un réservoir de 5 m' isolé thermiquement. On pourra utiliser une citerne calorifugée et enfuie dans le sol, des cuves moulées en plastique, en polyester armé de fibres de verre, des bâches souples comme celles utilisées dans l'industrie pour le stockage des liquides, etc...
Cette cuve ou la bâche pourra être placée dans une cave, un vide sanitaire, une pièce en même temps que l'échangeur air-eau et la pompe à chaleur.
Un abri de jardin peut parfaitement convenir. Ainsi, pour une hauteur de 2 m, la surface au sol sera seulement de 2,5 m2 (2m * 1,25m) et on y installera avantageusement l'échangeur air-eau (conduites d'air d'alimentation et de refoulement plus courtes et pas de bruit dans le bâtiment). Tout le circuit de transfert sera protégé par un antirouille et un antigel comme déjà expliqué.
3 - Convecteurs.
Les cuves des convecteurs seront en métal de préférence en fer, vu son prix et sa conductibilité, mais peuvent être également en inox ou autres matériaux.
Dans une nouvelle habitation, bureaux, ateliers, etc., les cuves des convecteurs sont fixées entr'elles avec des dispositifs de dilatation et d'insonorisation (par exemple type silent-bloc). Elles seront posées sur un isolant acoustique.
La cuve elle-même est un bon isolant acoustique de par sa masse.
On sait qu'une paroi pesant 100 kg/m2 a un indice d'isolement de 40 dB à la fréquence moyenne des bruits de 500 Hz, et que chaque fois qu'on double la masse, l'isolation augmente de 4 dB. Comme la cuve possède une masse de 200 kg/m2 (eau uniquement), l'indice d'isolation acoustique à 500 Hz sera donc de 44 dB, pratiquement la même valeur que celle d'un mur de 12 cm (briques + enduit) et le convecteur, avec ses parois, comparable à un mur en béton cellulaire de 30 cm d'épaisseur.
Sous les cuves, des tubes en PVC rigide, d'assez grands diamètres, noyés dans le béton et dans lesquels passent les conduites souples reliant les cuves aux conduites de distribution.
Chaque cuve sera emprisonnée entre deux parois plus ou moins isolantes pour former le convecteur (K de la paroi entre 0,4 et 0,6). ( Fig. 16 ) bois (48). mousse polymère (49) , passage de l'air (50) .
Des ouvertures dans le haut et le bas des cloisons permettront la convection et les meubles choisis avec pieds (ils le sont le plus souvent) ne gêneront nullement la circulation de l'air. Ces ouvertures seront équipées de toiles assez solides (type moustiquaire) et démontables pour le nettoyage.
Un volet dans l'ouverture du haut sera commandé par un thermostat logé dans la pièce. L'ouverture du bas sera située au niveau du carrelage afin d'évacuer rapidement l'eau en cas de début d'incendie, si ce système est adopté. L'eau pouvant s'écouler par les grosses conduites en PVC rigide à condition de relier celles-ci à l'égout.
Capacité calorifique des convecteurs.
Dans les cuves de ces convecteurs, la température varie entre 25 et 50 .
La surface totale d'échange pour l'habitation pilote est de 262 m2 Pour une hauteur de 2 m 50, le coefficient d'échange est de 9, vu l'effet de cheminée causé par la hauteur. Avec une variation de température de l'air de 22 au plafond pour 18 au sol et une chute de 25 à 20 dans la cuve, la température moyenne d'échange est :
25 22 d2 = 3 # #
20 18 dl = 2 dl/ d2 = 0,66 et après correction = 0,81 et Ùm =2,4
La capacité d'échange = 9 * 262 * 24 * 2,4 = 135.820 kCal. correspondant à un écart de température de 135.820 / 5.805 = 23,5 (capable de vaincre une température extérieure de -3,5 ). Pour un gel plus prononcé, la température des cuves sera accrue de quelques degrés. C'est le PC qui règlera cette température en se basant sur la température extérieure.
Remarquons qu'il faut ajouter la chaleur traversant la paroi et qui est loin d'être négligeable.
On ne devra donc pas rechercher le moyen d'accroître la surface d'échange par les procédés utilisés pour les radiateurs de chauffage central ( ailettes et éléments juxtaposés).
Un convecteur étant situé entre deux pièces de l'habitation, il sera possible de l'utiliser pour le chauffage de ces deux pièces, ou une seule en utilisant une cloison sans ouvertures du côté que le convecteur ne doit pas chauffer.
Remarquons l'économie en briques et main d'oeuvre qui compense le prix des convecteurs. Pour avoir la même isolation acoustique que les convecteurs, il faudrait utiliser des blocs de béton cellulaire de 50 * 25 et 30 cm d'épaisseur, et pour les 150 m2 de murs: 1.200 blocs et à 3,72 E (150 Fb) le bloc = 4.462 E (180.000 Fb). + la main d' oeuvre, ce qui compense en grande partie le prix des convecteurs préfabriqués.
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Dans cette installation rien ne sera apparent. La pose des conduites souples sera ultra-rapide. (pas de coudes, pas de lignes droites à respecter).
Nous avons vu que le stockage de la chaleur se réalise entre 22 h et 7 h du matin, et dans certaines régions ou pays, on peut profiter des heures creuses allouées par les compagnies d'électricité.
Le volume complet du circuit devra être renouvelé, pour le bien, une fois en une nuit pour un meilleur rendement de la PAC, mais le débit dépendra surtout du pouvoir d'échange du condenseur de celle-ci qui détermine la vitesse de circulation. Toutefois, pour conserver un faible débit dans le circuit de chauffage, on pourra utiliser un circuit bi-pass avec accélérateur selon le procédé classique utilisé dans l'industrie.
Nous avons placé les cuves dans les murs intérieurs, mais ils peuvent être placés dans ou sur un mur extérieur pour les grands bâtiments où les murs intérieurs sont absents. Les cuves pourront couvrir toute la longueur et la hauteur, on n'est pas limité à la distance de la cloison au mur. Il ne sera donc pas nécessaire de réduire l'épaisseur du mur. On peut cependant avantageusement utiliser des panneaux métalliques isolés comme on en rencontre de plus en plus dans les bâtiments industriels, pour réduire l'épaisseur du mur, la cuve du convecteur étant "collée" sur l'isolant.
Faisant office de convecteur, il est également possible d'utiliser en complément les hourdis comme plancher chauffant, des échangeurs en sous-sol, etc...
B - Pompes à chaleur.
Il y a plus de 50 ans Brown-Bovery chauffait déjà ses ateliers de construction avec des radiateurs à eau chaude portés à 50 , en utilisant la chaleur empruntée à la rivière Limmat dont l'eau est à une température inférieure à 10 . A l'époque, la revue Brown-Bovery donnait le bilan suivant : -chaleur retirée de l'eau pompée à la rivière à la température de 5 : 1400.000 kCal -énergie électrique fournie à la pompe à chaleur (exprimée en kCal) 500. 000 kCal -chaleur délivrée au radiateurs de chauffage à 50 : 1900.000 kCal Pour 10.000 kCal retirées à la rivière, la dépense en électricité est de (5 * 10) / (14 * 860) = 4,153 kW.
Avec la pompe à chaleur, le travail de compression se retrouve sous forme de chaleur et pour les 10.000 kCal à l'entrée on retrouve 10.000* 19 / 14 = 13.570 kCal à la sortie.
Or le rendement d'une pompe à chaleur est lié à la puissance frigorifique volumique ; celle-ci varie en fonction de l'écart de température avant et après détente. ll faut retrancher à la chaleur de vaporisation la différence d'enthalpie entre ces deux températures, elle même égale au produit de la différence de température par la chaleur spécifique.
En utilisant le fréon 12 (difluoro-dichloro-méthane) dont la chaleur spécifique est de 0,230 et comme la température dans l'accumulateur varie entre 3 et 25 , les rendements de la pompe dans notre maison pilote varieront: a/ entre 25 et 50 au départ soit un écart de 25 - la perte d'effet calorifique est 25 * 0,230 = 5,75 - la chaleur latente de vaporisation à 25 est 33,8 - l'effet calorifique réel est égal à 33;
8 - 5,75 = 28,05
Comme le volume spécifique à 25 est 0,025, le rendement volumique est 28,05/ 0,025 = 1122 b/ entre 3 et 50 ( à la fin du cycle de nuit ) - la perte d'effet calorifique = 47 * 0,230 = 10,8 - la chaleur latente de vaporisation à 3 est 36,7 - l'effet calorifique réel = 36,7 -10,81 = 25,89
Comme le volume spécifique à 3 est 0,050, le rendement volumique est 25,89/ 0,050 = 518
En réalité, l'écart de température sera plus élevé pour permettre les échanges, mais le rapport reste sensiblement le même et la consommation en relation avec ce rapport.
Raison pour laquelle le PC maintiendra l'écart de température le plus faible possible par une température la plus basse et juste suffisante dans le circuit de chauffage .et une température minimum la plus élevée possible dans le circuit de transfert.
Dans le schéma fourni par Brown-Boveri ( Fig. 17 ), le fréon utilisé est le C F C13. Remarquons que l'écart de température est élevé (42 ) et de ce fait la puissance du moteur de la PAC est de 4,15 kWh pour capter 10.000 kCal, alors que dans nos calculs, nous avons pris une consommation moyenne de 3,85 kWh pour des écarts très variables mais beaucoup plus faibles.
Pompe à chaleur Air - Eau.
Dans la pratique un accumulateur est nécessaire pour stocker la chaleur. Dans notre cas, l'accumulateur qui n'est autre que le circuit de chauffage ne pose pas de problème avec ses 30 m. Pour l'échangeur, l'inconvénient est la baisse sensible de ses performances par apparition de givrage sur ses ailettes lorsque la température extérieure est voisine de 0 .
Pompe à chaleur Eau - Eau.
Elle peut être utilisée avantageusement dans le procédé quand on dispose d'eau: un cours d'eau, un lac, un étang. Ce qui est toutefois assez rare. Les problèmes : algues, la filtration et l'encrassement du serpentin de la PAC. La pompe prélève en général 3 à l'eau il faut en tenir compte pour éviter tout risque de gel. Pour le bien, la température de l'eau doit être supérieure à 5 .
La pratique démontre que 2 à 3 m3/h sont nécessaires pour chauffer une maison individuelle de taille moyenne.
Avec les nappes phréatiques, on dispose toute l'année d'une eau le plus souvent à une température comprise entre 8 et 10 .
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Pompe à chaleur Sol - Eau. (géothermie de surface)
La pompe prélève la chaleur du sol par un circuit hydraulique souterrain vertical ou horizontal.
Le circuit vertical exige plusieurs forages à grande profondeur (de 50 à 200m) et est très coûteux à installer.(audelà de 200 m, on parle de géothermie profonde)
Le captage horizontal est de loin préféré. La superficie couverte par les capteurs peut aller jusque 3 fois la surface chauffée en utilisant le système qui consiste à utiliser l'échangeur air-eau le jour pour réintroduire des calories dans le sol, la surface de captage, peut être considérablement réduite.
Dans notre région (Hainaut), la combinaison: soleil + air extérieur + géothermie nous paraît la plus favorable; mais tout dépendra du Pays et du milieu. Ainsi dans le Sud de la France, l'Espagne, l'Italie, etc...,la combinaison: soleil + air extérieur devrait le plus souvent être suffisante.
Il Dans cette étude, c'est surtout le principe que nous avons voulu démontrer pour une "habitation pilote dans notre région " mais il est certain que les Sociétés de construction de bâtiments trouveront de quoi adapter ceprocédé aux divers types d'habitations, locaux industriels, bureaux, etc... "
Jusqu'ici, nous nous sommes adressés à une nouvelle construction. En rénovation, il sera possible d'introduire ce procédé de chauffage en respectant les points essentiels et les moyens exposés, mais très souvent, faute d'espace, la géothermie ne sera pas applicable.
C - Equipements dérivés.
Refroidissement l'été.
Bien que ceci sort du cadre de cette étude, il est possible d'utiliser le même matériel pour refroidir l'habitat l'été.
Eau sanitaire.
La même installation peut être utilisée toute l'année pour la production d'eau sanitaire en utilisant un second serpentin dans le condenseur de la PAC 3) Les autres énergies.
Avant 1986, date du premier relevé graphique des conditions atmosphériques, la situation était la suivante et à notre avis a peu évolué depuis.
Energie éolienne.
Dans cette étude, nous avons écarté l'énergie éolienne, pourtant très intéressante l'hiver (plus de vent), du fait que les aérogénérateurs doivent être installés à assez grande distance des habitations (en cause : casse des pales et le bruit).
Les éoliennes domestiques ont une puissance de 8 à 10 kW pour un vent de 10 m/s. Elles sont cependant avantageusement utilisées pour des maisons isolées dans des régions non alimentées en électricité et où l'espace ne manque pas .
Dans le procédé que nous décrivons, il serait très intéressant d'utiliser une telle éolienne de puissance, voire moitié moindre et convertir directement l'électricité en chaleur laquelle serait stockée comme les autres sources (abandon des batteries électriques volumineuses et coûteuses), mais il faudrait résoudre le problème des pales et le bruit.
Jusqu'ici sont utilisés de puissants aérogénérateurs avec des pales dont la circonférence a un diamètre de 60 à 90 m. Un calcul effectué par l' EdF a démontré que installés le long de la côte Bretonne, il en faudrait 2.800 pour avoir la même puissance que celle de la centrale nucléaire de Plogoff.
Géothermie eau chaude.
On exploite des gisements d'eau chaude aux environs de 70 pour le chauffage des maisons (rare).
Géothermie profonde.
Chaleur retirée à grande profondeur. Dans ce procédé, on parle d'injecter de l'eau sur les roches granitiques que l'on trouve partout à une profondeur de 3.000 à 6. 000 m pour produire de grandes quantités de vapeur.
Serait rentable pour un chauffage de quelques mille logements, et intéressant en agglomération, associé à la récupération de la chaleur solaire et de l'air avec le procédé. Cela permettrait d'étaler le chauffage géothermique profond à un plus grand nombre d'habitations. Un grand intérêt également dans les régions très froides....?? Marémotrice.
En France, la centrale électrique de Rance arrivait à produire du courant à un prix intéressant : 0,022 # (0,92 Fb) le kW, l'énergie nucléaire revenait aux environs de 0,019 E (0,77 Fb) du kW. Malheureusement les sites sont rares ou entraînent des frais considérables.
Energie des vagues: Par trains de radeaux articulés : propre aux Anglais ?
Energie thermique des mers: Différence de température entre la surface et le fond pouvant atteindre 20 . Elle a été jugée peu rentable .
Autres techniques pour l'énergie solaire.
- Energie photovoltaïque: son exploitation est trop chère ; - Centrale Themis (France) : capteurs à miroirs. Grande installation pour produire de l'électricité qui reviendrait vers 0,30 E (12,28 Fb) du kW Telle était la situation vers 1984.
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Devant la difficulté de trouver une énergie non productrice de C02, leprocédé décrit apporte sa contribution 4) Retombées découlant de ce procédé.
1 - Effet sur la santé.
En adoptant ce procédé, certains craindront pour la santé.
-"effet à long terme : pendant son évolution, durant des centaines de milliers d'années, l'homme n'a jamais été soumis à un tel bombardement d'ondes de toutes fréquences "- Effectivement avec de tels capteurs d'ondes, on doit encore plus s'en inquiéter ;
si on relie cet ensemble de fer à la terre, on se retrouve dans le cas de la cage de Faraday et en grande partie à l'abri de ces ondes qui nous traversent de la tête aux pieds pour s'écouler dans le sol." Ondes basse fréquence rayonnées par les installations électriques des habitations, les câbles hautes tensions, et les ondes hautes fréquences de radio, télévision, GSM "
Pour se protéger encore mieux et éviter que les ondes traversent les murs extérieurs, il convient de placer un grillage en métal léger, lui aussi relié au sol entre le mur et le plafonnage. ll restera les ondes pénétrant par les fenêtres, mais comme elles traversent les murs et les parois, elles seront absorbées en grande partie avant d'atteindre le corps humain, à moins d'inventer une vitre conductrice de ces ondes.
2 - Tremblements de terre.
On conçoit l'avantage de ce type de construction. (ni briques, ni béton) 3 - Lutte contre les incendies
Dans les habitations, les bureaux, les usines:
De par les murs qui résisteront très longtemps dégageant de grandes quantités de vapeur étouffant et évitant toute propagation.
En installant le système, très fiable, décrit précédemment dissimulé dans des éléments décoratifs servant de diffuseurs installés sous les solives ou les hourdis pour réduire à néant tout foyer d'incendie.
4 - Industrie.
Sidérurgique - Les laminoirs.
La préfabrication des cuves.
La préfabrication des parois et tout le matériel annexe.
<Desc / Clms Page number 1>
DESCRIPTION Construction process including a heating system using electric energy for the recovery of renewable energies.
Introduction
To date, we recover renewable energies, by sensor and heat pump, most often individually without the possibility of storage and therefore these processes are little used.
In the past, it was well thought out to store solar energy, as shown by a French patent filed in 1977, among other things, but this process, like the others, always requires too much water to store calories.
It has never been shown that it is possible to completely do without fossil fuels in new homes.
The main interest of the new process lies in the fact that we no longer use fossil energy, we achieve significant energy savings and a considerably reduced energy cost.
A storage tank is no longer necessary.
This process makes it possible to reduce the quantity of C02 normally released with fossil fuels to 1/6. It uses only electrical energy but in a quantity three times less. If in Belgium 50% of the electrical energy would be of atomic origin, we would produce six times less C02.
Among the renewable energies, which it is necessary to store, we have solar energy, that of air and wind energy, because they appear by more or less long periods and variable durations of several days consecutive.
The other energies: that of the ground (surface geothermal or deep geothermal), that withdrawn from the water (lake, pond, river) do not need to be stored. They can be used directly without going through our process.
However, they will be advantageously used sometimes and in addition to our process, if they are available.
After having graphed, day after day, during the last 15 years the outside temperatures (Fig. 1 to 4), the coldest in the morning and the warmest in the afternoon, as well as the days with more than 70 / % of sun, (Fig. 5) we note the interesting alternation mainly in winter: either that the sun is present and the air temperature low for example in frost, or that the sun is absent and the temperature higher air; hence the interest in removing these two energies which complement each other as a priority.
We also note that after heating the house during these periods, it is possible to store a large part and that with this stock, we can maintain a comfortable temperature on days, or more often the periods during which these energies are absent. The volume of water required for storage is reduced, but this problem remains.
With the new process, the volume of water is reduced and a tank becomes useless because here, all the interior walls are replaced by convectors in which we find the necessary volume of water. (Fig. 6)
Prefabricated convectors with standardized dimensions are used (1) (2) (3)
These convectors consist of a tank of parallelepiped shape, most often from 10 to 20 cm thick enclosed between two insulating partitions, spaced a few cm apart. (50) for air circulation with openings at the bottom and the top to ensure convection. Adjustable shutters in the upper openings will measure the amount of heat to bring to maintain the comfort temperature.
All of these convectors constitute the heating circuit.
Following the previous observation, solar heat and air heat are recovered as a priority. We do not take into account wind energy, which is very interesting in winter because of the price (In 1980 a domestic wind turbine returned to 7,500 e), the noise and the breakage of the blades which forced its installation too far from the houses. .
As the price per kWh varies greatly between day and night, for reasons of economy, the sequence is as follows:
Extraction of solar heat
Currently it is most often captured by solar panels, but here in the process, we prefer to collect it inside the house.
In the room receiving the sun, the heat is captured at the level of the ceiling by exchangers. As an exchanger, we preferably use joists and slabs which serve as load-bearing elements but in a tubular steel form, in which a cold brine circulates. This provides the frigories necessary to maintain the comfort temperature. We will therefore try to install a maximum of glazing on the south side of the house and no longer worry about overheating. This is very possible today with multi-glazing with low emissivity. Due to the difference in price per kWh, the heat is stored in an accumulator at a temperature close to 25 and at night this heat is transferred by a heat pump at a temperature of up to 50.
The joists and the slabs are tubes of several m. in length, for example of rectangular section 20 * 5 cm. and in 1.5 mm sheet. thick. When this tube is placed vertically, it is considered as a joist (4) and placed flat as a slab (5). (Fig. 7)
The accumulator has enough volume to capture the excess heat from a day of sunshine.
To the heat captured preferably by the windows, one can add that coming from solar panels most often in addition to the glazed surface. This heat is also stored in the accumulator, or transmitted directly into the heating circuit by concentrated solar panels. At the moment the price of these solar panels especially in concentration is too high.
Extraction of heat from the air
It is extracted by a heat exchanger, the liquid circuit of which is used as an evaporator for the heat pump. The outside air temperature must be above 5. The heat transferred by the heat pump can reach 50 if necessary. For reasons of economy, heat is extracted from the air at night.
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Capturing energy from the ground
When you can no longer remove enough heat from the sun and the air and the reserve in the heating circuit is exhausted, this energy is removed from the ground at night.
It is obtained by sensors buried about 1 m in the ground according to methods known in this field.
The disadvantage is that they require a collection area more often than three times that of the heated part of the house.
With the equipment used in our process, it is possible to re-inflate the soil in calories when the air temperature is higher than the temperature at the level of the sensors
The collection area can be considerably reduced.
Air energy capture during the day.
When the three previous sources are exhausted, it is possible to capture the air during the day according to the principle used at night, but at a price three times higher
Electric power at night
It is the last source to use when all the previous ones are absent because it is the most expensive energy.
@) Construction process including a fully electric heating system capable of recovering free energy (sun and outside calories)
Unlike conventional central heating, here there is no bulky radiator or exposed pipe in the home.
Let us say immediately, that by this process, the cost of the electrical energy required calculated compared to fuel oil allows a saving of approximately 620 0 (25,000Fb) per year in the type of "pilot" dwelling which will be studied.
We no longer use fossil fuels and thus save the equivalent of 2,500 liters of fuel per year that would have been necessary to produce the same amount of heat.
Currently, the different heating modes used in homes are in order:
1 - mainly central heating, fireplaces, inserts, etc., using fossil fuels: fuel, gas, coal, etc.
2 - less frequent electric heating: accumulators and convectors.
3 - shyly the energies: solar, air, water and geothermal.
Given the increasing prices of fossil fuels, but especially the C02 released, there is great interest in reversing the previous order by first using solar energy and then the energy contained in air, water, soil and supplement with the energy supplied by electrical resistors, if necessary.
After having recorded in graphs during the last 15 years, day after day, the atmospheric conditions: minimum temperature in the morning, maximum temperature in the afternoon and on days with more than 70% of sun, we see that we have two possible sources, which one meets everywhere: solar heat and the heat contained in the air, then a third, quite often available: heat of the ground.
We will see that it becomes possible to get rid of fossil fuels by using only electricity.
Sum of sunny periods from early October to late May (Fig. 5)
EMI2.1
<tb> Periods <SEP> No. <SEP> from <SEP> days <SEP> In <SEP>%
<Tb>
<tb> 86/87 <SEP> 75 <SEP> 30 <September>
<Tb>
<tb> 87/88 <SEP> 91 <SEP> 37 <September>
<Tb>
<tb> 88/89 <SEP> 116 <SEP> 47 <September>
<Tb>
<tb> 89/90 <SEP> 119 <SEP> 49 <September>
<Tb>
<tb> 90/91 <SEP> 117 <SEP> 48 <September>
<Tb>
<tb> 91/92 <SEP> 107 <SEP> 44 <September>
<Tb>
<tb> 92/93 <SEP> 96 <SEP> 39
<Tb>
<tb> 93/94 <SEP> 67 <SEP> 27
<Tb>
<tb> 94/95 <SEP> 87 <SEP> 36 <September>
<Tb>
<tb> 95/96 <SEP> 81 <SEP> 33 <September>
<Tb>
<tb> 96/97 <SEP> 84 <SEP> 34 <September>
<Tb>
<tb> 97/98 <SEP> 85 <SEP> 35 <September>
<Tb>
<tb> 98/99 <SEP> 61 <SEP> 25 <September>
<tb> 99/00 <SEP> 54 <SEP> 22 <September>
<Tb>
<Tb>
<tb> 00/01 <SEP> 64 <SEP> 26 <September>
<Tb>
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Comparison of fuel and electricity energies
In 1992, According to the BBRI,
for heating, 840 liters of fuel equivalent to 5,370 kWh of electricity, as these 5,370 kWh correspond to 5,370 * 860 = 4,618,200 k Calories, 1 liter of fuel produced: 4,618,200 840 5,498 k Calories. The higher calorific value of the fuel being 10,000 kCal, the yield was 55%.
Improvements have been made since 1992 and it appears that the average current yield is 70%.
In all the calculations that follow we therefore assume that 1 liter of fuel supplies by burning 7,000 kCal.
A - Solar energy.
In new homes, where possible, for the purpose of comfort and solar energy recovery, the living room is spacious, facing south and has large picture windows.
Unfortunately, the solar heat is badly used, the room temperature quickly becomes unbearable, the calories are concentrated under the ceiling raising the temperature until reaching a temperature in equilibrium with the coefficient of loss of this ceiling. This heat is lost; this fact, we limit the dimensions of these bay windows and do not take full advantage of this energy.
The new low-emissivity glazing makes it possible, thanks to their low transfer coefficient (1.12 kCal / m2 hour / C), to transform the rooms receiving the sun into real sensors.
In the process envisaged, the heat is captured, removed and stored, so that the comfort temperature is not exceeded.
A few years ago, it was difficult to envisage recovering solar heat through the windows because the heat loss through them was too high.
For single glazing, the transfer coefficient is 5.8 W / m2k and double glazing: 2.9 W / m2k; the recovered heat was lost through the windows. With the progress made, we have reached 1.3 W / mk.
Hopefully, new discoveries will further improve this coefficient to reach a value close to the insulation we reach for walls, floors and ceilings and which oscillates between 0.3 and 0.4 W / mk.
Energy supplied by the sun
It varies with the seasons. According to the documentation, the maximum reached during strong sunshine is 900 kcal / m 2 / h and falls to 175 kCal under the clouds. In winter, in good weather, around 450 kCal.
These values are obtained for rays falling perpendicularly on the measurement surface in our region. They are distributed, according to the month and according to the position of the sun during the heating period:
October 650 kcal / m 2 / hour February 500
November 500 March 600
December 400 April 690
January 430 May 750
The sun moves horizontally from East to West.
At the winter solstice the duration of sunshine is 7 h 30, and that of summer is 16 h
On a glass surface exposed to the South, at 6 a.m. the rays fall tangentially and it is practically from 6.30 a.m. that the rays penetrate until 5.30 p.m. It will be useless to take into account the presence of the sun before 6:30 a.m. and after 5:30 p.m.
For a window of width "1", the real value of sunshine is therefore r (17) = 1 (19) * sin (18) (Fig. 8) Variations of "r" according to the hour.
At 6.30 a.m. and 5.30 p.m. ce = 7.5 sin oc = 0.13
7:30 a.m. and 4:30 p.m. = 22.5 sin = 0.38 8:30 a.m. and 3:30 p.m. 0 ce = 3 7.5 sin oc = 0.61
9:30 a.m. and 2:30 p.m. ce = 52.5 sin oc = 0.79
10:30 a.m. and 1:30 p.m. oc = 67.5 sin oc = 0.92 11:30 a.m. and 12:30 p.m. ce = 82.5 sin oc = 0.99 Duration of illumination, depending on the month and sum of the illuminations collected on throughout the day. duration of sun sum of sin.
October 7:30 a.m. to 5:30 p.m. 0.38 to 0.13 = 7.5
November 7:30 a.m. to 4:30 p.m. 0.38 to 0.38 = 7.4
December 8:30 a.m. to 4:30 p.m. 0.61 to 0.38 = 7
January 8:30 a.m. to 5:30 p.m. 0.61 to 0.13 = 7.1
February 7:30 a.m. to 5:30 p.m. 0.38 to 0.13 = 7.5
March 6:30 a.m. to 5:30 p.m. 0.13 to 0.13 = 7.6
April "
May "" Actual heat captured per day of full sun
October 650 * 7.5 = 4.875 kCal / m2 / day.
November 500 * 7.4 = 3.700 "
December 400 * 7 = 2.800 "
January 430 * 7.1 = 3.053 "
February 500 * 7.5 = 3. 750 "
Mars 600 * 7.6 = 4.560 "
April 690 * 7.6 = 5.244 "
May 750 * 7.6 = 5.700 "
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Record of sunshine and outside temperatures.
As already explained, we have noted daily since 1986 the days with more than 70% of sun: - temperatures in the morning.
- the temperatures in the afternoon, in order to know the calories supplied by the sun, the calories lost by the dwelling and from there, the recoverable calories.
Below, among these graphs, those noted for the years, on which the following calculations will relate: - October 1991 to May 92: which is an average year from the point of view of temperatures. (Fig. 3 & 4) - October 1990 to May 91: a very cold year with significant frost from December to February (until -13) (Fig. 1 & 2) - We do not take into account the years before October 90 for calculations, because at that time we only recorded the temperature in the morning.
By counting 70% of sun, the calories supplied per m2 and per day are reduced again:
October 4,875 * 0.7 = 3,412 kCal / m2 / day.
November 3. 700 2. 590 "
December 2.800 1. 960 "
January 3.053 2.137 "
February 3. 750 2. 625 "
March 4.560 3. 192 "
April 5. 244 3. 670 "
May 5. 700 3. 990 "
In these calculations, we do not take into account the heat supplied on less sunny or overcast days, which the process uses, difficult to quantify, but nevertheless non-negligible.
Heat recovered in a home.
It is therefore advisable to build with a maximum of glazing and no longer worry about overheating; which will be possible by removing the calories by a heat pump, to replace them by frigories, balancing the temperature, these calories captured will be stored.
For a house with no floor, the large windows will be located on the south side; for a house with floors, the glazing will be installed both at the bottom and at the top, everything will depend on the neighborhood.
Other possibilities can be used to increase the glazed area, for example by combining the front bay windows and overhead windows on the facade and on the roof, projecting windows, etc. On the roof, on the exterior walls, solar panels can contribute considerably to the contribution provided by windows, especially in the city (shaded areas).
To simplify the following calculations, we have imagined a very simple "pilot home" (Fig. 9 & 10): floor space of 24 m by 10 m - without floor.
- an attic whose roof is not insulated and where the temperature is the same as outside.
- walls made of aerated concrete blocks.
- a well insulated ceiling.
- the longest facade (24 m) (20) faces south, and has a maximum of glazing to avoid the costs generated by solar panels.
The glazed surface facing south is 32.5 m2. The amount of calories captured will be: in October 3,412 * 32.5 = 110,890 kCal per day of sunshine
November 2.590 * 32.5 = 84. 175 "
December 1.960 * 32.5 = 63.700 "
January 2.137 * 32.5 = 69. 452 "
February 2.625 * 32.5 = 85.312 "
March 3.192 * 32.5 = 103.740 "
April 3.670 * 32.5 = 119.275 "
May 3.990 * 32.5 = 129. 675 "
For the calculations below, we only consider the solar heat entering through the bay windows, knowing that these latter values can be increased by combining glazing and solar panels; that the process of capturing solar energy by bay windows is a low temperature capture perfectly compatible with flat solar collectors much less expensive than concentrated collectors.
Sunshine periods.
The graph (Fig. 5) taken from daily graphs since 1986 gives for each heating period from October to the end of May the sum of sunny periods whose average over the 15 years is 35% (almost 1 day out of 3)
Unfortunately the sun does not shine regularly 1 day on 3 but for more or less long periods and the excess heat must be stored.
We know the quantity of heat supplied by the sun, calculate the quantity of heat lost by the dwelling; it is this difference that should be stored for days without sun.
Heat lost by housing
This heat is lost through exterior walls, glazing, doors and windows, the ceiling, the floor, the renewal of air.
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Calculations.
- Walls in aerated concrete 30 cm thick covered with plaster
The manufacturer gives in this case an average coefficient:
K = 0.43 W / m2 k, i.e. 0.43 * 0.86 = 0.37 kCal / m2 / h C.
Glazing The new low emissivity glazing
K = 1.3 W / m2 k, i.e. 1.3 * 0.86 = 1.12 kCal / m2 / h / C.
- Insulated ceiling (floor + polystyrene + floor) placed on the joists. (Fig. 11) wooden floor 2 cm thick (24) K = 3 polystyrene 4 cm (25) K = 2.5 wooden floor 2 cm (24) K = 3
Thermal resistance: 0.1 + 0.66 + 0.25 + 1.6 + 0.25 + 0.66 + 0.1 = 3.62 K = 1 / 3.62 = 0.27 kCal - Soil:
On ground leveled with sand, covered with a polyethylene film, a 4 cm layer of polystyrene, a 15 cm reinforced concrete slab, and a 10 cm screed concrete-air interface K = 10 R th = 0.1 10 cm screed K = 70/10 R th = 0.14 concrete-reinforced concrete interface K = 4 R th = 0.25 15 cm reinforced concrete K = 80/15 R th = 0 , 18 interface K = 4 R th = 0.25 polystyrene K = 3.5 / 4 R th = 1.14
Thermal resistance = 2.06 hence K = 0.48 Taking into account in the calculations of the outside temperature, we most often take 1/3 i.e. 0.48 / 3 = 0.16
2 cm thick wooden garage door (23) air interface K = 10 Rth = 0.1 wood K = 3.2 / 2 R th = 0.62 air interface K = 10 R th = 0.1
Total R th = 0.82 and K = 1 / 0.82 = 1.21 - Air renewal: the loss is estimated at 0.06 times the volume in kCal per hour.
(whole volume of the dwelling renewed once every 5 hours) K = V / 5 * 1.2 * 0.24 = 0.06 V kCal / h / C Transfer and heating circuit
On sunny days, a significant amount of heat penetrates through the glazing, but at the same time a fraction is lost in these same rooms outside and it is the surplus of calories which will be captured, stored at a much higher temperature and at the same time replaced by an equivalent amount of frigories so that the temperature remains constant.
The heat is captured by an exchanger located on the ceiling and connected to the evaporator of the heat pump. When the temperature in the vicinity of the exchanger reaches 25, the heat pump will operate as well as the circulation pump delivering water to the exchanger at low temperature.
This is problematic because the heat pump operates during the day when the price of electrical energy is highest.
The day from 7 a.m. to 10 p.m. the kW costs 0.155 # (6.28 Fb).
At night from 10 p.m. to 7 a.m. 0.069 # (2.80 Fb). bi-hourly. and 0.056 # (2.28 Fb). in exclusive night.
We will therefore use a heat accumulator: tank containing a sufficient volume of water to capture calories on sunny days and pump them out at night by the heat pump into the heating circuit (at the exclusive night tariff).
We arrive at the following principle diagram: transfer circuit (35) and a heating circuit (36) connected by the heat pump (30): (Fig. 12) - E exchanger located on the ceiling. (26) - Ac heat accumulator. (27) - PC1 circulation pump of the transfer circuit. (28) - th a contact thermometer located on the ceiling. (29) - Heat pump heat pump. (30) - Ev evaporator of the heat pump.
(31) - Co-condenser of the heat pump. (32) - PC2 evaporator circulation pump. (33) - PC3 heating circuit circulation pump. (34) The transfer circuit contains brine, which must be capable of not freezing for a temperature of -10 and anti-rust.
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Solar heat balance.
- At night, the heat pump extracts heat from Ac and sends it into the heating circuit.
- In the morning, the brine contained in Ac can reach a temperature close to -3 and when tha indicates 25,
PCI works and injects brine into E.
- In the evening AC has absorbed the calories found in the top of the tank at a temperature close to 25.
Under these conditions the heat pump will absorb - 10,000 kCal by consuming 3.2 kWh, and will supply 12,570 kCal for a temperature of the heating circuit varying from 0 to 25 and - 10,000 kCal by consuming 4.15 kWh to supply 13,570 kCal for a temperature variation from 0 to 50.
For the calculations, an average yield will be taken: - 10,000 kCal at the inlet of the pump consuming 3.85 kW and producing 13,070 kCal (the compression work is found in the form of heat), ie a ratio of heat supplied / heat absorbed = 1 , 3 (see in more detail heat pump).
For the calculation, it will be necessary to separate the heat losses from the sunny rooms from the others.
1 - Heat lost by the rooms receiving the sun: 139 kCal
2 - Heat lost by the rest of the house: 103 kCal
The total loss by the building will be 139 + 103 = 242 kCal / h / C or 5.805 kCal / day / C.
By calling t the duration of sunshine t 1 the outside temperature in the morning t 2 the outside temperature in the afternoon
At the temperature difference between the interior (20) and the exterior
ES solar energy supplied during the day
1.3 the ratio between calories supplied and absorbed
P the total loss of heat by the building pl the loss in sunny rooms during the period of sunshine = 139 * t * A t p2 the rest of the loss = P - pl The solar energy captured in the evening will be ES - pl and that supplied to the heating circuit: 1.3 (ES - pl).
Note that p2 is equal to: (5805 - 139 * t) ¯ t
This leads to the following tables for the year 91-92 given below as an example. The following monthly tables represent these various values for this year 91-92 1st column: the date 2e 1 l 3e t 2 4th ¯ t 5th S, the sunny days 6th P, the calories lost by the whole building according to the outside temperature 7th pl, the calories lost during the sunshine period 8th p2, the remaining loss on sunny days 9th F, the calories supplied by the heat pump F = 1.3 (ES-pl) 10th at St., ( F - p2): amount of excess heat to be stored in the heating circuit.
The other columns will be seen later.
YEAR 1991 - 1992
OCTOBER date t l t 2 t S P pl p2 F at St. Stock Fx Air RAF
450,000 1 10 19 6 * 34,830 8,340 26,490 133,315.106,825 556,825 133,315 - - 2 8 15 9 * 52,245 12,510 39,735 127,894.88,159 644,984 127,894 - - 3 7 18 8 * 46,440 11,120 35,320 127,901. 94,381 739,365 129,701 - - 4 8 19 7 * 40,635 9,730 30,905 131508x 100603 750000 41540 - - 5 9 22 4 23220 "17861 - 6 13 21 3 * 17415 4170 13245 138736x 125491" 13245 - - 7 12 20 4 * 23220 5560 17060 136928x 119269 "17660 - - 8 11 19 5 * 29025 6950 22075 135122x 113047 "22075 - - 9 9 20 5 *" "" "" "" - - 10 10 22 4 * 23220 5560 17660 136929x 119269 "17660 - - 11 13 20 3 * 17415 4170 13245 138736x 125491" 13245 - - 12 12 22 3 * "" "" "" "" - - 13 9 20 6 * 34 830 8340 26490 133315x 106825
"26490 - - 14 9 22 5 * 29025 6950 22075 135122x 113047" 22075 - - 15 10 24 3 * 17415 4170 13245 138736x 125491 "13245 - -
<Desc / Clms Page number 7>
EMI7.1
16 7 20 7 * 40635 9730 30905 131508x 100603 "30905 - - 17 6 16 9 - 52245 - - - -" - 40188 - 18 5 12 11 - 63855 - - - - "- 49119 - 19 4 14 11 - 63855 - - - - "- 49119 - 20 3 12 13 - 75465 - - - - 724481 - 38420 - 21 1 10 15 - 87 075 - - - - 700 573 - 48 590 - 22 3 10 14 - 81 270 - - - - 718 834 - 76 560 - 23 4 11 13 - 75465 - - - - 750,000 - 82,023 - 24 7 12 9 - 52,245 - - - - "- 40,188 25 9 13 9 * 52,245 12,510 39,735 127,894 x 88,159 39,735 - - 26 8 14 9 *" "" "" "" " - 27 2 15 12 * 69 660 16 680 52 980 -122 473 69 493 52 980 - - 28 8 14 9 - 52 245 - - - - - - 40 188 29 10 15 7 - 40 635 - - - - "- 31 257 - 30 11 12 9 - 52 245 - - - - "- 40188 - 31 7 13 10 - 58 050 - - - -" - 44 654 - 242 1 404 810 776 820 598 355 242 1 404 810 776 820 598 355
242 * 5805 = 1404810 200 liters of fuel 12.44 E 10.93 E to 0.37 E 74.36 # total sun + air 23.37 E NOVEMBER date tt 2 t SP p p2 F at St. Stock Fx Air RAF 1 8 14 9 52 245 - - - 750 000 - 40 188 - 2 7 12 10 - 58 050 - - - - "- 44 653 - 3 9 10 11 - 63 855 - - - -" - 49 119 - 4 5 8 14 - 81 270 - - - - "- 62,515 - 5 7 10 11 - 63,855 - - - - 706,555 - 15,700 - 6 0 12 14 - 81,270 - - - - 750,000 - 95,934 - 7 6 10 12 - 69,660 - - - -" - 53,584 - 8 10 12 9 * 52245 11259 40986 94791x 53805 40986 - - 9 4 11 13 - 75465 - - - - 704422 - 22990 - 10 0 9 16 - 92880 - - - - 661806 - 38665 - 11 3 6 15 - 87075 - - - - 706941 - 101700 - 12 6 8 13 - 75 465 - - - 719 778 - 67 925 - 13 4 9 14 - 81 270 - - - - 664 319 - 19855 - 14 1 10 15 - 87 075 - - - - 583 561 - 48 590 - 15 3 12 13 * 75 465 16 263 59 202 88286x 29083 612644 88286 - - 16 1 10 15 - 87 075 - - - - 625 100 - 76562 - 17 4 8 14 * 81 270 17514 63756 86659.
22903 648003 86659 - - 18 6 10 12 - 69 660 - - - - 708 843 - 130 500 - 19 7 10 11 - 63 855 - - - - 750 000 - 80 778 - 20 5 10 13 - 75 465 - - - - 717 500 - 33056 - 21 2 4 17 - 98685 - - - - 618 815 - - - 22 -1 3 18 - 104 490 - - - 514 325 - 23 0 2 19 * 110 295 23 769 86 526 78 528. -7 998 506 327 78 528 - 24 -2 7 18 - 104 490 - - - 401 837 - - 25 0 6 17 - 98 685 - - - - 391 872 - 14 400 - 26 4 7 14 * 81 270 17514 63 756 86 659. 22 903 344 725 86 659 - - 27 0 10 15 - 87 075 - - - - 291 660 - 26 120 28 1 5 17 * 98 685 21 267 77418 81780. 4362 296022 81780 - 29 0 6 17 - "- - - - 197337 - - 30 2 4 17 -" - - - - 98652 - - 2455515 462898 1022828 350 liters fuel 7.41 E 18.69 ive 130.44 E total = 26.10 E
<Desc / Clms Page number 8>
EMI8.1
DECEMBER date t 1 t 2 t S P pl p2 F â St.
Stock Fx Air RAF 98652 1 0 3 19 - 110 295- - - - 0 - - 11 643 2 1 4 17 - 98 685 - - - - "- - 98 685 3 2 5 16 - 92 880 - - -" - - 92 880 4 3 4 16 * 92880 17792 75083 59680. -15407 59680 - 15407 5 2 6 16 - 92880 - - - - "- - 92880 6 -4 8 14 * 81270 155168 65702 62572. -3130 62572 - 3130 7 -3 6 19 - 110295- - - - "- - 110 295 8 0 2 19 -" - - - - - "Il 9 2 3 19 * 110 295 21 128 89 167 55 344. -33 823 55 344 - 33 823 10 -4 -1 22 * 127 710 24 464 103 246 51 007.-52 239 51 007 - 52 239 11 -6 1 22 - "- - - -" - - 127 717 12 -7 -2 24 - 139 320- - - - "- - 139 320 13 -4 0 22 * 127 710 24 464 103 246 51 007.-52 239 51 007 - 52 239 14 -6 1 23 * 133 515 25 576 107 937 49 561. -58 377 49 561 - 58 377 15 2 2 19 * 110 295 21 128 89 167 55 344. -33 823 55 344 - 33 823 16 5 6 14 - 81 270 - - - - "- 14 400 62 550 17 4 8 14.
"- - - - 62,055 - 110,250 - 18 6 10 14 -" - - - - 135,225 - 118,800 - 19 6 11 12 - 69,660 - - - - 109,635 - 33,900 - 20 1 7 16 - 92,880 - - - - 194010 - 136,350 - 21 9 11 10 - 58,050 - - - - 355,335 - 169,650 - 22 13 14 7 - 40,635 - - - - 477,600 - 162,900 - 23 11 12 9 - 52,245 - - - - 528,867 - 79,620 - 24 4 6 15 * 87,075 16,680 70395 61126. -9269 519598 61126 - - 25 5 9 13 * 75465 14456 61009 64017. 3009 522607 64017 - - 26 7 8 12 - 69660 - - - - 585157 - 101 700 - 27 5 8 14 - 81 270 - - - - 661 284 - 121 075 - 28 7 9 12 - 69 660 - - - - 750 000 - 124 107 - 29 8 12 Il - 63 855 - - - - "- 49 119 - 30 4 8 14 - 81 270 - - - - 709 485 - 31 350 - 31 3 6 13 - 75 465 - - - - 652,740 - 14,400 - 2,827,035 509,658 1,267,615 1,095,296,404 liters fuel 8.15 E 23.18 E 17.55 ± 150.17 ± total = 48.88 ± JANUARY date heap 2 t SP pl p2 F in St.
Stock Fx Air RAF 652 740 1 4 8 14 - 81270 - - - - 587 070 - 12 000 - 2 2 6 16 - 92 880 - - - - 494 190 - - - 3 0 4 18 - 1 044 - - - - 491 587 - 78 375 - 4 6 6 14 - 81,270 - - - - 572,362 - 124,650 - 5 8 10 11 - 63,855 - - - - 678,157 - 130,500 - 6 7 8 13 - 75,465 - - - - 643,447 - 31,350 - 7 3 6 16 - 92,880 - - - - 550,567 - - - 8 2 7 15 - 87 075 - - - - 590 723 - 97 870 - 9 5 8 14 - 81 270 - - - - 525 053 - 12 000 - 10 2 6 16 - 92 880 - - - - 432 173 - - It -1 4 18 - 104 490 - - 327 683 - - 12 4 6 15 - 87 075 - - - - 240 608 - - - 13 3 5 16 - 92 880 - - - - 147 728 - - - 14 1 7 16 - "- - - - 182 079 - 97 870 - 15 5 8 14 - 81,270 - - - - 116,409 - 12,000 -
<Desc / Clms Page number 9>
16 2 4 17 - 98 685 - - - - 17 724 - 17 4 7 15 - 87 075 - - - - 57 840 - 97 870 - 18 5 8 14 - 81 270 - - - - 0 - 12 000 7 790 19 2 5 17 - 98 685 - - - - - - - 98 685 20 3 3 17 * 98 685 21 267 77 418 62 640. -14 777 - 62 640 - 14 777 21-4 0 22 *
12771027522 100188 54509. -45679 - 54509 - 45679 22 -7 -2 24 * 13932030024 109216 51256. -58040 - 51256 - 58040 23 -6 0 23 * 133515 28773 104742 52883. -51859 - 52883 - 51859 24 -7 2 23 * "" "" "" "25-4 3 21 * 12190526271 95634 56135.-39499 - 56135 - 39499 26 1 7 16 - 92880 - - - - - 14400 74 160 27 3 9 14 - 81 270 - - - - - - - 81 270 28 -1 2 20 * 116 100 350 520 91 080 57 762.-33 318 - 57 762 - 33 318 29 -2 7 23 * 13 331 528 773 104 742 52 883. -51859 - 52 883 - 51 859 30 -3 1 22 * 12 771 027 522 100 188 54 509. -45 679 - 54 509 - 45 679 31 - 1 0 21 - 121905- - - - - - - 121905
3105675 495460 720855 776379
444 liters fuel 7.93 # 13.16 # 12.44 #
164.97 ± total = 33.53 #
FEBRUARY date t 1 t 2 t S P pl p2 F at St.
Stock Fx Air RAF 1 -4 0 22 - 127 710- - - 0- - - 127 710 2 4 3 17 - 98 685 - - 98 685 3 6 5 14 - 81 270 - - - - 48 470 - 99 800 - 4 7 7 13 * 75 465 18 070 57 393 87414.30019 78489 87414 - - 5 5 9 13 - 75465 - - - - 91 164 - 67 800 - 6 4 10 14 * 81 270 19460 61 810 85 607.22797 113961 85607 - - 7 2 11 13 * 75 465 18 070 57 395 87414.30019 143977 87414 - - 8 -1 10 15 * 87,275 20,850 66,225 83,800,175,775 151,552 83,800 - - 9 4 7 14 * 81,270 19,460 61,810 85,607.23797 183,349 85,607 - - 10 2 9 15 - 87,075 - - - - 236,035 - 105,970 - 11 5 7 14 - 81,270 - - - - 332,029 - 136,350 - 12 9 15 8 * 46440 11 120 35 320 96 449.61129 393 149 96 449 - - 13 8 10 11 - 63 855 - - - - 392 461 - 48 590 - 14 3 8 15 * 87 075 20 850 66 225 83800.17575 410036 83800 - - 15 9 10 10 - 58 050 - - - - 394951 - 33050 - 16 2 Il 13 * 75465 18070 57395 87414.30019 424970 87414 - - 17 0 7 17 * 98685 23630 75055 80187.5131 430101 80187 - - 18 -2 6 19 *
110295-26410 83885 76572.-7313 422788 76572 - - 19-1 4 19 * "" "" "415 475 - - 20-3 6 20 - 116 100- - - - 299 375 - 21 1 8 15 - 87 075 - - - - 212 300 - - 22 -2 6 19 - 110 295 - - - - 120 725 - 14 400 - 23 4 7 15 - 87 075 - - - - 165 860 - 101 700 - 24 6 8 13 - 75 465 - - - - 166 471 - 58 520 - 25 4 12 12 * 69660 16680 52980 89221. 36241 202712 89221- - 26 5 13 11 * 63855 15290 48565 91028.42463 245175 91028 - - 27 3 14 12 * 69660 16680 52980 89221.36241 281416 89221- - 28 4 13 11 * 63855 15290 48565 91028.42463 3 16 12 * 69 660 16 680 52 980 89 221.36 241 360 120 89 221- -
2414880 1380555 666180 226395
345 liters fuel 22.14 E 12.17 # 3.62 ± 128.28 ± total = 37.93 ±
<Desc / Clms Page number 10>
EMI10.1
MARCH date t 1 t 2 t S P pl p2 F at St.
Stock Fx Air RAF 360 120 1 4 17 10 - 58,050 - - - - 428,222 - 97,040 - 2 3 16 11 - 63,855 - - - - 510,448 - 112,370 - 3 4 14 11 * 63,855 16,819 47,036 112,997. 65,961 576,409 112,997 - - 4 8 16 8 - 46440 - - - - 714 829 - 142 200 - 5 6 13 12 - 69 660 - - - - 750 000 - 62 777 - 6 5 15 10 * 58 050 15 290 42 760 114985.
72225 42760 - - 7 6 14 10 * 58050 "" "" "" - - 8 8 16 8 - 46440 - - - - "- 35723 - 9 5 14 11 - 63855 - - - -" - 49 119 - 10 4 10 13 - 75465 - - - - 717 500 - 33050 - 11 2 11 14 - 81 270 - - - - 680 300 - 33 900 - 12 1 9 15 - 87 075 - - - - 730 986 - 105 970 - 13 5 11 12 - 69 660 - - - - 763 701 - 78750 - 14 4 9 14 - 81 270 - - - - 695 976 - 20900 - 15 2 13 13 * 75 465 19 877 55 588 109022x 53434 749410 109022 - - 16 5 16 10 * 58 050 15290 42760 114985x 72225 750 000 43 350 - - 17 7 15 9 * 52 245 13761 38484 116973x 78489 "38484 - - 18 9 14 11 * 63855 16819 47036 112997x 65961" 47036 - - 19 8 15 11 * "" "" "" "- - 20 7 12 11 -" - - - - "- 49119 - 21 9 11 10 - 58,050 - - - - "- 44,654 - 22 8 10 11 - 63,855 - - - -" - 49,119 - 23 6 9 13 - 75,465 - - - - 724,793 - 38,660 - 24 3 7 15 - 87,075 - - - - 750,000 - 86,370 - 25 5 7 14 - 81,270 - - - - 668,730 - "- 26 1 8 16 - 92,880 - - - - 651,926 - 58,520 -
27 4 6 15 - 87 075 - - - - 564 851 - - - 28 3 8 15 - "- - - - 518 461 - 31 350 - 29 3 9 14 - 91 270 - - - - 446 239 - 6 960 - 30 0 6 17 - 98 685 - - - - 347554 - - - 31 3 10 14 * 81270 21406 59864 107034. 47170 394724 107034 - - 2194290 590479 1136551 313 liters fuel 9.47 # 20.75 # 116.55 # total = 30.22 # APRIL date tt 2 t SP p p2 F at St.
Stock Fx Air RAF 394 724 1 3 8 15 * 87,075 22,935 64,140 125,242. 6,102 455,826 125,242 - - 2 6 9 13 - 75,465 - - - - 430,619 - 38,660 - 3 3 12 13 * 75,465 16,877 55,588 129,217. 73,629 504,248 - - - 4 2 13 14 * 81270 21406 59864 127230. 67366 571614 - - - 5 3 12 13 * 75465 19877 55588 129217 73629 645243 - - - 6 2 10 14 * 81270 21406 59864 127230.
67 366 712 609 - - - 7 7 12 11 - 63 855 - - - - 750 000 - 77 881 8 8 16 8 * 46 440 12 232 34 208 139 156 x 104 948 "34 208 - - 9 4 18 9 * 52 245 13761 38 484 137 168 x 98 684" 38 484 - - 10 5 21 7 * 40638 10703 29933 141440x 111212 "29932 - - 11 7 24 4 * 23220 6116 17104 147106x 130002" 17104 - - 12 4 18 9 * 52245 13761 38484 137168x 98684 "38484 - - 13 3 10 14 - 81270 - - - -" - 62,515 - 14 7 9 12 - 69,660 - - - - "- 53,584 - 15 6 7 8 - 46,440 - - - - 722,280 - 14,400 -
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EMI11.1
16 3 6 16 - 92880 - - - - 629 400 - 17 2 12 13 - 75 465 - - - - 733 935 - 136 000 - 18 8 16 8 - 46 440 - - - - 750 000 - 48080 - 19 10 14 8 - "- - - - "- 35720 - 20 4 20 8 * 46440 12232 34208 139156x 104498" 34208 - - 21 7 18 7 * 40635 10703 29932 141144x 111212 "29932 - - 22 5 16 10 - 58 050 - - -" - 44653 - 23 9 15 8 - 46440 - - - - "- 35723 - 24 6 18 8 * 46440 12232 34208 139156x
104498 "34208 - - 25 8 20 6 - 34890 - - - -" - 26792 - 26 9 21 5 29025 7645 21380 145120x 123739 "21380 - - 27 8 14 9 - 52245 - - -" - 40188 28 7 10 12 - 69660 - - - - "- 53584 - 29 5 8 14 - 81270 - - - -" - 62515 - 30 4 12 12 - 69660 - - - - "- 53584 - 1787940 403182 783879 255 liters fuel 6.44 E 14.32 E 94.96 ± total = 20.76 ± MAY date tOI t 2 t SP pl p2 F at St.
Stock Fx Air RAF 750,000 1 6 8 13 - 75,465 - - - - "- 58,050 - 2 5 10 13 -" - - - - "-" - 3 7 20 7 - 40,635 - - - - "- 31,257 - 4 4 16 10 58 050 15290 42760 148700x 105940 "42760 - - 5 8 18 7 - 40635 - - - -" - 31257 - 6 10 22 4 23220 6116 17104 160627x 143523 "17104 - - 7 9 15 6 34830 9174 25656 156651x 130995" 25656 - - 8 8 12 10 - 58,050 - - - - "- 44,654 - 9 6 9 13 - - - - - -" - 58,050 10 5 11 12 - 69,660 - - - - "- 53,585 11 7 9 12 -" - - - " Il 12 8 16 8 46 440 12232 34208 152676x 118468 "34208 - - 13 10 24 3 17465 4587 12828 162614x 149786" 12828 - 14 9> 30 0 - - - - "- - - 15 6 16 9 52245 13761 38484 150688x 112204" 38484 - - heating off 16 10 24 3 * 17 465 - - - - 732 535 - - - 17 9 26 3 * "- - - - 715070 - - - 18 10> 30 0 * - - - -" - - - 19 15 28 0 * - - - - - "- - - 20 14 26 0 * - - - - -" - - - 21 15 27 2 * 11 610 - - - - 598 970 - - - 22 14 28 0 * - - -
- - "- - - 23 16 26 0 * - - - - -" - - - 24 14 24 1 * 5805 - - - - 593 165 - - - 25 16> 30 0 * - - - - "- - - 26 18 22 0 * - - - - - "- - - 27 16> 30 0 * - - - - -" - - - 28 17 27 0 * - - "29 15> 30 0 - - - - -" - - - 30 16> 30 0 - - - - - "- - - 31 14" 0 - - - - - 593 165 - - - 789 484 171 040 388 488 113 liters fuel 2.73 E 7.09 E 41.94 ± total = 9.82 ±
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Solar heat recovery and storage
In the strongly glazed rooms of the house, the heat is concentrated under the ceiling, and as we have seen is absorbed by an exchanger located at this level. Various types of exchangers can be used: flat exchangers fixed under the ceiling, or better joists or hollow metal slabs in which the water carrying calories will circulate.
If joists or slabs are used, these will serve as load-bearing elements; these will be joists for a ceiling with exposed joists or slabs for a flat ceiling. While capturing the heat, they will at the same time produce the cold necessary to return to the comfort temperature that we assume everywhere constant and equal to 20. In reality, this temperature will be adjustable for comfort but for the ease of calculations we assume that the temperature remains constant throughout the house and throughout the year.
For the heat exchange, the metal matters little because it is limited by the transfer coefficient at the metal-ambient air interface which is here 7 kCal.
If we use steel joists (tubes of rectangular section) of for example 10 cm wide and 20 cm high at the rate of two joists per m and for a sheet thickness of 1.5 mm: a joist of a length 4 m will weigh 28 kg.
For a uniformly distributed load of 500 kg over a length of 4 m, these dimensions are suitable, with a slight reinforcement, as a basis for calculation and we will use them for the following calculations.
Two joists per m will require around 60 joists for sunny rooms, with a total length of 30 m.
The useful exchange surface per joist is 0.5 * 4 = 2 m2 and a total of 120 m2.
The previous tables show that overall, if we except the excess heat, we must be able to store 90,000 kCal in 11 hours of sun: (ES - pl).
With an exchange coefficient of 7, the temperature difference between incoming and outgoing water must be greater than 90,000 / 120 * 7 * 11 = 9.7. However, we have seen that the temperature difference in the accumulator can vary between -3 and 25, an average temperature of 14. The surface of the joists will therefore be sufficient.
The volume of the accumulator will then be 90,000 / 28 = 3,214 liters
We will take a volume of 5 m3 - "an interest, which goes beyond the scope of this study is the possibility of obtaining a cheap fire-fighting device by placing fusible tablets or bulbs filled with a boiling liquid at low temperature under joists or slabs according to known and used processes. "
In this case, a pressure switch control will increase the flow and pressure to obtain the desired efficiency. If necessary, the volume of the heating circuit can be added to reach a total volume of 35 m3.
Heating circuit
The home heating circuit must be able to store all the excess calories supplied by the heat pump.
To store these calories, instead of using a large tank and supplying radiators, it is much more advantageous to store the heat in bulky convectors which will then redistribute this heat.
These convectors can completely replace the interior walls. They will simply consist of a rectangular tank 15 to 40 cm thick enclosed between two partitions spaced a few cm from the tank, depending on the architecture of the buildings. Openings in the bottom and top of the partitions will release convection heat.
Thus the possible volume for the pilot dwelling with prefabricated convectors (tanks 20 cm thick) and 3 different lengths (1) (2) (3) allows to reach a volume of 26.2 m3 (Fig. 6 ).
If joists are also placed in non-sunny rooms (load-bearing or fire-resistant elements) they will also be used for heating and will increase the volume by 20 * 2 * 80 = 3,200 liters: in total a circuit of 26.2 + 3 , 2 to which we will add the volume of the pipes to arrive at the volume of 30 m3
By these joists, there is a radiant heating from the ceiling, making the temperature more homogeneous and eliminating the effects of cold windows, resulting in increased comfort. We will first use the radiant heat from the joists here and will supplement, by regulation, the heat emitted by the convectors.
In this way, the radiant joists deliver a fixed quantity of heat in relation to the temperature of the circuit, and the convectors supplement to reach the desired comfort temperature.
This principle is applicable to rooms with large bay windows, in the absence of sun, by a set of solenoid valves, the joists will produce the same effect - or another combination (see below).
The maximum temperature at the outlet of a heat pump is limited to 50 and since the minimum heating temperature will subsequently be calculated sufficient to 25, the temperature of the water in the circuit varying between 25 and 50, the quantity of possible heat being able to to be stored in the pilot dwelling is 30,000 * 25 = 750,000 k Calories.
It will be shown later that this stock is sufficient.
Note that it is possible to double this stock by replacing all or part of the exterior walls with convectors.
B - Energy removed from the air.
In the absence of sunlight, it is possible to remove heat from the air when the outside temperature is sufficient.
The air temperature at the outlet of an exchanger must still be 2.5 in order to avoid icing of the fins (drop in efficiency).
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At the entrance, the air temperature will be higher than 5 to obtain a valid exchange. In our case, the heat is transferred to the brine from the heat pump evaporator.
Exchange capacity The amount of heat transferred is: Q = K * S * Ùm with: K, the exchange coefficient
S, the exchange surface Ùm, the average temperature
The exchanger must be able to extract a still significant amount of heat at low temperature. At the lowest temperature, the air enters at 5 and leaves at 2.5. The brine which arrives against the current of air will be given a negative temperature to have a sufficient difference.
According to daily records, the maximum amount of calories to be supplied by the heat pump in 9 hours is 180,000 kCal .; which requires 180,000 / 1.3 = 138,500 kCal. at the exchanger, this for higher temperatures, and reduced to 95,000 kCal for temperatures close to 5 to 6.
As a precaution we will take 120,000 / 9 = 13,300 kCal. per hour.
For a reasonable brine flow rate of 2 m3 / hour, the outlet temperature will be increased by: 13,300 / 2000 = 6.6.
The average exchange temperature (calculated according to Hausbrand):
Air 5 brine 0.6 difference dl = 4.4
2.5 -6 the difference d2 = 8.5
The ratio dl / d2 = 0.51 and after correction, according to Hausbrand, drops to 0.73
The average exchange temperature is 0.73 * d2 = 0.73 * 8.5 = 6.2
The exchanger to be used must have a K * S of 13.300 / 6.2 = 2.145.
Among those in trade, we find the following:
Characteristics given by the manufacturer.
Tubes of steel 25 mm in diameter and fins in sheet metal set with 7 * 7cm spaced 5 mm in 4 rows Dimensions: height 0.98m; width 0.84; thickness 0.36 Exchange surface = 75 m2 and free cross section = 0.36 m2 Characteristics depending on the air flow speed
Speed flow pressure drop coeff. transfer 4 mls 1.4m3 / s 5 mm of water 20
6 2.2 8 26
8 2.9 12 28 The efficiency of these devices is on average 65% in new condition
The exchange surface being 75 m, K must be equal to 2.145 / 75 = 28. We will therefore pass the air at the speed of 8 m / s for the minimum temperature of 5.
Amount of heat supplied as a function of the outside temperature.
For the brine temperature of -6 and the air speed of 8 m / s., The exchange capacity is 13,300 kCal / h, but the heat removed from the air is lower and equal to: 2.9 (m / s) * 3,600 * 1.2 (air density) * 0.3 (specific heat humid air) * dt or 3.758 * dt with (dt = 5 - 2.5) therefore 3.758 * 2.5 = 9.400 kCal./h.
The exchange power is too high. We can raise the brine temperature to -3 and settle for a value close to 9.400 kCal. The new Ùm becomes:
5 1 dl = 4 # #
2.5-3 d2 = 5.5 dl / d2 = 0.72 corrected = 0.84 Ùm = 0.84 * 5.5 = 4.6.
The exchange capacity is 28 * 759 * Ùm = 2.100 Ùm = 2.100 * 4.6 = 9,660 kCal (more in agreement with the heat subtracted from the air).
For an air temperature of 7 7 1 dl = 6 # #
3.5-3 d2 = 6.5 dl / d2 = 0.97 and Ùm = 6.5 * 0.92 = 6.3 The exchange capacity is 2.100 * 6.3 = 13.230 kCal The heat subtracted from air = 3758 * 3.5 = 13.153 kCal
For an air temperature of 10
10 2 dl = 8 # #
5-3 d2 = 8 Ùm = 8 The exchange capacity = 2.100 * 8 = 16.800 kCal The heat withdrawn from the air = 3.
758 * 5 = 18,790 kCal
For an air temperature of 15
15 5 dl = 10 # #
7-3 d2 = 10 Ùm = 10 The exchange capacity = 2.100 * 10 = 21.000 kCal The heat subtracted from the air = 3.758 * 8 = 30.064 kCal
Note that we gradually raise the temperature of the air at the outlet to avoid icing (with the temperature, the air becomes more and more humid)
<Desc / Clms Page number 14>
The curve (Fig. 13) gives the calories supplied as a function of the outside temperature.
The brine flow rates as a function of the external t: 5 9,660 / 4 = 2.4001 / h
7 13.230 / 4 = 3.3001 / h
10 16.800 / 5 = 3.3001 / h
15 21,000 / 8 = 2.6001 / h We therefore choose with this type of exchanger: an air speed of 8 m / s. a brine temperature of -3 a brine flow rate of 3.3001 / h.
Under these conditions, the electric power is # W = Q * h / 0.65 * 75
With W the horsepower h the pressure drop in mm of water
0.65 yield
75 to convert kgm / s to CV In our case: W = (2.9 * 12) / (0.65 * 75) = 0.71 CV or 525 Watts Spending on the day = 0.525 * 0.155 E = 0.081 E (3.3 Fb). at night = 0.525 * 0.056 E = 0.029 E (1.2 Fb). for an average temperature of 7 to supply 13,200 kCal and for 10,000 kCal during the day 0.062 # (2.5 Fb) at night 0.022 E (0.9 Fb)
Note that we have carried out these calculations, with this type of exchanger as a basis, since we have the characteristics of the entire series manufactured by the Cie Générale d'Hygiène in 1950;
but this type of iron exchanger is not very suitable for us because of the condensation of water vapor and the risk of rust when crimping the fins reducing the conductivity. In addition, the high speed of the air preferably requires an exchanger composed of copper tubes with also welded copper fins for better exchange at low temperature, or another more efficient.
So far, we pass the brine through the evaporator of the heat pump for the simplification thereof and the possibility of using the exchanger to reintroduce calories into the soil; but we can advantageously create a bypass of the refrigerant towards the exchanger for a better efficiency.
As in our region, it will ultimately be necessary to use little energy from the ground (the following calculations will demonstrate this), we are adopting this second solution for our pilot home.
Distribution of temperatures over a 24-hour day. (From 7 a.m. to 7 a.m. the next day.)
The lowest temperature is in the morning at daybreak. It gradually increases until 4 p.m. to 5 p.m., has a plateau, then decreases fairly regularly until the next morning.
We recorded the temperatures in the morning "t 1" between 7 and 8 h. and in the afternoon "t 2" between 4 and 5 pm. The temperature curves recorded during the day and at night show rise and fall sometimes slightly concave, sometimes slightly convex according to the climatic variations of the moment; on the whole we can consider these curves as straight lines.
Heat removed from the air.
As with solar energy, the heat removed from the air during the day poses a problem because of the price per kW. If one can easily store the solar heat in AC, it is not the same for the heat extracted from the air because the temperature of the brine is too low. It is best to remove the heat from the air first after 10 p.m.
Exchanger and heat pump operate on the night current. However, we reserve the right to recover heat from the air during the day when geothermal energy is not possible. This heat coming back cheaper than electric heat at night.
Heat recovered as a function of temperatures. (Fig. 14): t l, t 2 and t 3 (note that t 3 is the temperature t the next morning). In the majority of cases t 2 is greater.
During the day, the exchanger operates as soon as the outside temperature reaches 5. It is this temperature which controls the start-up of the exchanger and the heat pump.
The amount of heat recovered up to 16 hours corresponds to the hatched zone A and dj 1 is the operating time of these devices.
We have the relation dj1 / (t 2-5) = 9 / (t 2 -tl) and dj1 = 9 (t 2 - 5) / (t 2 - t 1) The average temperature is t mj1 = (t 2 + 5) / 2.
The amount of heat obtained per hour as a function of the outside temperature is indicated on the previous curve. (Fig. 13)
For a run time djl, the total quantity transferred to the heat pump by the exchanger is the product of these two values. To find out the amount of heat transferred by the exchanger between 4 and 10 p.m. , the operating time and the average temperature will be calculated in the same way.
At night, the heat exchanger and heat pump operate from 10 p.m. t 4 = 0.6 t 2 + 0.4 t 3 The duration dn = 15 (t 4- 5) / (t 2 -t 3), and the average temperature (t 4 + 5) / 2 When t 2 and t 3 are> 5, dn (the operating time) is 9 h.
And when t 2 <t 3, dn = 15 (t 3- 5) / (t 3 -t 2) Average temperature: (t 4 + 5) / 2 or (5 + t 3) / 2 depending on whether t 4 is> or <to 5.
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The following table shows us the quantities of heat extracted at night by the exchanger as a function of the outside temperatures: t 2 and t 3: t 3 -3-2 -1 0 1 2 3 4 5
EMI15.1
---. ----- ¯ ¯ ¯ ... -----------------...--------------- --------------... --- ...------- t02 --- ¯.¯¯, .. ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯.
¯.¯¯¯¯¯w¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯.w¯¯¯¯¯¯¯ 5 6 14,400 94,050 7 14,400 41,800 97,870 8 4,110 12,000 31,250 10,500 9,660 19,855 20,900 38,660 67,800 10,950 10,550 15,750 26,590 110,595 11,450 17,980 22,990 33,900 45,220 64,300 78,550 11,350 12,350 16,500 27,300 38,420 55,120 7,260 29,900 36,750 48,100 66,000 66,400 81,300 103,880 126,100 15 27,400 35,800 42,830 53,600 66,840 73,160 89,170 107,870 127,570 16 32,900 41,800 48,900 59,100 69,250 80,330 97,040 112,370 130,500 t 3 6 7 8 9 10 11 12 13 14 t 2 -2 19,590 37,660 54830 126,400 137,320 -1 22,800 43050 61,450 80,000 92,500 105,010 120,565 136,125 0 26,125 48,430 68,060 88,000 103,380 118,640 132,240 1 32,660 57,970 77,130 96,490 113,260 130,500 2 39,190 67,410 86,200 104,480 119,200 133,425 3 58,780 76,910 95,600 115,000 125,670
100,600 124,630 130,570 5,94050 99,800 105,520 121,725 135,460 6 97,870 114,500 124,535 7 101,700 117,800 127,570 13,650 8,110,221 121,775 131,950 139,800 9 113,850 125,800 136,350 10,118,500 130,500 138,000 11,124,650 133,700 13,12670
Calories extracted from the air as a function of t 2 and t 3 C - Other sources Only the sun and the air.
If it is not possible to extract enough heat from the sun and the air, we will go to the following sources and in order: 1 - heat from the ground
2- the heat of the air during the day directly passing through the heat pump in the heating circuit
3 - finally the electric heat.
1 - Calories that can be removed from the ground.
When the ground allows it, no rocks and sufficient space around the house, we can use geothermal energy and even go further than the use which makes it, not only use the ground to extract its calories, but to house them. As in certain periods of winter the temperature is sufficient, an exchanger connected to the transfer circuit will be used to re-inflate the floor provided that the floor temperature is lower than the outside temperature.
In normal operation, the heat from the ground will be taken directly at night from the transfer circuit and the heat pump.
2 - Calories that can be removed from the iour by the heat pump.
We have seen that it is possible to remove heat from the air during the day between 7 a.m. and 10 p.m. by the heat exchanger and the heat pump (this quantity is greater than that withdrawn overnight), but at a price three times higher.
All these technical complications are due to the difference in price per kWh between day and night, but when this process is sufficiently developed, we can expect a lesser difference, hence the simplicity: of AC and a single circuit ... ... It's not for tomorrow .
3 - Electrical energy: Usable when other means are exhausted.
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Distribution of different energies
So far, we have treated in the previous monthly tables only losses and the incidence of solar energy (see from page 6) As a reminder:
P the calories lost by the entire building in 24 hours and depending on the outside temperature P =
5805 ¯t. pl the calories lost during the periods of sun in the sunny parts of the house. p2 the remaining loss (P-pl)
F the calories transferred by the heat pump.
At St the amount of excess heat to be stored in the heating circuit.
With the new data on the other complementary energies, we add to these tables:
St the stock at the end of the day (the next morning at 7 am) i.e. the amount of heat present in the heating circuit.
Fx calories from solar energy actually used
Air the calories removed from the air at night.
RAF the rest of the calories to supply and in order: geothermal energy, air during the day, finally electric.
Price comparison of these different sources
For 10,000 kCal required for heating, you must spend with: 1 Lefuel a) new high-efficiency boilers (100%) 1 liter at 0.37 # 0.37 # b) fireplaces and boilers currently in service whose efficiency is estimated at 70%: 1.43 1. 0.53 # 2 Solar heat: for 10,000 kCal to be supplied PAC output 2.84 * 0.056 # = 0.16 #
3 The heat removed from the air after 10 p.m. and transferred directly by the heat pump = 0.159 + 0.022 = 0.18 # 4 Geothermal energy:
the heat is captured from the ground by the transfer circuit at night and transmitted by the heat pump 0.16 # 5 The heat is removed from the air during the day and transmitted directly by the heat pump: exchanger during the day = 0.06 # heat pump = 2.84 * 0.155 # = 0.44 ± total 0.50 # 6 Electric heating at night: 11.63 kW 0.66 #
In these calculations, we do not take into account the very low energy consumed by the circulation pumps.
As long as the pressure drops are respected, consumption is around 20 Watts for a flow rate of 1,000 liters per hour.
Application to the process
In our region, from September 15, we observe slightly larger temperature differences, but above all oscillating around a declining temperature. For average temperatures reduced to around 16 and 14 already, these differences become harmful to health: colds, flu, etc. We have every interest in putting the process into service to stabilize the temperature in the home as quickly as possible, thanks to the thermal inertia of all the convectors which is 2.5 times greater than that of brick walls ( the specific heat of the water is 1 for a density of 1, while the specific heat of the brick is 0.2 for a density close to 2).
In addition, the rate of heat diffusion is much faster (7 times based on the transfer coefficients). During this period, only solar heat will be captured, it will gradually raise the temperature of the heating circuit so that on October 1 we are left with a temperature of 40 corresponding to a stock of 450,000 kCal necessary to compensate for low temperatures encountered in some years in early October. (but becoming increasingly rare).
In September, the temperature is raised from 20 to 40. You have to supply (40 - 20) * 30,000 = 600,000 kCal for a price of 600,000 * 0.16 / 10,000 = 9.62 # (388 Fb).
Heating year from October 1991 to May 1992 Month of October. (see page 6) - On October 1 at 7 am, the stock in the heating circuit is 450,000 kCal.
The sun is shining and providing ES - pl = 110,890 - 8,340 = 102,550 kCal. These calories are stored in AC whose maximum capacity is 28 * 5,000 = 140,000 kCal
This heat is transferred by the heat pump after 22 hours in the heating circuit equal to 102,550 * 1.3 =
133.315 (column F) minus the loss p2 i.e. 133.315 - 26. 490 = 106.825 (column: at St.).
The stock in the heating circuit amounts to 450,000 + 106,825 = 556,825 kCal.
- "In column F, we follow 133.315 with a point to indicate that all solar energy has been used and report this value in column Fx: (solar heat actually used); and follow with a cross when only part of it is used "- - On October 2 in the morning, there are no more calories in AC and the brine has dropped to -3.
The solar heat is entirely captured by AC, the quantity to be stored (F - p2) is 88,159 kCal which brings the stock to
644. 984 kCal.
- On October 3, same, the stock goes to 739,365 kCal.
- "Note that we are talking about heat stored in AC and heat stored in the heating circuit." -
<Desc / Clms Page number 17>
- On October 4, the amount of heat to be stored is 100.603 kCal.
The CAP will not provide this quantity because the stock becomes maximum. the thermometer thc reaches 50 and cuts the current of the heat pump; but only 750,000 - 739. 365 plus the loss p2 will be used = 41,540
It remains in AC 110890-9730-41540 = 59620 (which can be found at the top of AC).
"The PC will control the heat pump at night so that the heat contained in AC is removed before the air heat - On October 5, no sun, the heat is removed from the air at night, the temperatures are: tl = 9; t2 = 22; t3 = 13. The temperature being> 5, at 10 p.m., the exchanger and the heat pump are activated, for these temperatures, the table (page 15) indicates that the exchanger can extract more than 136,000 kCal (exchanger limit, imposed by the heat pump) The heat pump will supply the entire loss P = 23,220 and the heat exchanger 23,220 / 1,3 = 17,861 kCal which is entered in the Air column.
Thus, on October 5, the 23,220 kCal that the PAC must supply corresponds to 17,861 kCal to be withdrawn from AC. 59,620 - 17,861 = 41,759 kCal will remain
October 6 AC arrives at its maximum stock (140,000 kCal) and will remain there until 16. In reality, we remove more calories from the sun than the calculations will indicate later, but given the small difference in the cost price between the solar energy and that of air, one does not take into account here in these calculations of the residual energy contained in AC, the error being very weak and the calculations already rather consequent. The calculation will be as follows: - On October 6, the sun returns and the heat pump provides the equivalent of the loss p2: = 13,245 kCal On the following days until October 16, the sun continues to provide the equivalent of p2 each day .
- On October 17, the sun is over, the heat is taken from the air at night. tl = 6; t2 = 16; t3 = 5.
At 10 p.m., t4 = 0.6 * 16 + 0.4 * 5 = 11.5; the duration dn is 9h. (since t2 and t3 are> 5) and the average temperature = (11.5 + 5) / 2 = 8. The heat capacity of the exchanger = 14,500 * 9 = 130,500 (see the table which gives these values directly on pages 13). The heat pump will provide the equivalent of the loss p2 = 52,245 and the exchanger only 52,245 / 1.3 = 40,188 kCal.
- October 18: tl = 5; t2 = 12; t3 = 4 # t4 = 0.2 * 12 + 0.4 * 4 = 8.5, dn = 15 (8.5 - 5) / (12 - 4) = 6.5 hours of walking, the average temperature of : + 5) / 2 = 6.5. The heat capacity of the exchanger is: 12,250 * 6.5 = 79,620 (see table), but will only provide 63,855 / 1.3 = 49,119 kCal.
- October 19, tl = 4; t2 = 14; t3 = 3. The table indicates a heat capacity of 81,300, but should only provide 63,855 / 1,3 = 49,119 kCal.
- On October 20, the capacity of the exchanger is 38.420 and after PAC: 38.420 * 1.3 = 49.946 kCal
The loss is higher = 75,465; the shortfall is drawn from the stock, which drops to 750,000 - 75,465 + 49. 946,724,481 kCal
As long as the temperature in the heating circuit is> 25 the PC does not allow heat to be removed from another source than that of the sun and the air "- - October 21, same, the capacity of the exchanger = 48.590 and after PAC = 63.167 we call up the stock again 724.481- 87. 075 + 63.167 = 700.573 kCal.
- On October 22, the capacity of the exchanger = 76.560 and after PAC = 99.531; the stock goes up: 700,573 - 81,270 + 99,531 = 718,834 kCal.
- On October 23, the capacity of the exchanger = 131,750 and after PAC = 169,650; however, the heat pump must only supply: 750,000 - 718,834 + 75,465 = 106,631 and the heat exchanger at the heat pump: 106,631 / 1,3 = 82,023 kCal - The rest of the month, the capacity of the heat exchanger is more than sufficient.
The sun supplies 776,820 kCal for a price of 12.44 # (502 Fb).
Air 598. 355 10.93 E (441 Fb). in total 23.37 # (943 Fb).
If we had used fuel oil we would have needed 200 liters for 74.36 # (3.000 Fb).
November month.
On November 1, the stock is 750,000 kCal and no sun. The capacity of the exchanger is more than sufficient and provides only 52,245 / 1.3 = 40,188 kCal.
Thereafter, these are still the same calculations as in October The sun provides 462,898 kCal at a cost of 7.41 # (299 Fb).
Air 1,022,828 18.69 # (754 Fb). in total 26.10 # (1.053 Fb).
If we had used fuel oil 130.44 # (5.262 Fb).
December month.
The stock is 98.652 kcal, the temperatures are too low and no sun, the stock drops to 0, the temperature of the heating circuit reaches 25 "At this moment the current is connected to the other sources" -
RAF amounts to 110,295 - 98. 652 = 11,643 kCal.
The other days until the 15th, little sun and temp. are too low, the system uses other sources (RAF)
From the 16th, it is mainly the air that provides heat, the stock goes up.
The sun provides 509,658 kCal. at a cost of 8.15 # (329 Fb).
Air 1,267,615 23.18 # (935 Fb). in total 31.33 ± (1.264 Fb).
RAF by geothermal energy 17.55 # (708 Fb). with heat exchanger and PAC 55.23 ± (2.228 Fb). with electric heating 71.99 # (2.904 Fb).
<Desc / Clms Page number 18>
From where. the three possible processes.
Process A (with geothermal) 31.33 + 17.55 = 48.88 # (1,972 Fb).
Process B (aeroth + PAC on the day) 31.33 + 55.23 = 86.56 ± (3,492 Fb).
Process C (electric heating) 31.33 + 71.99 = 103.32 # (4,168 Fb).
If we had used fuel the cost 150.17 ± (6. 058 Fb).
Month of January.
At the start the stock is 652,740 Kcal, no sun until the 19th, the heat is removed from the air but insufficient, it is especially the stock which supplies until the 18th.
Afterwards the sun reappears but insufficient it is RAF which provides the rest.
The sun provides 495.460 kCal at a cost of 7.93 E (320 Fb).
Air 720.885 13.16 # (531Fb). in total 21.09 ± (851 Fb).
RAF by geothermal energy 12.44 # (502 Fb). aeroth + heat pump on day 39.07 # (1.576 Fb). electric heating 51.02 E (2.058 Fb).
Method A 21.09 + 12.44 = 33.53 ± (1.353 Fb).
B 21.09 + 39.07 = 60.16 # (2,427 Fb).
C 21.09 + 51.02 = 72.11 # (2.909 Fb).
If we had used fuel oil the cost = 164.97 # (6. 655 Fb).
February month.
The 1 and the 2, no sun and insufficient air temperature it is RAF which provides the heat
On the 3rd, the exchanger provides heat and stores 48,470 kCal.
The rest of the month: and air is enough, on the 29th, the stock rose to 360 120 kCal.
The sun provides 1,380,555 kCal at a cost of 22.13 # (893 Fb).
Air 666.180 12.17 # (491 Fb). in total 34.30 # (1.384 Fb).
RAF supplies 226,395 kCal by geothermal energy 3.62 # (146 Fb). aeroth + heat pump on day 11.38 # (459 Fb). electric heating 14.87 # (600 Fb).
Process A 34.30 + 3.62 37.92 ± (1,530 Fb).
B 34.30 + 11.38 = 45.68 # (1.843 Fb).
C 34.30 + 14.87 = 49.17 # (1.984 Fb).
If we had used fuel oil 128.28 # (5. 175 Fb).
March
On the 1st, the stock is 360,120 kCal. Sun and air at night are enough. The sun provides 590.479 kCal at a cost of 9.47 # (382 Fb).
* Air 1,136,651 20.75 E (837 Fb). in total 30.22 ± (1219 Fb).
NO RAF If 116.56 ± (4,702 Fb) fuel was used.
April
Sun and air are enough The sun provides 403,182 kCal at a cost of 6.45 # (260 Fb).
Air 783.879 14.33 ± (578 Fb). in total 20.78 ± (838 Fb).
If we had used fuel 94.97 ± (3.831 Fb).
May
From May 15 everything is stopped except the circulation pump of the heating circuit which will stop on the 31st in order to exhaust the calories in stock.
The sun provides 171,040 kCal at a cost of 2.73 # (110 Fb).
Air 388. 488 7.09 E (286 Fb). in total 9.82 ± (396 Fb).
If we had used fuel oil 41.94 ± (1.692 Fb).
IN SUMMARY: Over the year the% brought by the sun, the air and RAF month Oct. Nov. Dec. Jan. Feb. March Apr May Sun 56 31 18 25 56 35 34 31 Air 44 69 44 36 29 65 66 69 RAF 0 0 38 39 15 0 0 0
<Desc / Clms Page number 19>
EMI19.1
<tb> Price, <SEP> according to <SEP> the <SEP> solution <SEP> adopted <SEP>. <September>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
Month <SEP> Oct. <SEP> Nov. <SEP> Dec. <SEP> Jan. <SEP> Feb. <SEP> March <SEP> Apr. <SEP> May
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<tb> proc. <SEP> A <SEP> 943 <SEP> 1.053 <SEP> 1,972 <SEP> 1.353 <SEP> 1.530 <SEP> 1.219 <SEP> 838 <SEP> 396
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<tb> total <SEP> = <SEP> 230.64 <SEP> # <SEP> (9. <SEP> 304 <SEP> Fb).
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<tb> proc. <SEP> B <SEP> 943 <SEP> 1.053 <SEP> 3.492 <SEP> 2. <SEP> 427 <SEP> 1,843 <SEP> 1.219 <SEP> 838 <SEP> 396
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<tb> total <SEP> = <SEP> 302.70 <SEP> # <SEP> (12.211 <SEP> Fb).
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<tb> proc. <SEP> C <SEP> 943 <SEP> 1.053 <SEP> 4.168 <SEP> 2. <SEP> 909 <SEP> 1.984 <SEP> 1.219 <SEP> 838 <SEP> 396
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<tb> total <SEP> = <SEP> 355.62 <SEP> # <SEP> (13.539 <SEP> Fb).
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
Yes <SEP> fuel <SEP> 3. <SEP> 000 <SEP> 5. <SEP> 262 <SEP> 6. <SEP> 058 <SEP> 6. <SEP> 655 <SEP> 5. <SEP> 175 <SEP> 4.702 <SEP> 3.831 <SEP> 1.692
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<tb> total <SEP> = <SEP> 901.71 <SEP> # <SEP> (36. <SEP> 375 <SEP> Fb).
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
In <SEP> using <SEP> on <SEP> process <SEP> A, <SEP> on <SEP> GAIN <SEP> completed <SEP> on <SEP> the year <SEP> is <SEP> from <SEP> 671.07 <SEP> # <SEP> (27.071 <SEP> Fb).
<Tb>
Year 90-91.
One of the coldest years, characterized by a significant frost in December, January and February Using the A method the annual cost is 214.50 ± (8. 653 Fb). fuel 880.32 # (35,512 Fb). hence a GAIN of 665.82 # (26.859 Fb).
EMI19.2
<Tb>
Sure <SEP> the year, <SEP> them <SEP>% <SEP> brought <SEP> by <SEP> on <SEP> sun. <SEP> the air <SEP> and <SEP> the <SEP> geothermal energy:
<tb> month <SEP> Oct. <SEP> Nov. <SEP> Dec. <SEP> Jan. <SEP> Feb. <SEP> March <SEP> Apr. <SEP> May
<tb> sun <SEP> 44 <SEP> 55 <SEP> 10 <SEP> 52 <SEP> 33 <SEP> 56 <SEP> 47 <SEP> 37
<tb> air <SEP> 1 <SEP> 56 <SEP> 45 <SEP> 52 <SEP> 39 <SEP> 16 <SEP> 44 <SEP> 53 <SEP> 63
<tb> RAF <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 38 <SEP> 9 <SEP> 51 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<Tb>
This last presentation allows us to better understand how it works.
D - Starting the process We finally arrive at the diagram (Fig. 15) Operation 1 -The day from 7 am to 10 pm.
At 7 am, following an impulse from the PC clock, the "day" program begins. The temperature tha (29) on the ceiling is <25, the PCI pump (28) of the AC transfer circuit (27) is stopped, as is the heat pump (30). It is the hot water of the heating circuit whose temperature oscillates between 25 and 50 which feeds the convectors, the joists or the slabs, PC3 (34) step (M), the solenoid valves vl (37), V3 (38) , V4 (39), V5 (40) are closed, V2 (41) is open.
When the sun is shining, the temperature tha (29) exceeds 25, the transfer circuit comes into action, PC1 works (M) and stores the heat at the top of the accumulator (AC). PCI throughput is low: 5 to 10 hours maximum. All valves remain in the same position.
When the sun disappears, tha becomes <25 and PCI returns to a standstill.
2 - At night from 10 p.m. to 7 a.m.
At 10 p.m. the night program starts, also on a pulse from the uPC clock.
As long as thb (42) (the temperature at the top of the accumulator) exceeds 0, the valve VIreste open, V5 opens, PC2 (33), PC3 (34) and the heat pump work. The calories contained in Ac pass into the heating circuit, and when thb (42) becomes <0, PC2 and the heat pump return to standstill, VIet V5 close.
The thermometer thc (43) of the heating circuit oscillates between 25 and 50.
If there has been no sun thb remains less than 0, the heat is removed from the air provided that thd (44) is> 5, V2 closes, V3 opens the exchanger serves as evaporator at the heat pump: PC3, heat pump and exchanger are working.
If there is no sun and the air temperature is insufficient, thd <5, only the circulation pump is running and heat is extracted from the stock. The heating circuit lives with its reserve and when thc falls below 25, the heat is extracted from the ground. V2 and V4 open, V3 closes, PC2 and the PAC work
When the (45) arrives at around 0, heat is extracted from the air during the day provided that thd is> 5, V2 closes, V3 opens, the heat pump and the air exchanger operate.
Finally when thc <25, thd <5, the <0 and no sun, it is the electric heating (47) which comes into action.
After May 15, when thc reaches 50, the whole system stops except the circulation pump of the heating circuit which will finally stop on May 31 in order to exhaust the calories of the circuit.
OPERATION.
The day
EMI19.3
<tb> thermometers <SEP> breaks <SEP> circulation <SEP> Solenoid valves
<tb> contactors
<Tb>
<tb> a <SEP> b <SEP> c <SEP> d <SEP> e <SEP> PCI <SEP> PC2 <SEP> PC3 <SEP> PAC <SEP> Vl <SEP> V2 <SEP> V3 <SEP> V4 <SEP> V5 <SEP> Ech.
<Tb>
<Tb>
7 <SEP> h. <SEP> on <SEP> morning
<Tb>
<Tb>
<tb> no <SEP> from <SEP> sun <September> <25 <SEP>> 25 <SEP> A <SEP> A <SEP> M <SEP> A <SEP> F <SEP> 0 <SEP> F <SEP> F <SEP> F <SEP> A
<tb> sun <SEP>> 25 <SEP> M <SEP> A <SEP> M <SEP> A <SEP> F <SEP> 0 <SEP> F <SEP> F <SEP> F <SEP> A
<Tb>
<Tb>
<tb> exchanger <SEP> and <SEP> PAC <SEP> on <SEP> day <September> <25 <SEP>> 5 <September> <0 <SEP> A <SEP> A <SEP> M <SEP> M <SEP> F <SEP> F <SEP> 0 <SEP> F <SEP> F <SEP> M
<Tb>
<Desc / Clms Page number 20>
The night
EMI20.1
<tb> thermometers <SEP> Pumps <SEP> circulation <SEP> Solenoid valves
<Tb>
<Tb>
<tb> contactors
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<tb> a <SEP> b <SEP> ç <SEP> d <SEP> e <SEP> PCI <SEP> PC2 <SEP> PC3 <SEP> PAC <SEP> Vl <SEP> V2 <SEP> V3 <SEP> V4 <SEP> V5 <SEP> Ech.
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<tb> heat <SEP> removed <SEP> from <SEP> AC <SEP>> 0 <SEP>> 25 <SEP> A <SEP> M <SEP> M <SEP> M <SEP> O <September>
O <SEP> F <SEP> F <SEP> O <SEP> A
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<tb> AC <SEP> sold out <September> <0 <SEP>> 25 <SEP> A <SEP> A <SEP> M <SEP> A <SEP> F <SEP> 0 <SEP> F <SEP> F <SEP> F <SEP> A
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<tb> heat <SEP> extracted <SEP> from <SEP> the air <September> <0 <SEP>> 25 <SEP>> 5 <SEP> A <SEP> A <SEP> M <SEP> M <SEP> F <SEP> F <SEP> O <SEP> F <SEP> F <SEP> M
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<tb> nor <SEP> sun <SEP> and <SEP> tO <SEP> ext.
<September> <5 <September> <0 <SEP>> 25 <September> <5 <SEP> A <SEP> A <SEP> M <SEP> A <SEP> F <SEP> O <SEP> F <SEP> F <SEP> F <SEP> A
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<tb> extraction <SEP> from <SEP> soil <September> <0 <September> <25 <September> <5 <SEP>> 0 <SEP> A <SEP> M <SEP> M <SEP> M <SEP> F <SEP> 0 <SEP> F <SEP> 0 <SEP> F <SEP> A
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<tb> heating <SEP> electric <September> <0 <September> <25 <September> <5 <September> <0 <SEP> A <SEP> A <SEP> M <SEP> A <SEP> F <SEP> 0 <SEP> F <SEP> F <SEP> F <SEP> A
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<tb> after <SEP> on <SEP> 15 <SEP> May <SEP> 50 <SEP> A <SEP> A <SEP> M <SEP> A <SEP> F <SEP> 0 <SEP> F <SEP> F <SEP> F <SEP> A
<Tb>
<Tb>
<Tb>
<tb> on <SEP> 31 <SEP> May: <SEP> stop <SEP> total <SEP> A <SEP> A <SEP> A <SEP> A <SEP> F <SEP> 0 <SEP> F <SEP> F <SEP> F <SEP> A
<Tb>
Possible improvements.
1 For this pilot house, the calculations were made with an area of bay windows exposed to the South of 32.5 m2.
As in the process described, recourse is made as a last resort to the heat removed from the air during the day and to the very expensive electric heating, we see that it is advantageous to force the quantity of heat received from the sun, especially when geothermal energy is not, or only slightly, possible.
The pilot house has a south-facing roof slope with a surface area of 6 * 24 m = 144 m2. If one installs flat solar panels on 1/4 of this surface only, ie 36 m2 for dimensions of 4 * 9m, the solar energy collected becomes double.
2 The same is true of the energy withdrawn from the air by increasing the capacity of the exchanger.
3 By adding solar panels on the roof or on the walls (more effective in winter on the walls, because the solar rays fall almost perpendicularly on the panels).
Concentrated solar panels delivering a much higher temperature and can be stored directly in the heating circuit, without having to go through the heat pump.
Possibility of replacing the external walls with convectors with insulation and external wall (bricks, various panels), thus capable of storing in the pilot dwelling up to 1,500,000 k Calories, which makes it possible to reduce the thickness of the tanks of the convectors or increase storage capacity in some regions.
4 In our region, for the weather conditions encountered during these 15 years, the stock of 750,000 kcal. seems sufficient, but it can be reduced in warmer regions by using a lesser thickness for the convector tanks, or the reverse for colder regions. Given the possibility of replacing the exterior walls with insulated convectors, the thickness of the convector tanks may be reduced.
In some cases, the so-called convector will be reduced to the simple function of calorie reservoir, convection being suppressed (no orifices in the walls).
5 In this talk, for ease of calculation, we have used fixed temperatures but for better performance and better comfort these temperatures will be modulated by the PC depending on the time and the outside temperatures over a certain period.
From Norway to Spain and the rest of the planet, this will be the eternal compromise between the amortization of the installation, the yield and the surface of solar collection, the possibilities of air and soil, sometimes l energy to be extracted in addition to water, wind energy or deep geothermal energy.
2) EQUIPMENT A - Collection of solar energy in homes.
To simplify the previous calculations, we have chosen joists, but other types of exchangers can be used: hollow slabs, flat exchangers, etc. (Fig. 7) Joists
We took joists of rectangular section, but other forms are possible: for example a trapezoidal or polygonal section will allow to have a larger exchange surface (6-7-8-9-10-11). The dimensions will be calculated according to the load to be supported.
The inputs and outputs can be located on the same side, the brine being conveyed inside by an internal perforated tube so that the temperature at the joist surface is the same over the entire length, in order to avoid cold areas and do not reach the dew point. In this way the space with the pipes carries on the same side of the room. In some cases, to increase the lift, the inner tube can be welded to the bottom of the joist (tensile strength) (8), with a condensation collector (9).
The assembly will be mounted in parallel or series-parallel given the very low flow required (500 liters / hour = 5 m3 in 10 hours). They will be connected to each other and to the distribution circuits by flexible plastic tubes of small diameters. Tubes fitted with industrially manufactured quick couplings with standardized dimensions will be used.
Note that between the joists placed in the sunny rooms, there is a space and it is possible to place flat heat exchangers supplied by the heating circuit. This avoids the use of joists for both solar heat recovery and radiant heating from the ceiling
In new homes when all the interior walls are replaced by convectors, they occupy the entire height. The joists will be installed and attached to these convectors, even if it means reinforcing the latter to support floors. Expansion and soundproofing will be taken into account when installing them.
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Concrete slabs.
As the joists are visible, some will prefer to see a flat ceiling. We will also use a hollow tube on which we will fix two fins, or a U welded on a sheet (12-13-14). Various shapes will be adopted according to the customer's taste in order to have a sufficient exchange surface, the slabs will be connected to each other by rubber seals for expansion and soundproofing. They will be adapted and fixed like joists, or in combination with joists (15-16).
1 - Flat heat exchangers.
Various types of finned trade can be used. The size is much less. It will also be possible to place such exchangers between the ceiling and a sub-ceiling, or a light panel in perforated and decorative plastic hiding the exchangers. This will for example be the case in building restoration. Air circulation can be forced by a fan to increase the exchange power and distribute through openings the cooled air, as is done in cold rooms. Many combinations are possible with these various elements.
2 - Accumulator.
The heat is stored in a 5 m 'thermally insulated tank. We can use a thermally insulated tank buried in the ground, plastic molded tanks, polyester reinforced with glass fibers, flexible tarpaulins like those used in the industry for the storage of liquids, etc ...
This tank or the tarpaulin can be placed in a cellar, a crawl space, a room at the same time as the air-water exchanger and the heat pump.
A garden shed may be perfectly suitable. Thus, for a height of 2 m, the floor area will be only 2.5 m2 (2m * 1.25m) and the air-water exchanger will be installed there advantageously (supply and discharge air lines more short and no noise in the building). The entire transfer circuit will be protected by anti-rust and anti-freeze as already explained.
3 - Convectors.
The convector tanks will be made of metal, preferably iron, given its price and conductivity, but may also be made of stainless steel or other materials.
In a new home, offices, workshops, etc., the convector tanks are fixed between them with expansion and soundproofing devices (for example silent-block type). They will be placed on an acoustic insulator.
The tank itself is a good acoustic insulator due to its mass.
We know that a wall weighing 100 kg / m2 has an insulation index of 40 dB at the average noise frequency of 500 Hz, and that each time we double the mass, the insulation increases by 4 dB. As the tank has a mass of 200 kg / m2 (water only), the sound insulation index at 500 Hz will therefore be 44 dB, practically the same value as that of a 12 cm wall (bricks + plaster) and the convector, with its walls, comparable to a wall of cellular concrete 30 cm thick.
Under the tanks, rigid PVC tubes, of fairly large diameters, embedded in the concrete and through which pass the flexible pipes connecting the tanks to the distribution pipes.
Each tank will be trapped between two more or less insulating walls to form the convector (K of the wall between 0.4 and 0.6). (Fig. 16) wood (48). polymer foam (49), air passage (50).
Openings in the top and bottom of the partitions will allow convection and the furniture chosen with feet (they are most often) will not hinder the circulation of air. These openings will be fitted with fairly solid fabrics (mosquito net type) and removable for cleaning.
A shutter in the top opening will be controlled by a thermostat housed in the room. The opening at the bottom will be located at the level of the tiling in order to quickly evacuate the water in the event of a fire, if this system is adopted. Water can flow through large rigid PVC pipes provided they are connected to the sewer.
Heat capacity of convectors.
In the tanks of these convectors, the temperature varies between 25 and 50.
The total exchange area for the pilot dwelling is 262 m2 For a height of 2.50 m, the exchange coefficient is 9, given the chimney effect caused by the height. With an air temperature variation of 22 on the ceiling to 18 on the floor and a drop of 25 to 20 in the tank, the average exchange temperature is:
25 22 d2 = 3 # #
20 18 dl = 2 dl / d2 = 0.66 and after correction = 0.81 and Ùm = 2.4
The exchange capacity = 9 * 262 * 24 * 2.4 = 135,820 kCal. corresponding to a temperature difference of 135.820 / 5.805 = 23.5 (able to overcome an outside temperature of -3.5). For a more pronounced frost, the temperature of the tanks will be increased by a few degrees. It is the PC which will regulate this temperature based on the outside temperature.
Note that it is necessary to add the heat passing through the wall and which is far from negligible.
We should therefore not look for a way to increase the exchange surface by the processes used for central heating radiators (fins and juxtaposed elements).
A convector being located between two rooms of the house, it will be possible to use it for the heating of these two rooms, or only one by using a partition without openings on the side which the convector should not heat.
Note the economy in bricks and labor which compensates for the price of convectors. To have the same sound insulation as the convectors, it would be necessary to use aerated concrete blocks of 50 * 25 and 30 cm thick, and for the 150 m2 of walls: 1,200 blocks and at 3.72 E (150 Fb) the block = 4.462 E (180,000 Fb). + labor, which largely compensates for the price of prefabricated convectors.
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In this installation nothing will be apparent. The installation of flexible pipes will be ultra-fast. (no elbows, no straight lines to respect).
We have seen that heat storage takes place between 10 p.m. and 7 a.m., and in certain regions or countries, we can take advantage of the off-peak hours allocated by the electricity companies.
The complete volume of the circuit will have to be renewed, for good, once in a night for a better performance of the heat pump, but the flow rate will depend above all on the exchange power of the condenser of the latter which determines the circulation speed. However, to maintain a low flow rate in the heating circuit, it is possible to use a two-pass circuit with accelerator according to the conventional process used in industry.
We have placed the tanks in the interior walls, but they can be placed in or on an exterior wall for large buildings where the interior walls are absent. The tanks can cover the entire length and height, we are not limited to the distance from the partition to the wall. It will therefore not be necessary to reduce the thickness of the wall. Advantageously, however, it is possible to use insulated metal panels such as are found more and more in industrial buildings, to reduce the thickness of the wall, the convector tank being "glued" to the insulation.
Acting as a convector, it is also possible to use the slabs as a heating floor, heat exchangers in the basement, etc.
B - Heat pumps.
More than 50 years ago Brown-Bovery already heated its construction workshops with hot water radiators raised to 50, using the heat borrowed from the Limmat river whose water is at a temperature below 10. At the time, the Brown-Bovery review gave the following assessment: - heat removed from the water pumped to the river at a temperature of 5: 1400,000 kCal - electrical energy supplied to the heat pump (expressed in kCal) 500. 000 kCal - heat delivered to heating radiators at 50: 1900,000 kCal For 10,000 kCal withdrawn from the river, the electricity expenditure is (5 * 10) / (14 * 860) = 4.153 kW.
With the heat pump, the compression work is found in the form of heat and for the 10,000 kCal at the inlet we find 10,000 * 19/14 = 13,570 kCal at the outlet.
However, the efficiency of a heat pump is linked to the volume refrigerating power; this varies according to the temperature difference before and after expansion. The difference in enthalpy between these two temperatures must be subtracted from the heat of vaporization, which is itself equal to the product of the difference in temperature and the specific heat.
Using freon 12 (difluoro-dichloromethane) whose specific heat is 0.230 and since the temperature in the accumulator varies between 3 and 25, the pump yields in our pilot house will vary: a / between 25 and 50 at the start, a difference of 25 - the loss of calorific effect is 25 * 0.230 = 5.75 - the latent heat of vaporization at 25 is 33.8 - the actual calorific effect is equal to 33;
8 - 5.75 = 28.05
As the specific volume at 25 is 0.025, the volume yield is 28.05 / 0.025 = 1122 b / between 3 and 50 (at the end of the night cycle) - loss of calorific effect = 47 * 0.230 = 10.8 - the latent heat of vaporization at 3 is 36.7 - the actual calorific effect = 36.7 -10.81 = 25.89
As the specific volume at 3 is 0.050, the volume yield is 25.89 / 0.050 = 518
In reality, the temperature difference will be higher to allow trade, but the ratio remains essentially the same and the consumption in relation to this ratio.
This is the reason why the PC will keep the temperature difference as low as possible by the lowest and just sufficient temperature in the heating circuit. And the highest possible minimum temperature in the transfer circuit.
In the diagram provided by Brown-Boveri (Fig. 17), the freon used is C F C13. Note that the temperature difference is high (42) and therefore the power of the heat pump engine is 4.15 kWh to capture 10,000 kCal, while in our calculations, we have taken an average consumption of 3.85 kWh for very variable but much smaller differences.
Air - Water heat pump.
In practice an accumulator is necessary to store the heat. In our case, the accumulator which is none other than the heating circuit does not pose a problem with its 30 m. For the exchanger, the drawback is the significant drop in its performance by the appearance of icing on its fins when the outside temperature is close to 0.
Water - Water heat pump.
It can be used advantageously in the process when water is available: a stream, a lake, a pond. Which is quite rare, however. The problems: algae, filtration and fouling of the cap coil. The pump generally draws 3 water, this must be taken into account to avoid any risk of freezing. For the good, the water temperature should be above 5.
Practice shows that 2 to 3 m3 / h are necessary to heat a medium-sized detached house.
With groundwater, water is available most of the year at a temperature between 8 and 10.
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Ground - water heat pump. (surface geothermal)
The pump takes heat from the ground through a vertical or horizontal underground hydraulic circuit.
The vertical circuit requires several very deep boreholes (from 50 to 200m) and is very costly to install. (Beyond 200m, we speak of deep geothermal energy)
Horizontal capture is much preferred. The area covered by the sensors can be up to 3 times the heated area using the system which consists in using the air-water exchanger during the day to reintroduce calories into the ground, the capture area can be considerably reduced.
In our region (Hainaut), the combination: sun + outdoor air + geothermal energy seems to us the most favorable; but everything will depend on the Country and the environment. Thus in the South of France, Spain, Italy, etc ..., the combination: sun + outside air should most often be sufficient.
In this study, it is above all the principle that we wanted to demonstrate for a "pilot home in our region" but it is certain that the Building Construction Companies will find something to adapt this process to the various types of homes, industrial premises , offices, etc ... "
So far, we have addressed new construction. In renovation, it will be possible to introduce this heating process while respecting the essential points and the means exposed, but very often, for lack of space, geothermal energy will not be applicable.
C - Derivative equipment.
Cooling in summer.
Although this is beyond the scope of this study, it is possible to use the same equipment to cool the habitat in the summer.
Sanitary water.
The same installation can be used all year round for the production of sanitary water using a second coil in the condenser of the heat pump. 3) Other energies.
Before 1986, the date of the first graphical statement of atmospheric conditions, the situation was as follows and in our opinion has changed little since.
Wind power.
In this study, we discarded wind energy, which is very interesting in winter (more wind), because wind turbines must be installed at a fairly long distance from homes (in question: broken blades and noise).
Domestic wind turbines have a power of 8 to 10 kW for a wind of 10 m / s. They are however advantageously used for detached houses in regions not supplied with electricity and where there is no shortage of space.
In the process that we describe, it would be very interesting to use such a wind turbine of power, even half as much and directly convert the electricity into heat which would be stored like the other sources (abandon of bulky and expensive electric batteries), but it should solve the problem of blades and noise.
Until now, powerful wind turbines have been used with blades whose circumference has a diameter of 60 to 90 m. A calculation carried out by the EdF has shown that installed along the Brittany coast, it would take 2,800 to have the same power as that of the Plogoff nuclear power plant.
Hot water geothermal energy.
One exploits deposits of hot water around 70 for the heating of the houses (rare).
Deep geothermal energy.
Heat removed at great depth. In this process, we speak of injecting water on the granite rocks that are found everywhere at a depth of 3,000 to 6,000 m to produce large amounts of vapor.
Would be profitable for heating a few thousand dwellings, and interesting in built-up areas, associated with the recovery of solar heat and air with the process. This would allow deep geothermal heating to be spread to more homes. Great interest also in very cold regions .... ?? Tidal.
In France, the Rance power station managed to produce current at an attractive price: 0.022 # (0.92 Fb) per kW, nuclear energy returned to around 0.019 E (0.77 Fb) per kW. Unfortunately the sites are rare or involve considerable costs.
Wave energy: By articulated raft trains: specific to the English?
Thermal energy of the seas: Temperature difference between the surface and the bottom up to 20. It was found to be unprofitable.
Other techniques for solar energy.
- Photovoltaic energy: its operation is too expensive; - Centrale Themis (France): mirror sensors. Large installation to produce electricity which would return around 0.30 E (12.28 Fb) per kW This was the situation around 1984.
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Faced with the difficulty of finding an energy that does not produce C02, the process described makes its contribution 4) Fallout from this process.
1 - Effect on health.
By adopting this process, some people will fear for health.
- "long-term effect: during its evolution, for hundreds of thousands of years, man has never been subjected to such bombardment of waves of all frequencies" - Effectively with such wave sensors, we have to worry about it even more;
if we connect this set of iron to the earth, we find ourselves in the case of Faraday's cage and largely sheltered from these waves which cross us from head to toe to flow into the ground. " Low frequency waves radiated by the electrical installations of the houses, the high voltage cables, and the high frequency waves of radio, television, GSM "
To protect yourself even better and prevent waves from passing through exterior walls, you should place a light metal screen, also connected to the floor between the wall and the ceiling. There will remain waves entering through windows, but as they pass through walls and walls, they will be largely absorbed before reaching the human body, unless inventing a glass conductive of these waves.
2 - Earthquakes.
We can see the advantage of this type of construction. (no bricks, no concrete) 3 - Fire fighting
In homes, offices, factories:
From the walls which will resist for a very long time releasing large quantities of suffocating vapor and preventing any propagation.
By installing the system, very reliable, described above hidden in decorative elements serving as diffusers installed under joists or slabs to reduce to zero any fire.
4 - Industry.
Steel - Rolling mills.
Prefabrication of tanks.
The prefabrication of the walls and all the ancillary equipment.