Stockage inter saisonnier du solaire thermique

[lilian07]

Bonjour,
Nouveau sur le forum je projette de passer au solaire thermique qui est la seule alternative de mon point de vue (simple, autoconstruction possible, bon rendement COP>100, permet d'atteindre le plus grand nombre...) lorsqu'on l'associe à une technique de stockage inter saisonnier (si cela est possible même avec des rendements de stockage faibles) ce système devient le graal en considèrent que la technique de tamponnage est simple.
J'en viens naturellement à la technique de tamponnage étant acquis que le captage est maîtrisé aujourd'hui. J'ai lu l'ensemble du débat sur le tunnel à galet d'herakles, de l’installation de Christophe (70 m3 d'eau), du système de forage superficiel (10 à 20m) en essaim proposé par dedeleco et le système forage profond proposé par Christophe.
Je pense qu'il y a ce qu'il faut pour expérimenté quelque chose.

Je lance ma proposition qui se situe un peu à la croisé de ses chemins j'attend vos avis et critique car ce n'est pas un idéal j'entend mais une expérimentation simple.
Je projette donc de réalisé un tampon thermique avec très peu de moyen et surtout avec les déchets de l'industrie de l’énergie.
Je propose la récupération d'une cuve métallique cylindrique d'une capacité de 1 à 3 m3 pour l'enfouir à 5m de profond (tranché ou trou simple de pelle mécanique) cette cuve de récupération (le bon coin) non isolée sera utilisé comme vecteur thermique de recharge de la terre environnante l'été et comme source de récupération de chaleur l'hiver.
l'eau du ballon est injecté et récupéré par PER classique. Variante à l'étude enterrer 2,3 ballon de 200 litres avec un ballon servant de vecteur de chaleur non isolé et peu être un ballon (récuperation ECS electrque) isolé permettant d'avoir un tampon d’énergie plus chaude pour l'ECS ou le chauffage.
Le dimensionnement n'a pas était calculé pour les cas à plusieurs ballon
Mais je m’intéresse au cas simple ballon métallique (sans isolant) servant de vecteur de transfert thermique dans la terre (au même titre qu'un tunnel à galet) et récupérateur thermique.
Je sais simplement que mon vecteur sous forme de ballon simple de 200litre me permet de transférer beaucoup de chaleur dans un milieur avec un delta de 15°.
Merci pour vos avis.

[Obamot]

1) ton projet est intéressant.

2) il n'est pas possible de te répondre tant que l'on ne connaît pas de quel type d'habitation il s'agit (mais comme tu dis que tu voudrais passer à de la récupération de solaire thermodynamique, ça suggère que c'est de l'existant...) ni répondre tant qu'on ne sait pas à quelle altitude la construction existante se trouve.

3) si oui, quid du type d'isolation thermique du bâtiment? ITI, ITE ou que sais-je? C'est évidemment très important puisque cela permettrait de mesurer les grandeurs d'eXergie afin de dimensionner toute installation (même si c'est trop récent pour ma formation, il faudrait quelqu'un de pointu pour arriver à le faire ou alors y aller à l'empirisme avec GROS risque de se planter.)

4) mais je te dis tout de suite que même avec des réponses propices sur tous ces points, cela a peu de chance de bien fonctionner comme tu l'imagines. Les grandeurs d'eXergie joue sur de très petits paramètres, il faut en avoir beaucoup plus sous le pied. Va falloir adapter l'idée. A titre d'exemple, si la température est stable autour de -12m, il faut descendre à -30m pour gagner 1°C tous les -30m [...] ceci pour dire qu'à la profondeur que tu donnes, il faut impérativement une isolation thermique parfaite à cette cuve. Pas question d'arriver créer une inertie thermique suffisante ici, entre la cuve et la terre autour en contact, la température sera pompée par la terre bien avant le fait d'être en mesure de récupérer de l'énergie stockée... A titre exemplatif, il faut déjà attendre 2 ans à -350m avant que le "système" ne se stabilise...! Et puis il y a les problèmes de corrosion, le fait qu'avoir plusieurs cuves petites au lieu d'une grande n'est pas une bonne idée question déperditions, etc...

5) cela marche pour une maison passive, mais la cuve (tampon thermique) doit se trouver A l'INTÉRIEUR de l'habitat, comme ici: chauffage-isolation/chauffage-solaire-immeuble-avec-tampon-thermique-en-suisse-t11285.html et même à l'intérieur elle doit être isolée!

6) dans tous les cas, avec une passivation bien faite de l'habitat (ITE 300mm), il n'est pas interdit de penser que tu n'aies pas besoin d'une telle installation, faut voir.... (et si tu penses être en mesure de faire une telle instal toi-même, tu seras d'autant mieux habilité à revoir toute l'isolation, qui nécessite un savoir faire moins complexe.)

Crdt

[lilian07]

Merci Obamot d’avoir répondu si rapidement.
Pour ce qui est de la maison c’est une maison déjà construite ancienne vielle bâtisse ardéchoise de 1850 (Rhône alpes au niveau de la latitude de Montélimar, altitude 350m) qui comporte une PAC géothermique 19 Kw eau/eau capteur enterré horizontale. Consommation électricité PAC 15000 Kwh pour le chauffage sur 4 appartements de 100 m2. Isolation intérieur 100mm sur mur et 200 mm en plafond. Plancher chauffant base température. Serre plein sud (abri de piscine en polycarbonate/alu)de 50 m2 accolée à la maison.
Ce que je cherche avant tout c’est d’expérimenter à moindre coût (récupération cuve de stockage) mais cette fameuse capacité de stockage thermique (très controversée) à 5m de profondeur ou autre (terre argileuse pleine masse et possibilité de ma pelle mécanique sur pneu 6m de profond).
Je suis conscient que pour un dimensionnement il faut un objectif et je connais bien les calculs théoriques simples de la diffusivité, conductivité et capacité massique. Disons que je cherche le 5000 Kwh de stockage (je n’ai pas de panneau thermique mais je vais dimensionner mon système sans tampon et construire un tampon en parallèle pour augmenter le déphasage thermique dans le temps) .
J’ai pensé au préalable tout simplement à utiliser un ballon thermique sans isolant pour faire usage de vecteur/récupérateur d’eau chaude . un seul trou de 5/6 m et j’enfoui le ballon tel une sonde avec son circuit PER aller/retour gainé. Selon le calcul de la diffusivité il est admis empiriquement que la terre diffuse l’onde thermique d’un mètre par mois, je peux donc estimer qu’un déphasage de 4 mois va diffuser l’onde sphérique sur 4m autour de ma sonde. Toujours de manière empirique j’estime une quantité de chaleur d’environ (268 m3 de stockage volume de la sphère autour de la sonde). La chaleur massique de la terre étant suffisante pour contenir mes 5000 Kwh. Jusque là je sais par empirisme (excédentaire) que la quantité de ma chaleur doit se retrouver dans cette sphère. Là ou tout se complique c’est pour récupérer cette chaleur massique (il faut qu’on soit d’accord sur le vrai sujet qui commence maintenant).
Si je veux rester simple j’utilise ma sonde comme source et cela devrait inverser le processus (je pompe les calories) mais les calculs deviennent complexe et la uniquement l’expérimentation qui me coute pas grand-chose jusque-là (un ballon récupérer et 10m de PER) prend le relais. Je récupère 1%,10% ou 50% de mes calories ??? si je récupère 10% des calories alors mon système est déjà largement viable vu la robustesse et l’extrême facilité de mise en œuvre.
Je suis bien conscient qu’à partir de ce stade tout le monde se casse les dents c’est pour cela que j’ai envie d’explorer sans frais pour trouver ou pas un chemin possible.
J’ai déjà pensé au principe d’optimisation
1er stade d’optimisation simple : excaver 4 tranchés (en carré de 4m) de 0.3 x 5m de profond autour de la sonde pour mettre de l’isolant type styrodur afin de piéger les calories (permet peut être de faire monter la température plus haut)
2eme stade d’optimisation : escaver totalement le volume de terre nécessaire au stockage (calcul chaleur massique) puis isoler (paradoxe là l’on n’a pu isoler d’avantage le bâtiment on isole la terre , à méditer…) sur les 6 faces d’un cube de 4m de coté à 6m de profond pour plonger ma sonde(cuve) et pouvoir récupérer les calories plus facilement.
3eme stade d’optimisation : placer plusieurs sondes comme l’exige la technique décrite par dedeleco mais en moins technique et moins profond.
Je voudrais revenir sur ton analyse Obamot : « 4) … il faut impérativement une isolation thermique parfaite à cette cuve. Pas question d'arriver créer une inertie thermique suffisante ici, entre la cuve et la terre autour en contact, la température sera pompée par la terre bien avant le fait d'être en mesure de récupérer de l'énergie stockée...! Et puis il y a les problèmes de corrosion, le fait qu'avoir plusieurs cuves petites au lieu d'une grande n'est pas une bonne idée question déperditions, etc...
Mon principe est bien de transférer les calorie à la terre pour en faire justement cette capacité de stockage simple et infini si j’enterre un ballon isolé alors j’ai un problème de faisabilité car je vais devoir avoir une piscine d’eau stocké à -5m (si tu as raison alors mon projet s’arrête là car il vaut mieux mettre sa piscine à l’intérieur de sa maison (voir stockage 70 m3…)
Les problèmes de corrosion sont facilement surmontable (terre sèche…ou ballon inox…) si la terre doit pomper toutes mes calories alors les calories partent trop vite et la théorie de la diffusivité sous terre ne tient plus (1m/mois) encore moins celle du tunnel à galet… et j’en reviens à mon point d’optimisation 2 (toujours réalisable) isolé la terre plutôt que d’enterré une piscine….

Voilà une première approche qui se veut simple, j’attends toute forme de critique qui permettra peut-être d’avancé.

[Obamot]

Je vais me montrer encore moins optimiste. En général il n'est pas bon venir demander conseil alors que les métrés sont déjà faits...

Sans offense personnelle c'est très mal barré, il y a déjà là des choix antérieurs erronés qui ne peuvent être corrigés par le projet ainsi goupillé. Choix au pluriel (pourquoi une ITI alors que par ce biais on se prive d'utiliser l'inertie thermique des murs, qui grâce à une ITE emmitouflerait cette masse pour profiter de son apport au lieu de devoir lutter contre cette inertie froide qui travaille contre le but recherché...! Il y avait là déjà moyen d'y stocker de la chaleur pour le cycle nocturne... Pourquoi le choix de PAC alors que celles-ci ont un COP médiocre précisément lorsque l'on a besoin d'elles pour se chauffer, puisque avec le froid le COP s'effondre... Pourquoi pas un poêle de masse fait cousu main pour ce type de bâtisses... Pourquoi enfin une ITI qui va rendre les murs insalubres, créer des poches d'humidité et risque de détruire la bâtisse plus on chauffe...par désagrégation des murs et envahissement de moisissures/champignons)

A priori en voyant un tel projet, je dirais que lutter contre les ponts de froids dans une telle construction est insoluble, et quasiment à la fin des travaux vous ne verrez aucune différence. Vous avez une grandeur d'eXergie tellement défavorable que ce n'est pas compatible avec votre projet.

Non seulement il vaudrait bien tout revoir, mais dans le bon ordre et il faudrait commencer par accepter les erreurs commises. Je suis pour ma part stupéfait que personne vous ais mis en garde contre ce cumul de choix erronés.

Désolé si je vois ça comme ceci, ça doit être un peu dur à lire, mais y'a pas vraiment le choix.

[Ahmed]

Il n'y malheureusement pas lieu de s'étonner, tellement ce genre de cas est courant.
Une nouvelle construction à côté de chez moi comporte les mêmes erreurs de base. Comme je m'étonnais du choix d'une pac air/eau auprès du futur voisin, il m'a répondu que sa maison était "bien isolée"...!

[Did67]

J'avais, il y a 3 ou 4 anbs, initié une réflexion pour savoir comment on pouvait stocker la chaleur fatale ecédentaire d'un groupe de cogénération d'une station de méthanisation, pour alimenter des serres.

L'idée était comparable : on avait, à certains moments, de la chaleur perdue.

On pouvait l’envoyer, à peu de frais, dans les couches profondes du sol, pour la récupérer en hiver et chauffer une serre. Serre qui pouvait être construite directement sur le lieu de stockage, afin de valoriser les "pertes" vers le haut, au-dessus du tampon souterrain...

Je n'ai jamais avancé car : a) j'avais autre chose à faire ! ; b) je n'avais pas trouvé quelqu'un capable de me calculer tous les paramètres : effusivité, surface d'échangeurs à mettre en place, rendement (chaleur récupérée / chaleur injectée), etc...

C'est pour le moins complexe. Et cela dépend déjà de la nature du sol, de son humidité, etc.

Une simple remarque : pourquoi enterrer une citerne si la tampon, c'est le sol ? Autant enterrer des serpentins, tel un gros plancher chauffant fonctionnant dans un sens - injecter les calories - l'été et dans l'autre - récupérer les calories - en hiver ?

[Obamot]

Une simple remarque : pourquoi enterrer une citerne si la tampon, c'est le sol ? Autant enterrer des serpentins, tel un gros plancher chauffant fonctionnant dans un sens - injecter les calories - l'été et dans l'autre - récupérer les calories - en hiver ?

A cause de la loi de masse....
Un tel système avec un fluide caloporteur ne devrait pas fonctionner comme une "pile" mais comme un échangeur.

Tes serpentins ressembleraient à ce qu'on fait dans un plancher chauffant, mais l'inertie thermique du béton joue en faveur du système, la terre y'en a beaucoup trop et la pile n'arriverait même pas à se charger, si tu comptes encore les déperditions intrinsèques aux ponts de froid, tu peux marquer dommage...

Par contre en faisant un forage à -350m ça devient possible... Mais le coût du forage c'est 20'000€ + boiler ECS et capteurs en toiture à part: donc faut bien réfléchir... Refaire complètement une ITE c'est pas si cher à faire soi-même (€ 5'000 à 6'000.— en premier prix pour 150 m2 isolation 200mm LDV, inclu sous-toiture et achat d'un petit échafaudage). Ajouter le prix du bardage si on en souhaite un, mais on peut crépir sur un enduit ad hoc ancré à même les panneaux de LDV compressés (grâce à des treillis polyester et toutes sortes d'astuces)!

Un forage ça ne commence à porter ses fruits qu'après 2 ans (durée nécessaire pour l'équilibre du système). A cette profondeur on peut stocker sans problème et disposer d'un système d'échange qui fournit en permanence 23°C à 24°C et ECS à part prévue, mais avant que ça se démocratise, ça ne vaudra que pour chauffer des monuments historiques qu'on ne peut pas chauffer autrement (si la volonté de l'administration est d'avoir un apport énergétique 100% EnR...) et à mon humble avis.

[lilian07]

Ok merci pour l’analyse Ahmed et Obamot et merci de mettre les pendules à l’heure concernant l’adage qui consiste à dire que les meilleurs calories sont celles que l’on ne consomme pas (je maitrise le domaine de l’ITI mais ma maison n’est pas une maison en paille/bois, BBC ou troglodyte… malheureusement, je précise que je n’ai rien contre ce type de maison d’ailleurs elles me passionnent…).
Je précise la situation :
Maison existante (pierre apparente) dans site protégé (ZPPAUP) impossible d’isoler par l’extérieur.
Rénovation classique laine de roche intérieur 150mm+200mm + isolation sous dalle + cave voutée au sol+ PAC eau/eau 19 KW capteur horizontaux + grosses ouverture sud + abri serre au sud + doublage d’isolation Nord+ petite ouverture Nord.
J’ai fait presque le maximum avec les contraintes locales et le budget aussi bas que raisonnablement possible:
Résultat : 4 zones chauffés par la seule PAC eau.eau sans optimisation de programmation d’énergie (locataire autonome) : 18000 Kwh d’énergie électrique consommé en moyenne sur 5 ans pour le chauffage uniquement (2750 euros / an nucléaire par an) pour 450m2 de surface à chauffer (1200 m3 de volume).
J’estime que ce n’est pas si mal 700 euros de chauffage par an tout automatique.
Je sais que ce n’est pas l’idéal mais ce n’est pas loin d’être un bon résultat compte tenu des contraintes.
Désolé de ne pas pu avoir précisé avant l’état des lieux ce qui est fondamentale.
Je reviens sur le sujet :
Je pars sur une expérimentation en premier lieu qui concerne 95% des usagers « la ou les métrés sont déjà fait….postulat : un parc français mal isolé, une isolation par l’extérieure à des prix « in amortissable » et un prix du kWh fossile/nucléaire… excessivement faible, c’est bien l’économie qui régit ce monde et je ne veux pas débattre la dessus, le sujet est trop vaste et complexe).
Je ne cherche en aucun lieu le graal, juste à faire des tests avant de construire une maison passive. J’ai pour ça un super terrain de jeu (ma maison passoire mal isolée et un terrain argileux vierge…)
Je vais donc recentrer le sujet : tampon inter saisonnier objectif 5000 Kwh (1/3 de ma consommation) le débat commence sur le tamponnage inter saisonnier, je site mon post précédent : « Là où tout se complique c’est pour récupérer cette chaleur massique sous terre (il faut qu’on soit d’accord sur le vrai sujet qui commence ici) »….
Merci encore pour vos critiques car elles vérifient le triste état de notre parc immobilier et de nos choix de société, mais nous sommes tous responsable…

[lilian07]

Merci Did67,
Le débat se recentre. Le but d'utilisé un petit tampon non isolé comme source et vecteur c'est son prix et sa facilité de mise en œuvre ( c'est un déchet de l’énergie nucléaire ballon d'eau chaude électrique HS disponible gratuitement (donnons ou le bon coin)
200l = environs 2m2 de surface rayonnante/captante...on peut injecter sans problème des 1000 de Kwh/jour (conductivité métal/terre) avec un delta de 15° entre l'eau injecter et le retour vers les capteurs solaire ou autre...Je n'ai pas encore optimiser la source (peut être qu'un ballon de 50litre suffit voir mais moins courant...)

Mon problème c'est récupérer cette énergie dans cette sphère imaginaire de terre de 4 m de rayon (250 m3, diffusivité de la terre empirique 1m/ mois) autour de la source à 6m de profond.

Bien entendu comme l'opération est très simple à réaliser (un coup de godet de 60 cm...30 minutes d’excavation) et j'envoie ma sonde et mes capteurs de température. Pour cette opération je veux réunir le maximum d'information.... je projette même de réaliser des essais en mettant un ballon électrique fonctionnel afin de le mettre en chauffe avec sa résistance électrique et de faire des mesures (conductivité, effusivité...).....
Cordialement.

[Obamot]

Et bien là, il n'y a pas tant à se tortiller, fait un forage!

Et le plus profond possible avec un boiler comme tampon thermique (récupération directe lorsqu'il y a ensoleillement....)

Pourquoi? Parce que tu as déjà des PAC eau-eau, et donc tu partirais avec une température d'échange très intéressante en la branchant sur ton circuit non?!

Si tu ne le souhaites pas et que tu restes borné sur ton projet il faut quand même savoir une chose basique: le problème c'est que ce n'est pas tant "nous qui décidons" que la configuration des données du problèmes qui s'impose à nous, et donc c'est pas totalement nous qui choisissons les solutions pour résoudre ce type de problèmes, ce sont les solutions qui s'imposent à nous en fonction des contraintes que l'on a...! Chaque ingé sait ça.

Donc si tu continues (mais je t'invites sérieusement à plutôt aller vers un forage en moyenne profondeur) il y a le projet http://www.dlsc.ca/borehole.htm

Mais je les contacterai directement en leur posant des questions, eux sont parfaitement au courant des contraintes, mais tu noteras que leur système enfoui dans le sol est complètement isolé et sévèrement !

Je n'y ai jamais cru personnellement (ils ont une centrale d'appoint au gaz...) pour la bonne et simple raison que l'EPFZ ne peut y arriver qu'autrement et avec des constructions neuves passivées! Et l'École Polythechnique Fédérale de Zürich, ce n'est pas des manches, ils sont à l'origine de Solar Impulse (l'avion solaire) c'est un des pôles technologiques les plus en vue au monde.

Et alors on en revient au forage à moyenne profondeur:

Contacts/liens:
http://www.largeur.com/?p=4167
http://www.fcl.ethz.ch/person/prof-dr-h ... eibundgut/
http://www.fcl.ethz.ch/module/low-exergy/

Pour moi c'est l'homme de la situation pour résoudre ton équation. Mais il y a un truc qui me chiffonne, si tes façades sont protégées, ton toit le sera tout aussi bien, donc tu veux mettre où tes capteurs solaires thermodynamiques pour faire chauffer l'eau? Puisqu'ils ne pourront pas être sur le toit, exclu!

Quoi qu'il en soit, ma position ne change pas par rapport à ce que j'ai dit plus haut (grandeur d'eXergie bien trop défavorable pour du stockage enfoui en faible profondeur avec une maison non passivée) il n'y aura que des résultats "ponctuels". Pour les bâtiments classés, peut-être une chance dans le futur avec un isolant totalement transparent à base d'un aérogel >>> mais il faut le fabriquer en impesanteur

C'est pas qu'il n'est pas possible d'en discuter c'est que là on touche pas terre par rapport à la réalité du terrain... C'est comme si on disait que l'on va produire de l'électricité à l'aide d'un home trainer placé dans un bus pour faire avancer celui-ci, il faudra pédaler longtemps pour qu'il fasse son premier tour de roue ...et à la moindre montée il partira plus sûrement en marche arrière qu'il n'avancera...mais on peut toujours en discuter et commencer le débat à partir d'un point "P"