logo

Dernière sauvegarde statique fr.ekopedia.org datant du 9 Juin 2015, dernière apparition connue dumpée via le service (payant) Web Archive, celle-ci est en lecture seule et ne peut pas être modifiée !
Une sauvegarde en lecture seule issue d'une bdd corrompue (il manque du contenu et des images) permettant de lire une partie du wikicode manquant est également disponible en téléchargement ici.

Ces sauvegardes permettront principalement l'export vers le Wiki OsRemix, plateforme s'orientant vers les mouvements éco-alternatifs et Do It Yourself (DIY) !

Les contributeurs peuvent s'auto-organiser via le forum !

Stockage de chaleur

Un article de Ékopédia, l'encyclopédie pratique.
Aller à : Navigation, rechercher

Sommaire

Introduction

Le stockage de la chaleur a toujours été un problème important. Nous sommes en présence d'un décalage entre les apports de chaleur et les besoins (jour/nuit, été/hiver).

A l'heure actuelle on dénombre trois grandes familles de système de stockage de chaleur :

Stockage par chaleur sensible

Il correspond à la chaleur absorbée suite à une élévation de la température environnante sans entraîner de changement de phase du matériau de stockage.

Q = m Cp (Tenv - Tmat)

Q = Chaleur absorbée (kJ)
m = Masse du matériau de stockage (kg)
Cp = Capacité calorifique du matériau (kJ/(kg.K))"
Tenv = Température environnante (K)
Tmat = Température du matériau (K)

La chaleur est dépendante de la chaleur spécifique et de la masse du matériau de stockage mis en œuvre.

On distingue plusieurs types d’installations : Les déphasages pour ce stockage sont soit de courte durée, soit inter saisonnier.

A courte durée (stockage le jour pour une utilisation la nuit)

Chauffe eau

Les équipements de chauffage de l'eau sanitaire utilisent généralement un ballon de stockage pour bénéficier des tarifs avantageux (heures creuses électriques) ou éviter le fonctionnement permanent à faible rendement des chaudières (fuel, gaz,...).

Chauffe eau solaire

Les capteurs solaires thermiques ne produisent de la chaleur que pendant les périodes ensoleillées et exigent donc un stockage diurne (pour les périodes sans soleil un chauffage auxiliaire est nécessaire).

Les capteurs solaires (plans ou à tubes à vide) forment un circuit fermé avec le ballon de stockage. Les plus courants dans les pays développés utilisent un circulateur électrique associé à des sondes de températures (sortie capteurs et point le plus chaud du stock) pour extraire la chaleur utile des capteurs aux moments favorables.

Les systèmes à thermosiphon exigent un stockage placé plus haut que les capteurs (le fluide chaud monte). La circulation est passive et directement assujettie à l'ensoleillement des capteurs (sans soleil la circulation s'arrête, avec soleil la circulation ne démarre que lorsque la différence de température capteur-ballon est suffisante). Ces systèmes à thermosiphon sont plus répandus dans les pays chauds.

Critère de dimensionnement :

Lit de galets souterrains

Dans le cas de capteurs solaire à air le stockage de la chaleur peut se faire dans les parois massives (mur Trombe par exemple) ou dans un stockage de type galets généralement placés en sous-sol.

La circulation de l'air doit être soigneusement étudiée :

Critère de dimensionnement et précautions :

Inter saisonnier (stockage l’été pour une utilisation l’hiver)

Il existe plusieurs technologies pour le chauffage des bâtiments (et potentiellement l'eau sanitaire) encore peu développées :

Le cycle périodique comporte :

Dans le cas de forages géothermiques les sondes sont régulièrement espacées (quelques m) dans un cylindre de profondeur voisine du diamètre (30*30 m par exemple) afin d'offrir la surface d'échange avec le sol alentour la plus réduite. Le sol autour des sondes stocke la chaleur et celui qui est en périphérie du cylindre sert d'isolant (5 m environ). Le centre du cylindre est le plus chaud (on atteint des températures de l'ordre de 80°C sans pompe à chaleur et 30°C avec pompe à chaleur) : c'est là que le fluide est injecté dans les tubes des forages pendant la charge et repris lors de la décharge.

Pour être efficace une telle installation doit stocker au moins quelques centaines de MWh.

Encore peu développé le système sans pompe à chaleur est très prometteur par son très faible besoin énergétique (uniquement des pompes pour déplacer les fluides caloporteurs), sa très faible maintenance et son très faible impact environnemental (contrairement aux forages géothermiques simples qui s'épuisent en 30 à 50 ans, sa durée de vie n'est limitée que par l'usure des tubes).

Il demande des investissements relativement élevés et un équipement auxiliaire de chauffage les 1ères années car le régime transitoire est d'au moins 5 ans.

Un exemple de cylindre de 35m de diamètre et de profondeur (33700 m3) existe au Canada en Alberta avec 2400 m2 de capteurs solaires plans. Démarré en 2007, il a assuré 90% des besoins de chauffage d'un lotissement de 52 maisons individuelles en 2010 et devrait atteindre 95% en régime de croisière d'ici 2 ans.

Stockage de chaleur intersaisonnier

Stockage par chaleur latente

Il est utilisé actuellement pour le stockage de courte durée, lorsque l’on recherche une grande capacité de stockage d’énergie pour une différence de température relativement faible.

Fonctionnement

Sous l’effet d’un apport de chaleur, tous les matériaux changent d’état. L’énergie stockée (Q) est de la forme suivante :

Q = m. Lmat

Lmat = chaleur latente à une température donnée
m = masse totale du corps

Le choix du corps à utiliser dépend de la gamme de température d’utilisation, de la quantité de chaleur à stocker et de la place disponible pour le volume de stockage. Pour permettre au corps de garder son nouvel état les parois de ce volume de stockage doivent être isolées. Le tableau ci-dessous indique les valeurs de température de changement de phase et la quantité d’énergie stockable pour quelques matériaux donnés.

Caractéristiques des matériaux
Matériaux Changement d’état Température de changement de phase (°C) Chaleur latente de changement de phase (kJ/kg)
Eau Solide-liquide 0 335
Paraffine (Eicosan) Solide-liquide 36,6 243
Hydrates de sels (Na2SO410H2O) Solide-liquide 32 241
Mélanges de sels (48NaCl/52MgCl2) Solide-liquide 450 432

Application

L’utilisation de matériaux à changement de phases (MCP) dans le bâtiment permet une augmentation de l’inertie et ainsi améliore le confort d’été. La journée, la chaleur ambiante du bâtiment fournit la chaleur nécessaire pour modifier l’état des cellules contenues dans les MCP. Celles-ci récupèrent donc les calories de l’air ambiant et permettent de limiter les températures maxima (de l’ordre de 3 à 5°C) Associés à une ventilation nocturne accrue, les cellules peuvent retrouver leur état initial en restituant la chaleur à l’air ambiant. Les problèmes principaux des MCP sont notamment le prix d’un panneau (50€/m2) et son comportement face au feu.

La centrale solaire électrique ANDASOL (plateau de Guadix, province de grenade, Espagne) utilise des panneaux solaires thermiques pour évaporer un fluide et générer de l’électricité via des turbines. Dans un second temps, la chaleur excédentaire est stockée par chaleur latente dans une citerne isolée, afin de l’utiliser la nuit ou encore en période de faible ensoleillement. Cette méthode permet de limiter les fluctuations de chaleur communes à l’utilisation du solaire.

Stockage thermochimique

Cette technologie est à l’heure actuelle encore en développement, toutefois il est intéressant de connaître ses principales caractéristiques. L’utilisation principale de ce système reste le stockage de l’énergie solaire.

Fonctionnement

Avantages/Inconvénients

Procédé de stockage thermochimique

Toutefois certains problèmes restent à supprimer :


Voir aussi

Liens internes

Liens externes

Centre Scientifique et Technique du Bâtiment

Projet ANDASOL


Nuvola apps cache.png Portail Énergie – Tous les articles Ékopédia concernant l'Énergie.
Noia 64 apps kfm home.png Portail Se loger – Tous les articles Ékopédia concernant le logement.
Outils personnels
Espaces de noms
Variantes
Actions
Naviguer
Contribuer
Imprimer / exporter
Boîte à outils