Urgent : aide dans le calcul du débit d'air d'une VMC

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scaviner
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Urgent : aide dans le calcul du débit d'air d'une VMC




par scaviner » 21/06/11, 19:22

bonjour
pouvez vous me dire comment calculer le débit d'air dans un tuyau de diametre 160 sur une longueur de 25 m ( tuyau pvc eau usée ) que je vais utiliser pour faire un puit canadien.
pensez vous qu'un ventilateur de kit air chau dont je shunte le thermostat pourrait convenir sachant qu'il débite 350 m/3 par heure
sinon quoi mettre comme motorisation ?
merci
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dedeleco
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par dedeleco » 21/06/11, 23:00

Sur econologie il y une thèse complète sur les puits canadien leur calculs, abaques et simulation.
https://www.econologie.com/le-puits-cana ... -1827.html
http://www.unige.ch/cyberdocuments/thes ... front.html
http://www.unige.ch/cyberdocuments/thes ... _body.html

Sinon c'est complexe scientifiquement avec beaucoup de connaissances scientifiques à avoir assimilé.

Néanmoins avec du bon sens on peut simplifier et utiliser des principes de base, en précisant votre demande trop simple et pas assez précise.

En premier vous êtes en quelle région climatique, géographique et altitude, avec quelle durée de froids intenses ce qui fixe les besoins de votre puits canadien pour ne pas le refroidir de trop !!
Votre maisons a quels besoins en chaleur pour la chauffer en fonction de la température extérieure.

En effet, votre puits canadien fournit la chaleur de la terre (10 à 13°C typiquement au départ moyenne annuelle des températures de l'atmosphère) pour l'entrée de la pompe à chaleur qui a un bien meilleur rendement avec cette température que si .l'air est bien plus froid.
Mais vu que l'air quir entre dans le puits canadien est froid (même en dessous de 0°C) le puits Canadien va se refroidir d'autant que le froid dure intensément !!
C'est pour cela qu'il faut avoir une idée de votre climat et des besoins de la maison, avec la durée typique de grand froid.
Si votre puits Canadien est sous dimensionné, il se refroidira de trop et le rendement sera faible voire pire que sans pompe à chaleur si malchance par grand froid de longue durée !!

Il faut donc évaluer la capacité thermique du puits canadien qui est celle du volume de terre autour du tuyau qui fournit sa chaleur, soit capacité thermique volumique de la terre ( variable suivant argile ou terreau, humidité ???) multipliée par la différence de température entre avant et après, puis multipliée par la volume de terre refroidi soit longueur par diamètre refroidi autour de votre tuyau !!
Cela peut être calculé de façon précise et complexe (au moins en apparence, vu le flou sur votre terre) mais l'essentiel est la diffusion du froid dans votre puits canadien qui met un temps qui croit comme le carré de la distance de pénétration de ce froid.
Alors un minimum de compréhension de la diffusion de la chaleur est nécessaire ;
la chaleur diffuse et ne se propage pas !!

propager comme voiture ou onde, la distance parcourue croit comme le temps à vitesse constante !!

diffusion, la distance croit comme la racine carrée du temps, ralentissant sans fin avec le temps et donc bien plus lent sans jamais de vitesses définie !!!

En conséquence sur 11jours environ typiquement la distance diffusée est de 1m et sur 9=3x3 fois plus long soit 99 proche de 100 jours (presque un hiver), la distance est de 3m environ.

Donc il faut savoir de combien vous acceptez de refroidir le puits Canadien par grand froid deltaT= 5°C ou 10°C ou 13°c (il finit à 0°c ) par grand froid sur combien de temps 11 jours donne un rayon R de 1m (diamètre D= 2m) et 88 jours donne R=3m (D=6m), à utiliser pour savoir la chaleur maximum disponible dans votre puits canadien sans trop le refroidir.

exemple visuel de diffusion à partir d'une paroi qui se ralentit :
Image

voir aussi pour les bases et valeurs numériques thermiques :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Diffusivit%C3%A9_thermique
http://de.wikipedia.org/wiki/Temperatur ... %A4higkeit
Par exemple pour l'argile (tonboden) on y trouve 1276KJ/m3°C assez variable suivant la composition de la terre et donc je prends 1000KJ/m3°C pour simplifier, et si on prend un refroidissement de 5°C de la terre, on obtient 1000x5/3600=1,389KWh/m3 de terre ce qui est faible (que 5°C de variation prélevée sur la terre)!!
sur 11,57 jours (1million de secondes) la distance de diffusion est de 1m pour l'argile pour la valeur de diffusivité de 1mm2/s qui donne sur 1 millions de secondes ce mm multiplié par la racine carrée du temps de 1million de seconde, soit 1m=1000mm .
Pour un tuyau long de 25m sur un rayon R de 1m le volume est de V=25x3,1416x1^2 et la capacité thermique pour refroidir de 5°C en moyenne sur ce volume est de 1,389x25x3,1416x1^2=109KWh

C'est faible soit 9,43KWh par jour en moyenne !!!
soit 0,393KW de puissance disponible dans le puits canadien sur 11,57 jours pour un refroidissement de 5°C!!
Donc votre maison doit être très très bien isolée avec moins de 0,4KW de puissance de chauffage moyenne !!
Sinon le puits va finir par être inefficace, car trop froid !!!


Si vos besoins du puits thermique avec froid dépassent cette valeur, votre terre du puits se refroidira plus en proportion de ce qui sera prélevé, jusqu'à ce que le puits se refroidisse à la température extérieure.

Si votre puits ou tuyau est à moins de 1m de profondeur, la terre contre le tuyau se refroidira à la température extérieure aussi dans ce même temps de 11,47 jours et donc il est essentiel d'enfouir profond votre puits, s'il doit rester plus chaud que les froids de l'hiver sur plus de 11 jours à moins de 10°C !! !

Ensuite, il faut savoir sa capacité de débit de chaleur avec le temps, qui va décroitre comme la racine carrée du temps du à la diffusion sur une longueur de diffusion qui croit comme cette racine.

Ensuite il faut ajuster le débit d'air nécessaire à ce flux thermique et au besoin en chaleur de votre pompe à chaleur qui change avec les conditions, et aussi le DeltaTp de diminution de la température de l'air acceptée pour la pompe à chaleur dans son échangeur !!
Le débit d'air nécessaire croit comme l'inverse de ce deltaTp avec 1°C il faut 10 fois plus que avec 10°C !!!

Il existe un optimum, car si le débit d'air est trop élevé, l'air n'aura pas le temps de se réchauffer dans le puits (mauvais rendement) et l'inverse à débit lent, pompe de chaleur aussi à mauvais rendement car trop refroidie dans son échangeur manquant d'air pour la chauffer !!

Donc il existe un optimum de rendement de la pompe à chaleur entre les deux, variable en fonction des températures et du temps passé à refroidir le puits par grand froid !!

Votre tuyau de 0,16m de surface a une capacité maximale de transfert thermique d'environ 10W/m2°C (conductivité thermique de environ 1/4cm d'air en couche limite dans la turbulence contre la surface du tuyau) soit avec 5°C de différence moyenne entre air et terre on obtient 50W/m2 fourni à votre air qui doit avoir le temps de se chauffer en passant asses lentement dans le tuyau !!

Cet air a une capacité de 1,3KJ/m3°C (encore table allemande) et donc avec la surface interne de vos 25m de tuyau de 0,16m de diamètre, égale à 0,16x3,1415x25=12,57m2 on obtient pour chauffer de 10°C l'air entrant à -5°C (terre à 10°C ) et sortant à 5°C (à 5°C plus bas que la terre) une puissance de 50W/m2x12,57=628,32W qui chauffe de 10°C un volume d'air de 628,32/(10x1300)=48l/s soit 174m3/h de débit pour chauffer votre air (estimation simple en ordre de grandeur de phénomène très complexe, turbulence, etc..).
Au delà de cette valeur, grossière l'air n'aura pas la possibilité de se chauffer complètement !!

Si le débit de 350m3/h est imposé par votre pompe à chaleur (de quelle puissance ? ) il vaut mieux doubler la longueur de votre tuyau de puits comme échangeur à air et multiplier par 5 pour ne pas refroidir trop la terre sur plus de 11,57jours, en le mettant bien plus profond à plus de 1 à 3m de profondeur suivant la durée des froids et l'efficacité désirée.

Mais le refroidissement de la terre sur quelques jours par l'air qui circule à chauffer et la proximité du sol risque de limiter encore plus, même avec ce débit.

C'est juste pour faire essayer d'appréhender la complexité, qui si mal comprise, ou contrôlée peut donner des rendements désastreux.

En région chaude comme Provence ou PACA et de courtes périodes froides, il marchera.
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scaviner
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par scaviner » 22/06/11, 07:14

merci de votre réponse
pour renseignements complementaires je construis à 1200 metres d'altitude en montagne , la maison fait 95 m/2 habitable
froid ( neige de décembre à mars avec parfois du - 20 sur quelques jours )
http://www.onveutout.com/extracteur-gai ... 6_743.html
sinon j'ai vu des extracteurs de gaines sur ce site , est ce que l'un d'eux pourrait convenir comme ventilateur en bout de tuyau côté maison ) pour aspirer l'air ?
j'ai lu rapidement votre réponse mais une chose m'échappe, le tuyau passant sous terre sera de toute façon même si son efficaité n'est pas maximale plus froid l'étét et plus chaud l'hiver que le température ext non ? sauf si l'inertie du matériaux qui l'entoure fini par se réchauffer d'autant ?
merci de vos conseils avisés
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denis
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par denis » 22/06/11, 07:43

bonjour , pour moi les essaye sont encore le + sure ! . Pour le miens j'ai essayé les ventilos type soufflant de chauffage : pas bon , j'avait trop de perte de charge ( 50 m de génolaine de 90mm x2 ) je pensait essayé avec une vmc , j'ai demander conseille à un amis pro , et m"a vite orienter vers un extrateur pour gaine , c'est un peu + chere mais efficace , et on peut de se fait réduire la vitesse avec un potar, ou une sonde ( pas encore fait ) l'idéal devrait etre 1 m seconde . J'ai tout simplement mis un seau de paille mouillé qui consume ( j'en ai de la paille !!! lol ) à l'entré du puits ensuite une course à pied avec le chrono en route ,pour voir la quant la fumé arrive ..... voilà sinon pour les calcul savant ... il y a des parametre inconnu..

2 fois 50 m de tuyaux 90mm depart 6m de profont !
renouvelement de ma maison en paille / terre ;en prévision une serre de chauffage pour accumuler la chaleur en terre , avec extracteur sur programateur pour le moment
le puit canadien est un super systeme ,pas chere si bien autoconstruit sans arnaque ,seul inconvenient : anti-commercial !!! :cheesy:
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le blanc n'existerait pas sans le noir , mais quand meme!


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par dedeleco » 22/06/11, 15:05

vu votre info :
je construis à 1200 metres d'altitude en montagne , la maison fait 95 m/2 habitable
froid ( neige de décembre à mars avec parfois du - 20 sur quelques jours )
son efficacité n'est pas maximale plus froid l'été et plus chaud l'hiver que le température ext non ? sauf si l'inertie du matériaux qui l'entoure fini par se réchauffer d'autant ?
merci de vos conseils avisés


Vu l'altitude, en été sans jamais de vrai canicule (donc clim parfaitement inutile à mon avis), oui cela marchera, surtout de nuit pour le jour, mais en hiver vu la durée de froid, la terre qui entoure se refroidira fortement et donc la pompe à chaleur sera à rendement faiblard avec -20°C.
Tout dépend des différences de températures nuit jour, et vous avez intérêt à récolter un max de chaleur thermique du soleil, vitres capteurs thermiques, etc..

denis a raison, a fait des essais et est à écouter ;
2 fois 50 m de tuyaux 90mm depart 6m de profond !

4 fois plus que vous très profond à 6m est un minimum scientifique en hiver et je pense que denis ne se trouve pas à 1200m d'altitude car il faudrait le double au pif simpliste !!!!

Ce qui compte c'est le volume de terre qui sert de tampon chaud d'été pour l'hiver qui doit avoir en réserve toute la chaleur nécessaire pour l'hiver, comme je vous ai calculé !!!!
denis à environ 2827m3 de terre sur les 3m de diffusion autour du tuyau, ce qui est bon à basse altitude et pour vous il faut plus, suivant la chaleur dépensée dans votre maison.
Tout dépend des fluctuations de T de l'air en hiver par -20°C, si seulement la nuit avec positif le jour est bien mieux que pur et dur à -20°C même à 14h !!!!
Si le soleil se montre assez en hiver, vous avez grand intérêt à mettre à l'entrée du puits un très grand panneau solaire thermique face au soleil (dizaines de m2), qui préchauffe au moindre soleil votre air en hiver !!!
Ce sera dramatiquement meilleur.
De plus ce panneau en été chauffera votre puits comme à :
www.dlsc.ca
https://www.econologie.info/share/partag ... mrk29Z.pdf

très fortement, à 40, voire à 60°C pour retrouver une bonne part de cette chaleur en hiver, si vous l'avez enterré à 6m de profondeur, ce qui est indispensable en montagne élevée !!

Dans ce cas, si voulez refroidir en été, vous devez faire un second puits court 20m pour refroidir en été de la nuit pour le jour, totalement indépendant à plus de 10 m de celui d'hiver chauffé en été et bien moins profond, 50cm à 1m, du genre que vous voulez réaliser actuellement.

A votre place en montagne en été je n'aurais jamais trop chaud et donc aucun besoin de rafraichir !!

Mais pour l'hiver, vous devez bien penser tout votre chauffage avec apport solaire, performant, puits profond et long préchauffé en été et bien réfléchi, sinon vous dépenserez inutilement votre argent !!!

Votre extracteur sur votre lien sans aucunes caractéristiques est, à 90% de chances, insuffisant, bien pour vaguement aérer des appartements, mais pas du tout avec pertes de charges sur long tuyaux comme constaté par denis !!
Il faut les caractéristiques complètes puissance électrique, pertes de charge admise en fonction du débit, sinon vous aurez que des problèmes avec air qui ne circule pas !!


Votre température moyenne du sol à cette profondeur doit être autour de 4 à 5°C et le froid avec gel descend à nettement plus de 1m de profondeur, et je vous invite à vérifier avec précision, car la France a des montagnes très différentes des Vosges aux Pyrénées ????.


enfin :
( tuyau pvc eau usée )

est à éviter, car si poreux avec des fuites ou des fissures vous allez respirer la pourriture du sol voire le radon radioactif des roches montagneuse !!

Vous avez un projet sérieux et il faut le traiter avec grand soin, sinon vous y perdrez avec un mauvais fonctionnement, des ennuis et des dépenses de chauffage excessives, pour des décennies !!

Enfin, vous pouvez vous chauffer au bois avec l'air arrivant du puits à chauffer par l'insert ou un poêle !!
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denis
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par denis » 22/06/11, 20:00

une précision , l'air peut circuler avec un programateur avec les heures chaudes : 9h - 21 h l'été par ex , ensuite pour le pvc ce n'est pas bon , vapeur nocive ... il faut du per ou polyetylene ,mais pas non plus de la terre cuite ou tuyaux spéciaux anti moisissure etc ( attrape nigaud ) la gaine electrique convient , prendre de la gaine lisse interieur ;suivant l'arrivage cela peut etre + ou - annelé la pente est importante reguliere mini 3 % en sens du flux , 7 voir 10 % en sens inverse du flux d'air . voilà pour ce qui me vient entete pour ce soir ... bonne soirée et bonne chance pour creusé en montagne !!!
je suis a 500m d'altitude , mais la neige en montagne peut etre un isolant efficasse
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