Solaire thermique: capteurs solaires CESI, chauffage, ECS, fours et cuiseurs solairesStockage (tampon) thermique dans le sol par galets?

L'energie solaire thermique dans tous ses états: chauffage solaire, eau chaude sanitaire, choix d'un capteur solaire, concentration solaire, fours et cuiseurs solaires, stockage d'énergie solaire par tampon thermique, piscine solaire, climatisation et froid solaire..
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Aumicron
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Stockage (tampon) thermique dans le sol par galets?

Message non lupar Aumicron » 08/04/10, 11:18

Sur un autre sujet, dedeleco a redonné un lien déjà présenté par minguinhirigue mais qui était passé un peu inaperçu :

http://www.earthshelters.com/Ch_1.html

Cette page présente une expérience aux USA dans le Montana de stockage en été de la chaleur dans le sol pour la réutiliser en hiver dans la maison.
Personnellement, je n'ai jamais compris comment ce système peut fonctionner sans ventilateur. Quelqu'un à une idée?
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looping
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Message non lupar looping » 08/04/10, 12:37

Bonjour ,

Le temps de déplacement de la chaleur , appelé front de chaleur d'un côté à l'autre d'une paroi s'appelle le déphasage .
Cette paroi peut être un mur , chauffé d'un côté par le soleil , et "refroidi" de l'autre par le contact avec l'air ambiant de l'autre .

Si on applique ce principe à une paroi très épaisse comme le sol , le temps que va mettre la chaleur pour remonter peut être de plusieurs mois . Cela dépend de la conductivité thermique du matériau ( terre , craie , roche etc ).
La chaleur se diffuse dans toutes les directions s'il n'y a pas à un endroit donné d'isolation .
Ce que j'ai retenu , c'est que la vitesse du front de chaleur dans le sol est voisin de 30 cm par mois ( ça me parait peu mais bon , prenons cela comme hypothèse )

En été , si je crée une zone chaude dans le sol , la chaleur va progressivement se diffuser à la vitesse que j'ai indiquée plus haut , mais en perdant lentement sa température .
Si la diffusion est continue , la dernière paroi rencontrée ( ici le sol ) sera "réchauffée" .

Je ne connais pas la règle qui permet de déterminer la température finale de la paroi ( diffusion essentiellement par rayonnement et convection ) mais on peut supposer que c'est plus élevé que la température naturelle du sol ( de l'ordre de 10°C )

A+
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Christophe
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Message non lupar Christophe » 08/04/10, 13:04

Je n'ai jamais cru au stockage par "galets et air chaud" pour diverses raison, la 1ere étant l'énergie stocké qui est assez faible, la seconde les échanges thermiques très mauvais et la 3ieme les risques sanitaires...

Par contre utiliser des roches ou le sol pour stocker de l'énergie est une bonne idée (à condition de maitriser les infiltration d'eau souterraine qui refroidieraient le tampon) et en utilisant des "heatpipes" à changement de phase ca peut devenir très intéressant...technologiquement parlant parce que économiquement...l'installation risque d'être très couteuse!

Pour un particulier de ne pas être rentable...sans parler du fait qu'il faut le faire quasi obligatoirement lors des fondations.

De plus, il faut 4 fois plus de "tonnage en solide roches" pour obtenir la capacité calorifique équivalente de l'eau liquide: http://fr.wikipedia.org/wiki/Capacit%C3 ... e_massique

Substance (phase solide)
Capacité thermique massique J·kg-1·K-1
Asphalte 920
Brique 840
Béton 880
Granite 790
Gypse 1090
Marbre 880
Sable 835


L'eau liquide étant à 4180 J·kg-1·K-1

Même en "volume" ce n'est pas vraiment intéressant d'utiliser des roches en comparaison de l'eau...

Bref: je pense qu'un gros tampon d'eau avec un matériau à changement de phase (MCP) pour "doper" et créer un palier tampon en T° est bien plus intéressant éconologiquement parlant!

Pour le MCP se référer au sujet suivant: https://www.econologie.com/forums/stocker-de ... t7421.html
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swift2540
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Message non lupar swift2540 » 08/04/10, 13:07

Bonjour,
juste une piste, mon anglais est trop mauvais pour comprendre le lien. :cry:
L'air chaud monte(c'est le principe de la montgolfière).
Donc stockée sous la maison, la chaleur autant tendance à remonter vers le sol.
C'est pour ça qu'avec un chauffage classique (pc c'est différent) il fait toujours plus chaud au plafond.
C'est aussi pour ça que l'isolation toiture est si importante.
@+
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Parfois il vaut mieux s'arrêter, réfléchir, et se poser les bonnes questions...
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Message non lupar aamgr » 08/04/10, 13:41

Bonjour,
Voici un lien qui parle du stockage de la chaleur dans des galets:
www.forums.futura-sciences.com/habitat- ... galet.html
Merci
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Message non lupar dedeleco » 08/04/10, 16:09

D'accord avec Christophe, il faut calculer les bons ordres de grandeur de capacité calorifique et constantes thermiques en fonction des matériaux.
Il est nécessaire d'éviter les jugements définitifs, vu la grande variété de possibilités.
Mais un fait est clair, sous terre à plus de quelques mètres de profondeur (quantité de terre sans limite à prix nul) la chaleur est stockée sur plusieurs années naturellement (puit canadien/provencal efficace redonnant la température moyenne sur un an, 13°C comme dans les grottes en France typiquement).
Donc si en été on chauffe en plus, fortement cette terre ( 40° à 80°C, par dessus ou dedans fourni par un capteur solaire même simple) sur plusieurs années, on augmentera cette moyenne et on aura 20°C en hiver, nous transportant en Afrique virtuellement !!.
D'autre part, la chaleur est simple pour les points clés, pour chaque matériau, il y a la capacité calorifique, puis la conductivité thermique dont le rapport donne la diffusivité thermique avec un temps de pénétration ou diffusion de la chaleur à travers une paroi qui croit comme le carré de l'épaisseur.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Diffusivit%C3%A9_thermique
et liens correpondants.
Plus complquè et non nécessaire si on veut un ordre de grandeur largement suffisant:
http://fr.wikipedia.org/wiki/Conduction_thermique
Cette loi du carré est fondamentale et facile à se rappeler
Ainsi si on multiplie l'épaisseur par 10 on multiplie le temps de pénétration par 100.
Ceci permet d'avoir 6 mois (ou 180jours) en multipliant par 10 l'épaisseur qui donne 1,8 jour de pénétration, comme par exemple 30cm de terre ou roche, (fonction de sa composition et de son humidité) avec 1,8 jour passe à 6mois avec 3 mètres de terre ou roche !!
Evidemment si le sous sol est plein d'eau qui coule vite (rivière souterraine), la chaleur ne sera pas bien gardée, mais ce n'est pas usuel sauf zone inondable. Alors par injection de poduit imperméabilisant (ciment, résine, etc..) on peut stopper cette circulation d'eau rapide dans une zone limitée sous terre.
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Message non lupar dedeleco » 08/04/10, 19:09

Mais pour fixer les idées, il faut stocker quelle énergie

On stocke l'énergie du soleil en été qui tombe sur le toit où des capteurs thermiques solaires qui conduisent la chaleur sous terre (échangeur par fluide caloporteur classique, (eau alcool etc..), vers la terre en profondeur, alors qu'en hiver il chauffe l'intérieur de la maison!
On peut avoir un bon conducteur de la chaleur entre le toit (ou une dalle extérieure bien chauffée par le soleil) et la terre en profondeur. Un métal bon conducteur, alu, cuivre, fer à la rigueur, même béton massif, échangeur convectif à eau, peuvent aussi conduire cette chaleur et chauffer la terre en profondeur pour la restituer en hiver, mais il faut pouvoir couper en hiver le bon contact thermique d'été.
Le principe est simple : chauffer la terre en été par canicule (ou une piscine, ou accumulateur de chaleur) bien isolée en profondeur, pour récupérer cette chaleur en hiver en sens inverse.
Les moyens de le réaliser sont immenses en utilisant les bons conducteurs de la chaleur et isolants connus et variés entre la surface chaude en été (toit, dalle, capteur, etc) et le stockage sous terre profonde (3m et plus) ou tout autre moyen pourvu qu'il soit bien isolé pour garder la chaleur entre l'été et l'hiver !!! (piscine isolée, tank avec réaction chimique ou physique, etc..).
Le grand nombre de possibilités à des prix variés ne doit pas bloquer les réalisations, qui font appel à l'imagination de tous.
Le challenge est de choisir la forme la moins chère, même si elle n'est pas à rendement maximum, en augmentant la taille.
La terre sous la maison ou le jardin en profondeur ne coute que les forages à quelques mètres pour y amener la chaleur. Le capteur solaire rudimentaire (plaque noire avec tuyaux d'eau glycol échangeur, même sans vitre) est un des moins chers et efficace pour être chauffé fortement par le soleil en été (mais insuffisant en hiver où la chaleur stockée en été le remplace).
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Message non lupar dedeleco » 08/04/10, 20:12

looping écrit :
Ce que j'ai retenu , c'est que la vitesse du front de chaleur dans le sol est voisin de 30 cm par mois ( ça me parait peu mais bon , prenons cela comme hypothèse )

La chaleur n'a pas de vitesse dans un matériau immobile car elle diffuse (mouvements au hasard des électrons et ondes acoustiques, qui vont en quantité quasi égales dans des sens opposés) et donc le temps mis pour traverser une paroi croit comme le carré de l'épaisseur, donc si une paroi en terre de 30cm met deux jours pour transmettre la chaleur (typique quelques jours fonction de l'humidité et de la composition), une épaisseur 10 fois plus grande de 3mètres transmettra cette chaleur (ou la laissera perdre en hiver) dans un temps 10x10=100 fois plus soit 100x2=200 jours soit 6 mois et 20 jours !!!
Si la vitesse existait constante elle prendrait 10x2=20 jours ce qui est expérimentalement faux et archi faux !! (on ne pourrait rien isoler thermiquement, vu la vitesse des ondes acoustiques de plusieurs km/s)
La vitesse apparente de la chaleur diminue donc comme l'inverse de l'épaisseur et le déphasage ou le temps de pénétration croit comme le carré de cette épaisseur.
Ce fait basique est fondamental pour comprendre les effets thermiques.

Ce que j'ai retenu , c'est que la vitesse du front de chaleur dans le sol est voisin de 30 cm par mois

Si sur 30cm de sol il faut un mois pour chauffer de l'autre côté (sol spécial bien sec en réalité), une épaisseur de 3 mètres (10fois plus) mettra 10x10=100 fois soit 100mois ou plus de 8ans 4mois !!!
et pas 10 mois !!! La différence est fondamentale.
Il est crucial de bien comprendre ce fait que vous pouvez vérifier avec votre main, en chauffant au chalumeau, d'un côté une plaque fine de 1mm ou de 10mm, avec votre main de l'autre côté qui sent le temps pris pour bruler et enlever la main !! Si une seconde à 1mmm, avec 10 fois plus on passe à 100s soit 1min 40s avec 10mm (en prenant ce que vous voulez, plaque de bois, de fer).
Enfin swift2540 :
L'air chaud monte(c'est le principe de la montgolfière).
Donc stockée sous la maison, la chaleur autant tendance à remonter vers le sol.
C'est pour ça qu'avec un chauffage classique (pc c'est différent) il fait toujours plus chaud au plafond.

mélange la convection dans le gaz air qui monte, car plus léger s"il est chaud avec ce qui n'a rien à voir, la diffusion de la chaleur dans un matériau rigide dur comme le sol ou un mur, où même si un peu plus léger à chaud, il ne peut pas se déplacer comme une montgolfière librement !!
Dans un matériau rigide la chaleur diffuse en prenant un temps comme le carré de l'épaisseur soit 100 fois plus pour 10 fois plus épais !!
La convection dans l'air ou eau, avec mouvement à vitesse croissant avec la différence de température est bien plus rapide que la diffusivité et donc détruit fortement l'isolation thermique.
Pour l'air une épaisseur de plus de 1cm entraîne la convection et supprime sa bonne isolation, ce qui oblige à prendre des isolants avec pores de moins de 1cm remplis d'air ou des doubles ou triples vitrages espacés de moins de 1cm !!
Je précise cela car je suis effaré de voir des démarcheurs pour isolation thermique raconter des erreurs montrant une ignorance de ces bases physiques fondamentales.
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looping
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Message non lupar looping » 08/04/10, 21:51

Bonsoir ,

Merci Dedelco pour ces éclaircissements

Si sur 30cm de sol il faut un mois pour chauffer de l'autre côté (sol spécial bien sec en réalité), une épaisseur de 3 mètres (10fois plus) mettra 10x10=100 fois soit 100mois ou plus de 8ans 4mois !!!


La valeur que j'ai retenue doit être une moyenne toute simple établie en divisant l'épaisseur de terre par le temps qu'il a fallu à la chaleur pour remonter .
C'est vrai qu'avec une loi au carré de l'épaisseur , on peut vite se tromper de plusieurs mois , voir années !!!

Cette solution de stockage , j'y pense de plus en plus sérieusement .
Comme je ne peux pas démolir le sol de mon habitation ( carrelage sur dalle béton ) , j'avais pensé faire des forages horizontaux depuis la cave , qui ne représente qu'une petite partie sous la surface de plancher au rez de chaussée .
Le sol dans ma région est en craie et on pourrait assez facilement y placer un échangeur de décharge du circuit solaire pour l'été .
Plus de problème de surchauffe à cause du sur-dimensionnement , et plancher chauffant naturel pour l'hivers .

A+
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Aumicron
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Message non lupar Aumicron » 09/04/10, 12:07

Sur l'excellent site fiabitat.com qui est une véritable mine d'informations, j'ai trouvé des informations complémentaires sur cette page :

http://www.fiabitat.com/construction-ma ... me.php#5b4

Selon eux, le principe de stockage en été sous terre par convection naturelle est le suivant : dans un tuyau dont une extrémité est reliée à la maison (source chaude) et qui passe sous terre (source froide) pour déboucher plus bas à l'air libre, l'air est aspiré vers la terre et la réchauffe. Le phénomène est inversé en hiver, air de la maison plus froid que la terre.

L'exemple est présenté avec 2 zones de stockage pour plus de performances, mais il doit fonctionner avec une seule.
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