Fascicule de Travaux Dirigés LA 215

2. Chauage domestique par le soleil
de l'eau est de 10 °C, la température de sortie de 60 °C. Quel est le volume de stockage
nécessaire ?
Dimensionnement
L'installation d'un chauage solaire comporte les éléments suivants :
• un capteur plan solaire. La face exposée au rayonnement solaire est un absorbeur à la
température T abs , dont le coecient d'absorption β dépend du coecient de transmission
du vitrage et du coecient d'absorption de la surface de l'absorbeur. On prendre
β = 0,84. La face cachée permet l'échange d'énergie avec le uide caloporteur. Le
coecient d'échange est ici noté a0 (en W.°C −1 .m −2 de capteur) ;
• une cuve de stockage à la température T 0 = 25 °C ;
• un échangeur à l'intérieur de la cuve de stockage ayant un coecient d'échange a1 =
50 W.°C −1 .m −2 avec le uide caloporteur à la température initiale d'entrée T i (°C),
et à la température de sortie T s (°C), au débit massique par chaleur spécique D mc
(W.°C −1 .m −2 ).
On note :
• K = 7 W.°C −1 .m −2 le coecient de perte thermique par rayonnement et convection
(entre l'absorbeur et le vitrage et entre le vitrage et le milieu extérieur à la température
T e = 8,2 °C) ;
• F le ux reçu sur le capteur en fonction de l'ensoleillement moyen du jour.
2.1 Faire un schéma de l'installation.
2.2 Etablir l'équation exprimant l'énergie solaire utile récupérée E u (W.m −2 ) au niveau de
l'absorbeur.
2.3 Etablir l'équation exprimant l'échange thermique entre l'absorbeur et le uide caloporteur.
2.4 Etablir l'équation exprimant l'énergie solaire utile récupérée au niveau du uide caloporteur.
2.5 En déduire l'équation exprimant en régime statique l'énergie solaire utile récupérée pour
le capteur solaire en fonction des températures T i et T e . On posera F ′ = α 0
α 0
, le coecient
+K
caractérisant la qualité du transfert de chaleur entre l'absorbeur et le uide (dépendant du
fonctionnement et des caractéristiques de construction de l'absorbeur).
2.6 A partir de l'équation établie en 2.5 pour le capteur solaire et des équations pour le
uide primaire et l'échangeur, exprimer l'énergie solaire utile pour l'installation de chauage
en régime statique et en régime établi. Pour ce dernier cas, on considérera la température
moyenne : T m = T 0+T f
, où T
2 f est la température nale du ballon établie après 5 heures de
fonctionnement.
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