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| Date : 12.01.2005 01:36:59 De : Service Technique Sebasol VD |
Dimensions de l'échangeur | Bonjour,
Gottverdom, où va-t-on chercher des questions pareilles ? C'est un test pour nous faire passer un examen à notre insu ? Je me demande si il ne faudra pas bientôt proposer ce forum à l'Ecole des Mines, section mécanique des fluides. La question est académique. Avant d'essayer d'y répondre je dirais : c'est du 3/4" à 1" parce que depuis 100 ans des gens se sont creusés dessus et ont abouti à la conclusion que c'était un bon compromis.
En effet : plus un échangeur est de gros diamètre plus il a de surface (selon un rapport de 2R ou R est le rayon) d'échange, donc c'est bien, mais plus il est gros alors plus il contient d'eau au centre qui ne communique pas sa chaleur en cas d'écoulement laminaire dans l'échangeur et plus il est gros plus les chances d'écoulement laminaire augmentent mais plus il est gros moins il a de pertes de charge et donc plus la vitesse est grande et plus la vitesse est grande plus les chances d'un écoulement turbulent augmentent et donc l'échange mais plus l'écoulement est turbulent plus les pertes de charge sont importantes et donc cela ralentit la vitesse et constitue un risque de retour à l'écoulement laminaire... et il y a des jours ou le glycol est chaud et des jours où il est froid ce qui change la viscosité et donc tout cela et heureusement, contrairement à chez M. Fernand Raynaud, dans un circuit fermé l'eau ne s'évapore pas.
Que dire de plus ? Il faut trouver une combinaison débit/longueur/diamètre qui optimise la surface d'échange, assure un écoulement turbulent et minimise les pertes de charge dans la plage viscosité atteinte par le fluide. La solution mathématique de ce problème fait intervenir la mécanique des fluides visqueux soit, l'équation de Navier-Stockes, qui n'est pas résoluble analytiquement. Tout au plus peut-on avoir des solutions numériques dans certains domaines de stabilité (non chaotique) de l'équation. Un des domaines est le domaine d'écoulement laminaire et l'autre est celui d'écoulement turbulent, justement.
Pour avoir un écoulement turbulent il faut une certaine vitesse (plus le autres facteurs qui contribuent à un certain nombre de Reynolds) car il faut un écoulement turbulent pour échanger la chaleur (l'eau conduit mal la chaleur par transmission). Donc on ne peut couper à une certaine perte de charge. Comme le diamètre du tube est un facteur déterminant de la perte de charge à une vitesse et viscosité donnée, il ne faut pas un diamètre trop faible sous peine de voir exploser les pertes de charge et... de se retrouver en régime laminaire ou chaotique.
Je pense que les constructeurs ont opté pour des diamètres qui vont du 3/4" pour les petits chauffes-eaux à du 1" pour les grands parce que c'est un bon compromis qui limite les pertes de charge tout en garantissant un minimum de turbulence dans l'échangeur, et ceci pour un débit par m2 de capteur de l'ordre de 15 à 40 l/m2h entre le low-flow et le high-flow qui nous intéresse.
Nous dirons donc comme règle du pouce :
Si vous voulez jusqu'à 3m2 de surface d'échange max vous pouvez rester en 3/4".
Au dela vous devez aller en 1".
Et dès que vous dépassez 6-8 m2 vous avez intérêt à doubler la spire et à en mettre 2 en parallèle.
Mais sérieusement, hein, au-delà de cette question académique qui permet de briller dans les salons, le problème à résoudre est d'abord d'ordre pratique.
1. Soit vous achetez un chauffe-eau et à ce moment vous n'avez pas le choix : vous vous prenez un modèle qui aura surement (à moins que ceux qui ne l'ont fait soient débiles) un échangeur en 3/4" ou 1" avec une surface entre 1.2 et 3m2 (les surfaces supérieures ne sont pas standards et nous les avons rarement vues sur France, ie pour parler clair un Jenni n'est pas un standard sur France).
2. Soit vous voulez le faire vous-même. A ce moment vous avez 2 choix
a) Vous avez une machinerie pas possible dans votre garage pour cintrer des barres d'acier (comme M. Jenni il a, allez voir sur www.jenni.ch pour savoir de quoi on parle). A ce moment, vous allez pouvoir cintrer du 1", et vous aurez des problèmes à cintrer des barres de longueur supérieures à 48 ml. Du moins, nous pensons que vous aurez des problèmes, parce que M. Jenni il renonce à faire des échangeurs d'une seule spire de longueur supérieure à 48ml/5.12m2. Il faut dire qu'une barre de 48ml fait 48m et que cela commence à cogner un peu au fond de l'usine, vous voyez, au point de devoir plutôt souder des barres de 24m l'une après l'autre mais Murphy n'aime pas les soudures, surtout les soudures qu'on stresse ensuite en cintrant la barre. Donc il y a apparemment des problèmes et s'il a des problèmes, nous pensons que c'est parce que cela commence à être compliqué et faire des problèmes. Du moins pour quelqu'un qui essaie de faire de façon économique des échangeurs acier et non pas de figurer dans le Guiness Book du plus long échangeur inutile d'une spire d'un seul tenant.
b) Soit vous n'avez pas cette machinerie et vous devez vous rabattre, soit sur du tube flexible inox (genre Meibes) très cher, soit le faire en cuivre. Optons donc pour le cuivre. Dans ce cas, il vous faut du cuivre recuit en torche, car seul avec des précautions quand même et un minimum d'outillage pour éviter d'écrabouiller votre tube, vous pourrez cintrer votre cuivre en une spirale de disons 50cm de diamètre apte à entrer dans un chauffe-eau de 300L. Et bien sûr aussi parce que la torche est vendue en... torche d'au moins 25ml, ce qui est quand même plus cool que de la barre qui est vendue par 5ml qu'il faudra rappondre bout par bout au risque de titiller M. Murphy au niveau de la soudure à nouveau. Et que voit-on si on examine ce qui est disponible en torche ? Que le diamètre max du cuivre recuit vendu en torche correspond à du DN22, soit l'équivalent à du 3/4". Donc vous en êtes réduit à du 3/4" à moins d'être masochiste à vouloir recuire au chalumeau des barres de DN28 ou plus pour les cintrer et les souder ensemble, et donc dès 3m2 environ, il vous faut faire une seconde spire parallèle à la première.
Ensuite, le rapport avec le diamètre du tube du capteur. C'est simpel : il n'y en a pas. Le capteur c'est le capteur. Il peut avoir beaucoup ou peu de pertes de charge et cela change la stratégie du débit (low-flow/high-flow, puissance de la pompe, diamètre des autres tubes du circuit etc.). Plus le capteur à des grandes longueurs de petits tubes, plus il a des pertes de charge et plus la perte de charge globale sera dans le capteur. Mais bien sûr cela dépend aussi de comment on connecte ces capteurs ensemble héhéhé... D'un autre côté, plus le capteur a peu de pertes de charge plus la perte de charge globale sera dans les lignes et l'échangeur. Cela économise de la pompe mais en contrepartie le champ solaire peut être non uniformément irrigué vu qu'une petite différence de perte de charge entre un capteur ou une ligne et l'autre va faire en sorte que le débit prendra des chemins préférentiels héhéhé... sans compter qu'au bout d'un moment tout cela ne sert à rien car la pompe sera surdimensionnée car il n'y a pas de pompes efficaces sur le marché pour bon marché (cf une fois de plus allez voir l'installation Saturnin) re-héhéhé.
Bref, rigolade et boule de gomme, même si les vendeurs adorent habituellement se vanter du peu de pertes de charge de leurs capteurs (branchés sur des pompes dont la puissance alors est équivalent à un canon pour tirer sur une mouche).
Vous pouvez aussi voir là une raison (ce n'est pas la seule) pour laquelle les vendeurs essaient toujours de vous vendre préférentiellement le kit de nain 3m2/300L etc. Parce qu'une fois passé les rodomontades sur les faibles pertes de charge, ils savent que pour ces surfaces ça fonctionne. Par contre je n'iraius pas regarder au fond des yeux la répartition spatiale du débit d'un champ de 50m2 d'absorbeurs ultra-parallélisés à faibles pertes de charge l'unité, suivant comment ces capteurs ont été connectés justement...
Donc tout cela se résoud à la question suivante : vous devez avoir un absorbeur dont les pertes de charges sont cohérentes avec les autres éléments de dimensionnement du circuit et ce que vous voulez faire avec. Mais est-ce que vous savez ce que vous voulez faire avec ? Voilà la première des questions à laquelle vous devez répondre.
Depuis les années 80 et les autrichiens, en passant par les années 90 et la suisse allemande, pour arriver à nous dans les années 2000, nous avons donc développé un absorbeur qui nous plait non pas parce qu'il gagne 5% de rendement ou autres cacahuètes pour le Guiness Book de l'inutile, mais parce qu'il représente un compromis (y compris la robustesse, la faisabilité technique, le prix etc.) qui nous permet de faire le max de choses avec.
Le rendement d'un échangeur à spire ? Il suit la surface d'échange. Un échangeur se caractérise par sa surface d'échange. Si vous avez un échangeur à spire, il a simplement plus de surface d'échange au ml, à cause des cannelures. C'est donc bien, car vous pouvez avoir plus de surface d'échange au ml et donc avoir moins de longueur. Par contre, dans une configuration ECS, il va s'entartrer plus et plus vite qu'un échangeur à tubes lisses et finalement vous aurez... un échangeur à tubes lisse entartré... Pour cette raison, de manière générale, les échangeurs à spires sont réservés aux systèmes à eau morte (on peut quand même les utiliser pour l'ECS si on a peu de place, où si il faut placer un échangeur horizontal dans un regard etc. parfois on a pas le choix). Si un vendeur veut vous vendre un chauffe-eau ECS avec un échangeur à spire, à priori, soit il ne sait pas de quoi il parle, soit nous suspectons qu'il veuille respectueusement vous enfumer.
Salutations ensoleillées
Le Nain dans les Tuyaux
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Dimensions de l'échangeur Posté par Service Technique Sebasol VD le 12.01.2005 01:36:59
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