Energie stockée dans un PC et utilité d'un BT?

[alain30]

Bonjour à tous,


Pourquoi un Ballon Tampon n’est en principe pas vraiment nécessaire sur un plancher chauffant

Evidemment, à cause de son inertie totale (inertie de l’eau du circuit et surtout celle du béton anhydrite)! mais certainement pas à cause du volume d’eau dans le PC.

Prenons un exemple concret d’une villa de 143m2 avec un Plancher Chauffant.

Réseau d’eau :

Diamètre du PE 13 X 16.
Longueur du réseau 770 mètres.
Volume total d’eau 102 litres (volume du réseau) + 15 litres (volume annexes : distributeurs et liaisons) soit 117 litres.
La capacité thermique de l’eau est de 4185 J/Kg.°C ou 1.1625 Wh/Kg.°C
Sa densité est de 1
1000 litres d’eau, pour une variation de 1°C correspondant à une énergie stockée de 1.1625 Kwh
117 litres d’eau pour une variation de 1°C correspondent à 0.136 Kwh d’énergie.
Donc l’énergie stockée dans l’eau du réseau PC est faible.

Chape anhydrite :
Nous allons voir que le stockage d’énergie dans la chape anhydrite est beaucoup plus important.

Epaisseur de la chape anhydrite (à base de sulfate de Calcium Ca So4 : du plâtre pour faire plus simple) : 0.05 mètre (5 cm)
La capacité thermique du béton anhydrite est de 880 J/Kg.°C ou 0.244 Wh/Kg.°C
Sa densité est de 2.
Volume de la chape : 7.15 m3 – 0.155 m3( volume du PE) = 6.995 m3
Poids de la chape : 13990 Kg
1000 Kg de chape, pour une variation de 1°C correspondant à une énergie stockée de 0.244 Kwh
13990 Kg de chape anhydrite pour une variation de 1°C correspondent à 3.42 Kwh d’énergie.
117 litres de volume d’eau (circuit PE+ annexe) pour une variation de 1°C correspondent à 0.136 Kwh d’énergie.

Energie totale stockée (Réseau d’eau + Chape anhydrite + annexe) dans le PC : 3.556 Kwh

Soit presque 26 fois plus d’énergie stockée dans la chape+ réseau PE + annexe que dans le seul réseau PE+ annexe.


Sachant que 1000 litres d’eau, pour une variation de 1°C correspondant à une énergie stockée de 1.1625 Kwh , il faudrait (3.548/1.1625) un Ballon Tampon de 3000 litres pour avoir la même énergie stockée que dans le PC + annexe.

Tout ceci n’est que théorique, mais pas loin de la réalité me semble t’il.
A vos commentaires, éventuelles améliorations de raisonnement ou carrément correction.

Maintenant une question :

Est il souhaitable (surtout avec une PAC inverter qui ne dispose pas de réglage d'hystérésis pour supprimer l’éventuel problème de court-cycle lorsque celle-ci se retrouve souvent en fonctionnement TOR (zone < à environ 30% de sa puissance dans des T°C extérieure douces 10- 12°C )
Soit:
d’augmenter l’inertie du plancher pas une épaisseur plus importante (passer de 5 cm à 6 cm par exemple mais cela au détriment de la réactivité du plancher.
Soit:
d'ajouter un BT en série d'un volume conséquent (750 litres) qui aura à peu prés le même stockage d'énergie que 1 cm supplémentaire de chape, qui réduira aussi la réactivité du système, mais avec la possibilité par une vanne motorisée commandée par une sonde extérieure (ou un jeu de vannes manuelles) d'utiliser ou non cette inertie supplémentaire suivant la T°C extérieure.


Cordialement,

Alain30.

[ummolae]

Maintenant une question :

Est il souhaitable (surtout avec une PAC inverter qui ne dispose pas de réglage d'hystérésis pour supprimer l’éventuel problème de court-cycle lorsque celle-ci se retrouve souvent en fonctionnement TOR (zone < à environ 30% de sa puissance dans des T°C extérieure douces 10- 12°C )

Bonjour Alain30

Ton approche est tout à fait correcte, un plancher chauffant stock une énergie bien supérieure à un ballon tampon classique (genre 300/500l). Avec le lissage du à l'inertie d'un PC il n'y a pas de variation de température perceptible physiquement.

Pour ma part, je considère qu'une régulation en loi d'eau sur une PAC inverter sur un plancher chauffant n'est pas le meilleur système, car un basse consommation thermique, cela produit des oscillations difficile à réduire et préjudiciable au compresseur. (fonctionnement en TOR en dessous de 30%)

Le meilleur système est de piloter la machine inverter avec une simple SONDE de température d'ambiance, cela permet de profiter au maximum de l'inertie thermique du PC et d'avoir un fonctionnement très souple de la PAC :
- en basse consommation thermique, la PAC ne fonctionnera jamais en court cycle.
- en haute consommation thermique, la PAC réagira en mode continue à toutes variations de la demande.

C'est le septième hiver que ma PAC chauffe sans aucun problème sur la température de consigne de 20°C, comme elle fonctionne sur de longs cycles ou en continu, à environ 60% de sa puissance thermique (surdimensionnée à 120%), l'évaporateur n'est quasiment jamais givré vu qu'il est également surdimensionné pour la puissance thermique extraite.

Comme je sais que la pensée unique est à la loi d'eau, je donne cet exemple à titre d'information, cela pourra éventuellement servir

[alain30]

Merci de ta réponse Ummolae,

Pour ma part, je considère qu'une régulation en loi d'eau sur une PAC inverter sur un plancher chauffant n'est pas le meilleur système, car un basse consommation thermique, cela produit des oscillations difficile à réduire et préjudiciable au compresseur. (fonctionnement en TOR en dessous de 30%)

C'est à dire exactement cela:

Une PAC inverter Atlantic Alféa 8 dimensionnée à environ 90-100% des déperditions à la T°C de base fonctionnant avec une influence de la sonde d'ambiance de 20% sur la loi d'eau.
ICI
http://www.chaleurterre.com/forum/viewt ... ht=#130906

Le meilleur système est de piloter la machine inverter avec une simple SONDE de température d'ambiance, cela permet de profiter au maximum de l'inertie thermique du PC et d'avoir un fonctionnement très souple de la PAC :
- en basse consommation thermique, la PAC ne fonctionnera jamais en court cycle.
- en haute consommation thermique, la PAC réagira en mode continue à toutes variations de la demande.

C'est le septième hiver que ma PAC chauffe sans aucun problème sur la température de consigne de 20°C, comme elle fonctionne sur de longs cycles ou en continu, à environ 60% de sa puissance thermique (surdimensionnée à 120%), l'évaporateur n'est quasiment jamais givré vu qu'il est également surdimensionné pour la puissance thermique extraite.

Donc pour toi un réglage de la sonde d'ambiance sur 100% pour fonctionner en loi d'air uniquement.

Comme je sais que la pensée unique est à la loi d'eau, je donne cet exemple à titre d'information, cela pourra éventuellement servir

Je n'ai pas de pensée unique Ummolae

Cordialement,

Alain30.

[ummolae]

Chape anhydrite :
Nous allons voir que le stockage d’énergie dans la chape anhydrite est beaucoup plus important.

Epaisseur de la chape anhydrite (à base de sulfate de Calcium Ca So4 : du plâtre pour faire plus simple) : 0.05 mètre (5 cm)
La capacité thermique du béton anhydrite est de 880 J/Kg.°C ou 0.244 Wh/Kg.°C
Sa densité est de 2.
Volume de la chape : 7.15 m3 – 0.155 m3( volume du PE) = 6.995 m3
Poids de la chape : 13990 Kg
1000 Kg de chape, pour une variation de 1°C correspondant à une énergie stockée de 0.244 Kwh
13990 Kg de chape anhydrite pour une variation de 1°C correspondent à 3.42 Kwh d’énergie.
117 litres de volume d’eau (circuit PE+ annexe) pour une variation de 1°C correspondent à 0.136 Kwh d’énergie.

Energie totale stockée (Réseau d’eau + Chape anhydrite + annexe) dans le PC : 3.556 Kwh

Soit presque 26 fois plus d’énergie stockée dans la chape+ réseau PE + annexe que dans le seul réseau PE+ annexe.

Salut Alain30

Ton calcul de chape est révélateur de l'important stockage d'un plancher chauffant et encore tu as oublié quelque chose d'assez important, ce sont les cloisons de séparation et de doublage d'une maison réalisée en briques platrières, pour une maison comme la mienne on peut rajouter grosso-modo une charge de stockage thermique d'environ 4 tonnes.

Chez moi, avec une chape classique en béton naturel d'une épaisseur de 10 cm, la capacité de stockage passe à environ 7 kWh, cela veut dire qu'en période de températures clémentes (environ 10°C) la PAC ne se mettra en route qu'une seule fois par jour.

L'intérêt de cette méthode de régulation en loi d'air, c'est de profiter de l'important réservoir d'énergie thermique tout en jouant sur des delta air de quelques dixièmes de degrés avec des cycles de longues durées.

Ce delta température d'ambiance est très faible et insensible pour nous autres humains, mais parfaitement perceptible par une régulation électronique, de plus, ce système intégrera immédiatement tout apports d'énergie interne ou externe.

J'ai bien compris l'intérêt de ton système de régulation mélangeant la loi d'eau et une loi d'air en proportion variable, c'est intéressant, mais je n'en vois aucune utilité particulière dans ce cas, sauf si la machine n'a pas d'autre mode de régulation.

Pour moi, une régulation sur sonde d'ambiance fera fonctionner correctement une PAC Inverter en loi d'air uniquement.

Voila un graphe de fonctionnement sur 24 h, on constate que la PAC ne fonctionne que la nuit et en matinée sur 12h environ, les apports solaires sont parfaitement détectés et la PAC est à l'arrêt sur environ 12h également.



Maintenant un graphe de fin de période de chauffe, le cycle le plus court obtenu, mais unique heureusement :



Pour la pensée unique, tu n'étais pas visé particulièrement, je parlais d'une pensée généralisée sur ce sujet de pompe à chaleur.

[alain30]

Re,

Ton calcul de chape est révélateur de l'important stockage d'un plancher chauffant et encore tu as oublié quelque chose d'assez important, ce sont les cloisons de séparation et de doublage d'une maison réalisée en briques platrières, pour une maison comme la mienne on peut rajouter grosso-modo une charge de stockage thermique d'environ 4 tonnes.

Pour l'exemple de la villa de 143m2:
Je ne peux compter les cloisons qui sont montées sur rail métalliques (classique) BA13-5cm de laine de verre-BA13 , ni compter les contre cloisons qui sont (en 80 polyuréthane+ BA10) donc dans les deux cas une conductivité thermique très mauvaise et avec une capacité calorifique pas vraiment top.

De plus les cloisons sont fixées directement sur la dalle porteuse et désolidarisées par une mousse de la chape anhydrite donc la transmission thermique est très faible.
Question : tes cloisons et contre cloisons sont posées sur la chape de 10 cm et non sur la dalle porteuse.
Quel calcul fais tu pour évaluer ta charge de stockage de 4 Tonnes et surtout l'énergie stockée dans les cloisons ou contre cloisons

Chez moi, avec une chape classique en béton naturel d'une épaisseur de 10 cm, la capacité de stockage passe à environ 7 kWh, cela veut dire qu'en période de températures clémentes (environ 10°C) la PAC ne se mettra en route qu'une seule fois par jour.

Ben justement.......... mon interrogation sur le choix entre augmenter l’inertie du plancher pas une épaisseur plus importante, mais cela au détriment de la réactivité du plancher, (pas vraiment recommandé par les applicateurs de chape anhydrite) ou bien ajouter un BT avec une inertie équivalent à la sur-épaisseur de chape et avec la souplesse de l'utiliser ou ne pas l'utiliser (comme expliqué dans le premier post)

J'ai bien compris l'intérêt de ton système de régulation mélangeant la loi d'eau et une loi d'air en proportion variable, c'est intéressant, mais je n'en vois aucune utilité particulière dans ce cas, sauf si la machine n'a pas d'autre mode de régulation.

Le système Atlantic (Siemens) permet de réguler:
En loi d'eau pure (réglage de l'influence de la sonde sur la loi d'eau = 0%)
En mix (réglage de l'influence de la sonde de 1% à 99% sur la loi d'eau)
En loi d'air pure (réglage 100% donc sonde seule)

Pour moi, une régulation sur sonde d'ambiance fera fonctionner correctement une PAC Inverter en loi d'air uniquement.

IL me semble que tu as modifié (amplifié je crois ) le signal de la sonde non

Désolé d'être peut être un peu lourd , mais pourrais tu m'expliquer en détail la modif et pourquoi STP.




Cordialement,

Alain30.

[ummolae]

Pour l'exemple de la villa de 143m2:
Je ne peux compter les cloisons qui sont montées sur rail métalliques (classique) BA13-5cm de laine de verre-BA13 , ni compter les contre cloisons qui sont (en 80 polyuréthane+ BA10) donc dans les deux cas une conductivité thermique très mauvaise et avec une capacité calorifique pas vraiment top.

De plus les cloisons sont fixées directement sur la dalle porteuse et désolidarisées par une mousse de la chape anhydrite donc la transmission thermique est très faible.

C'est vrai que dans le cas de cloison en Placo, la masse thermique est sans doute différente, mais certainement pas négligeable, à quel poids estimes tu tous les doublages et cloison de ta maison ??

Question : tes cloisons et contre cloisons sont posées sur la chape de 10 cm et non sur la dalle porteuse.
Quel calcul fais tu pour évaluer ta charge de stockage de 4 Tonnes et surtout l'énergie stockée dans les cloisons ou contre cloisons

J'ai fait un calcul des surfaces verticales en contact interne réalisées avec des briques platrières, sachant qu'il en faut 10 au m² et que chacune pèse 3 kg (notice fabricant) ensuite j'ai fait un calcul à la louche, cela me fait bien 4 tonnes de briques sans compter le plâtre ni la chape béton entre le RDC et l'étage, tout ceci fait partie de la masse thermique en température ambiante.

Toutes les cloisons en contact externe sont isolées avec 20 cm de laine de roche, les cloisons sont posées sur la dalle porteuse, cette dalle est également isolée par un vide sanitaire et des hourdis polystirène.

Ben justement.......... mon interrogation sur le choix entre augmenter l’inertie du plancher pas une épaisseur plus importante, mais cela au détriment de la réactivité du plancher, (pas vraiment recommandé par les applicateurs de chape anhydrite) ou bien ajouter un BT avec une inertie équivalent à la sur-épaisseur de chape et avec la souplesse de l'utiliser ou ne pas l'utiliser

Là, c'est plutôt un choix personnel plutôt que technique, l'inertie du PC ne m'a jamais gêné, lorsqu'il fait froid dehors et que le soleil tape sur les baies vitrées la température intérieure peut effectivement montée à 22/23°C pour une consigne de 20°C, mais cela ne m'indispose aucunement. J'ai opté pour un schéma hydraulique le plus simple possible sans BT qui ne m'apparait pas spécialement intéressant.

IL me semble que tu as modifié (amplifié je crois ) le signal de la sonde non
Désolé d'être peut être un peu lourd , mais pourrais tu m'expliquer en détail la modif et pourquoi STP.

Le signal de la sonde de mesure de température d'ambiance a effectivement été amplifiée pour diminuer l'hystérisis du système, cette carte dite d'amplification permet d'augmenter la réactivité de la régulation et de maintenir une température de confort autour de 1°C (en dehors des apports solaires).

Je sais que tu es assez exigeant sur les chiffres, moi pas, personnellement, ce ne sont pas trop les réglages pointus qui m'intéressent, vue qu'ils génèrent peu d'économie, ce qui m'intéresse principalement, c'est d'abord l'économie principale réalisée par un système de chauffage efficace et économe ( rapport 3 moyen) et également le bon fonctionnement de la machine pour éviter la casse en général qui réduit les économies à néant.

Je considère que les réglages pointus ne tiennent pas assez souvent compte des impératifs techniques de ces machines particulières, je suis consterné de voir la quantité impressionnante de compresseurs qui cassent et du nombre de fuite de gaz qui ont pour moi 2 causes principales

- courts cycles des compresseurs d'où mauvaise lubrification
- fuite de gaz par contrainte mécanique due au gel des évaporateurs

Ces 2 critères ont souvent pour cause une régulation de fonctionnement inadaptée.

Pour conclure, voila les dernières 24h de fonctionnement ininterrompu de ma PAC

[pierre_07]

C'est le septième hiver que ma PAC chauffe sans aucun problème sur la température de consigne de 20°C, comme elle fonctionne sur de longs cycles ou en continu, à environ 60% de sa puissance thermique (surdimensionnée à 120%), l'évaporateur n'est quasiment jamais givré vu qu'il est également surdimensionné pour la puissance thermique extraite.

Je suis d'accord avec Ummolae j'ai le mm comportement de la pac :
Depuis que j'ai bridé la vanne 3 voies de l'airmat en décalant le servomoteur de qq millimètres vers l'arrière, le départ plancher chauffant ne plus dépasser 32 33°C (la vanne ne peut mécaniquement plus s'ouvrir complétement)
L'échangeur de la PAC givre bien moins elle fonctionne au ralenti sur des très longs cycles : voire en continu , mais au ralenti, par les tp actuelles (-10 -16°C)
Je pense que ce qui fait givrer une PAC est une puissance instantanée demandée trop importante

Rmq : elle arrivera tout de mm à faire monter lentement le départ PC à + de 35°C lors de froids intenses car le retour PC monte lui aussi en Tp et comme la V3V mélange l'eau de la PAC à 50°C et le retour PC , malgré le bridage le départ pourra monter en Tp mais très lentement d'où pas de givrage ...

[alain30]

Bonjour Ummolae,

C'est vrai que dans le cas de cloison en Placo, la masse thermique est sans doute différente, mais certainement pas négligeable, à quel poids estimes tu tous les doublages et cloison de ta maison ??

Je n'ai pas fais le calcul, mais l'inertie des cloisons et contre cloisons ne peuvent être comparées au PC :
Un PC est homogène avec une conductivité constante et une densité uniforme.
Les calories sont directement transmise au PC par le réseau PE.
Le PC diffuse de façon idéale les calories (en partant du niveau 0).

Je pense que l'impact doit être limité et, difficile d'en mesurer son effet car:
Dans ton cas
Les cloisons sont constituées de terre cuite, d'air et de plâtre.
La transmission des calories ne se fait pas directement mais par l'intermédiaire de l'air ambiant avec une prépondérance vers le haut.
Dans mon cas c'est pire avec la laine de verre et le polyuréthane.
Perso, je ne sais évaluer l'impact

Le signal de la sonde de mesure de température d'ambiance a effectivement été amplifiée pour diminuer l'hystérisis du système, cette carte dite d'amplification permet d'augmenter la réactivité de la régulation et de maintenir une température de confort autour de 1°C (en dehors des apports solaires).

Au vue des courbes présentées, tu obtiens un fonctionnement parfait.
Dans la zone 30%-100% la PAC régule en inverter parfaitement OK.
Si j'ai bien compris:
Tu amplifies le signal.
Tu diminues l'hystérésis.
Tu augmentes donc la sensibilité de mesure de la T°C ambiante qui permet une meilleure réactivité de la PAC pour obtenir une T°C ambiante la plus linéaire possible.
L'inverter ajuste la puissance en fonction de la variation du signal de la sonde d'ambiance.

Mais là où j'ai de la difficulté à comprendre, c'est dans la zone 0-30% (T°C extérieure douces) où la PAC fonctionne en mode TOR .(cela doit se produire puisque tu es sur-dimensionné)
Comment évites tu "les courts cycles" : car lorsque la PAC est en TOR avec une hystérésis faible, une sensibilité importante et une grande réactivité à la moindre variation de la T°C ambiante la sonde va donner l'ordre de marche et pratiquement aussitôt le contre ordre et ainsi de suite

Il y a quelque chose qui m'échappe

Cordialement,

Alain30.

[elf]

Salut Alain & Ummolae,

Il y a quelque chose qui m'échappe

Sonde d'ambiance + plancher chauffant = réactivité faible => pas de court cycle.

A++

[ummolae]

Mais là où j'ai de la difficulté à comprendre, c'est dans la zone 0-30% (T°C extérieure douces) où la PAC fonctionne en mode TOR .(cela doit se produire puisque tu es sur-dimensionné)
Comment évites tu "les courts cycles" : car lorsque la PAC est en TOR avec une hystérésis faible, une sensibilité importante et une grande réactivité à la moindre variation de la T°C ambiante la sonde va donner l'ordre de marche et pratiquement aussitôt le contre ordre et ainsi de suite.

Il y a quelque chose qui m'échappe.

Je vais reprendre ta phrase "une sensibilité importante et une grande réactivité à la moindre variation de la T°C ambiante" la sensibilité est grande, mais la réactivité est faible par le fait même de l'inertie thermique du système.

On va faire un calcul sommaire de la capacité thermique de la maison :

Chape RDC, 90 m², épaisseur 12cm, densité 2,5, capacité thermique béton 0.244 W/kg/°C, poids 27000 kg, énergie thermique 6,588 kWh/°C

Chape étage, 90 m²,épaisseur 20 cm, densité hourdi ciment1,1, capacite th 0.244, poids 11 880 kg, énergie thermique 2,898 kWh/°C

Cloison interne 180 m², 10 briques au m², poids unitaire 3 kg, 5400 kg, capacité thermique 0.233 w/kg/°C, énergie thermique 1,258 kWh/°C

Energie thermique totale emmagasinée 10,744 kWh/°C

Perte thermique de la maison par 10°C externe (fonctionnement probable en TOR = 180 x 2.5 x 10 x 0.8 = 3,6 kWh si température extérieure constante.

Temps d'abaissement de 1°C en température d'ambiance :
10,744 / 3,6 =2,98 h soit 3 heures

Il faut savoir également que la machine ne travaille pas en TOR en dessous de 30% mais sur la puissance la plus faible possible soit environ 5 kW pour un régime d'eau entre 35 et 40°C , donc temps de recharge d'environ 10,744 / 5 = 2h10

Par une température externe de 10°C le longueur d'un cycle ne sera pas inférieure à 180 + 130 = 225 ' soit plus de 5h, on ne peut donc pas parler de court cycles avec ce type de machine et régulation.

Avec le décalage de 1°C en HC et les apports solaires dûs à mes grandes baies vitrées, la machine ne fait souvent qu'un seul cycle sur 24h.

[westfalia]

Il faut savoir également que la machine ne travaille pas en TOR en dessous de 30% mais sur la puissance la plus faible possible soit environ 5 kW pour un régime d'eau entre 35 et 40°C , donc temps de recharge d'environ 10,744 / 5 = 2h10

Ummolae

Cela veux dire que la temperature d'un plancher à forte inertie comme le votre (ou le mien) se situe dans ses valeurs (au detriment du Cop )
8 heures de chauffe en HC suffit à maintenir ma temp confort en ce moment, quand je vois que votre PAC tourne toute la journée j'imagine que c'est en periode hivernale (janvier fevrier)
La limite de fonctionnement de nos planchers dits à inertie impose une temperature de fonctionnement >35°
Idem pour les ventilo convecteurs....
Donc la question est faut il rester dans ses valeurs de fonctionnement?
N'y a t'il pas trop d'impact sur la conso electrique?

A bientot

Westfalia

[ummolae]

La limite de fonctionnement de nos planchers dits à inertie impose une temperature de fonctionnement >35°

Ma machine fonctionne avec des températures d'eau qui varient de 32 à 38°C, ces températures correspondent tout à fait au plancher chauffant d'ancienne génération, pas besoin d'adaptation, la machine et le PC fonctionne en symbiose.

Dans cette configuration le COP est idéal et correspond a celui annoncé par le constructeur, pour moi c'est la meilleure solution et je resterais sur ces valeurs, ma conso est tout à fait en conformité avec le rendement escompté, cela me suffit largement, diminuer de quelques Wh par jour ne présente pour moi aucun intérêt.

Parfois lorsqu'il fait froid, ma PAC fonctionne en continu sur 20h/j, cela prouve qu'elle régule en continu sur les déperditions et rien de plus.

[reboot67]

Juste pour preciser,
Pour REGULER sur les deperditions il faut un dispositif de mesure dans le volume à chauffer qui a la fonction soit ON/OFF soit une fonction "modulante" Le volume qui est equipé de ce dispositif de mesure est dit "regulé en temperature"

Le mode LO non assisté par un dispositif de mesure integré dans le volume à chauffer est un sysreme "PREDICTIF" On fixe par des parametres une deperdition en fonction de la temperature exterieure.
La seule chose qui est regulée avec ce systeme c'est la Temperature de depart en fonction de la temperature exterieure.