Stockage à chaleur latente pour chauffe-eau solaire

Stocker de l'énergie thermique (solaire) sous forme de chaleur latente, c'est un principe qui n'a rien de nouveau, c'est le stockage par changement de phase.
- excédent d'énergie, avec température qui monte dans le ballon d'eau chaude, hop on a de quoi chauffer le matériau à changement de phase qui passe à l'état liquide en absorbant de l'énergie
- besoin d'énergie, hop-là le matériau à changement de phase redevient solide en fournissant de la chaleur
Enfin c'est le même principe que les glaçons pour les glacières (qui passent de la phase solide à la phase liquide en absorbant de la chaleur).
Facile sur le papier, toute l'ingénierie consistant à trouver le matériau qui change d'état à une température où travaille le système thermique pour lequel on veut l'utiliser, qui ait un bon ratio énergie stockée sur volume, qui soit stable dans le temps avec la réversibilité et le cyclage, etc. j'en oublie.

Mais je viens de tomber là-dessus et j'espère que ce n'était pas un poisson car l'article date du 1er avril (2009) :
http://www.leprogres.fr/fr/permalien/article.html?iurweb=402367

Ca me paraît intéressant d'avoir ce stockage d'énergie thermique sous forme de capsules qu'on peut additionner pour dimensionner facilement un stockage à la taille nécessaire. Ca semble très pratique à utiliser, j'imagine, en les installant à côté des tuyaux de sortie des panneaux solaires thermiques, lorsque ceux-ci montent en température pour cause de ballon d'eau chaude déjà plein (température de consigne atteinte).

Oui, salut,
Le sodium est bien connu pour être utilisé dans le circuit secondaire des centrales nucléaires, il fond à 97.8 °C et à une enthalpie de fusion de 115 kJ/kg.

heu, oui, parmi les caractéristiques souhaitables d'un tel matériau à changement de phase, j'aurais dû ajouter "stabilité et absence de dangerosité"

oui bien sûr le caloporteur sodium liquide dans les centrales nucléaires... le sodium liquide s'enflamme au contact de l'air et explose au contact de l'eau ; donc on va dire "vraiment pas pratique du tout !", surtout pour utiliser dans de petites installations qui ne soient pas des châteaux-forts ; et la température de travail du sodium est un peu trop élevée pour un chauffe-eau solaire

or l'intérêt d'un matériau de stockage thermique est de pouvoir l'utiliser facilement pour le solaire thermique au quotidien, comme le chauffe-eau solaire individuel

c'est pour ça que les petites capsules de M. Kaplan sont intéressantes, elles semblent pratiques à manipuler (contrairement au sodium liquide...) ; l'article ne donne pas la composition du cocktail car c'est évidemment dans la recette que réside toute l'astuce et l'ingéniosité de la chose

l'intérêt réside aussi, je suppose, dans le fait qu'il est moins coûteux d'ajouter des capsules de stockage par chaleur latente que d'augmenter la taille du ballon de stockage du chauffe-eau solaire ; l'article ne dit rien à ce sujet malheureusement

Heu ... Oui, j'avais complètement oublié ce genre de chose.

Mais j'ai trouvé ça :

http://fr.video.yahoo.com/watch/1155919/4155581

Donc je ne te suis pas pour l'air et l'eau toutes proportions gardées.

Bonjour,

Dans le même genre, on trouve aussi des revêtements contenant de la cire à placer sur les murs d'une habitation.

ici par exemple

Mais, je n'ai aucune idée de l'odre de grandeur des énergies stockées ...

Pourquoi se faire .. avec des trucs dangereux alors que la paraffine fait l'affaire...
Avec quelques mélanges on peut arriver à un produit qui change de phase à 26 °C, j'adore ce truc d'ailleurs.
http://www.glassx.ch/index.php?id=168
Le mur de la véranda est opaque en hiver et à mi-saison, et lorsqu'il devient transparent au lieu de translucide, les voisins savent qu'il fait plus de 26 °C. Cela fait un long palier qui va retarder fortement la montée en température, une sorte de clim à zéro consommation, qui se régénère la nuit en retardant cette fois la descente. Et un chouette 26 à 3 plombes du mat c'est très agréable, lorsque l'humidité a chassé les couche-tard des terrasses alentours.
Allez voir les fiches techniques, il y a les valeurs; c'est instructif.

Il existe aussi des panneaux à mettre dans les murs, entre l'isolant et la déco, pour réaliser le même office. Seulement 26°C c'est trop pour faire un déphasage pour le chauffage.

C'est en effet clairement pour de la veranda, il faut un autre mélange à 18°C pour du chauffage. Une véranda peut monter à plus de 45°C sans aucune contre-mesure, donc 26 c'est bien dans ce cas...
Le solaire parfois c'est trop, beaucoup trop puissant.

Pour le stockage sur ballon sanitaire ou cuve de chauffage, l'idéal serait d'avoir la transition à 55°C, c'est la norme.

Comment faites vous pour ne pas avoir le cerveau qui boue
Je vous tire mon chapeau

cavallo pazzo a écrit:

Pourquoi se faire .. avec des trucs dangereux alors que la paraffine fait l'affaire...
Avec quelques mélanges on peut arriver à un produit qui change de phase à 26 °C, j'adore ce truc d'ailleurs.

Tu a la recette du dit mélange ?

LAF ! ! ... !

cavallo pazzo a écrit:

C'est en effet clairement pour de la veranda, il faut un autre mélange à 18°C pour du chauffage. Une véranda peut monter à plus de 45°C sans aucune contre-mesure, donc 26 c'est bien dans ce cas...
Le solaire parfois c'est trop, beaucoup trop puissant.

Pour le stockage sur ballon sanitaire ou cuve de chauffage, l'idéal serait d'avoir la transition à 55°C, c'est la norme.

Sinon pour avoir un produit simple, compostable en fin de vie, naturel, mais à température de fusion un peu plus élevé : la cire d'abeille

Température de fusion à 63-64°C, pas mal non?? Seulement la densité est un peu faible : 0.4 il me semble.

Spoiler:

Bien le coup de la cire, j'aime.
Pour le mélange, celui à 26°C est justement l'astuce du GlassX, donc non je ne l'ai pas, mais il doit être possible de s'en approcher avec des produits facile à trouver et naturels... Je m'y collerai début 2010 de toute manière pour un projet de maison sur un site un peu trop chaud qui nécessite de réguler l'élévation de température.

Pour revenir au chauffe-eau, il est fréquent d'avoir 80°C dans le ballon en été, donc finalement la cire d'abeille est très intéressante. Quelle est son énergie spécifique de liquéfaction?
Il faut que ce soit assez haut pour faire la différence par rapport à l'eau, qui est quand même à 4180 J/kg/K ce qui n'est pas rien.

Sinon je me souviens de mes jours de watercooler fou, une des techniques ultimes de refroidissement de PCs, c'était le changement de phase, bien sûr. Et le changement de phase, on y arrive de plusieurs manières. La manière bourrine avec un voire plusieurs compresseurs en cascade et un système de refroidissement qui consommait 2, 3 ou 4 fois ce que consommait le PC tout entier ... et la méthode futée, avec des caludocs remplis d'une substance changeant de phase aux deux bouts du bidule. Quoi comme saleté de produit chimique? Ben euh ... de l'eau, tout simplement.

Eh oui, l'eau, c'est génial, ça a une chaleur latente et une chaleur massique importantes, et si vous vous souvenez de vos cours de ... euh ... terminale je crois, on peut choisir son point d'ébullition (donc la température changement de phase) assez facilement simplement en baissant (ou augmentant) la pression. De mémoire, pour une température d'ébullition à 25°C, il faut quelque chose comme 0.03 Atm (ou 3000 Pa). Ce qui si je me souviens bien, s'obtient assez facilement avec une pompe à vide. Bon, par contre il faut un truc suffisamment étanche pour que ça reste à cette pression, bien sûr.

heu ... ce serait pas plutôt le changement de phase de solide à liquide qui intéresse ?
parce que de liquide à gazeux, le changement de volume, va nettement dérégler la température d'ébullition et du coup, on se retrouve avec des problèmes de perméabilité en plus.

arafolie a écrit:

heu ... ce serait pas plutôt le changement de phase de solide à liquide qui intéresse ?

précisément, et de plus quelque chose de pratique qui viendrait compléter un stockage d'eau pour pas cher, et qui éviterait de transformer une installation déjà existante et déjà dimensionnée (changer de ballon d'eau chaude, rajouter des pompes à vide et toute la régulation pour contrôler le nouveau bazar)

y a vraiment personne à part moi pour trouver un intérêt aux capsules de M. Kaplan ??? j'ai l'impression de parler dans le désert mais bon comme c'est un forum jaune sable c'est sûrement normal
voilà la fiche technique
http://www.kaplan-energy.com/images/stories/kaplan/notice%20e-stocker%2C%20kaplan%20energy.pdf

et voilà ce que j'y trouve d'intéressant :
chaleur massique 2000 J/kg/K, 2 fois moins que l'eau on est d'accord ;
mais ce qui m'intéresse est le gain de place
On nous promet une densité énergétique volumique 13 fois plus importante que l'eau. Cela signifie que les fameuses capsules sont plus denses que l'eau, environ 27 fois plus si je ne me plante pas.
Chaque "boulet" de 32 cm3 devrait donc peser 864g. Un petit kg, donc pour le côté pratique c'est bien ça, c'est facile à manipuler.

J'ai pas d'actions là-bas, hein, mais je trouve ça intéressant. Bon pour le pas cher je ne sais pas ce qu'il en est, les tarifs ne sont pas sur le site.

C'est là que je tilte ... 27 fois plus lourd que l'eau, je ne suis pas certain que ce soit possible. Le plomb, c'est 11 fois (à conditions standard de température et de pression), le plus lourd que je trouve, c'est l'iridium 22 fois et quelques autres trucs bizarres en -ium. Enfin, si jeune (et déjà) m'abuse.

arafolie a écrit:

heu ... ce serait pas plutôt le changement de phase de solide à liquide qui intéresse ?
parce que de liquide à gazeux, le changement de volume, va nettement dérégler la température d'ébullition et du coup, on se retrouve avec des problèmes de perméabilité en plus.

Pourquoi se limiter?

Pour la question du changement de volume, je ne pense pas que ce soit réellement un problème. J'imagine qu'il doit se former un équilibre plus ou moins dynamique: je suppose qu'on progresse sur la ligne gaz-liquide du diagramme de changement de phase, la pression augmente, ce qui retarde le passage du reste de liquide au gazeux, sauf si la température augmente encore. Mais en fait, en tout cas dans les caloducs, on n'est pas en présence d'un corps simple, mais d'un composé air-eau, ce qui signifie qu'il faut considérer non plus la pression globale mais la pression partielle ... et ...euh, je dois avouer que là on arrive au limites de ce dont je me souviens de mes cours de physique de prépa, déjà que je n'étais pas très bon dans ces trucs là à l'époque . Mais dans les faits ça marche . Comme caloduc, en tout cas, dont le principe est d'absorber rapidement une quantité importante de chaleur à une de ses extrémités. Comme stockage de chaleur, ça vaudrait peut-être le coup d'essayer.

Les caloducs, comme leur nom l'indique bien, ne sont pas un systeme de stockage de chaleur, mais un system de transport de chaleur. Ils permettent le transfer de la chaleur du µp ou du proc graphique (ou autre) du composant qui a une petite surface vers une plus grande surface d'échange.
Donc le systéme de caloduc peux servirce pour transporter la chaleur entre les panneaux solaire et le ballon d'eaux chaudes.

LAF ! ! ... !

Calcoran a écrit:

C'est là que je tilte ... 27 fois plus lourd que l'eau, je ne suis pas certain que ce soit possible. Le plomb, c'est 11 fois (à conditions standard de température et de pression), le plus lourd que je trouve, c'est l'iridium 22 fois et quelques autres trucs bizarres en -ium. Enfin, si jeune (et déjà) m'abuse.

mon calcul est complètement faux car j'ai travaillé uniquement sur la donnée dispo dans le document commercial (qui n'est pas un document scientifique) qui est la chaleur massique ; or c'est la chaleur latente qui nous intéresse dans ce matériau à changement de phase
un coup de téléphone à l'entreprise m'a confirmé que la masse volumique du matériau n'est pas égale à 27 fois celle de l'eau mais étant donné que des "détails" comme la valeur de la chaleur latente permettraient aux concurrents de faire du reverse engineering pour remonter à la composition des capsules de stockage, on n'en saura pas plus

toujours pas convaincu de l'intérêt de la chose ?

Si, bien entendu; mais cette solution étant exposée, la suite logique est d'en trouver d'autres... C'est plus marrant que de parler d'un produit qui est déjà connu.

Par contre essayer celles-ci serait très intéressant.
Le palier entre 55 et 60°C est très bien placé, c'est optimal. Réellement bien pensé, ce truc.

résumons l'intérêt de la chose

pour élever la température d'1 unité de poids de ce matériau de 1° autour de 55/60°, il absorbe 13 calories pour changer de phase ?

contre 2 calories pour la même unité de poids pour l'eau à la transition liquide /vapeur ?

c'est donc une méga brique réfractaire en terme d'accumulation de température. Avec un effet lissant car le pallier d'absorption écrête la montée en température et donc le risque de passer en mode vapeur (Pb de tenue en pression etc etc)

et surtout inversement, le matériau rendra 13 calories par unité de poids pour repasser de 55/60° à moins lors du changement de phase inverse (que l'on imagine de liquide vers solide)

Cela est donc calibré pour du chauffage d'eau sanitaire.

chabizar a écrit:

y a vraiment personne à part moi pour trouver un intérêt aux capsules de M. Kaplan ???

Si si, j'ai transmis hier le site de M. Kaplan à un ami plombier qui s'interesse aux économies d'énergie, (note que je n'ai pas mis de ;-), je l'ai vraiment fait).
Pour ma part, je n'en suis pas encore au chauffe eau solaire, pour l'instant j'isole la maison, après on raffinera. Je n'ai aucune idée du prix de ces capsules et ne suis pas trop du genre à "faire le premier pas" avec des comerciaux. Me voila donc dans ma posture attentiste habituelle, après l'inertie thermique, l'inertie tout court.

En revanche ta remarque lue ce matin m'a titillé et fait penser à une application toute bête de cette capsule: l'augmentation de l'autonomie du thermos d'eau chaude pour le biberon de mon petit quand nous partons en balade. Allez, je lui demande une capsule échantillon pour tester ... je parts avec de l'au chaude de bordeaux en vélo pour t'offrir un thé à ton magasin quelques jours plus tard, earl-grey ? jasmin ? ;-).

arafolie a écrit:

résumons l'intérêt de la chose

pour élever la température d'1 unité de poids de ce matériau de 1° autour de 55/60°, il absorbe 13 calories pour changer de phase ?

contre 2 calories pour la même unité de poids pour l'eau à la transition liquide /vapeur ?

non on ne peut hélas pas tirer des conclusions aussi précises, le malheureux gars au téléph je lui ai filé un bon coup de stress car il a déjà eu affaire à des concurrents tentant de lui tirer les vers du nez en se faisant passer pour des clients, donc c'est pas tout à fait "open" pour les détails techniques

on peut raisonnablement supposer tout de même que la "densité énergétique volumique 13 fois sup à celle de l'eau" se réfère à la chaleur latente de la capsule à changement de phase, car elle sert à stabiliser la temp. du ballon d'ECS vers 55-60°, intéressant pour le rendement de l'échangeur car si la temp. du ballon ECS monte trop le rendement de récupération de l'énergie solaire va chuter
je ne crois pas que la chaleur massique du produit soit utilisée, ou alors en dernier recours quand ça chauffe vraiment beaucoup (une fois que tout le produit a changé d'état, la température monte si énergie dispo et là on sera en chaleur massique et non plus latente)

or en application ECS la capacité énergétique volumique de l'eau est la chaleur massique cette fois et non pas la chaleur latente, car le doc situe toujours la comparaison dans le domaine du CESI donc à temp. de travail 55 à 65° (on n'atteint pas l'ébullition dans un ballon ECS heureusement pour les individus sous la douche !!)
donc la comparaison "13 fois plus" se situe peut-être entre la chaleur latente volumique du mélange secret d'une part (disons en J par cm3), et la capacité calorifique volumique de l'eau d'autre part (en J par cm3 et par degré)

arafolie a écrit:

et surtout inversement, le matériau rendra 13 calories par unité de poids pour repasser de 55/60° à moins lors du changement de phase inverse (que l'on imagine de liquide vers solide)

non non tu extrapoles, le doc n'est pas du tout aussi précis, le chiffre 13 ne renvoie pas du tout à ça ; il ne renvoie hélas à rien de précis