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Étude expérimentale d'un chauffe-eau solaire à vidange récupérée sous les conditions météorologiques nordiques

Dakhli, Malak (2014). Étude expérimentale d'un chauffe-eau solaire à vidange récupérée sous les conditions météorologiques nordiques. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Un chauffe-eau solaire domestique (CESD) à vidange récupérée constitué de 4,3 m² de collecteurs thermiques à plan vitré et d'un réservoir de 300 L a été installé et testé à Montréal. Une fois le banc d'essai calibré et installé, les mesures ont montré que la vitesse de recirculation de l'eau dans les tuyaux d'alimentation externe est supérieure à 90 cm/s, le temps nécessaire pour que les collecteurs et la tuyauterie se vidangent est de l'ordre de 90 s, et les pertes thermiques maximales dans la tuyauterie de retour externe représentent 11 % de l'énergie utile des collecteurs. Selon la norme CSA F379, ces résultats prouvent la fiabilité de la protection contre le gel d'un tel appareil. Par la suite, la performance journalière de ce système a été étudiée en vertu d'un protocole qui s'inspire des normes ISO 9459-2 et ASHRAE 95. Des prélèvements journaliers d'eau chaude domestique (ECD) ont été menés au cours de deux journées d'hiver claires et ensoleillées. La température de l'eau dans le réservoir a dépassé 50 °C malgré une température ambiante minimale de -18 °C. En utilisant un échangeur de chaleur ayant une efficacité de 89,4 %, au total, 91 L d'ECD ayant une température comprise entre 40 et 50 °C ont été obtenus. Cette quantité couvre ainsi 52 % de la demande quotidienne en ECD sur une demande journalière de base de 200 L à 40 °C. Un prélèvement nocturne d'ECD a été effectué aussi afin de simuler l'usage tardif de l'ECD. Ainsi, après une journée d'hiver claire et ensoleillée, 140 L d'eau à une température comprise entre 40 et 57 °C a été produite. 67 % de la demande a été ainsi couverte.

Comme le coût est l'un des principaux défis des CESDs, le coût d'un tel système a été comparé au coût d'un CESD référence avec glycol. Il a été constaté que le concept actuel est environ 2 400 $ moins cher en investissement initial. Ce type d'appareil demeure non rentable en raison du faible coût de l'électricité au Québec. Sa période de retour sur investissement dépasse 25 ans.

En suivant un protocole de réalisation inspiré des normes CSA F379, ISO 9459-2 et ASHRAE 95, cette étude a montré le potentiel du chauffe-eau solaire à vidange récupérée comme solution simple et moins coûteuse qui pourrait substituer les chauffe-eau solaires avec glycol.

Titre traduit

Experimental study of a drain-back solar water heater under northern climate conditions

Résumé traduit

A drain-back domestic solar water heater (DSWH) consisting of 4.3 m² of flat plate thermal collectors and of 300 L tank has been installed and tested in Montreal. Once the test bench was calibrated and installed, the measurements have shown that the water recirculation velocity in the external supply pipes exceeds 90 cm/s, the maximum collectors and pipes water draining time is around 90 s and the maximum heat losses in the external return pipes is 11 % of the useful collectors energy. According to the CSA F379 standard, these results prove the reliability of freezing protection of such apparatus. Thereafter, the daily performance of this system has been studied under a protocol which is based on ISO 9459-2 and ASHRAE 95 standards. Daily domestic hot water (DHW) withdrawals were conducted during two clear and sunny winter days. The tank water temperature exceeded 50 °C despite a minimum ambient temperature of -18 °C. By using a heat exchanger with an efficiency of 89,4 %, a total of 91 L of DHW having a temperature between 40 and 50 °C have been obtained. This quantity, thus, covers 52 % of the daily load of DHW on a daily basis request of 200 L at 40 °C. Night DHW withdrawal was carried out as well in order to simulate the late usage of DHW. So after a clear and sunny winter day, 140 L at a temperature between 40 and 57 °C was produced. Thus, 67 % of the demand was covered.

Since the cost is one of the main challenges of DSWHs, the cost of such system has been compared to the cost of a reference glycol DSWH. It has been found that the present concept involves a 2 400 $ cheaper initial investment. Nevertheless, this type of apparatus remains non-cost effective because of the low electricity cost in Quebec. Its payback time exceeds 25 years.

By following a realization protocol inspired from CSA F379, ISO 9459-2 and ASHRAE 95 standards, this study showed the potential of the drain-back solar water heater as simpler and less expensive solution that could replace glycol solar water heaters.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie, concentration énergies renouvelables et efficacité énergétique". Bibliographie : pages 137-140.
Mots-clés libres: Chauffe-eau solaires Conditions par temps froid. Chauffe-eau solaires Économies d'énergie. domestique, glycol, vidangeable, chauffe-eau solaire domestique, gel, surchauffe, glycol, vidange récupérée
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Rousse, Daniel R.
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Moreau, Alain
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 09 sept. 2014 20:24
Dernière modification: 13 mars 2017 23:23
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1351

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