Stratification d’un ballon de stockage thermique
En quelques mots
EOLIOS Ingénierie a conçu un système de stockage thermique par inertie permettant de valoriser la chaleur fatale de pompe à chaleur.
Stratification d’un ballon de stockage thermique
Année
2021
Client
NC
Localisation
Nantes
Typologie
Process Industriel
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Etude CFD d'un ballon de stockage thermique
Association avec une pompe à chaleur :
Dans le cadre de la conception d’un système de stockage thermique à inertie les équipes d’EOLIOS ingénierie ont pu optimiser par simulation CFD un ballon de stockage à eau chaude. L’objectif de l’étude était dans un premier temps d’étudier un cycle complet de stockage/déstockage de l’eau produite par un système de récupération d’énergie provenant d’un groupe froid. À partir des caractéristiques techniques de la source de production de chaleur, les temps de chargements/vidange ont pu être établis en fonction de différent volume tampon stocké.
Qu'est ce que la thermocline dans ballon de stockage d'eau chaude ?
La thermocline est une couche de l‘eau qui se trouve à une certaine profondeur et qui a une température différente de l‘eau située en dessus et en dessous. Dans un ballon d‘eau chaude, la thermocline se forme entre l‘eau chaude en haut et l’eau plus froide en bas. Il s’agit d’une couche invisible qui sépare les deux couches d’eau selon leur température.
Pourquoi c'est important dans le dimensionnement du stockage thermique ?
La thermocline est importante pour le stockage thermique car elle permet de maintenir la température de l‘eau chaude plus longtemps. L‘objectif est un stockage hétérogène pour optimiser le déphasage. Si cette couche est perturbée, alors la stratification thermique n’est pas parfaite, cela peut entraîner des pertes de chaleur et une consommation d’énergie inutile. L’optimisation du ballon thermique permet également à la pompe à chaleur de fonctionner plus efficacement et de produire plus de chaleur à moindre coût.
Pourquoi intégrer des paliers de stockage dans un ballon d'eau chaude ?
Les paliers limitant le brassage de l‘eau sont importants dans un ballon de stockage thermique car ils empêchent la formation d‘une couche chaude et froide distincte. Cela permet d‘améliorer l‘efficacité de la pompe à chaleur en réduisant les pertes de chaleur et en maintenant la température de l‘eau à un niveau optimal. Les paliers limitant le brassage de l’eau doivent être conçus en fonction de la vitesse de chargement du ballon. Plus le temps entre cycle est réduit, plus les paliers doivent être petits pour empêcher la formation de couches homogènes de chaleur. Les paliers doivent également être conçus en fonction du type de pompe à chaleur utilisée, car certaines pompes à chaleur peuvent nécessiter des paliers plus larges que d’autres.
Comment les ballons de stockage thermique peuvent être utilisés pour optimiser le rendement d'une pompe à chaleur ?
Le déphasage est une technique qui permet de réguler le flux de chaleur entre le ballon de stockage thermique et la source thermique. Cette méthode consiste à contrôler la durée et l‘intensité à laquelle l‘eau chaude est pompée du ballon pour maintenir la température à un niveau optimal. Ce processus permet de réduire la consommation d’énergie et de maximiser le rendement de la pompe à chaleur.
Le stockage thermique peut être utilisé pour optimiser l‘efficacité d‘une pompe à chaleur en permettant à l‘eau chaude de stocker de la chaleur plus longtemps. Cela permet à la pompe à chaleur de fonctionner plus efficacement et de produire plus de chaleur à moindre coût. De plus, le stockage thermique peut réduire les pics de consommation d‘énergie, de permettre à l‘utilisateur de bénéficier de tarifs plus avantageux et de valoriser la chaleur fatale.
Optimisation du stockage thermique par la simulation CFD
À partir de ces premiers éléments dimensionnant, EOLIOS Ingénierie a réalisé des simulations CFD transitoires du cycle de chargement déchargement du ballon. Ces études dans le temps, ont permis de connaître les températures d’eau extraite du ballon de manière à optimiser les pompes à chaleur Air/Eau alimentées par les ballons de stockage. Enfin la conception de la cuve s’est vue optimisée par la mise en œuvre de plateaux favorisant la stratification thermique dans le ballon, puis par la conception d’un organe de transfert imaginé par les équipes d’EOLIOS. Ce système favorisant la stratification fait l’objet d’un dépôt de brevet par les équipes d’EOLIOS.
Conception et dimensionnement de système de stockage basés sur la stratification thermique
Synthèse vidéo de l'étude
La thermocline est une couche invisible dans un ballon d‘eau chaude qui sépare les couches d‘eau selon leur température. Elle est importante pour le stockage thermique car elle permet de maintenir la température de l‘eau chaude plus longtemps et de réguler la température pour une consommation d‘énergie plus efficiente. Le stockage thermique peut également être utilisé pour optimiser le rendement d’une pompe à chaleur et pour réduire les pics de consommation d‘énergie. Le déphasage est une technique qui permet de réguler le flux de chaleur entre le ballon et la source thermique. La stratification thermique doit être parfaite afin d‘optimiser le rendement de la pompe à chaleur et de réduire les pertes de chaleur.
Ci-dessous, la synthèse vidéos des études qui ont permis la conception et l’optimisation d’un systèmes de stockage basé sur la chaleur fatale.
