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Commercial Closed-Loop Solar Hot Water System Buffer Guide | SOLETKS
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Conception d'un système solaire thermique en circuit fermé

Système solaire commercial de production d'eau chaude à circuit fermé avec réservoir tampon thermique

Protégez le champ de capteurs à l'aide d'un circuit de transfert thermique indépendant, puis utilisez un accumulateur thermique pour stabiliser la chaleur solaire avant que le système d'appoint ne prenne le relais pour couvrir la charge.

Aperçu du contrôle de la mémoire tampon
Gamme de glycols30-50%climats froids
Approcher la cible5-10 °Cgrille d'échangeur de chaleur
Tampon traité5 000 Ldirection de départ
Gamme professionnelle45-70 °Cprojets liés à l'eau chaude

Par Équipe d'ingénieurs de SOLETKS, le groupe chargé des applications solaires thermiques qui élabore des recommandations relatives aux circuits de capteurs, au stockage et aux systèmes de régulation pour les projets commerciaux de production d'eau chaude.

A système solaire commercial de production d'eau chaude à circuit fermé C'est la solution par défaut la plus sûre lorsque le champ de capteurs est exposé au gel, à une eau dure, à une forte exposition sur le toit ou à une obligation de séparation de l'eau potable. Le circuit de capteurs utilise un fluide caloporteur, une station de pompage, un vase d'expansion, des dispositifs de régulation et un échangeur de chaleur pour acheminer la chaleur solaire vers un ballon ou un réservoir tampon sans faire passer l'eau potable par les capteurs installés sur le toit.

L'acheteur doit déterminer la capacité du ballon en fonction de la charge quotidienne, de la consommation de pointe, du débit du capteur, du point de consigne du chauffage d'appoint et de l'espace nécessaire pour l'entretien, et non pas uniquement en fonction du prix du ballon. Utilisez les SOLETKS’ Système solaire de production d'eau chaude à usage commercial / industriel page dédiée aux charges spécifiques aux hôtels, hôpitaux, écoles, usines et blanchisseries. Utilisez le Systèmes solaires de chauffage de l'eau catégorie lors de la comparaison des types de systèmes et des plages de températures de fonctionnement.

Commercial solar hot water project image for closed-loop thermal buffer planning
Référence relative au projet d'approvisionnement en eau chaude des hôtels de l'APEC : un contexte utile pour les réserves commerciales, le chauffage d'appoint et la planification de la reprise des activités.
Réponse relative à la conception

Réponse relative à la conception en boucle fermée

Utiliser un système en boucle fermée lorsque le site présente un risque de gel, des problèmes de tartre, des besoins en matière de séparation de pression, ou lorsque le propriétaire du bâtiment souhaite disposer d'un accès pour l'entretien planifié. N'utilisez les systèmes directs que dans des installations situées dans des régions chaudes et à faible risque, où la qualité de l'eau, la protection contre le gel et la réglementation locale autorisent l'utilisation d'eau potable dans la boucle de toiture.

Une conception en boucle fermée protège le champ de capteurs et le circuit d'eau potable en séparant le circuit de transfert thermique de l'eau destinée à la consommation. La boucle du capteur absorbe la chaleur et la transfère via un échangeur thermique. Le ballon tampon stocke la chaleur afin que les prélèvements de courte durée n'obligent pas le chauffage d'appoint à se mettre en marche toutes les quelques minutes.

C'est important car le cyclage entraîne un gaspillage d'énergie et sollicite excessivement les pompes, les vannes et les chauffe-eau. Le ballon tampon permet également de stabiliser la température de distribution par temps nuageux, car la chaleur stockée comble l'écart entre l'apport solaire variable et la demande des utilisateurs.

Note de source : SOLETKS décrit la circulation en boucle fermée, le liquide antigel, les échangeurs de chaleur, l'isolation, les chaudières de secours, les pompes à chaleur et les températures habituelles de l'eau chaude dans les locaux commerciaux, qui sont de 45 à 70 °C pour les projets commerciaux.
Dimensionnement du tampon thermique

Calcul du dimensionnement d'un tampon thermique

Le dimensionnement d'un réservoir tampon doit partir d'un objectif d'énergie récupérable plutôt que d'un catalogue de réservoirs. Cet exemple pratique utilise la formule standard de chauffage de l'eau et une logique de conception préliminaire du réservoir tampon ; la taille finale du réservoir doit être adaptée au profil de charge réel et à la régulation du chauffage d'appoint.

Exemple de saisie

  • Charge commerciale : 6 000 L/jour
  • Arrivée d'eau froide : 12 °C
  • Stockage cible : 55 °C
  • Hausse de la température : 43 °C
  • Objectif de part d'énergie solaire : 45%
  • Chaleur de réserve utile : 2,8 kWh aux 100 litres
1

Besoins quotidiens en chauffage

6,000 x 43 x 4.186 / 3600300 kWh/jour
2

Objectif en matière de chauffage solaire

300 x 45%135 kWh/jour
3

Volume du tampon

135 / 2.8 x 1004 821 L
4

Point de départ de l'appel d'offres

tour de sélection des chars5 000 L
Recommendation: commencer par un 5 000 L direction de la zone tampon, puis vérifiez que le volume est adapté à la plus grande fenêtre de prélèvement du bâtiment, aux limites de hauteur du réservoir, à la largeur des portes et à la capacité de l’échangeur thermique. Si le système de secours se déclenche à 50 degrés C et la date de livraison prévue est le 55 °C, la couche solaire exploitable est plus petite.
Circuit de chauffage séparé

Échangeurs thermiques et choix des fluides

L'échangeur de chaleur préserve la qualité de l'eau potable et permet d'utiliser, dans le circuit du capteur, un fluide caloporteur spécialement sélectionné à cet effet. Les valeurs ci-dessous doivent être considérées comme des fourchettes indicatives ; la concentration finale en glycol, la composition de l'additif inhibiteur et les réglages de pression doivent respecter les recommandations du fournisseur du fluide, la température locale de gel et la documentation relative à l'équipement.

Champ de capteurs solaires
Circuit de glycol et station de pompage
Échangeur de chaleur
Réservoir tampon thermique
Chauffage d'appoint jusqu'à la consigne finale

Circuit en boucle fermée : le fluide du capteur reste séparé de l'eau potable, tandis que le ballon tampon stocke la chaleur solaire utilisable avant le chauffage final.

Point à trancherGamme technique typePourquoi est-ce important ?
Mélange à base de propylène glycol30-50% en volume dans les climats où il gèleUne teneur plus élevée en glycol protège contre le gel, mais augmente la viscosité et la puissance requise par la pompe.
Pression dans la boucle du collecteurSpécifique au projet, inférieure à la pression nominale de l'équipementLa surpression déclenche les soupapes de sécurité, car le fluide se dilate lorsqu'il se réchauffe.
Température d'entrée de l'échangeur de chaleurPlage cible de 5 à 10 °CUn écart important réduit la température utile du réservoir et augmente la chaleur de secours.
Volume du vase d'expansionDimensionné en fonction du volume total de la boucle et de l'élévation de températureUne expansion insuffisante entraîne des variations de pression pendant la phase de stagnation.
Planification des interventions sur les circuits de fluidesEffectuer un prélèvement tous les 12 mois ; remplacer au bout de 3 à 5 ans lorsque le produit est épuiséLa chaleur dégrade les inhibiteurs, ce qui entraîne un risque de corrosion.
La réserve en tant qu'actif de contrôle

Cycle de vie des tampons et matrice de contrôle

Le réservoir tampon est un élément de régulation, et non pas simplement un récipient de stockage. Pour l'entretien final, consultez les manuels fournis concernant le réservoir, la pompe, la vanne et le fluide. Le guide de référence de SOLETKS sur l'eau chaude dans les hôtels du Sommet de l'APEC est publié sous la forme d'un 50 tonnes/jour sauvegarde du système 150 000 kWh par an et réduire les émissions de CO₂ de 74 tonnes.

Fluide caloporteur

Effectuer un contrôle tous les 12 mois ; prévoir un délai de 3 à 5 ans pour le renouvellement des fluides lorsque les inhibiteurs sont épuisés.

Réservoir d'expansion

Vérifiez la pression tous les 12 mois. Une précharge incorrecte provoque le déclenchement de la soupape de sécurité et l'entrée d'air.

Échangeur de chaleur à plaques

Vérifiez la température d'entrée tous les 12 mois. L'encrassement fait baisser la température du réservoir.

Station de pompage

Vérifiez le niveau sonore, le débit et les joints tous les 6 mois. Un faible débit entraîne une augmentation de la température du collecteur.

Isolation des réservoirs

Vérifiez chaque année la température de surface. Les déperditions thermiques entraînent une augmentation de la consommation d'énergie de secours pendant la nuit.

Commandes et capteurs

Comparez les mesures tous les six mois. La dérive entraîne le démarrage des pompes à une différence de température incorrecte.

Commercial solar hot water equipment image for closed-loop buffer system planning
Les équipements commerciaux de production d'eau chaude doivent être définis comme un ensemble comprenant : le champ de capteurs, le ballon de stockage, le système d'appoint et les dispositifs de régulation.
Flat plate solar collector for closed-loop solar thermal water heating
La température de fonctionnement du collecteur influe sur le rendement, la puissance de la pompe à glycol et le comportement de récupération du tampon.
Centralized solar thermal collector field for large commercial hot-water and heating projects
Pour les grands parcs, il est nécessaire de prévoir les pressions, l'extension et la gestion de la stagnation avant de fixer définitivement le nombre de capteurs.
Fiabilité des véhicules hybrides

Intégration d'un système de chauffage d'appoint

Le chauffage d'appoint doit être activé après le ballon tampon solaire, de manière à ce que le préchauffage solaire soit utilisé avant le combustible ou l'électricité. La séquence habituelle est la suivante : circuit des capteurs vers le ballon tampon, ballon tampon vers le stockage final ou la distribution, puis chauffage d'appoint jusqu'à la température finale.

Ce fonctionnement garantit la fiabilité du système, car les utilisateurs bénéficient d'une eau à la température de consigne requise même lorsque l'apport solaire est faible. Il empêche également le chauffage d'appoint de surchauffer le ballon tampon pendant les heures d'ensoleillement, ce qui réduirait le rendement des capteurs, ceux-ci fonctionnant moins efficacement lorsque la température d'entrée est élevée.

Définir la logique de commande avec au moins 2 les capteurs du ballon, les valeurs de départ et de retour du collecteur, la température d'activation du système d'appoint et la température maximale du ballon. Dans les grands bâtiments, ajoutez l'enregistrement des tendances pour 30 jours après la mise en service.
Dossier de conformité

Normes et documentation

L'appel d'offres doit préciser les normes applicables aux collecteurs, aux limites du réseau d'eau potable, aux récipients sous pression et aux dispositifs de contrôle. La liste des matériaux de qualité de SOLETKS mentionne les systèmes de gestion ISO, les certifications CE, TÜV et UL, ainsi que la documentation relative aux produits ; les documents du projet doivent établir un lien entre chaque certificat et le périmètre exact de la fourniture.

Norme ou certificatFonctionnement dans un système en boucle ferméeRègle relative aux appels d'offres
ISO 9806:2017Rendement des capteurs solaires thermiquesDemander les éléments de preuve relatifs aux essais du modèle de collecteur.
ISO 9001Gestion de la qualité des fournisseursUtilisez-le pour la qualification des processus de fabrication.
ISO 14001Gestion de l'environnementÀ utiliser lorsque le service des achats évalue les systèmes des fournisseurs.
ISO 45001Gestion de la santé et de la sécurité au travailUtilisez-le pour la qualification des systèmes des fournisseurs.
UL 508ATableau de commande industrielÀ utiliser lorsque le tableau de commande doit être conforme aux exigences nord-américaines.
ASME BPVCChamp d'application des récipients sous pression ou des chaudièresUtilisez-le lorsque des réservoirs, des échangeurs de chaleur ou des chaudières sont soumis à des réglementations en matière de pression.
NSF/ANSI 61Matériaux en contact avec l'eau potableÀ utiliser lorsque la réglementation locale relative à l'eau potable impose l'utilisation des matériaux mentionnés.
Ensemble de données pour l'appel d'offres

Données à fournir pour les appels d'offres SOLETKS

Un appel d'offres portant sur un système en boucle fermée doit inclure la charge thermique et les contraintes liées au local technique. SOLETKS propose une aide au dimensionnement des projets ainsi que des coordonnées pour toute demande d'informations concernant les systèmes solaires thermiques à usage commercial.

Type de bâtiment et ville.
Volume quotidien d'eau chaude en L/jour ou m³/jour.
Température d'entrée de l'eau froide et température de sortie souhaitée.
Calendrier des pics de demande et temps de récupération nécessaire.
Définir la température de conception et l'emplacement du capteur.
Surface du toit ou du sol, inclinaison, orientation et ombrage.
Type de capteur souhaité : à plaques planes, à tubes sous vide, à caloducs ou mixte.
Emplacement du réservoir tampon, diamètre maximal du réservoir et hauteur de la pièce.
Système de secours et consigne actuels.
Normes requises et libellé des documents.

Pour les projets d'ingénierie, utilisez le Assurance qualité SOLETKS page permettant de formuler les demandes de certificat, puis envoyer le dossier du projet via le Page de contact de SOLETKS.

Verrouillage des spécifications

Liste de contrôle des spécifications

Le cahier des charges définitif doit regrouper la boucle du collecteur, l'échangeur de chaleur, le réservoir tampon, le chauffage d'appoint et la logique de commande au sein d'une seule et même base de conception. Joignez cette liste de contrôle à chaque devis afin que les réponses des fournisseurs restent comparables.

ArticleConfiguration minimale requise
Boucle de collecteType de fluide, pourcentage de glycol, pression dans la boucle, station de pompage
Échangeur de chaleurPuissance en kW, température d'entrée, matériau, accès pour le nettoyage
cURL Too many subrequests.Volume en litres, isolation, pression nominale, raccords pour capteurs
Intégration de la sauvegardeChaudière, pompe à chaleur, radiateur électrique ou raccordement à une installation existante
CommandesCommande différentielle, activation de secours, limite haute, mode antigel
SécuritéVase d'expansion, soupape de sécurité, séparateur d'air, points de vidange et de remplissage
MaintenanceOrifice de prélèvement d'échantillon de fluide, accès à la pompe, vannes d'isolement de l'échangeur
DocumentsFiche technique, schéma hydraulique, schéma électrique, certificats
FAQ

Frequently Asked Questions

Un système solaire de production d'eau chaude à circuit fermé est-il nécessaire dans les régions au climat froid ?
Un système solaire de production d'eau chaude à circuit fermé constitue la solution la plus sûre dans les régions où il gèle, car le circuit du capteur utilise un fluide caloporteur au lieu de laisser l'eau potable exposée dans les canalisations situées sur le toit. La proportion exacte de glycol dépend de la température de conception locale, mais l'appel d'offres doit préciser la température de gel et la fréquence d'entretien.
Le tampon thermique remplace-t-il le chauffage d'appoint ?
Le ballon tampon thermique ne remplace pas le chauffage d'appoint ; il stocke la chaleur solaire et réduit les cycles courts avant le chauffage final. Les bâtiments commerciaux ont toujours besoin d'une chaudière, d'une pompe à chaleur ou d'un système d'appoint électrique pour faire face aux jours nuageux, à la consommation nocturne, aux consignes d'hygiène et aux pics de demande.
Quel est le pourcentage de glycol recommandé pour une boucle de refroidissement industrielle ?
Le pourcentage de glycol approprié est déterminé en fonction de la température de conception de gel du site et du tableau fourni par le fournisseur de fluide. A 30-50% L'utilisation de propylène glycol est courante dans les circuits solaires exposés au risque de gel, mais une concentration plus élevée en glycol augmente la viscosité et la puissance requise par la pompe.
Quel type d'échangeur de chaleur convient aux installations solaires thermiques à usage professionnel ?
Un échangeur de chaleur à plaques convient à de nombreux projets commerciaux en circuit fermé, car il offre une surface d'échange compacte et un accès facile pour l'entretien. Les serpentins intégrés au réservoir permettent de réduire le nombre de composants externes, mais limitent les possibilités d'entretien dans certaines configurations. Précisez la puissance en kW, la différence de température, la pression nominale, le matériau et l'accès pour le nettoyage.

Sources

  1. Pages des catégories « Eau chaude sanitaire » et « Systèmes » de SOLETKS : Système solaire de production d'eau chaude à usage commercial / industriel et Systèmes solaires de chauffage de l'eau.
  2. Le calcul de la production d'eau chaude repose sur la formule standard suivante : volume d'eau × élévation de température × 4,186 / 3 600.
  3. ASTM D1384, ISO 9806:2017, et UL 508A Les références sont liées à partir du fichier Markdown source.
  4. SOLETKS a publié une étude de cas sur le projet d'approvisionnement en eau chaude des hôtels lors du sommet de l'APEC : 50 tonnes/jour, 150 000 kWh d'économies annuelles et 74 tonnes de réduction des émissions de CO₂.
  5. SOLETKS assurance qualité et contact pages.

Précisez le circuit fermé avant de choisir le réservoir

Veuillez transmettre à SOLETKS la charge, la température de conception de congélation, la configuration du toit, les limites de la salle de stockage tampon, le point de consigne de secours et les normes applicables afin que la boucle de capteurs, l'échangeur, le réservoir tampon et les commandes soient dimensionnés de manière coordonnée.