Qu’est-ce qu’un réservoir d’accumulation de chaleur ?
Un réservoir d’accumulation de chaleur est un dispositif qui stocke l’énergie thermique sous forme d’eau chaude ou d’un autre fluide caloporteur en vue d’une utilisation ultérieure. L’objectif principal d’un réservoir d’accumulation de chaleur est de combler le fossé entre l’offre et la demande de chaleur, ce qui permet un fonctionnement plus efficace et plus souple des systèmes de chauffage. Il s’agit d’un composant essentiel dans de nombreux systèmes de chauffage, en particulier ceux qui utilisent des sources d’énergie renouvelables, dont l’approvisionnement en chaleur est intermittent ou dont la demande de chaleur est intermittente. La physique qui sous-tend le stockage de la chaleur dans les réservoirs d’accumulation fait appel aux principes de la thermodynamique et du transfert de chaleur.
Physique du stockage de la chaleur dans les réservoirs d’accumulateurs
Stockage de chaleur sensible :
- Les réservoirs accumulateurs stockent principalement la chaleur sous forme de chaleur sensible, c’est-à-dire l’énergie thermique qui provoque un changement de température d’une substance sans en modifier la phase.
- La quantité de chaleur stockée dans un réservoir d’accumulation dépend de la masse du fluide de stockage (généralement de l’eau), de sa capacité thermique spécifique et de la différence de température entre l’eau stockée et le milieu environnant.
- La capacité de stockage de chaleur d’un réservoir peut être calculée à l’aide de la formule suivante : Q = m × c × ΔT, où Q est la chaleur stockée (en joules), m est la masse du fluide de stockage (en kilogrammes), c est la capacité thermique spécifique du fluide (en joules par kilogramme par kelvin), et ΔT est la différence de température (en kelvins).
Comment les réservoirs d’accumulation optimisent le stockage de la chaleur
Les réservoirs d’accumulation de chaleur jouent un rôle crucial en équilibrant le décalage entre l’offre et la demande de chaleur, ce qui permet aux systèmes de chauffage de fonctionner de manière plus efficace et efficiente. Ceci est particulièrement important dans les systèmes qui dépendent de sources de chaleur intermittentes ou variables, ou qui ont une demande de chaleur intermittente ou variable. Voici comment les réservoirs d’accumulation contribuent à équilibrer l’offre et la demande de chaleur :
Stocker l’excès de chaleur :
- Lorsque l’apport de chaleur dépasse la demande immédiate, l’excédent de chaleur est stocké dans le réservoir d’accumulation.
- Par exemple, dans un système solaire thermique, les capteurs solaires peuvent produire plus de chaleur pendant les heures d’ensoleillement maximum que nécessaire pour une utilisation immédiate.
- Au lieu de gaspiller cette chaleur excédentaire, elle est transférée dans le réservoir d’accumulation, où elle est stockée sous forme d’eau chaude ou de fluide caloporteur.
- La chaleur stockée peut alors être utilisée plus tard lorsque la demande de chaleur augmente ou lorsque la source de chaleur n’est pas disponible.
Répondre à la demande de pointe :
- Les réservoirs d’accumulation permettent de répondre aux pics de demande de chaleur en fournissant une réserve d’énergie thermique stockée.
- Pendant les périodes de forte demande de chaleur, comme les jours d’hiver froids ou les heures d’occupation maximale d’un bâtiment, la chaleur stockée dans le réservoir d’accumulation peut être rapidement libérée pour compléter l’approvisionnement en chaleur.
- Cela réduit la pression sur la source de chaleur principale, telle qu’une chaudière ou une pompe à chaleur, et lui permet de fonctionner à un rythme plus régulier et plus efficace.
Optimiser le fonctionnement des sources de chaleur :
- En découplant l’approvisionnement en chaleur de la demande immédiate, les réservoirs d’accumulation permettent aux sources de chaleur de fonctionner à leurs points d’efficacité optimaux.
- Par exemple, les pompes à chaleur ont généralement des coefficients de performance (COP) plus élevés lorsqu’elles fonctionnent à des températures plus basses et en régime permanent.
- Avec un réservoir d’accumulation, la pompe à chaleur peut charger le réservoir pendant les heures creuses ou lorsque les conditions ambiantes sont favorables, en fonctionnant à ses réglages les plus efficaces.
- La chaleur stockée est alors utilisée pour répondre à la demande de chaleur, tandis que la pompe à chaleur peut rester éteinte ou fonctionner à une capacité réduite, ce qui améliore son efficacité globale.
Réduction des cycles et de l’usure :
- Les cycles fréquents d’allumage et d’extinction des sources de chaleur, telles que les chaudières ou les pompes à chaleur, peuvent réduire leur efficacité et augmenter l’usure de l’équipement.
- En stockant la chaleur dans un réservoir d’accumulation, la source de chaleur peut fonctionner pendant des périodes plus longues et plus continues, ce qui réduit le nombre de cycles de démarrage et d’arrêt.
- Cela permet non seulement d’améliorer l’efficacité de la source de chaleur, mais aussi de prolonger sa durée de vie et de réduire les besoins d’entretien.
Permettre la flexibilité dans la production de chaleur :
- Les réservoirs d’accumulation offrent une certaine souplesse dans la production de chaleur en permettant de produire et de stocker la chaleur au moment le plus opportun ou le plus rentable.
- Par exemple, dans un système avec des tarifs d’électricité en fonction de l’heure de consommation, une pompe à chaleur peut être programmée pour charger le réservoir d’accumulation pendant les heures creuses, lorsque les prix de l’électricité sont plus bas.
- La chaleur stockée peut alors être utilisée pendant les heures de pointe, ce qui réduit les coûts d’exploitation globaux du système de chauffage.
Intégration de plusieurs sources de chaleur :
- Les réservoirs d’accumulation peuvent faciliter l’intégration de plusieurs sources de chaleur dans un seul système de chauffage.
- Par exemple, un système peut combiner des capteurs solaires thermiques, une pompe à chaleur et une chaudière d’appoint.
- Le réservoir d’accumulation joue le rôle de plaque tournante, stockant la chaleur de toutes les sources disponibles et la distribuant selon les besoins.
- Cela permet une utilisation optimale de chaque source de chaleur en fonction de sa disponibilité, de son efficacité et de son coût, ce qui se traduit par un système de chauffage plus fiable et plus rentable.
Intégration de plusieurs sources de chaleur :
- Les réservoirs d’accumulation peuvent faciliter l’intégration de plusieurs sources de chaleur dans un seul système de chauffage.
- Par exemple, un système peut combiner des capteurs solaires thermiques, une pompe à chaleur et une chaudière d’appoint.
- Le réservoir d’accumulation joue le rôle de plaque tournante, stockant la chaleur de toutes les sources disponibles et la distribuant selon les besoins.
- Cela permet une utilisation optimale de chaque source de chaleur en fonction de sa disponibilité, de son efficacité et de son coût, ce qui se traduit par un système de chauffage plus fiable et plus rentable.