L'accumulateur de glace


L'accumulateur de glace

Stockage de glace, la source d'énergie innovatrice pour pompes à chaleur

Un système d'accumulateur de glace est une alternative intéressante aux sondes ou aux capteurs géothermiques. Les pompes à chaleur tirent parti de la chaleur de l'air et du sol à des niveaux de température peu élevés et transforment cette chaleur par le processus du circuit de réfrigération en températures permettant de chauffer. Le concept nouveau de l'accumulateur de glace combine la chaleur de l'air et du sol et peut en outre utiliser le rayonnement solaire comme source de chaleur.

Le cœur du système d'accumulateur de glace est constitué par le réservoir de glace. Celui-ci sert de réservoir-tampon de sources primaires et est rempli d'eau, qui fait office de liquide de stockage thermique. La teneur énergétique de l'eau est limitée et s'élève à 1,163 Wh/(kg K). Autrement dit, en se refroidissant de 1 kelvin, un litre d'eau libère 1,63 Wh d'énergie. La pompe à chaleur extrait progressivement cette énergie de l'accumulateur de glace et refroidit l'eau à 0 °C. Le processus de gel qui a lieu si l'on continue à extraire de l'énergie est voulu, car le changement d'état de l'eau liquide devenant glace apporte un gain d'énergie supplémentaire. La température est certes constante à 0 °C, mais le processus libère 93 Wh/(kg K) d'énergie de cristallisation supplément-aires, qui peuvent être utilisés par la pompe à chaleur. Ceci correspond à la quantité d'énergie libérée lorsque l'eau refroidit et passe de 80 °C à 0 °C. La glace commence à se former tout autour de l'échangeur de chaleur d'extraction et continue à se propager de l'intérieur vers l'extérieur. Cette couche de glace apparaissant sur le tube plastique crée une résistance supplémentaire pour la conduction thermique du liquide de stockage vers le circuit de saumure de la pompe à chaleur. De par l'agencement des tubes d'échange de chaleur à l'intérieur de l'accumulateur de glace, la surface de ceux-ci augmente continuellement au fur et à mesure que la glace se forme.

L'augmentation de la surface du fait de la croissance de la glace et l'augmentation parallèle de la résistance thermique de conduction ont lieu à peu près dans les mêmes proportions. Si la surface plus importante permet d'absorber plus de chaleur, cette dernière est moins bien transmise à la saumure: ainsi, le flux thermique reste pratiquement constant.

La quantité d'énergie obtenue par les absorbeurs solaires non vitrés est rendue disponible par l'échangeur de chaleur de régénération et le liquide de stockage et réchauffe l'eau ou fait fondre la glace.

Outre la chaleur de l'absorbeur solaire non vitré, l'accumulateur de glace tire aussi parti de la chaleur du sol. Dès que la température de l'eau du réservoir tombe au-dessous de la température du sol avoisinant, l'eau du réservoir se réchauffe.
Même si le réservoir est gelé, il y a toujours un flux thermique provenant du sol, qui est utilisé comme source de chaleur.
Le rendement énergétique dépend de la nature du sol.

En été, à l'inverse, de la chaleur est rejetée dans le sol par la surface de l'accumulateur. Il se produit ainsi un effet de régulation automatique qui évite toute surchauffe du contenu du réservoir pendant la saison estivale.

Refroidir avec le système de réservoir de glace
Une possibilité judicieuse d'optimiser le système d'accumulateur de glace consiste à utiliser celui-ci pour réaliser une climatisation naturelle en été. Pour ce faire, on gèle entièrement le réservoir de glace à la fin de la période de chauffage en interrompant la régénération de l'accumulateur. La glace qui se forme alors peut servir de réservoir naturel d'eau de refroidissement. La chaleur est extraite du bâtiment par le biais de l'échangeur de chaleur d'extraction et transmise à l'accumulateur de glace. Ceci a pour effet de faire fondre la glace ou de réchauffer l'eau.

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