Comment calculer la constante de refroidissement ?

Calcul de la constante de refroidissement d’un ballon

La performance d’un ballon, qu’il s’agisse d’un ballon d’eau chaude sanitaire ou d’un ballon de stockage de chaleur, dépend de sa capacité à conserver la température de son contenu. Un facteur clé dans cette performance est la constante de refroidissement (Cr), qui permet d’évaluer la perte de chaleur quotidienne du ballon. Cet article détaille comment calculer cette constante, indispensable à l’analyse thermique et à la conception d’un système de stockage.

La constante de refroidissement, exprimée en Wh/(L·K·jour), mesure la quantité d’énergie thermique perdue par le ballon, par litre de volume, et par degré de différence de température en 24 heures. Elle est directement liée au coefficient de pertes thermiques UA (exprimé en W/K), qui représente la capacité de transmission thermique du ballon, et au volume du ballon (Vn, exprimé en litres).

La formule de calcul est simple et directe :

Cr = UA × 24 / Vn

Cette formule repose sur l’hypothèse d’une température constante d’ambiance et d’un transfert thermique linéaire sur 24 heures. En pratique, ces conditions idéalisées peuvent varier, mais cette formule offre un point de départ robuste pour évaluer la performance du ballon.

Décomposition des termes:

• UA (W/K) : Le coefficient de pertes thermiques est une grandeur clé. Il dépend de plusieurs paramètres : l’isolation du ballon, la qualité des matériaux de sa paroi, les pertes par convection et rayonnement vers l’environnement, ainsi que la nature des surfaces exposées. Une valeur plus faible d’UA indique un ballon plus performant en termes d’isolation.

• Vn (L) : Le volume du ballon en litres est un paramètre évident mais crucial. Plus le volume est important, plus la constante de refroidissement est théoriquement élevée. Cependant, l’importance relative de cette grandeur dépend du coefficient de pertes thermiques.

• Cr (Wh/(L·K·jour)) : La constante de refroidissement résultante est essentielle pour comparer différentes configurations de ballons. Un coefficient Cr plus faible indique un ballon moins performant en termes de conservation de la chaleur.

Application pratique:

Imaginons un ballon d’eau chaude sanitaire d’un volume de 150 litres, avec un coefficient de pertes UA de 1,5 W/K. La constante de refroidissement s’obtient ainsi:

Cr = 1,5 W/K * 24 h / 150 L = 0,24 Wh/(L·K·jour)

Cette valeur indique que le ballon perd en moyenne 0,24 Wh d’énergie par litre de contenance, et par degré de différence de température en 24 heures.

Conclusion:

La constante de refroidissement est un outil précieux pour comparer et évaluer la performance d’un ballon de stockage thermique. En combinant le coefficient de pertes thermiques UA et le volume du ballon Vn, on obtient une valeur représentative des pertes de chaleur journalières, facilitant ainsi le choix d’un ballon adapté aux besoins spécifiques d’un projet. Il est important de noter que ce calcul simplifié ne tient pas compte de toutes les variables possibles, mais reste un outil crucial pour une évaluation préliminaire.