échange de chaleur plus grande

Capacité d’échange de chaleur plus importante

Pour une capacité d’échange de chaleur élevée, nous avons besoin d’une surface d’échange de chaleur importante au niveau de la paroi de séparation. Dans ce but, le récupérateur fabriqué peut être de grand format, les conduits peuvent être de taille réduite et chaque conduit principal peut être entouré de conduits secondaires, et inversement. Lors de l’utilisation de conduits, la réduction par deux du diamètre hydraulique du conduit a le même effet que la multiplication par deux du diamètre du récupérateur. La surface d’échange de chaleur est inversement proportionnelle au diamètre hydraulique.


Pour augmenter la capacité d’échange de chaleur, il est possible d’augmenter le transfert de chaleur spécifique au travers de la paroi. Nous devons donc augmenter l’échange de chaleur entre le flux et la paroi. Ce qui peut être obtenu par le biais du débit massique, flux turbulent, vers la paroi ou de la conduction, dans un flux laminaire. Dans un flux laminaire, nous avons besoin d’une faible distance entre le flux et la paroi de manière à ce que la baisse de température liée à la conduction de chaleur soit réduite. Le coefficient de transfert de chaleur global est inversement proportionnel au diamètre hydraulique du conduit. La capacité d’échange de chaleur est alors inversement proportionnelle au carré du diamètre hydraulique du conduit pour le flux laminaire, les conduits plus petits entraînent donc rapidement une capacité d’échange de chaleur plus élevée.


Il est possible d’entourer les conduits principaux de conduits secondaires de manière très compacte, à l’aide de conduits carrés ou triangulaires. Les conduits triangulaires disposent d’une capacité d’échange de chaleur plus importante que les conduits carrés pour une même chute de pression dans une structure stable, sans chevauchement. La forme carrée entraîne une instabilité mécanique et un désalignement des conduits. La forme de plaque (conduit rectangulaire extrêmement long) entraîne également une structure instable sur le plan mécanique.


La forme triangulaire peut être produite avec précision, le produit obtenu est mécaniquement stable, sans perte liée à un mauvais alignement.
Si le chevauchement ou le désalignement est une translation, reportez-vous à l’illustration 1, la réduction maximale de la surface d’échange de chaleur est :

  • carré 50 %
  • triangle aucune
  • plaque aucune

 

 

Illustration 1 Réduction de la surface d’échange de chaleur en raison d’un mauvais alignement, une translation ou un chevauchement


Les valeurs théoriques peuvent être obtenues avec un récupérateur exploitable sur le plan pratique dans le cas des conduits triangulaires, mais dans le cas de la géométrie à conduits carrés, un chevauchement des conduits équivalent à au moins l’épaisseur de matériaux est nécessaire et, dans le cadre d’un désalignement, un chevauchement d’au moins deux est obtenu tandis que le récupérateur à plaques ne peut être exploité sans entretoises entre les plaques, faute de quoi la structure est totalement instable.


Les illustrations 2 à 10 présentent les résultats à chute de pression égale pour un chevauchement pratique minimale dans le cadre de la géométrie carrée et la quantité minimale d’entretoises pour la géométrie à plaques. La capacité d’échange de chaleur est maintenant 37 % plus élevée pour la géométrie triangulaire que pour la géométrie carrée, reportez-vous à l'illustration 2.

 


Illustration 2 Comparaison de la capacité d’échange de chaleur maximale pratique d’un récupérateur de 39 litres avec des conduits triangulaires ou carrés et des plaques


Le volume de matériaux pour les ailettes est 48 % plus élevé pour la géométrie à conduits carrés que pour la géométrie triangulaire et 71 % plus élevé pour la configuration à plaques, reportez-vous à l’illustration 3.

 


Illustration 3 Comparaison du volume de matériaux utilisés pour les ailettes d’un récupérateur de 39 litres avec des conduits triangulaires ou carrés et une plaque


L’efficacité de la géométrie triangulaire est > 3 % plus élevée que l’efficacité maximale pratique pour la géométrie carrée, reportez-vous à l’illustration 4.

 


Illustration 4 Comparaison de l’efficacité maximale pratique d’un récupérateur de 39 litres avec des conduits triangulaires ou carrés et des plaques


Le rendement annuel est environ 3 % plus élevée pour la géométrie triangulaire que pour la configuration carrée ou à plaques, reportez-vous à l’illustration 5.


Illustration 5 Comparaison du rendement annuel pratique d’un récupérateur de 39 litres avec des conduits triangulaires ou carrés


Le rendement annuel net de la géométrie triangulaire est 6 % plus élevé que celui de la géométrie carrée, reportez-vous à l’illustration 6.

 


Illustration 6 Comparaison du rendement annuel net maximal pratique d’un récupérateur de 39 litres avec des conduits triangulaires ou carrés et une plaque


Une différence d’efficacité de 4 % peut sembler minime, elle a cependant des conséquences importantes sur le niveau de confort, la différence de température entre l’air frais entrant et l’air ambiant devient trop importante et est perçue comme un courant d’air.


Seuls les récupérateurs équipés de conduits triangulaires offrent des températures d’air frais dans la zone de confort conformes à l’avantage annuel net maximal !