Lorsque nous nous sommes lancés dans la conception d'un chauffe-eau capable d'accepter la chaleur de n'importe quelle source — capteurs solaires, pompe à chaleur, ou les deux à la fois —, la difficulté n'a jamais été le ballon lui-même, mais ce qui se passe à l'intérieur. En août 2024, Solimpeks a achevé un projet TÜBİTAK 1707 R&D Order (n° 3225050), mené en étroite collaboration avec Innorma R&D, la start-up de R&D de Solimpeks, pour concevoir et fabriquer des ballons plug-and-play intégrant plusieurs sources d'énergie thermique, afin d'améliorer le rendement et de simplifier l'installation.
Qu'a apporté le projet TÜBİTAK 1707 ?
Le projet a produit des prototypes en quatre capacités, chacun conçu pour un rôle distinct :
| Capacité | Caractéristique de conception clé | Rôle principal | | --- | --- | --- | | 300 L | Format compact et simple d'emploi | Applications résidentielles, privilégié sur le marché européen | | 500 L | Diffuseur perforé dirigeant les arrivées d'eau froide vers le bas | Fonction de ballon tampon, stabilisation des fluctuations de température | | 800 L | Serpentins imbriqués — DN40 extérieur pour l'apport de chaleur, DN16 intérieur pour la circulation de l'eau | Meilleur rendement de transfert thermique sans encombrement supplémentaire | | 1 000 L | Serpentin inférieur en spirale et déflecteur en forme de cheminée | Besoins plus importants avec une fourniture d'eau chaude plus rapide |
Les quatre ballons exploitent des apports de chaleur variés — énergie solaire par un serpentin, pompe à chaleur par un autre — tout en fournissant une eau chaude régulière. Le format plug-and-play réduit au minimum les contraintes d'installation, ce qui rend ces appareils idéaux pour la rénovation de logements et de petites installations. Il répond aussi à des objectifs plus larges, notamment les Objectifs de développement durable des Nations unies : économies d'énergie, réduction des émissions et potentiel d'export vers l'Europe, le Moyen-Orient et l'Afrique.
Comment avons-nous conçu et testé les prototypes ?
Les travaux se sont étalés sur 24 mois, en lots de travaux structurés. Nous avons commencé par les unités de 300 L et de 1 000 L, en préparant des plans de CAO conformes à TS EN 12897 et ASHRAE 118.2. Deux innovations se sont démarquées : le serpentin inférieur en spirale, qui limite au minimum le mélange des couches thermiques, et le déflecteur en forme de cheminée, qui accélère la convection naturelle de l'eau chauffée et raccourcit le délai d'obtention d'eau chaude utilisable. Les serpentins ont été fabriqués en acier inoxydable 316L souple et ont passé avec succès des contrôles de soudage, des essais d'étanchéité par immersion et des essais de pression hydrostatique à 8 bar. Des vases d'expansion, des circulateurs, des purgeurs d'air et un régulateur Resol DeltaSol ont été intégrés pour un fonctionnement intelligent.
L'optimisation a combiné la modélisation TRNSYS et des algorithmes NSGA-II pour affiner les longueurs de serpentins, ce qui a relevé les températures de sortie de 2 à 3 °C et réduit les gradients de température internes de plus de 11 °C. À la mi-2023, le prototypage s'est étendu aux modèles de 500 L et 800 L ; des simulations CFD ont évalué des charges à 50–60 °C et des soutirages de 16 à 24 L/min, et la validation par rapport aux essais préliminaires a montré de fortes corrélations, avec de légers écarts dans la dynamique réelle des fluides.
Lors de la dernière phase, achevée à la mi-2024, les unités ont été testées dans des conditions normalisées — températures ambiantes de 18 à 20 °C, eau d'entrée à 13–15 °C — en chargeant l'eau stockée à 50 °C ou 60 °C avant de la soutirer à différents débits, avec et sans mitigeur maintenant une sortie à 40 °C. Les températures enregistrées par des automates programmables ont étroitement suivi les prévisions de la CFD.
Quels défis avons-nous rencontrés, et qu'a accompli le projet ?
Les géométries de serpentins affinées ont imposé de revoir les structures de support et les procédés de soudage du tube souple ; les premières séries ont présenté de légères fuites lors des essais par immersion, jusqu'à l'ajustement des paramètres de sertissage. Pour des consignes supérieures à 55 °C, la pompe à chaleur du banc d'essai a atteint sa limite de fonctionnement, et c'est donc la résistance électrique d'appoint qui a pris le relais (le mode de secours que ces ballons sont conçus pour offrir), ce qui a ajouté des cycles d'essai au calendrier. Les options d'isolation avancées sortaient du périmètre du projet ; elles n'auraient apporté que des gains de rendement marginaux.
Les résultats ont justifié l'effort. Les serpentins imbriqués du modèle de 800 L ont obtenu un transfert d'énergie supérieur de 20 à 30 %, avec 300 à 500 litres d'eau à 40 °C par cycle. Le diffuseur du modèle de 500 L a prolongé les durées de soutirage, renforçant son rôle de tampon. Globalement, les volumes obtenus ont atteint 400 à 700 litres à débits élevés avec le mitigeur, dépassant souvent les attentes des simulations en performance soutenue. Un moment décisif est survenu lors des discussions sur le pas des serpentins, qui ont abouti, après des prototypes successifs, à un hybride à sertissage ouvert conciliant surface d'échange et longévité.
À qui s'adressent ces chauffe-eau ?
Partout où il y a un besoin thermique régulier et aucune envie d'installations complexes : logements, hôpitaux, hôtels, résidences collectives et usines. Les entreprises d'installation et les sociétés d'énergie en sont aussi des utilisateurs clés, attirées par la demande croissante de systèmes plus performants que les équipements anciens et plus respectueux des utilisateurs et de la planète. Avec des capacités de 300 à 1 000 litres, la gamme couvre aussi bien la rénovation de petits appartements que des besoins commerciaux plus importants.
Et ensuite ?
Ce projet est l'un des 8 projets soutenus par TÜBİTAK que Solimpeks a menés depuis 2009, et il renforce notre position dans le stockage d'énergie thermique innovant. En nous appuyant sur des travaux antérieurs — initiatives de rénovation de bâtiments dans le cadre d'Horizon 2020 de l'UE et développements financés par TÜBİTAK, tels que les systèmes hybrides PVT —, nous étudions d'autres intégrations, comme la commutation automatique des sources pour un fonctionnement optimisé. Nous sommes ouverts aux demandes concernant des partenariats ou à un échange détaillé sur la technologie.
