Partie A · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole - EE 2022

Mise en situation

La piscine Boiséo est située à La Broque dans le Bas-Rhin. Lors de sa conception, une attention toute particulière a été apportée aux consommations d'énergies afin de minimiser l'impact carbone. Ainsi, il est fait appel aux énergies renouvelables, notamment à l'énergie solaire ainsi qu'à des pompes à chaleur, pour le chauffage de l'eau.

La température de l'eau des bassins est portée à 28 °C.

La solution technique retenue pour capter l'énergie solaire est une « natte solaire » posée horizontalement sur le toit du bâtiment.

Partie A: quel est l'apport en énergie des nattes solaires ?

Une partie de l'énergie thermique nécessaire au fonctionnement de la piscine est fournie par des nattes solaires. Elles sont situées sur le toit de la piscine, leur surface réelle est de $300\text{ m}^2$.

L'énergie fournie par ces nattes solaires sert uniquement au chauffage de l'eau des bassins.

Document technique DTS1 - Natte solaire

DONNÉES TECHNIQUES - Natte solaire AST 120/10

Matière: EPDM

Largeur: natte de $120\text{ mm}$, composée de 10 petits tuyaux

Longueur: variable, jusqu'à $60\text{ m}$

Surface de captation active: $1{,}523\text{ m}^2 / \text{m}^2$ de natte solaire

Poids des nattes: Vides: $5{,}5\text{ kg/m}^2$ | Pleines: $8{,}5\text{ kg/m}^2$ (contenance $3{,}0\text{ l/m}^2$)

Débit par $\text{m}^2$: $80 - 100\text{ l/h}$

Pression de service: $0{,}5 - 2{,}5\text{ bar}$

Perte de charge: $0{,}2 - 0{,}3\text{ mWs}$ pour $20\text{ m}$ (par exemple)

Résistance aux écarts de températures: $-50\text{ °C}$ à $+150\text{ °C}$. Le tapis solaire ne craint pas le gel

Gain en énergie par jour: jusqu'à $6\text{ kWh/m}^2$

LES AVANTAGES des systèmes de chauffage solaire AST

La saison de baignade coïncide parfaitement avec la période d'utilisation de l'installation solaire.

Réchauffement d'une grande quantité d'eau grâce à un rendement thermique des plus élevés pouvant atteindre 87 %, grand débit.

Les piscines extérieures peuvent se passer d'un chauffage complémentaire si elles acceptent des variations de températures.

Excellent rapport prix/performance = amortissement rapide.

Systèmes de fixation pour tous types de couverture de toiture.

Baisse des coûts d'exploitation.

Augmentation des recettes grâce au prolongement de la saison balnéaire.

Question A.1

À partir du DTS1, citer trois avantages pertinents à l'utilisation de nattes solaires pour le chauffage de l'eau des bassins.

Justifier le choix de nattes solaires plutôt que de panneaux solaires photovoltaïques dont le rendement a pour valeur environ 20 %.

Question A.2

En considérant un apport d'énergie solaire de $1\text{ kW}\cdot\text{m}^{-2}$.

Question A.3

L'énergie solaire, comme l'énergie éolienne, est une énergie intermittente.

Expliquer la signification de l'expression « énergie intermittente ».

Justifier en quoi l'énergie solaire est intermittente.