LA TECHNOLOGIE DES CESI

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1 LA TECHNOLOGIE DES CESI
3 Chauffe-eau solaire individuel (CESI)

2 SOMMAIRE DE LA FORMATION C.E.S.I.
0- Présentation de QUALIT ’EnR 1- Les aspects généraux (p.3) Le potentiel de l’énergie solaire (p.11) Les masques solaires et leur mesure 2- Les applications du solaire thermique dans l’individuel (p.3) L’eau chaude en individuel (p.4) Le chauffage en individuel (p.8) Les questions habituellement posées 3- La technologie des CESI (p.4) Les différents types de CESI Circulation forcée, sous pression et auto-vidangeable Thermosiphon à éléments séparés et monobloc (p.14) Les capteurs solaires thermiques Capteurs non vitrés, plans et tubulaires Bilan thermique simplifié des capteurs (p28) La boucle de transfert La soupape de sécurité, le circulateur Le clapet anti-retour, thermosiphon Le vase d’expansion, purgeur et dégazeur Les conduites de liaison et l’isolation Le liquide caloporteur (p.45) La régulation Le fonctionnement et les réglages (p.54) Le stockage d’ECS Différents types de ballon Protection anti corrosion Eléments de sécurité 4- Le dimensionnement du CESI (p.4) Les besoins en eau chaude (p.7) Le choix du schéma hydraulique (p.16) Le choix du volume de stockage (p.19) Le choix de la surface des capteurs (p.22) Les ratios simplifiés de calcul (p.24) Le choix du capteur thermique (p.30) Le choix des éléments hydrauliques (p.36) Les logiciels de dimensionnement (p.39) Limites et performances d’un CESI 5- Les obligations technico-administratives (p.4) Les démarches administratives (p.14) La rédaction d’une proposition financière 6- L’installation du Chauffe Eau Solaire (p.4) Installation des capteurs (p.8) En surimposition ou Sur châssis (p.24) En incorporation dans la toiture (p.33) Sur châssis (p50) Installation de la boucle de transfert et du ballon 7- La mise en route du CESI (p.4) La partie hydraulique (p.11) La réception des travaux avec le client (p.18) Les documents de l’installation 8- La maintenance des CESI (p.3) Maintenance de l’installation (p.15) Diagnostics de pannes

3 LES DIFFERENTS TYPES DE CHAUFFE- EAU SOLAIRE INDIVIDUEL
Point N°2 de la CHARTRE QUALISOL - Préconiser des matériels solaires bénéficiant de mécanismes de Certification reconnus à l'échelle européenne (CSTBat, Solar Keymark, …), et être le relais des informations de l'Association Qualit’EnR et des organismes publics, 3.1 LES DIFFERENTS TYPES DE CHAUFFE- EAU SOLAIRE INDIVIDUEL

4 Les différents types de CESI
Il existe deux familles de systèmes CESI Circulation forcée circulation naturelle (Thermosiphon) auto vidangeable Sous pression Monobloc Éléments séparés R R Remarques: Pour mémoire, les principaux critères de sélection sont: une surface d’entrée comprise entre 2 et 7 m2, un avis technique + marque CSTBat, Solar Keymark ou équivalent en cours de validité pour les CESI thermosiphon monobloc, un avis technique + marque CSTBat, Solar Keymark ou équivalent en cours de validité sur le capteur équipant le CESI, des exigences d’aptitude à la fonction, des contraintes de dimensionnement (Volume solaire / Surface de capteurs) pour les CESI à éléments séparés et circulation forcée nota: l’appoint peut-être INTERNE ou EXERNE au ballon de stockage du CESI. Tous ces différents systèmes sont actuellement éligibles aux primes publiques “Chauffe-Eau Solaire Individuel” ainsi qu’au crédit d’impôt. 4

5 Les différents types de CESI
Chauffe-eau thermosiphon monobloc Vue en coupe Les capteurs et le ballon sont intégrés sur un même châssis rigide servant de support. Chauffé par les capteurs, et donc moins dense, le liquide caloporteur monte naturellement vers l’échangeur du ballon de stockage : c’est le principe du thermosiphon. Avantages: Faible coût d’investissement Mise en œuvre simplifiée Fonctionnement naturel permettant une production d’eau chaude sanitaire même en cas de coupure de courant (aucun raccordement électrique nécessaire) Inconvénients: Fortes déperditions du fait du stockage situé hors du logement (ne convient pas pour les régions froides car les risques de gel des tuyaux d’arrivée/départ d’EC sont très importants) Poids conséquent sur la toiture du fait du ballon de stockage Esthétique Mauvaise stratification des températures (essentielle pour une bonne productivité solaire) du fait de l’utilisation d’un ballon de stockage horizontal Détérioration des performances si il y a utilisation d’un appoint intégré (ballon horizontal) Absence de régulation pour la limitation de la température de stockage: tant que la température de stockage est inférieure à la température en sortie de capteurs, il y a échange de chaleur capteurs-ballon

6 Les différents types de CESI
GIORDANO CALPAK CALPAK SUNMASTER

7 Les différents types de CESI
Chauffe-eau thermosiphon à éléments séparés EFS ECS Les capteurs et le ballon (généralement placé à l’intérieur du bâtiment) sont séparés. Chauffé par les capteurs, et donc moins dense, le liquide caloporteur monte naturellement vers l’échangeur du ballon de stockage : c’est le principe du thermosiphon. Avantages: Fonctionnement naturel permettant une production d’eau chaude sanitaire même en cas de coupure de courant (aucun raccordement électrique nécessaire) Inconvénients: Mise en œuvre délicate: les préconisations du constructeur devront toujours être prises en considération (diamètres minimums des tubes utilisés, pentes minimums et longueurs maximums des canalisations, dénivelé minimum capteur - ballon...) Emplacement disponible du stockage: le point le plus haut des capteurs se situe toujours sous le point le plus haut de l’échangeur du ballon. Opter pour un ballon vertical peut être difficile (mauvaise stratification et difficulté pour la mise en place d’un appoint intégré) Absence de régulation pour la limitation de la température de stockage: tant que la température de stockage est inférieure à la température en sortie de capteurs, il y a échange de chaleur capteurs-ballon

8 Les différents types de CESI
Chauffe-eau thermosiphon à éléments séparés E.ZINC

9 Les différents types de CESI
Chauffe-eau solaire constitué d’éléments séparés, dit à circulation forcée ECS R Le liquide caloporteur circulant entre les capteurs et le ballon est mis en mouvement par un circulateur, piloté par une régulation. L’échange ne se fait plus naturellement par thermosiphon. La circulation du liquide dans le circuit primaire a lieu tant que l’écart de température entre les capteurs et le bas du ballon est supérieur à un seuil de 4 à 7 °C (se référer aux notices des fabricants). Nota: au delà d’une certaine température atteinte au niveau du ballon de stockage l’échange de chaleur entre les capteurs et le ballon est stoppé (la régulation commande l’arrêt du circulateur). Ce type de chauffe eau présente l’avantage de pouvoir être installé dans toutes les configurations d’habitation et d’avoir de bonnes performances. L’installation du CESI à éléments séparés dit à circulation forcée est le plus installé en France. EFS

10 Les différents types de CESI
Chauffe-eau auto-vidangeable, à circulation forcée Il existe plusieurs techniques d’auto-vidangeable La réserve est séparée et située au dessus de l’échangeur. La réserve est située dans l’échangeur de gros diamètre. ZONE HORS GEL ZONE HORS GEL Bouteille de récupération R Niveau d’eau à l’arrêt R L'originalité réside dans le fait que le circuit primaire - circuit entre les capteurs et l'échangeur du ballon - se vidangera automatiquement, à l'arrêt du circulateur, dans une bouteille de récupération (ou dans l’échangeur surdimensionné); l'ensemble étant situé dans une zone hors-gel de l'habitation. L'automatisme de l'ensemble est assuré par une pompe de circulation commandée à l'aide d'une régulation solaire différentielle. Avantages: L’arrêt du circulateur est commandé lorsque les capteurs risquent le gel. L’utilisation d’un produit caloporteur antigel n’est plus indispensable (meilleur échange thermique) puisque les capteurs vides de liquide ne craindront pas l’effet des trop faibles températures. L’arrêt du circulateur est commandé lorsque les capteurs supportent de trop fortes températures (effet de surchauffe). Aucune corrosion possible due à l’évaporation du glycol. Inconvénients: Fonctionnement avec 2 circulateurs ou un circulateur plus puissant. Pose impérative sans contre pente dans les capteurs et les conduites. Les capteurs sont toujours au-dessus du ballon. Nota : il existe des systèmes avec circulateur toujours immergé et des systèmes avec pompe volumétrique hors du fluide avec une hauteur d’aspiration. 10

11 Les différents types de CESI
La réserve est constituée par le volume total du ballon. La production d’eau chaude étant assurée par un serpentin noyé. Echangeur sanitaire R ZONE HORS GEL ROTEX Chauffe-eau solaire auto vidangeable constitué d’éléments séparés, dit à circulation forcée Ce ballon comporte un échangeur tubulaire de grande dimension pour la production d’eau chaude sanitaire. Le volume d’eau disponible dans le ballon sert de caloporteur et de stockage d’énergie. Un échangeur supplémentaire permet d’assurer le complément de chaleur pour la production d’eau chaude.

12 Système compact intégré
Schéma : les principaux composants Un système solaire thermique est constitué de trois parties Limiteur de température thermostatique Système compact intégré Capteurs solaires Vanne 3 voies directionnelle Soupape de sécurité Zone de stockage Vanne Pompe fluide (liquide) Zone de transfert ECS Vase sanitaire traversant Vase sous pression Ballon de stockage Zone de captage Clapet de anti retour Manomètre Débitmètre Sonde de température Réservoir Régulateur Échangeur EFS

13 LES CAPTEURS SOLAIRES THERMIQUES
Captage Transfert Stockage Appoint Distribution 3.2 LES CAPTEURS SOLAIRES THERMIQUES

14 Technologie : Capteur non vitré
Simples et économiques Métalliques ou en matériau de synthèse Destinés au chauffage des piscines Peuvent produite l’ECS dans les pays chauds Capteur sans vitrage Ce capteur génère de fortes pertes thermiques, il est en matière plastique et s'utilise surtout dans les applications requérant des températures peu élevées, le chauffage par exemple de l'eau des piscines.

15 Technologie : Capteur plan vitré
Réduire les pertes Augmenter les gains solaires Réduire les échanges par convection avec l’extérieur Créer un effet de serre Le coffre Joint d’étanchéité Couvercle transparent Isolant thermique Plaque absorbante Tubes Capteur solaire thermique à basse température : Les capteurs plans vitrés sont bien adaptés à la production de l’eau chaude sanitaire et au chauffage des bâtiments en métropole…(températures d’eau chaude généralement comprises entre 30 et 60°C). Un capteur solaire thermique est un dispositif qui transforme le rayonnement solaire en énergie à l'intérieur d'un fluide (de l'eau ou de l'air normalement). La principale caractéristique que doit avoir ce capteur, c'est une longue durée de vie utile, de l'ordre de plusieurs décennies. Les caractéristiques générales qu'un capteur solaire thermique doit réunir sont: -Résistance à l'atmosphère extérieure (atmosphère marine, poussiéreuse, neige, grêle, etc.). -Résistance aux températures élevées et basses. -Robustesse et longévité. -Facilité de montage. -Conversion efficace de l'énergie. Ces caractéristiques sont celles exigées par les normes en vigueur et par les certifications correspondantes requises par les programmes de subvention. Normes NF EN Partie 1: exigences générales et NF EN Partie 2: méthodes d’essai. Le coffre: -Assure la protection arrière du capteur. - Participe à sa rigidité. - Intègre les points de fixation du capteur. - Soit en métal, soit en matière plastique. - Bonne tenue à la corrosion. - Prix de revient limité. Les joints d’étanchéité: - Assure l’étanchéité du capteur de l’humidité extérieure. - Doit être résistant aux UV. Le couvercle transparent: - Doit être transparent au rayonnement de courtes longueurs d’ondes (celui provenant de l’extérieur). - Doit bloquer le rayonnement de grandes longueurs d’ondes (celui provenant de l’absorbeur). - Généralement en verre trempé de 4 mm L’isolant thermique: (Mousse de polyuréthane ou/et de laine de verre/roche). - Réduit les pertes par la face arrière et par les côtés (environ 20% des pertes totales). - Doit résister aux hautes températures (si contact direct avec l’absorbeur). - Ne doit pas absorber l’humidité provenant de condensats. Plaque absorbante (Transforme le rayonnement solaire en chaleur) : - De couleur sombre (comportement de corps noir). - En cuivre, inox, aluminium, matière synthétique : recouvert de peinture ou peut subir un traitement sélectif (chrome ou nickel noir , oxyde de titane)

16 Technologie : Capteur sous vide
Composition : une série de tubes transparents en verre de 5 à 15 cm de Ø dans chaque tube: absorbeur vide (<10-3 Pa) pour éviter les pertes de l’absorbeur Les tubes doivent être totalement hermétiques traitement sélectif de l’absorbeur pas d’isolation thermique ou de coffre de protection La garantie des fabricants doit porter essentiellement sur la durée de vie du vide. Elle doit être de 10 ans. Un capteur sous vide ayant des tubes qui n’ont plus de vide finit par être moins performant qu’un capteur simplifié de piscine. Tout tube non hermétique doit être changé pour préserver la performance de l’ensemble du capteur. Couche argentée de baryum (blanc au contact de l’air)

17 Technologie : Capteur sous vide
Une diversité de techniques Principes de conception pour le vide : Le tube sous vide complet Le tube sous vide à effet “Thermos” Principes d’échange de chaleur : Circulation directe du liquide caloporteur Effet « Caloduc » Capteur solaire thermique sous vide : Grâce au vide, les déperditions de chaleur par convection et par conduction thermique sont réduites. Avantages : des températures de fonctionnement plus élevées qu’avec les capteurs plans peuvent être atteintes, ce qui peut être un avantage, notamment pour l’industrie et le refroidissement solaire. Déperditions réduites par rapport aux capteurs plans grâce à une excellente isolation thermique. Inconvénients : températures de stagnation élevées, avec les contraintes correspondantes sur tous les matériaux employés près du champ de capteurs et sur le fluide caloporteur (formation de vapeur en stagnation). Coût plus élevé de la chaleur solaire à température moyenne de fonctionnement (mais coût avantageux à des températures de fonctionnement plus élevées).

18 Technologie : Capteur sous vide
Modèle : - Tube sous vide complet  Circulation directe du liquide caloporteur Echange de chaleur à effet « Caloduc » Les tubes sont obligatoirement inclinés pour le fonctionnement du principe « caloduc » (Évaporation – Condensation) THERMOMAX Absorbeurs plats pouvant être orientés permettant ainsi de compléter l’inclinaison du toit. Ces tubes peuvent être placés verticalement ou horizontalement Les capteurs sous vide permettent d'atteindre des hautes températures (150°C) avec des rendements corrects. Le vide créé à l'intérieur des tubes permet de réduire de manière importante les déperditions lors de la montée en température. Cette technique a été développée il y a une trentaine d'années afin d'améliorer les performances d'un capteur plan. L'air à l'intérieur est évacué pour faire le vide et le tube est fermé hermétiquement. Le principe est simple, mais la fabrication est difficile à cause des liaisons verre/métal nécessaires. Ainsi ils sont utilisés pour la climatisation par absorption où des températures de plus de 80°C sont nécessaires, ou pour la production d'eau chaude haute température. Leur coût reste important. Leur utilisation pour le chauffage de l'eau chaude sanitaire est tout à fait possible, cependant les performances d'un chauffe-eau solaire équipé de capteurs sous vide ne sont pas tellement meilleures qu'avec des capteurs plans vitrés, dans le cas où l'on produit de l'eau à 50°C. Le choix du capteur sous vide est donc intéressant pour des plages de températures où les capteurs plans vitrés ont des rendements qui chutent VIESSMANN

19 Technologie : Capteur sous vide
Modèle : - Tube sous vide à effet thermos Circulation directe du liquide caloporteur Echange de chaleur à effet « Caloduc » Réflecteur CPC Ici, l'absorbeur n'est pas dans le tube, mais glissé dans l'espace interne d'un tube double enveloppe en verre. Ainsi, la soudure verre-métal, toujours délicate, est évitée. Le tube intérieur comporte le revêtement sélectif. Ce type de capteur est majoritairement fabriqué et installé en Chine Les capteurs sous vide à concentration combinent l'effet de concentration des miroirs paraboliques (CPC = compound parabolic concentrator) avec des capteurs sous vide permettant d'obtenir des hautes températures avec des surfaces de captage réduites. Dans les systèmes à effet « caloduc », la chaleur est transférée depuis l'ailette jusqu'à un collecteur situé en partie haute du capteur grâce à un caloduc. C'est un échangeur qui utilise les mécanismes de transfert de chaleur par évaporation et condensation d'un fluide placé dans un tube fermé. Le fluide s'évapore en captant la chaleur fournie par l'ailette, s'élève jusqu'en partie haute, cède sa chaleur par condensation au fluide caloporteur qui circule en partie haute, et retourne par gravité en bas du tube. Pour permettre ce retour, les tubes doivent être installés avec une inclinaison. Ce type de montage permet le remplacement d'un tube en cas de bris, sans devoir purger toute l'installation. WAGNER & Co VAILLANT

20 Bilan thermique simplifié
Bilan thermique des capteurs Rendement Déperditions Comparaison

21 Bilan thermique simplifié
Le capteur plan Puissance utile Pertes thermiques Réflexion du vitrage Irradiance Pertes thermiques Irradiance en Watt Réflexion du vitrage en % Pertes thermiques par convection et conduction en Watt Puissance utile en Watt Définitions : Le rayonnement : Mode de propagation de l ’énergie thermique sous forme d’ondes électromagnétiques (ex : Rayonnement solaire). La convection : Mouvement d’un fluide (liquide ou gazeux), avec transport de chaleur, sous l’influence de différences de températures. Dans le capteur, il se produit des échanges de chaleur par convection naturelle entre l’absorbeur (chaud) et la vitre (moins chaude) et entre la vitre (un peu chaude) et le milieu (cet échange est augmenté par le vent), et par convection forcée dans le tube où circule le fluide caloporteur si une pompe est utilisée. La conduction : Action de transmettre de proche en proche la chaleur dans la matière. Dans le capteur il y a transmission de chaleur par conduction à travers l ’isolant notamment ... L’effet de serre : La couverture transparente (la vitre) réalise l’effet de serre, c’est à dire qu’elle laisse passer le rayonnement solaire visible et est opaque au rayonnement infrarouge émis par l’absorbeur.

22 Bilan thermique simplifié
Rendement du capteur : E [W/m2] T1 T2 η0 : facteur optique, donnés par les avis techniques H : irradiance solaire en W/m² S : surface des absorbeurs en m² a1 et a2 : déperditions du capteur, donnés par les avis techniques ΔT : Tm – Text Tm : température moyenne du capteur = (T1 + T2 ) / 2 Text : température extérieure Les anciens Avis Techniques donnent : a2 = 0 a1 et a2 : coefficients de déperditions thermiques des capteurs Il est facile de faire une comparaison de plusieurs capteurs avec les mêmes valeurs de rayonnement et de déperditions, avec les stagiaires.

23 Bilan thermique simplifié
700 W 413 W η0 : 0.78 H : 700 W/m² a1 : 3.18 a2 : 0.04 Tm : (T1 + T2 ) / 2 soit (40+50) / 2 = 45 °C Text : 15 °C ΔT : Tm – Text : 45 – 15 = 30 °C a1 et a2 : coefficients de déperditions thermiques des capteurs Il est facile de faire une comparaison de plusieurs capteurs avec les mêmes valeurs de rayonnement et de déperditions, avec les stagiaires.

24 Bilan thermique simplifié
Influence de la température extérieure : 700 W 441 W 700 W 322 W Température extérieure : 20°C Température extérieure : 0°C Tm : (T1 + T2 ) / 2 soit (40+50) / 2 = 45 °C ΔT : Tm – Text : 45 – 20 = 25 °C Tm : (T1 + T2 ) / 2 soit (40+50) / 2 = 45 °C ΔT : Tm – Text : 45 – 0 = 45 °C En gardant la même irradiation solaire (700watt) et en faisant varier seulement la température extérieure (de 20°C à 0°C) on s’aperçoit que le rendement du capteur diminue car nous augmentons le delta de température entre la température moyenne du capteur et l’extérieur.

25 Choix de la technologie des capteurs
Courbes de rendement, ramené à la surface d’entrée, de capteurs solaires thermiques pour un ensoleillement de 1000 W/m². Utilisation piscine Utilisation CESI & SSC Utilisation climatisation Commentaires : Ce graphique montre des courbes de rendement selon les types de capteurs solaires en fonction de la différence de température Tm-Tex. A chaque capteur son application : • Zone bleu : les capteurs non vitrés pour le chauffage des piscines (récupération à faibles températures) • Zone rouge : les capteurs vitrés pour la production d’eau chaude sanitaire et le chauffage • Zone mauve : les capteurs sous vide pour les applications à hautes températures telles que la climatisation solaire Plus un capteur solaire est performant plus la courbe qui le caractérise s’éloigne d’une droite et se rapproche d’une parabole Nota : un capteur sous vide est moins performant vers les basses températures et plus performant vers les hautes températures qu’un capteur plan. Capteur sous vide Capteur plan très performant. Capteur plan moyennement performant Capteur moquette Capteur plan peu performant 25

26 Performances des capteurs
Températures de stagnation dans les différents capteurs Capteur souple, genre moquette 60° Capteur plan vitré caisson ventilé 170/180°C Capteur plan vitré caisson hermétique 200/230°C Capteur sous vide 250/300°C Ces températures très élevées sont dangereuses : Lors du montage et au remplissage de l’installation, couvrir les capteurs en cas d’ensoleillement En fonctionnement, utiliser les protections contre les surchauffes proposées par les constructeurs La température de stagnation est la température atteinte par l’absorbeur en l’absence de circulation du liquide caloporteur. Elle est déterminée pour une irradiance de 1000 W/m² et une température extérieure de 30 °C 26

27 LA BOUCLE DE TRANSFERT 3.3 Captage Transfert Stockage Appoint
Distribution R 3.3 LA BOUCLE DE TRANSFERT

28 La soupape de sécurité : son fonctionnement
Soupape/Mano : Elle est placée sur le circuit primaire (capteurs/échangeur ballon) La soupape est chargée d’évacuer d’éventuelles surpressions Se référer aux notices techniques proposées par les fabricants pour le tarage. Elle est toujours raccordée à un bac de récupération de fluide Le manomètre : Il indique, en bar, la pression dans le circuit primaire. Elle nécessite de se référer aux notices techniques proposées par les fabricants. Il est normal de constater une élévation de pression lorsque le circuit primaire est chaud 28

29 Le circulateur : son fonctionnement
Le circulateur permet la circulation du liquide caloporteur entre les capteurs et l’échangeur du ballon Il est commandé par la régulation solaire Le circulateur fait partie du kit fourni par le fabricant. Les circulateurs sont dimensionnées pour vaincre les pertes de charge du circuit sous la vitesse de circulation maximale autorisée par l’implantation du circuit hydraulique. Les débits de fluide couramment utilisés varient de 40 à 70 l/h par m² de capteur solaire. De nombreux fabricants proposent des débits variables gérés par la régulation solaire, raccordée sur un circulateur standard acceptant un fonctionnement par alimentation séquentielle (Débit variable). Par prudence, pour éviter toute détérioration due à la chaleur, on placera le circulateur en amont des capteurs : l’eau y sera moins chaude Éviter de disposer le circulateur au point bas de l’installation afin que les saletés s’y accumulant ne le détériorent pas Remarques : Préférer un montage vertical du circulateur, si le clapet anti-retour y est associé. Le débit est ajusté conformément aux prescriptions des notices des fabricants. 29

30 Le clapet anti-retour : son fonctionnement
Dans le cas d’un CESI à circulation forcée, le clapet anti retour est indispensable lorsque le ballon de stockage est disposé au même niveau ou en dessous des capteurs car bien que les tuyaux soient de petits diamètres, en l’absence d’un clapet anti-retour, un thermosiphon pourra se déclencher la nuit en sens inverse et provoquer un refroidissement intempestif du ballon de stockage. Son rôle: créer une résistance suffisante pour empêcher le thermosiphon de s’amorcer Ces clapets empêchent le fluide de passer dans un sens, et le laissent passer dans l'autre, ceci tant dans le circuit primaire que le circuit secondaire, ce qui permet d'éviter des pertes énergétiques importantes. Ces vannes sont à clapet, à ressort ou à disque de retenue. Dans les vannes à clapet (ce sont les plus courantes), le corps et le couvercle sont normalement en bronze ou en laiton, et le siège du clapet en bronze. Les vannes à clapet anti-retour entraînent des pertes de charges minimes dans le sens du flux. Dans les systèmes à thermosiphon, il faut opter pour une vanne anti-retour peu génératrice de pertes de charge. Il peut être à battant ou à ressort. Les clapets à ressort de bonne qualité sont en général plus fiables (les installer en position verticale de préférence). Ces clapets à ressort ou à battant doivent pouvoir accepter les hautes températures d’une installation solaire. un défaut du clapet entraîne une circulation par thermosiphon qui est la cause de pertes thermiques

31 Le clapet anti-retour : son fonctionnement
Le groupe hydraulique est équipé d’un clapet anti-thermosiphon La réalisation de lyre permet d’éviter les effets de thermosiphon naturel. Vanne ouverte Clapet opérationnel Vanne mi-ouverte Clapet désactivé Clapet anti thermosiphon : il est judicieux de rappeler que sa mise en place ne doit pas empêcher la bonne pratique des lyres. Est-ce indispensable pour du CESI ? Ca ne coûte presque rien et assure une bonne protection : pourquoi s'en passer alors qu'on constate une circulation par thermosiphon sur des CESI dont le clapet est défaillant ? Les clapets anti thermosiphon sont intégrés dans les vannes à boisseau sphérique. La purge d‘air de la quille du clapet s‘effectue par rotation de la vanne à boisseau sphérique. FONCTIONNEMENT La perte de charge ainsi créée suffit à empêcher l’amorçage de la circulation en thermosiphon. Vanne fermée Clapet désactivé

32 Le vase d’expansion : son fonctionnement
Elément de sécurité indispensable dans une installation de capteurs solaires dont les rôles sont : Maintenir la pression dans le circuit, Compenser la rétractation, Absorber la dilatation, Absorber l’évaporation. Le tube d’expansion doit être raccordé directement au circuit hydraulique primaire sans organes de coupure totale ou partiel Doit absorber la dilatation du liquide dans le réseau lors de la montée en température de l’installation solaire. Autre spécificité : le travail en rétractation ,un vase chauffage n'a pas à assurer une pression suffisante dans le circuit pour des T° de fluide négative ; contrairement à un vase solaire.

33 Le vase d’expansion : son fonctionnement
Fonctionnement du vase d’expansion fermé : Etat du vase à la livraison : Etat du vase au remplissage : Volume de dilatation (fluide de l’installation) Orifice de raccordement membrane Etat du vase en condition de dilatation maximale : Volume de gonflage (azote) récipient Etat du vase à la livraison : L’orifice de raccordement est à l’air libre Le vase est pré gonflé à l’azote à une pression de gonflage (Pg) indiquée sur l’étiquette La membrane est collée au récipient Le volume de gonflage occupe tout le volume du récipient. Etat du vase au remplissage : l’orifice de raccordement est raccordé à l’installation L’installation est remplie à une pression supérieure à la pression de gonflage dite pression de remplissage (Pr). La membrane est décollée au récipient Un volume minimal côté fluide est réservé lors du remplissage. Etat du vase en condition de dilatation maximale : Le fluide s’est dilaté au maximum en prenant place dans le vase. La pression augmente jusqu’à la pression finale (Pf) proche de la pression de tarage de la soupape de sécurité. Vase à membrane Valve de pré gonflage

34 Le vase d’expansion : son fonctionnement
Les vases sont constitués d’une membrane élastique séparant les phases gazeuse (azote) et liquide (eau). On en distingue deux grands types du point de vue de leur construction : On rencontre de plus en plus de vases à vessie car leur conception limite les risques de fuite d’azote et la corrosion. Le liquide n’a pas de contact direct avec la paroi. Vase solaire Vase à vessie Eau Azote Vessie P f Vase à membrane Eau en contact avec la paroi Vase chauffage CARACTERISTIQUES FONCTIONNELLES Pression de service 4 bar Pression d'épreuve 6 bar Température d'utilisation -10°C / +95°C CARACTERISTIQUES FONCTIONNELLES Pression de service 4 bar Pression d'épreuve 10 bar Température d'utilisation -20°C / +140°C Résiste aux additifs antigel jusqu’à 50 % Le vase pour l’installation de chauffage est un vase destiné à absorber la dilatation d’une eau éventuellement traitée avec des inhibiteurs de corrosion. La plage de variation de température se situe généralement entre 10 °C et 95 °c en installation individuelle. La pression d’épreuve de la plupart de ces vases est de 6 bar pour une pression de service de 1,5 bar environ. Le vase pour l’installation primaire solaire est un vase destiné à absorber la dilatation d’un fluide caloporteur. Il doit résister à l’agressivité de ce fluide. La plage de variation de température se situe généralement entre -20 °C et 140 °C en installation individuelle. D’autre part le vase sert a recueillir le fluide caloporteur chassé lors des périodes de gazéification dans les capteurs solaires. La pression d’épreuve de la plupart de ces vases est de 10 bar, pour une pression de service entre 3 et 4 bar.

35 Purgeur et dégazeur : rôle et fonctionnement
Aux points hauts de l’installation, l’air risque de s’accumuler, gênant ainsi la circulation de l’eau. On voit dans la figure suivante que l’air fait coupure dans le circuit : Il faut prévoir une évacuation de l’air à chaque point haut On préfère l’utilisation de purgeur manuel en sortie de capteurs (risque de vapeur). Si l’on utilise un purgeur automatique à la sortie des capteurs, alors il devra être de qualité tel qu’il supporte les hautes températures Privilégier les purgeurs manuels en point haut des capteurs Chaque point haut de l’installation doit être pourvu d’un purgeur d’air. L’utilisation d’un purgeur est inutile si l’utilisation d'une pompe d'au moins 40 m de hauteur manométrique est choisie. L'entrée et la formation de gaz sont pratiquement inévitables, même dans les installations fermées (remplissage, réalimentation, diffusion, réactions chimiques). Il faut évacuer les gaz, de préférence de façon centralisée, hors des systèmes fermés par l'intermédiaire d'appareils adaptés afin d'éviter les problèmes de circulation, d'érosion et de corrosion. Le dégazage doit être une voie à sens unique : sortie du gaz, mais pas d'entrée d’air. Un dégazage du liquide se produit toujours à la première mise en service de l’installation et plus spécialement à la première montée en température du système L'oxygène est un gaz hautement réactif, c'est la principale cause de corrosion dans les systèmes. L'azote est un gaz inerte le plus souvent responsable de la formation d'écoulement bi phasique gaz/eau. En règle générale, les concentrations en azote ≤ 15 mg/l sont inoffensives et peuvent être obtenues par de simples dégazeurs atmosphériques 35

36 Purgeur et dégazeur : rôle et fonctionnement
Purgeur manuel avec report en local technique. Il peut être confectionné une bouteille de purge (Tuyau en cuivre diamètre 50 mm par exemple) au point haut de l’installation avec un report capillaire en cuivre diamètre 4 mm muni d’une vanne dans le local technique Bouteille de purge Capteur Tube cuivre de 4x6 Vanne en local technique

37 Purgeur et dégazeur : rôle et fonctionnement
Purgeur automatique et bouteille de purge. vis de purge séparateur d'air coquille de protection Isolant Montage sur le départ (chaud) Actif uniquement lors de la mise en service et de la maintenance Protection parfaite contre les intempéries Recommandée dans le cas de plusieurs champs de capteurs Pas indispensable si le remplissage du circuit solaire est réalisé à l’aide d’une station de remplissage Position des purgeurs La position idéale des purgeurs se trouve à l'endroit le plus élevé de l'installation. On aura intérêt à intercaler un ballon de dégazage entre l'installation et le purgeur, ceci afin que s'accumule l'air qui peut avoir pénétré dans le circuit. Il convient de placer le purgeur comme indiqué sur le schéma pour éviter que l'air ne soit entraîné par le fluide, c’est-à-dire lorsque la vitesse du fluide dépasse 0,4 m/s. Il importe de placer les purgeurs là où des phénomènes de siphon peuvent se produire. Les purgeurs placés aux points hauts des capteurs doivent résister aux très hautes températures (200°C). Après la mise en service du CESI, les purgeurs automatiques doivent être isolés par une vanne de sectionnement pour éviter la vidange du circuit primaire par dégazage en cas de montée anormale en température du capteur (180°C : cas de la stagnation). Composants et sous-systèmes des installations solaires thermiques 3-39

38 Purgeur et dégazeur : rôle et fonctionnement
Dégazeur sur la conduite

39 Purgeur et dégazeur : rôle et fonctionnement

40 Les conduites de liaisons : différents types
Canalisations en cuivre ou en inox Ne jamais utiliser du tube PER ou multicouche. Risque de dégradation rapide avec les températures ! Flexibles inox, doubles, isolés, avec câble pour la sonde capteurs. DN 12, 16, 20, 25, 32, 40. Au détail ou en couronne de 15, 20, 25 ou 30 mètres … Les tuyauteries du circuit primaire doivent être d’un diamètre suffisant pour permettre la circulation du fluide caloporteur au débit recommandé, en général 40 à 70 l/h par m² de capteur, avec une vitesse de circulation inférieure ou égale à 1 m/s. Les pertes de charges dans un circuit contenant une solution d’antigel (solution aqueuse de propylène glycol), seront plus élevées que dans un circuit contenant de l’eau, et ceci d’autant plus que la concentration en antigel sera plus élevée. Pour des concentrations en antigel inférieures à 45% en poids, il convient de majorer les pertes de charges du circuit par les coefficients moyens suivants : Tube de cuivre : 1,2 Tube d’acier : 1,1 Plusieurs diamètres sont envisageables. Il faut cependant remarquer que : si on diminue le diamètre des tuyauteries, les pertes de charges augmentent, ce qui entraîne un accroissement de la force motrice à mettre en œuvre (pompes de circulation), si on augmente le diamètre, les pertes de charges et la force motrice diminuent, mais les pertes thermiques augmentent et les frais d’installation deviennent plus importants. Certains fabricants de matériel auto vidangeable propose un raccordement en PER entre capteur et ballon. Ne pas utiliser à la fois dans un circuit du cuivre et de l’acier galvanisé : électrolyse et dégradation du circuit par corrosion assurées !!!

41 Les conduites de liaisons : l’isolation
Réduire les pertes de transfert Epaisseur 19mm Résistant aux UV en extérieur Protection mécanique si nécessaire Isolant haute température Diamètre Emission des canalisations en W/m ECS à 55°C – air ambiant à 15°C Non calorifugées Mal calorifugées Bien calorifugées DN15 36 16 8 DN20 46 17 9 DN25 57 19 10 DN32 72 23 11 Epaisseur de 19mm pour un isolant dont le lambda est de 0.04

42 Protection contre le gel
Comme pour tous les circuits de fluide en plein air, il faut prévoir une protection contre le gel, pour éviter de faire éclater le capteur et les conduites en hiver. Raccordement sur le réseau d’eau interdit. Il est important d’utiliser un antigel de qualité alimentaire (exemple : mélange à base de mono propylène glycol : MPG) destiné aux installations de chauffage (et non à base d’éthylène). L’antigel est fourni par le fabricant de CESI et ne doit être en aucun cas rejeté à l’égout Dans tous les cas, le mélange eau-antigel doit être aussi homogène que possible, sinon l’antigel risquera de s’accumuler dans certains endroits : bien brasser l’eau et l’antigel avant de faire le plein WATERLINE PROPYLENE GLYCOL ETHYLENE GLYCOL -10 -20 -30 -40 -50 1.15 1.20 1.25 1.30 - + pour un capteur non sélectif, la sensibilité au gel est accrue par le rayonnement propre de sa surface absorbante ; il peut ainsi se produire à quelques degrés au-dessus de 0°C. La solution retenue généralement pour éviter le gel est de mettre de l’anti-gel dans le circuit. L’antigel mono propylène glycol prêt à l’emploi fait en usine comporte des avantages à être utilisé : - on ne se trompe pas dans la proportion de mélange (eau + antigel) - il n’y a pas de risque de mélanger une eau corrosive ou chargée avec le MPG Une arrivée d’eau froide sur le circuit primaire qui permet donc l’introduction directe d’eau non mélangée d’antigel est à proscrire. Cette pratique courante dans les années 80 a été à l’origine de destructions par le gel de centaines de m² de capteurs. Faire préciser par le fabricant la périodicité de renouvellement de l’antigel et l’indiquer sur les documents d’entretien à remettre au client. Une installation sujette à des effets de surchauffe réguliers demande un contrôle du vieillissement du fluide régulier (réfractomètre). Attention, l ’antigel en forte concentration peut dissoudre les membranes en caoutchouc des vases d’expansion (Cas en haute montagne). Le réfractomètre et les différentes échelles de mesures existantes dans l’appareil 42

43 Protection contre le gel
Produit concentré antigel et anticorrosion pour installations d’énergie solaire. Liquide Caloporteur – sans nitrite. Fluide spécial à base de glycol. Aspect liquide limpide, incolore Point d’ébullition > 150° C Point de congélation < - 50° C Densité à 20°C – 1058 g/cm3 pH 7.5 – 8.5 Vieillissement précoce du produit au dessus de 170°C ou 280°C. Antigel différent suivant capteur plan ou sous vide. Les fabricants fournissent du liquide caloporteur avec une couleur qui leur est propre leur permettant de faire un suivi de leurs installations. L’antigel contient des inhibiteurs de corrosion pour protéger durablement et d’une manière fiable – contre la corrosion, le vieillissement et les incrustations – les matériaux métalliques couramment utilisés dans le secteur de l’énergie solaire et du chauffage central. Les mélanges d’antigel et d’eau ne se séparent pas. L’antigel est miscible avec tous les liquides caloporteurs du commerce à base de propylène-1,2 glycol. Une installation correctement dimensionnée, entretenue et n’étant pas soumise à des surchauffes excessives durant les périodes estivales permet de conserver le liquide caloporteur pendant 8 à 10 ans en parfait état. Un cas de surchauffe importante et régulière, il peut être nécessaire de faire un nettoyage des canalisations et des capteurs avant de réintroduire du produit. Fabricants de produit antigel et de nettoyant : TYFO, Produit Chimique du Mont Blanc, Sentinel, Progalva, … Protection des installations solaires minimum -25°C (à voir suivant la zone géographique). Contrôle régulier du produit : limpidité, protection au froid et pH.

44 La régulation : son fonctionnement et les réglages
3.4 La régulation : son fonctionnement et les réglages

45 Régulation Eau chaude Tc Ballon de stockage Régulation Capteur solaire
Tb Circulateur Eau froide La chaleur doit aller des CAPTEURS au STOCKAGE et non l'inverse. La mise en route et l'arrêt de la circulation sont effectués par un REGULATEUR qui mesure constamment : Tc : température en sortie des capteurs Tb : température en bas de ballon Un comparateur intégré au régulateur calcule la valeur correspondant à l’écart de température Tc - Tb (température sortie capteur – température bas du ballon) : T.

46 Régulation La valeur calculée DT est alors comparée aux différentiels d’arrêt et de démarrage : Le circulateur démarre lorsque T = Tc - Tb > DD = différentiel de démarrage Le circulateur s’arrête lorsque T = Tc - Tb < DA = différentiel d'arrêt Les valeurs de DD et DA sont réglables par l’installateur. Certaines régulations déterminent le DA Capteur solaire Circulateur Ballon de stockage Régulation Eau froide Eau chaude Tc Tb R Notes personnelles : 46

47 Régulation à débit constant
T°capteur DD = T°ballon + 8°C DA = T°ballon + 4°C T°ballon 1 2 4 3 20 25 30 35 40 45 50 55 08:00 09:00 10:00 11:00 Heure Température [°C] 1 2 4 3 Etat du Circulateur Marche 100% Notes personnelles : Arrêt 0 % 47

48 Régulation à débit variable
1 T°capteur 55 2 DD = T°ballon + 8°C 50 3 DA = T°ballon + 4°C 4 T°ballon 45 40 1 2 Température [°C] 35 3 30 Etat du Circulateur 20 08:00 09:00 10:00 11:00 Heure Marche 100% 1 Une fois le circulateur lancé à 100% de sa vitesse (1) la régulation va maintenir un delta T programmable (habituellement 10°C) en faisant varier de 30% (vitesse mini) à 100% de sa vitesse(2). Le delta d’arrêt est toujours actif suivant le réglage initial. 2 Arrêt 0 % 48

49 Régulation Quelques particularités :
La régulation : le refroidissement nocturne 85° : T° sécurité du stockage 120° : T° pour la protection du capteur Température du stockage Température du capteur Protection installation = fonctionnement du circulateur interdit REFROIDISSEMENT NOCTURNE 130° 120° 85° 75° 70 ° Marche arrêt T(°C) PROTECTION CAPTEUR PROTECTION BALLON Atteinte consigne ballon Production A retenir : le refroidissement nocturne permet de réduire la fréquence des surchauffes dans les capteurs conduisant à la vaporisation du fluide caloporteur et donc à son vieillissement. Simulations dans les mêmes conditions climatiques et de sous tirages, montrant la montée progressive de la température capteurs dû essentiellement à la protection ballon et l’effet d’un programme de refroidissement nocturne. (La température d’abaissement du ballon est réglable) Les températures maximales pour les configurations « protection du capteur » et « protection du ballon » sont mentionnées dans les préconisations fabricants. Toutefois la température maxi de stockage doit être réglée en prenant garde à la qualité de l’eau (précipitation de calcaire) T° maximum pour la sécurité du capteur : 130°C (en général, pour un fonctionnement à 3 bar de pression dans les capteurs) T° de refroidissement du capteur pour la protection du fluide : 120°C seuil de protection du caloporteur T° de sécurité du stockage : défini par le fabricant de la régulation et non modifiable, entre 85 et 95°C T° maximum de stockage : à définir en fonction de l’utilisateur pour avoir suffisamment de réserve d’eau chaude sur plusieurs jours en période estivale et avoir un delta suffisant avec la température de sécurité pour permettre un refroidissement des capteurs (entre 65 et 75°C). Cette température est mesurée par la régulation avec la sonde du bas de ballon, attention à la stratification. 49

50 Compléter les phrases suivantes, en tenant compte que
Régulation Compléter les phrases suivantes, en tenant compte que le différentiel d’arrêt DA= 3 °C et que le différentiel de démarrage DD = 8 °C : Le circulateur se met en marche lorsque Tb=30°C et Tc = ……°C La pompe s’arrête lorsque Tc=35°C et Tb= ……°C Le matin, le ballon est à 48°C et le capteur à 55°C, que se passe-t-il ? Le ballon est à 77°C (sonde2), le capteur à 92°C, la pompe ne tourne pas; pourquoi ? 50

51 Régulation

52 Circuit hydraulique Sonde de température
Il est recommandé, d’enduire la sonde d’une pâte thermique Et de la protéger des intempéries (UV) Des rongeurs (extérieur et intérieur) Sonde à plongeur avec doigt de gant : meilleure précision vérifier le libre passage du fluide Capteur solaire La sonde chaude doit être impérativement dans le capteur Sortie capteur Remarques : S’assurer de la bonne connexion des sondes de température à la régulation solaire Les doigts de gant peuvent être fabriqués dans du tube de 22 ou 28 mm dans lequel on incorpore par brasure un tube borgne pouvant contenir la sonde. La prolongation des fils de sonde est préférable par soudure et manchon thermo rétractable. Le câble de sonde doit être protégé mécaniquement contre les rongeurs en intérieur et extérieur. Doc. Constructeur 52

53 LE STOCKAGE D’EAU CHAUDE SANITAIRE
Captage Transfert Stockage Appoint Distribution 3.5 LE STOCKAGE D’EAU CHAUDE SANITAIRE

54 Caractéristiques principales :
Stockage Caractéristiques principales : Le volume prendra en compte le caractère discontinu de la ressource Limiter les pertes au maximum par une très bonne isolation Favoriser la stratification Échangeur secondaire thermique ou électrique ayant de bonnes performances Les accumulateurs les plus fréquemment rencontrés dans les installations actuelles sont des réservoirs thermiquement isolés qui peuvent contenir ou non un échangeur thermique. Les aspects les plus importants d'un accumulateur sont sa résistance mécanique, sa longévité et la qualité de l'isolation qui se mesure en W/K (Watts divisés par Kelvin). Plus le coefficient de pertes est faible (cela dépend de l'isolement et de l'épaisseur du matériau isolant) meilleur est le comportement de l'accumulateur. Un accumulateur bien conçu doit permettre une « stratification » de la température, c'est-à-dire une distribution verticale de la température de l'eau. Ceci améliore le fonctionnement de l'installation. Le principal avantage de l'échelonnement de la température est qu'il améliore le rendement de l'installation et que l'eau la plus chaude se trouve dans la partie haute de l'accumulateur ; c'est cette eau qui communique sa chaleur, tandis que l'eau qui retourne au capteur est celle la plus froide, laquelle permet au capteur de fonctionner le plus efficacement possible. Le choix des ballons devra intégrer la problématique de l’implantation (place disponible, accès,…).

55 Stockage Il existe plusieurs grandes classes de technologie de ballon de stockage : Ballon un échangeur Ballon bi énergie avec 2 échangeurs Ballon avec résistance électrique Ballon tri énergie 2 échangeurs et Résistance électrique Choix : Le choix d’une technologie dépend de l’installation existante du choix de l’appoint, des températures d’utilisation, du lieu géographique ( qualité de l’eau et de l’investissement. - Le ballon inox et d’autres revêtements seront acceptés à condition qu’ils soient garantis pour des températures allant jusqu’à 100°C. - Les ballons en acier émaillé ou avec revêtement synthétique ou minéral, équipés d’une anode seront acceptés pour des eaux d’une certaine qualité : peu calcaires, peu oxygénées, peu acides. - Dans le cas d’un changement du ballon existant, l’installation solaire pourra être envisagée avec un ballon bi-énergie. L’échangeur placé en bas du ballon sera connecté avec le capteur solaire, l’appoint sera réalisé en partie haute du ballon avec un réchauffeur connecté sur la chaudière. Source schémas : SOLARPRAXIS

56 Pertes énergétiques en kWh/an pour un fonctionnement annuel :
Stockage Importance de l'isolation d'un accumulateur: Pertes énergétiques en kWh/an pour un fonctionnement annuel : Pour un isolant de 4cm d’épaisseur : env kWh Pour un isolant de 8cm d’épaisseur : env kWh Pour un isolant de 12cm d’épaisseur : env kWh Importance de l'isolation d'un accumulateur Dans une installation solaire thermique, les pertes de chaleur se produisent surtout la nuit et ce, au niveau de l'accumulateur. Pour cette raison, il est très important de lui conférer une bonne isolation thermique. Concrètement, les principales zones où l’on observe des pertes de chaleur sont celles reproduites sur la figure (en rouge sur la diapositive). Il s'agit des zones de raccordement des tuyauteries, des robinets métalliques non isolés ou d’une isolation médiocrement réalisée. Le fait qu'un accumulateur de 300 litres, équipant une installation domestique type, puisse perdre environ kWh par an s'il est mal isolé, illustre bien l'importance que revêt son isolation thermique. Par exemple dans une ambiance à 20°, si la température du ballon est à une température de 50°C; ballon électrique de 300 litres sur socle de hauteur 1.76 mètre et de diamètre mètre. Isolant de 4cm d’épaisseur, coefficient λ de 0,04. Pour un fonctionnement annuel de 8760 heures. 1 – Surface du ballon : (3,14 x D x H)   (3,14 x D²/2) (3,14 x 0.678 x 1.76) + (3,14 x 0.678²/2) = 4.47 m² 2 - Déperditions en watt : U [W/m².K] x S [m²] x ΔT [K] 3-25

57 Protection contre les corrosions
Protection cathodique contre la corrosion Anode au magnésium sacrificielle L'anode devra être remplacée lorsque son usure dépasse 60 %. Un contrôle de l’anode est obligatoire tous les 2 ans. Anode électronique en titane (ACI) Fonctionne avec une alimentation électrique qu’il ne faut, en principe, jamais remplacer Les revêtements en émail comportent quelques pores après la cuisson. Pour exclure tout risque, les appareils émaillés sont munis d'une protection cathodique ou galvanique. Lors de la formation d'une pile électrique, c'est toujours l'anode qui se corrode. Le principe est donc de protéger l'acier (= la cathode) en le mettant en contact avec un métal moins noble que lui (= l'anode). L'anode, plongée dans l'eau, est généralement en alliage de magnésium. L’acier reste intact et le magnésium sacrifié se dissout. Inutile sur ballon en inox.

58 Protection contre les légionelles
Sécurité vis à vis du risque légionelles Les prescriptions relatives à la prévention du risque de développement des légionelles dans les installations de production d'eau chaude sanitaire : Pour un volume de stockage de l’eau chaude sanitaire supérieur ou égal à 400 L (ballon final seul), la température de l’eau au point de mise en distribution doit être au minimum de 55°C ou être portée à un niveau suffisamment élevé au moins une fois par 24 h (Voir l’arrêté du 30 novembre 2005). Lorsque le volume entre le point de mise en distribution et le point de puisage le plus éloigné est supérieur à 3 litres, la température de l’eau en circulation doit être au minimum de 50°C en tout point du système de distribution. Les prescriptions de l’arrêté ne s’appliquent pas à la sortie du ballon de préchauffage. Voir la diapositive complémentaire dans le dossier “informations complémentaires”. Le point de mise en distribution est situé à la sortie du ballon final de stockage lorsque plusieurs ballons sont installés en série.

59 Le groupe de sécurité Lors du fonctionnement normal du chauffe-eau, la montée en température provoque une expansion du volume d'eau contenu dans le chauffe-eau. Cette eau s'écoule par l'orifice de décharge qui est raccordé à une vidange. Ce petit écoulement est normal, mais d'une part c'est un gaspillage, et d'autre part risque de créer une érosion du siège de la soupape, accélérant le débit de fuite. Il est possible de remédier à cet inconvénient dû à un phénomène purement physique par la pose d'un vase d'expansion sanitaire. Ce vase est toujours posé sur l’entrée d’eau froide, entre le groupe de sécurité et le ballon. Définition: Le Groupe de sécurité regroupe 4 fonctions : Protéger le ballon d’eau chaude contre les excès de pression : Avec la température de l’eau qui augmente, la pression elle aussi augmente à l’intérieur du ballon (dilatation de l’eau). Pour des raisons de sécurité cette pression doit être limitée à une valeur inférieure à la pression de sécurité de la cuve. Cette fonction est assurée par la soupape de sécurité qui est réglée à 7 bar. Isoler le ballon d’eau chaude du circuit d’alimentation eau froide : Cette fonction est assurée par le robinet d’arrêt (lui aussi intégré au Groupe de Sécurité). Interdire le retour de l’eau chaude dans le circuit d’alimentation eau froide : Un clapet anti-retour empêche tout retour de l’eau chaude (qui est sous pression dans le ballon) dans le circuit d’alimentation eau froide, dès que la pression du ballon devient supérieure à celle du circuit d’alimentation en eau froide. Vidanger le ballon : La vidange du ballon est assurée par la soupape de sûreté qui peut-être actionnée manuellement, une fois ouverte, l’eau sous pression contenue dans le ballon est évacuée (attention : bien veiller à avoir débranché préalablement la production de chaleur du ballon, méfiez-vous également des risques de brûlures lors de la vidange de l’eau chaude). L’orifice de vidange du Groupe de Sécurité, qui comporte une garde d’air évitant toute remontée d’eau de vidange, doit être raccordée à l’évacuation par un kit siphon.

60 Le vase d’expansion sanitaire
un vase d’expansion sanitaire Permet de réaliser au moins 5 à 20 m3 d’économie d’eau par an De supprimer les pertes d’eau Ses caractéristiques fonctionnelles: Pré gonflage 3 bar Pression maxi 8 bars Température maxi 80°C (Doc. Pneumatex) Tableau de détermination du vase sanitaire à installer Calcul fait avec un réducteur de pression réglé à 3 bars Volume du chauffe-eau 60°C 70°C 80°C 50 L 1 x 5 l 75 L 100 L 1 x 8 l 150 L 1 x 12 l 200 L 1 x 18 l 300 L 1 x 25 l 500 L 2 x 18 l Le vase pour l’installation sanitaire est un vase destiné à absorber la dilatation d’une eau potable. Bien que non destinée à être bue, les parois du vases sont dites de qualité alimentaire. La plage de variation de température se situe généralement entre 10 °C et 65 °C en installation individuelle. L'eau est un bien précieux, préservez vos ballons d'eau chaude sanitaire. De plus en plus, l'actualité nous rappelle que l'eau, élément essentiel à la vie, n'est pas un produit de consommation banal. Sécheresses et pollutions sont des fléaux qui doivent nous faire prendre conscience qu'il n'y a pas de petites économies ou de petites mesures préventives pour préserver notre capital. Certaines fuites récurrentes, peuvent paraître "normales". Celles constatées sur les groupes de sécurité des ballons d'eau chaude sanitaire font partie de cette catégorie. En effet, lors du réchauffement de l'eau contenu dans le ballon (parfois le jour avec l’énergie solaire, parfois la nuit, lorsqu'il n'y a pas de soutirage), celle-ci se dilate (de 1,7% entre 20 et 60°C). L'eau étant incompressible, la pression augmente jusqu'à l'ouverture du groupe de sécurité (en général 7 bars). A chaque mise en température d'un ballon de 300 litres, ce sont environ 5 litres d'eau chaude, qui partent à l'égout. Les conséquences de ce phénomène : - Perte d'eau et d'énergie - Détérioration prématurée de la robinetterie, en raison de la surpression du réseau - Entartrage du groupe de sécurité, qui à la longue fuit en permanence La solution est simple, intercaler un vase d'expansion sanitaire entre le ballon d'eau chaude et le groupe de sécurité. Le vase d'expansion absorbe la dilatation et maintien une pression constante, quelle que soit la température de l'eau. Ces dernières années, nous avons beaucoup entendu parler de légionelles. La pollution de l'eau potable et la prolifération des bactéries sont majoritairement provoquées par la stagnation de l'eau dans des "bras morts". Un vase d'expansion sur une installation d'eau potable, peut être considéré comme un "bras mort". Pour cette raison, il est indispensable d'installer un vase d'expansion à passage intégral au travers d'une vessie en butyl alimentaire, ou de poser les accessoires rendant le vase traversant par l’eau froide. Pour 5 m3 d’eau par an ≈ 290 kWh

61 Le limiteur de température
Réglage et abaissement de la température au plus prêt possible du point d’utilisation. Organe de protection individuelle (clapet anti-retour, stop flux). Plage de réglage : °C Température maximale à l'entrée : 110 °C Pression différentielle maxi (ΔpV) : 5 bar Conformément à la nouvelle norme européenne EN1717 (protection contre la pollution de l’eau potable dans les installations d’eau et exigences générales des dispositifs pour empêcher la pollution par retour d’eau), les limiteurs thermostatiques doivent être équipés de clapets anti-retour homologués. Le principe de pilotage automatique des fluides chaud et froid permet une bonne gestion de l’eau chaude : pas de gaspillage d’eau et de calories par tâtonnements dans l’ajustement de la température ; réduction des pertes calorifiques en ligne ; arrêt temporaire du débit d’eau tiède aussi souvent que souhaité. - Le limiteur thermostatique permet de moins entartrer les appareils de puisage tels que têtes de robinets, sièges et électrovannes, d’où une longévité supérieure de l’ensemble du matériel et des canalisations. - Il augmente de façon significative l’autonomie de l’accumulateur. Il est couramment admis qu’un mitigeur thermostatique offre une économie de 30% par rapport à un mélangeur. En collectivité comme pour un particulier, l’appareil est vite amorti. 100 litres d’eau à 75°C donne 210 litres à 45°C En 7 secondes une eau à 60°c provoque une brûlure