Les applications du solaire thermique en installations individuelles

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1 Les applications du solaire thermique en installations individuelles
2 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 APPLICATIONS DOMESTIQUES
Le Chauffe-eau Solaire Individuel (CESI) : Capteurs solaires Ballon de stockage Échangeur de chaleur Eau Froide Sanitaire (E.F.S.) Eau Chaude Sanitaire (E.C.S.) Remarques : Le Chauffe-Eau Solaire Individuel (CESI) a pour fonction de produire de l’eau sanitaire à usage domestique (45 à 60°C). Celui-ci est constitué de trois éléments principaux : Des capteurs thermiques solaires vitrés, qui reçoivent et absorbent le rayonnement solaire et échauffent le liquide (eau + antigel) qui les parcourt Un ballon de stockage Les composants associés (échangeur, circulateur, régulation, tuyauterie) Sous les climats de la France métropolitaine, une énergie d’appoint est toujours nécessaire pour relayer le chauffe eau durant les périodes où l’ensoleillement est insuffisant. 3

4 APPLICATIONS DOMESTIQUES
Les systèmes solaires combinés : Les systèmes solaires combinés permettent la production de l’eau chaude sanitaire et contribuent aux besoins de chauffage en résidentiel Ils comportent : Des capteurs solaires qui absorbent et transforment le rayonnement solaire en chaleur Une distribution via un réseau hydraulique Un dispositif de stockage (ballon tampon, dalle de béton…) Des émetteurs de chaleur (radiateurs basse température, dalle chauffante…) Une régulation Une grande variété de systèmes solaires combinés existent suivant le mode de distribution pour le chauffage, le mode de production de l’ECS, le nombre de ballons de stockage en place et le raccordement de l’appoint. Deux grandes familles de systèmes existent : Un dimensionnement rapide donne en moyenne une surface de capteurs équivalent à 1m² pour kWh de consommation, et/ou 10-15% de la surface habitable. Une maison de 100 m² habitable présentera une surface de capteurs de 10 à 15 m². Une énergie d’appoint est toujours nécessaire pendant la période la plus froide de l’hiver. Ce chauffage d’appoint peut être soit indépendant (convecteur électrique, chauffage au bois…) soit directement couplé au système solaire. Lorsque le chauffage devient inutile, l’énergie produite par les capteurs est réservée à la production d’ECS, et quelquefois au chauffage d’une piscine. Le système solaire combiné permet, simultanément, de couvrir partiellement les besoins de chauffage de l’habitation et de la production d’ECS. Une grande variété de systèmes solaires combinés existent suivant le mode de distribution pour le chauffage, le mode de production de l’ECS, le nombre de ballons de stockage en place et le raccordement de l’appoint.  

5 APPLICATIONS DOMESTIQUES
Deux grands principes de Systèmes Solaires Combinés: 1 - Principe de l’hydro accumulation stockage de la chaleur produite par les capteurs dans un ou plusieurs volumes d’eau tampon (modèle séparé ou mixte) utilisation d’émetteurs basse température complément de chauffage couplé ou indépendant de la partie solaire - les systèmes conçus sur le principe de l’hydro accumulation. On stocke la chaleur produite par les capteurs dans un ou plusieurs volumes d’eau tampon. Il existe : ·   les modèles séparés qui consistent à relier les capteurs solaires à la fois à un ballon permettant le stockage de l’ECS et à un autre disponible pour stocker l’énergie solaire nécessaire au chauffage ·   les modèles mixtes qui consistent à relier les capteurs solaires permettant à la fois le stockage solaire pour l’eau chaude et pour le chauffage à un seul ballon. Nota : L’eau réchauffée est utilisée pour le chauffage du bâtiment à l’aide d’émetteurs basse température Les radiateurs basse température ou le plancher chauffant sont alimentés soit en énergie solaire seule soit simultanément en énergie solaire et en énergie d’appoint L’appoint de l’eau chaude peut être réalisé dans le même volume d’eau ou séparément L’eau chaude sanitaire est produite dans un ballon immergé ou dans un autre ballon ou par un échangeur de chaleur, immergé ou externe.

6 APPLICATIONS DOMESTIQUES
2 - Principe de chauffage direct par dalle épaisse ne concerne principalement que des projets neufs et de lourdes réhabilitation utilisation de la dalle du plancher chauffant ou le mur chauffant comme émetteur de chaleur et comme lieu de stockage de cette chaleur complément de chauffage couplé ou indépendant de la partie solaire circuit de dérivation permet la production d’eau chaude sanitaire dans un ballon de stockage - les systèmes dits à Plancher Solaire Direct (PSD). La dalle du plancher chauffant est utilisée non seulement comme émetteur, mais aussi comme stockage de la chaleur (encombrement réduit vis à vis de la solution à hydro accumulation). Le plancher est alimenté en énergie solaire et en énergie d’appoint. Un circuit de dérivation permet la production d’eau chaude sanitaire dans un ballon de stockage. Nota : Un système similaire peut être proposé dans le cadre de rénovation moins lourde et de logements ne possédant pas de plancher chauffant : le Radiateur Solaire Direct (RSD).

7 APPLICATIONS DOMESTIQUES
Le chauffage solaire des piscines de plein air : Le niveau de température de l’eau (inférieur à 30°C) étant plus faible que pour l’eau chaude sanitaire, le système solaire fonctionne avec un très bon rendement et permet : mettre le bassin en température en début de saison prolonger la saison de baignade relever la température du bassin après une séquence de mauvais temps ou de vent Le matériel utilisé : On utilise généralement des capteurs non vitrés, non isolés (capteurs moquettes). Une couverture isotherme nocturne de la piscine est fortement conseillée, car les pertes de chaleur par évaporation et par rayonnement sont très importantes Elle permet de diminuer en moyenne ces pertes de 50% par rapport à une piscine non couverte. L’énergie solaire apporte le complément et permet de se passer d’une énergie conventionnelle Une étude préalable doit être menée pour prendre en compte la température extérieure, le vent à la surface de l’eau, les contraintes de fonctionnement propres à l’équipement. Un dimensionnement rapide donne une surface de capteurs moquette d’environ 1/3 de la surface de la piscine pour la région Sud et un minimum de 1/2 pour la région Nord. Nota: Le chauffage des piscines peuvent faire appel à des capteurs de type non vitrés ou vitrés (afin de chauffer également l’eau des douches). 7

8 Un chauffe eau solaire…Qu’est ce que c’est et comment ça marche ?
Les questions habituellement posées Un chauffe eau solaire…Qu’est ce que c’est et comment ça marche ? Eau chaude Ballon de stockage R Capteur solaire Echangeur Régulation Circulateur Eau froide Le soleil peut assurer de 40 à 60% de la production annuelle d’eau chaude sanitaire d’une famille : il suffit pour cela d’utiliser directement la chaleur du soleil au moyen d’un chauffe-eau solaire Cet appareil se compose de 2 à 6 m² de capteurs solaires (indépendants ou intégrés à la toiture, en terrasse, en auvent…) et d’un ballon de stockage de l’eau chaude avec échangeur, nommé « ballon solaire », relié au capteur par des canalisations isolées thermiquement. Des équipements de sécurité et de régulation complètent le circuit du chauffe-eau Notes personnelles :

9 Est-ce que l’on peut produire de l’eau chaude toute l’année ?
Les questions habituellement posées Est-ce que l’on peut produire de l’eau chaude toute l’année ? La surface de capteurs installée doit permettre, par une journée bien ensoleillée, de fournir la totalité des besoins d’eau chaude des utilisateurs : Il y a des périodes d’autonomie complètes En hiver ou pendant les journées peu ensoleillées, l’énergie solaire peut ne pas être suffisante, et l’eau froide est simplement préchauffée par le chauffe-eau solaire (30 à 40°C). Une énergie d’appoint (bois, gaz, fioul, électricité …) est alors nécessaire pour atteindre la température souhaitée Remarques : Le système solaire de production d’ECS et l’appoint doivent être correctement couplés. Un mauvais couplage peut diminuer considérablement le rendement de l’installation. C’est le cas par exemple si l’eau froide est chauffée en priorité par l’appoint : même s’il y a du soleil, on ne réalise plus d’économies car les capteurs solaires ne fournissent plus d’énergie au ballon , puisque son eau est déjà chaude. En hiver et mi-saison, l’énergie solaire préchauffe l’ECS et l’énergie d’appoint complète.

10 Un chauffe eau demande-t-il beaucoup d’entretien ?
Les questions habituellement posées Un chauffe eau demande-t-il beaucoup d’entretien ? Pour vérifier son fonctionnement, il y a des opérations d’entretien à effectuer : Certaines peuvent être concédées au client : Vérification de la pression du liquide dans le circuit des capteurs conformément aux prescriptions du fabricant Par temps ensoleillé, vérification du fonctionnement du régulateur et du circulateur Vérification de l’état de propreté des capteurs Pour les autres opérations une visite périodique de maintenance préventive de l’installation est conseillée (nettoyage éventuel des capteurs, de l’état des isolant, de la qualité de l’antigel, du fonctionnement de la régulation, etc..) Il est conseillé à l’installateur de proposer un service annuel d’entretien lié à celui de la chaudière. Si aucun contrat d’entretien de la chaudière n’est possible, se référer aux préconisations fabricants pour le suivi du chauffe eau solaire (notamment pour la surveillance du fluide caloporteur). Il est possible d’informer le client sur la maintenance courante de l’installation. Il est utile de prévoir sur l’installation un thermomètre à l’entrée et un autre à la sortie de l’échangeur solaire du ballon. En fonctionnement et par temps ensoleillé, l’écart entrée - sortie dépasse rarement 10°C. Si cet écart est supérieur à 15°C, c’est probablement le signe d’une mauvaise circulation de fluide.

11 Quels sont les avantages à utiliser un chauffe-eau solaire ?
Les questions habituellement posées Quels sont les avantages à utiliser un chauffe-eau solaire ?  préserver les combustibles fossiles ou fissiles réduire ses dépenses d’énergie utiliser le combustible le plus compétitif : gratuité de la source diminuer les risques par rapport à d’éventuelles hausses des prix du pétrole augmenter la valeur marchande de l’habitation (DPE) bénéficier d’une aide financière (aides publiques et crédit d’impôt) arrêter la chaudière en été et donc augmenter son rendement et sa durée de vie utiliser un matériel fiable et durable Notes personnelles :