Chauffe-eau solaire individuel (CESI)

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1 Chauffe-eau solaire individuel (CESI)
D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

2 Chauffe-eau solaire individuel
- Objectifs : S’INFORMER des différentes structures d’installations solaires thermiques domestiques pour le chauffage de l’eau sanitaire et DÉFINIR le rôle des différents constituants (capteurs, ballon de stockage). DIMENSIONNER et CHOISIR les constituants d’une installation solaire thermique domestique (surface des capteurs, capacité du ballon de stockage). S’INFORMER des autres applications solaires thermiques domestiques (systèmes combinés, planchers solaires directs). S’INFORMER des aspects administratifs et financiers pour concrétiser un projet domestique. PARTAGER votre étude en réalisant un diaporama qui sera présenté au reste de la classe. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

3 Structure générale d’une installation domestique
Chauffe-eau solaire individuel Structure générale d’une installation domestique D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

4 Une installation domestique comporte :
Chauffe-eau solaire individuel Une installation domestique comporte : Des capteurs implantés sur le toit de l’habitation. Un ballon de stockage de l’eau chaude sanitaire équipé d’un système d’appoint (résistance électrique). Une pompe de circulation du fluide caloporteur (eau glycolée). Un régulateur de la température de l’eau sanitaire. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

5 Taux de couverture des besoins :
Chauffe-eau solaire individuel Taux de couverture des besoins : Un chauffe-eau solaire assure en moyenne un taux de couverture de 62 % des besoins de chauffage de l’eau sanitaire. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

6 Taux de couverture des besoins :
Chauffe-eau solaire individuel Taux de couverture des besoins : Contrairement à une idée reçue, un chauffe-eau solaire individuel peut également être implanté au nord de la France et assurer un taux satisfaisant de couverture des besoins. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

7 Technologie des capteurs solaires
Chauffe-eau solaire individuel Technologie des capteurs solaires D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

8 Bilan énergétique du rayonnement solaire :
Chauffe-eau solaire individuel Bilan énergétique du rayonnement solaire : En traversant l’atmosphère, l’énergie solaire initiale de 1,4 kWh/m² diminue pour valoir un rayonnement global de 1 kWh/m² reçu à la surface de la Terre. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

9 Fonctionnement des capteurs solaires :
Chauffe-eau solaire individuel Fonctionnement des capteurs solaires : Réflexion, absorption, conduction, rayonnement et convection sont les principaux phénomènes qui induisent des déperditions, ce qui limite le rendement d’un capteur solaire à environ 70%. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

10 Rendement des capteurs solaires (exemples) :
Chauffe-eau solaire individuel Rendement des capteurs solaires (exemples) : Plus la différence entre la température du fluide caloporteur et la température ambiante est importante, plus le rendement du capteur solaire se dégrade. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

11 Rendement des capteurs solaires (définition) :
Chauffe-eau solaire individuel Rendement des capteurs solaires (définition) : Le rendement d’un capteur solaire prend en compte un rendement optique et des coefficients de déperditions selon la formule suivante : D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

12 Différents capteurs solaires :
Chauffe-eau solaire individuel Différents capteurs solaires : On distingue : les capteurs plats les capteurs à tubes. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

13 Les capteurs solaires plats :
Chauffe-eau solaire individuel Les capteurs solaires plats : Dans un capteur plat, le fluide caloporteur (eau glycolée) puise ses calories en circulant dans un serpentin en cuivre au contact d’un absorbeur. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

14 Les capteurs solaires à tubes :
Chauffe-eau solaire individuel Les capteurs solaires à tubes : Pour augmenter le rendement du capteur par réduction des déperditions, ce type de capteur solaire est composé de nombreux tubes de verre parallèles sous vide. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

15 Implantation des capteurs solaires :
Chauffe-eau solaire individuel Implantation des capteurs solaires : Il est possible d’implanter des capteurs sur le versant d’un toit (A et B), sur un toit en terrasse (C et D), sur un châssis incliné (E), en façades, en garde-corps d’un balcon ou en balustrades (F). D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

16 Exemples d’implantations de capteurs solaires :
Chauffe-eau solaire individuel Exemples d’implantations de capteurs solaires : Posés ou intégrés au toit, solidaires d’un châssis ou associés à un Velux, les capteurs solaires font l’objet d’implantations qui conjuguent efficacité, discrétion et esthétisme. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

17 Incidence de l’inclinaison et de l’orientation des capteurs solaires :
Chauffe-eau solaire individuel Incidence de l’inclinaison et de l’orientation des capteurs solaires : Même si les capteurs solaires ne sont pas orientés plein sud, leur inclinaison adaptée permet d’obtenir une installation avec un bon rendement. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

18 Implantation et montage des capteurs solaires :
Chauffe-eau solaire individuel Implantation et montage des capteurs solaires : D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

19 Implantation et montage des capteurs solaires :
Chauffe-eau solaire individuel Implantation et montage des capteurs solaires : D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

20 Technologie des ballons de stockage
Chauffe-eau solaire individuel Technologie des ballons de stockage D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

21 niveau supérieur à celui du capteur.
Chauffe-eau solaire individuel Thermosiphon : Pour exploiter le principe du thermosiphon, le ballon doit être placé à un niveau supérieur à celui du capteur. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

22 Chauffe-eau solaire individuel
Thermosiphon : Par circulation naturelle du fluide caloporteur, les calories collectées dans le capteur sont transmises à l’eau à chauffer par un échangeur interne au ballon de stockage. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009 D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

23 Ballon électrosolaire :
Chauffe-eau solaire individuel Ballon électrosolaire : Une résistance électrique d’appoint permet de compenser l’énergie thermique produite par les capteurs quand l’énergie solaire est trop faible. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

24 de l’eau chaude issue d’une chaudière au fioul ou au gaz.
Chauffe-eau solaire individuel Ballon hydrosolaire : Dans le cas d’un ballon hydrosolaire, l’échangeur d’appoint est alimenté par de l’eau chaude issue d’une chaudière au fioul ou au gaz. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

25 Un ballon hydrosolaire comporte deux échangeurs : un échangeur pour
Chauffe-eau solaire individuel Ballon hydrosolaire : Un ballon hydrosolaire comporte deux échangeurs : un échangeur pour l’énergie d’origine solaire (serpentin inférieur) et un échangeur d’appoint (serpentin supérieur). D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

26 Dimensionnement des matériels (étude de cas)
Chauffe-eau solaire individuel Dimensionnement des matériels (étude de cas) D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

27 Cahier des charges (demande du client) :
Chauffe-eau solaire individuel Cahier des charges (demande du client) : Une famille de cinq personnes habite une maison individuelle située dans la région nantaise. À l’occasion d’une rénovation, il est envisagé de remplacer le ballon d’eau chaude sanitaire électrique d’origine par un chauffe-eau solaire individuel qui associe des capteurs solaires à tubes et un ballon de stockage électrosolaire. Celui-ci doit stocker l’eau sanitaire à une température de 50 °C pour un usage à une température de 45 °C. À l’origine, la température de l’eau sanitaire est de 10 °C. Au plus chaud de l’été, la température du fluide caloporteur qui circule dans les capteurs peut atteindre une température moyenne de 65 °C pour une température moyenne de l’air ambiant de 25 °C. Enfin, les capteurs solaires sont disposés sur le toit avec une inclinaison de 45° et une orientation plein sud. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

28 On se propose de dimensionner les matériels par :
Chauffe-eau solaire individuel On se propose de dimensionner les matériels par : La détermination du volume du ballon de stockage (avec appoint). La détermination de la surface des capteurs solaires. IMPORTANT : le dimensionnement envisagé comparera les résultats d’une méthode simplifiée (ADEME) à ceux de la méthode préconisée par le constructeur VIESSMANN. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

29 La région nantaise (département 44) est située en zone 2.
Chauffe-eau solaire individuel Méthode simplifiée : La région nantaise (département 44) est située en zone 2. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

30 Méthode simplifiée (suite) :
Chauffe-eau solaire individuel Méthode simplifiée (suite) : Pour 5 ou 6 occupants en zone 2, la tableau recommande un ballon de stockage d’un volume de 400 à 550 litres associé à une surface de 3,5 à 6,5 m² de capteurs solaires. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

31 Méthode du constructeur VIESSMANN :
Chauffe-eau solaire individuel Méthode du constructeur VIESSMANN : Volume du ballon de stockage : Compte-tenu du coefficient de sécurité (valeur : 2) appliqué dans le calcul précédent, on peut retenir un ballon de stockage électrosolaire du type VIESSMANN Vitocell 100-V d’une capacité de 390 litres. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

32 Méthode du constructeur VIESSMANN (suite) :
Chauffe-eau solaire individuel Méthode du constructeur VIESSMANN (suite) : Volume d’eau à chauffer : Le volume d’eau à chauffer correspond à la moitié de la capacité du ballon de stockage : 390 / 2 = 195 litres. Energie calorifique journalière : Rendement des capteurs solaires : 0,82 0,7524 D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

33 Méthode du constructeur VIESSMANN (suite) :
Chauffe-eau solaire individuel Méthode du constructeur VIESSMANN (suite) : La consultation du tableau ci-dessus permet de calculer, sur la période d’avril à septembre, une irradiation journalière moyenne de 4,95 kWh/m2 pour des capteurs implantés dans la région nantaise avec une inclinaison de 45°. Surface théorique des capteurs solaires à tubes : D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

34 Par leur similitude, les résultats des deux méthodes sont cohérents !
Chauffe-eau solaire individuel Méthode du constructeur VIESSMANN (suite) : Surface réelle des capteurs solaires à tubes : 0,7524 3,5 Il en résulte le choix de deux capteurs VIESSMANN Vitosol 200-T d’une surface de 2 m² par capteur et composés chacun de 20 tubes. Bilan comparatif : Méthode simplifiée : ballon : 400 à 550 litres, surface des capteurs : 3,5 à 6,5 m² Méthode VIESSMANN : ballon : 390 litres, surface des capteurs : 3,5 m². Par leur similitude, les résultats des deux méthodes sont cohérents ! D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

35 Autres applications solaires thermiques
Chauffe-eau solaire individuel Autres applications solaires thermiques D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

36 Systèmes solaires combinés :
Chauffe-eau solaire individuel Systèmes solaires combinés : Dans le cas d’un système solaire combiné, les capteurs assurent à la fois le chauffage de l’eau sanitaire et le chauffage de l’eau qui circule dans les émetteurs destinés à chauffer des pièces de l’habitation. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

37 Par opposition à un système solaire
Chauffe-eau solaire individuel Plancher solaire direct (PSD ®) : Par opposition à un système solaire combiné, un plancher solaire direct se caractérise par la circulation du fluide caloporteur issu des capteurs directement dans l’émetteur que constituent les conduits noyés dans la dalle. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

38 Aspects financiers Chauffe-eau solaire individuel
D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

39 Aides financières accordées :
Chauffe-eau solaire individuel Aides financières accordées : Crédit d’impôt à hauteur de 50 % du coût matériel de l’installation (jusqu’au 31 décembre 2012) limité à € (personne seule) et à € (couple). Prêt à taux zéro calculé sur la base de 300 € / m² et plafonné à € par foyer. T.V.A. à 5,5 % appliquée sur le coût de la prestation assurée par l’installateur (main d’œuvre et coût du matériel). Aide de l’ANAH : - de 20 à 35 % du coût des travaux (propriétaire occupant le logement) - de 15 à 70 % du coût des travaux (propriétaire bailleur) - prime complémentaire : 900 € pour un CESI et € pour un SSC. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

40 Chauffe-eau solaire individuel
D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

41 Fin de la présentation Chauffe-eau solaire individuel
D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

42 Chauffe-eau solaire individuel
Les illustrations de ce diaporama proviennent de documents techniques édités par les partenaires et les constructeurs suivants : Ademe, Atlantic, Clipsol, EDF, ESTIF, Giordano Industries, INES Education, Viessmann. D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009

43 Ce diaporama s’appuie sur le chapitre 3 de l’ouvrage :
Chauffe-eau solaire individuel Ce diaporama s’appuie sur le chapitre 3 de l’ouvrage : « Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables ». Elektor Publitronic - Collection Technique Pratique – 14 x 21 cm – 304 pages – 32,50 € Pour commander : Autres diaporamas relatifs au même ouvrage : Production électrique photovoltaïque raccordée au réseau Production électrique photovoltaïque en site isolé Production électrique éolienne domestique (petit éolien) Production électrique éolienne de grande puissance (grand éolien) Chauffage des locaux par géothermie et par aérothermie Chauffage des locaux par bois-énergie. Diaporamas téléchargeables en ligne sur D’après l’ouvrage : Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables – Gérard GUIHENEUF – © Elektor Publitronic 2009