Produire l’eau chaude sanitaire pratiquement rien qu’en solaire

Par Alain GARNIER ingénieur et directeur du bureau d'études GARNIER à Reims

Produire l'eau chaude sanitaire en totalité grâce à l'énergie solaire ? Un pari ou un objectif ? Il est certain que le poste eau chaude sanitaire est prépondérant dans le bilan du BBC, du BEPAS (bâtiment à énergie passive) ou du prochain BEPOS bâtiment à énergie positive, base de la prochaine réglementation RT 2020). Voici un extrait de mon prochain Guide BEPOS de l'Habitat 2011 qui paraîtra dans quelques semaines.

1°/ Le préchauffage solaire et réchauffage par pompe à chaleur en BEPAS

Dans notre cas, la façon classique de préchauffer de l'eau chaude aurait pu correspondre à ce schéma de principe. Mais la température d'eau chaude de 60°C ne sera pas toujours atteinte et le taux de couverture annuel restera faible.

Préchauffage solaire

Le fluide thermique utilisé au primaire devra être de qualité alimentaire. Les ballons de stockage et de production d'eau chaude seront placés « au bain marie » à l'intérieur du tampon solaire ainsi que du tampon d'hydroaccumulation. Les ballons de stockage devront avoir chacun une capacité d'environ 30 litres/pers, soit sur une base de 3 pers/logt, environ 90 l/logement, côté tampon solaire comme côté hydroaccumulation, ce qui fera en tout un système à accumulation.

Les tampons thermiques nécessaires pour maintenir la température d'eau chaude aux moments des pointes de soutirage se trouveront du côté du fluide thermique (primaire) et non du côté eau chaude (secondaire). Pour apprécier l'efficacité d'un système de stockage, il faut rappeler que le rendement d'un capteur dépend essentiellement de la température moyenne du fluide qui le traverse, donc de la température du fluide au retour du stockage. L'une des caractéristiques essentielles de l'aptitude à l'emploi du stockage sera de fournir, à l'entrée des capteurs, un fluide dont la température sera la plus basse possible.

Du côté tampon solaire, la surface d'échange du ballon de stockage et de production d'eau chaude devra avoir une puissance d'environ 1,6 kW/logt avec des conditions au primaire de 45/40°C et au secondaire de 10/35°C.
La capacité du ballon de stockage dans le tampon solaire sera donc égale : 90 / 9 = 10 l/m² de capteurs sans vitres.

En hiver, lors des périodes longues sans soleil, la pompe à chaleur permettra de remonter la charge thermique du ballon hydroaccumulation et donc la température d'eau chaude.

Comme les besoins calorifiques pour le préchauffage d'eau chaude sanitaire vont dépasser ceux du chauffage, il nous faudra encore plus réfléchir sur des solutions performantes surtout dans les BEPOS.

2°/ La production d'eau chaude seule en été

Si en été le soleil permet de produire la totalité de l'ECS, on stoppera le système «thermodynamique» et on stockera l'excès de chaleur dans le deuxième bac tampon grâce à sa pompe de transfert. S'il y a un besoin de chauffage, on sera ainsi prêt à fournir totalement en énergie renouvelable.

Captation de chaleur solaire

Si l'on fonctionne en climatisation mais que le soleil est temporairement couvert et ne permet plus de produire la totalité de l'ECS, on récupérera la chaleur de réjection du système «thermodynamique» pour chauffer le bac tampon d'hydroaccumulation. S'il y a un besoin de chauffage, on sera ainsi prêt à fournir totalement en énergie renouvelable.

Captation de chaleur solaire

3°/ Le préchauffage et réchauffage solaire en BEPAS

Dans le cas de BEPOS, le principe de fonctionnement sera amélioré de façon à obtenir une couverture solaire maximale.

Préchauffage et réchauffage solaire

Ceux-ci seront totalement disponibles en été, ils nous permettront de monter la température à 60°C, un limiteur sera prévu pour éviter les risques de brûlure.

La boucle solaire basse température recevra le même fluide thermique que le reste de l'installation de façon à en faciliter la maintenance. Le remplissage sera réalisé par le vase d'expansion qui servira également de dégazeur ; celui-ci sera donc au point le plus élevé de façon à ce que toute l'installation et surtout les échangeurs soient en charge et que les purges d'air puissent s'effectuer de façon naturelle lors de l'introduction du fluide thermique. Le fluide thermique utilisé au primaire devra être de qualité alimentaire.

Les ballons de stockage et de production d'eau chaude seront placés « au bain marie » à l'intérieur du tampon solaire ainsi que du tampon d'hydroaccumulation. Les ballons de stockage devront avoir chacun une capacité d'environ 30 litres/pers, soit sur une base de 3 pers/logt, environ 90 l/logement, côté tampon solaire comme côté hydroaccumulation, ce qui fera en tout un système à accumulation.

Les tampons thermiques nécessaires à maintenir la température d'eau chaude aux moments des pointes de soutirage se trouveront du côté du fluide thermique (primaire) et non du côté eau chaude (secondaire). Du côté tampon solaire, la surface d'échange du ballon de stockage et de production d'eau chaude devra avoir une puissance d'environ 2 kW/logt avec des conditions au primaire de 45/40°C et au secondaire de 10/35°C.

La capacité du ballon de stockage dans le tampon solaire sera donc égale : 90 / 9 = 10 l/m² de capteurs sans vitres auquel il faudra ajouter les capteurs solaires à tubes sous vide. En hiver, lors des périodes longues sans soleil, la pompe à chaleur permettra de remonter la charge thermique du ballon hydroaccumulation et donc la température d'eau chaude.

Alain GARNIER
Alain Garnier est ingénieur et directeur du bureau d'études GARNIER 120 rue Gambetta à Reims – Lauréat du premier prix de l'Eco-Efficacité catégorie « concepteurs » en 2009 récompense remise lors de l'UCE (Université du confort et de l'eau) de ICO à Lille. www.be-garnier.fr

→ AUTRES CHRONIQUES D'ALAIN GARNIER

→ SOURCES & LIENS

Commentaires

  • Bernard
    0
    16/07/2016

    Le solaire peut etre rentable, mais pour faire des économies notre promoteur ne joue pas le jeu, il a rédu_it le stockage ECS solaire qui etait de 1500L dans l'etude thermique, à 1500l mixte solaire/appoint pour 48 personnes nous avons 15L/jour/personne!! alors tout est dereglé notre chaud ne condense pas et tout nous coute trop cher!! les promoteurs ne jouent pas tous le jeux!


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