Dans cet article / fiche révision, les bases du chauffe-eau solaire individuel (CESI).
AvertissementCe document n’est qu’une aide, un support pour les révisions des bases des sujets qu’ils traitent. |
Le chauffe-eau solaire permet de faire chauffer de l’eau à partir du soleil. L’eau passe dans un capteur qui est exposé au soleil. Lorsque l’eau passe dans ce capteur, le capteur transmet à l’eau l’énergie du soleil. L’eau qui sort du capteur ou panneau solaire est plus chaude en sortie du capteur qu’en entrée du capteur. Cette eau plus chaude est stockée dans un ballon solaire d’eau chaude sanitaire. Il y a différente technologie et méthode pour chauffer de l’eau à partir du soleil.
Sommaire
1 -Les différents usages du solaire thermique
2-Les différents systèmes de CESI (Chauffe Eau Solaire Individuel)
3-Les différents schémas de principes des CESI (Chauffe Eau Solaire Individuel)
3.1 le chauffe-eau solaire à thermosiphon monobloc
3.2 le chauffe-eau solaire à thermosiphon à éléments séparés
3.3 le chauffe-eau solaire à circulation forcée avec capteurs remplis en permanence
3.4 le chauffe-eau solaire à circulation forcée autovidangeable
3.5 Les 3 configurations possibles d’un chauffe-eau solaire à circulation forcée
3.5.1 ballon solaire avec appoint intégré par échangeur ou résistance électrique
3.5.2 ballon solaire en série avec un ballon d’appoint (échangeur ou résistance électrique-cumulus)
3.5.3 ballon solaire en série avec un appoint séparé par une chaudière
1 -Les différents usages du solaire thermique
On peut utiliser le solaire thermique pour :
- produire de l’eau chaude sanitaire (ECS)
- produire de l’eau chaude sanitaire et de l’eau pour le chauffage (SSC)
- produire de l’eau chaude pour chauffer une piscine
- produire du froid (climatisation) à partir de machine à absorbtion
et dans différents domaines d’application :
- usage individuel
- usage collectif
la différence entre les deux est la quantité d’eau chaude produite et donc la puissance de l’installation solaire thermique. Pour un usage individuel on sera sur de la petite puissance, sur de l’usage collectif on sera sur de la moyenne voir grande puissance.
en usage individuel :
- la production d’eau chaude sanitaire (ECS) à partir du solaire s’appelle le CESI (Chauffe Eau Solaire Individuel).
- la production combinée de chauffage et d’eau chaude sanitaire s’appelle le SSC (Système Solaire Combiné Individuel ).
2-Les différents systèmes de CESI (Chauffe Eau Solaire Individuel)
Il existe 4 grands systèmes de chauffe-eau solaire individuel :
- le chauffe-eau solaire à thermosiphon monobloc
- le chauffe-eau solaire à thermosiphon à éléments séparés
- le chauffe-eau solaire à circulation forcée avec capteurs remplis en permanence
- le chauffe-eau solaire à circulation forcée autovidangeable
et dans le système du chauffe-eau solaire à circulation forcée (avec capteur rempli en permanence et autovidangeable) il existe 3 configurations possibles :
- ballon solaire avec appoint intégré par échangeur ou résistance électrique
- ballon solaire en série avec un ballon d’appoint (échangeur ou résistance électrique)
- ballon solaire monté en série avec un appoint séparé fourni par une chaudière
Il existe 4 types de ballons pour produire de l’eau chaude avec le solaire thermique :
- le ballon solaire sans appoint
- le ballon bi-énergie avec appoint hydraulique (échangeur)
- le ballon bi-énergie avec appoint électrique (résistance électrique)
- le ballon mixte avec appoint hydraulique et électrique
3-Les différents schémas de principes des CESI (Chauffe Eau Solaire Individuel)
3.1 le chauffe-eau solaire à thermosiphon monobloc
L‘eau circule dans le capteur solaire par l’effet thermosiphon. Le thermosiphon est un phénomène physique qui fonctionne par différence de température d’un fluide. L’eau chaude a une masse volumique plus faible que l’eau froide. L’eau chaude monte, l’eau froide descend, dans un circuit fermé ça crée une circulation comme s’il y avait une pompe / circulateur en marche.
L’eau sans glycol à 4°C a une masse volumique de 1000 kg/m3 , à 100°C l’eau sans glycol à une masse volumique de 958 kg/m3
Note : les clapets anti-thermosiphon ou les lyres anti-thermosiphon supprime ce phénomène physique.
3.2 le chauffe-eau solaire à thermosiphon à éléments séparés
3.3 le chauffe-eau solaire à circulation forcée avec capteurs remplis en permanence
3.4 le chauffe-eau solaire à circulation forcée autovidangeable
Lorsque le système s’arrête le capteur solaire se vide et l’eau va être stocké dans la bouteille de récupération.
Sur cette photo on peut voir une bouteille de récupération d’un chauffe-eau solaire à circulation forcée autovidangeable.
3.5 Les 3 configurations possibles d’un chauffe-eau solaire à circulation forcée
Le rayonnement solaire est irrégulier. C’est pour cela qu’il est indispensable d’avoir un ballon de stockage et d’un chauffage d’appoint de l’eau du ballon pour pouvoir disposer de l’eau chaude à n’importe quel moment de la journée et de l’année.
3.5.1 ballon solaire avec appoint intégré par échangeur ou résistance électrique
3.5.2 ballon solaire en série avec un ballon d’appoint (échangeur ou résistance électrique-cumulus)
3.5.3 ballon solaire en série avec un appoint séparé par une chaudière
4 Les différents capteurs solaires
Il existe 3 types de capteurs solaires différents :
- le capteur plan vitré
- le capteur sous vide
- le capteur plan non vitré ou moquette (pour chauffer les piscines)
5 La régulation
Le principe de la régulation d’un chauffe-eau solaire est simple. Lorsque la température du fluide caloporteur (eau + glycol) dans le capteur est supérieure à la température de l’eau qu’il y a en bas du ballon solaire, la pompe (ou le circulateur) se met en marche pour transférer les calories du capteur à l’échangeur du ballon solaire dans lequel il y a l’eau à chauffer pour faire de l’eau chaude sanitaire.
La régulation ne doit pas transférer les calories du ballon d’eau chaude sanitaire vers le capteur solaire la journée.
Par contre la nuit, suivant le type de capteur solaire utilisé, la régulation peut mettre la pompe en marche pour évacuer les calories du ballon vers les capteurs solaires pour éviter une surchauffe trop importante des capteurs solaires la journée (refroidissement nocturne).
Le régulateur a donc :
- 1 sonde de Température en Sortie Capteur Solaire (TSCS)
- 1 sonde de Température en bas du Ballon solaire ou en sortie d’échangeur (TB)
- 1 sortie pour mettre en marche ou arrêter la pompe (le circulateur)
Pour éviter les courts cycles sur la pompe, c’est à dire la marche et arrêt de la pompe de manière trop rapproché, il y a une valeur de différentielle (d’hystérésis) sur la mise en marche de la pompe ET il y a un différentiel sur la mise à l’arrêt de la pompe.
Par exemple, sur le régulateur Vitosolic 100 (réglage d’usine), le différentiel sur la valeur d’enclenchement de la pompe est de 6K et le différentiel sur la valeur de déclenchement de la pompe (l’arrêt) est de 4K.
Pour que la pompe se mette en marche il faut que :
- la température du capteur (TSCS) soit supérieure à la température du bas du ballon solaire plus le différentiel d’enclenchement de la pompe
Pour que la pompe s’arrête il faut que:
- la température du capteur (TSCS) soit inférieure à la température du bas du ballon solaire plus le différentiel de déclenchement de la pompe.
En général, les constructeurs proposent les valeurs suivantes :
- 5 à 10K pour le différentiel d’enclenchement de la pompe (mise en marche de la pompe)
- 2 à 4 K pour le différentiel de déclenchement de la pompe (mise à l’arrêt de la pompe)
Sur cette photo on peut voir le régulateur Vitosolic 100
Rappel : un circulateur , c’est une pompe à rotor noyé.
6 Différentes informations
La consommation d’eau chaude à 50°C est en moyenne de 33 litres par jour et par personne
La pompe du circuit primaire doit pouvoir fournir un débit de 40 à 70 l/h par m2 de capteur en règle générale.
Le surdimensionnement des capteurs solaires génère une faible augmentation de la production solaire pour un surcoût important et des problèmes techniques importants comme la surchauffe des capteurs entraînant le vieillissement prématuré de l’installation.
Pour protéger l’installation du gel , l’eau doit être glycolée. L’antigel doit être de qualité alimentaire : le MPG (Mono Propylène Glycol). Le rejet à l’égout de l’antigel ou de l’eau glycolée est interdite , c’est pour cela qu’il y a un bac de rétention à la sortie de la soupape. Les valeurs courantes de glycol dans le circuit primaire (capteur solaire) sont comprise en 30 et 40%. L’utilisation d’un antigel prêt à l’emploi, c’est à dire déjà dilué est préférable car ça évite les erreurs de dosage. Le remplissage se fait le matin ou le soir pour éviter une vaporisation de l’antigel dans les capteurs.
Pour contrôler la concentration en glycol (propylène glycol) dans l’installation on utilise un réfractomètre. Le réfractomètre indique le point de congélation du liquide prélevé dans l’installation.
Le tableau suivant affiche les points de congélation et les concentrations de glycol avec du propylène glycol et de l‘eau :
Il est interdit de raccorder une arrivée d’eau permanente sur le circuit primaire (circuit du panneau solaire).
La température de stagnation d’un capteur solaire , c’est la température maximum que peut atteindre le fluide caloporteur dans le capteur solaire en plein soleil et sans circulation (pompe à l’arrêt). Suivant le type de capteur, la température peut dépasser les 200°C pour les capteurs plans et 300°C pour les capteurs sous vide. Il existe des panneaux spéciaux avec un revêtement spécial sur le verre qui laisse de moins en moins bien passer les rayons du soleil au fur et à mesure que la température monte dans le capteur évitant toute surchauffe.
Le circuit primaire contient :
- une pompe contrôlé par un régulateur. En production d’ECS, en plein ensoleillement, le delta T entre l’entrée et la sortie de l’échangeur doit être comprit entre 10 et 15K. S’il y a un débit, il y a un delta T.
- une soupape de sécurité, tarés à 3 bars ou 6 bars suivant les fabricants de CESI
- un manomètre
- un vase d’expansion (pression de gonflage = 0,3 bars +Pression de vaporisation + hauteur géométrique ) la pression de vaporisation du fluide caloporteur dépend de la température maximum de l’installation et du pourcentage de glycol
- un système de remplissage et de vidange de l’installation
- des purgeurs automatiques isolables par une vanne
- un clapet anti-thermosiphon ou une lyre anti-thermosiphon pour éviter que la nuit le fluide circule du ballon vers le capteur ce qui refroidirait le ballon de stockage.
Le circuit secondaire contient :
- La réglementation fixe une limite de l’eau chaude sanitaire à 60°C aux points de puisage non destinés à la toilette et 50°C aux point de puisage pour la toilette. Pour cela un mitigeur thermostatique peut être placé au départ ECS vers les points de puisage.
- un groupe de sécurité en amont du ballon sur l’arrivée d’eau froide du ballon. Le groupe de sécurité comprend 4 fonctions : robinet d’arrêt, clapet anti-retour, robinet de vidange, soupape de sécurité (ou soupape de sûreté). Il doit être raccordé à l’égout par un écoulement visible.
- un clapet anti-retour anti-pollution sur l’arrivée d’eau froide et un compteur d’eau qui sont déjà présent sur l’installation
La mise à l’épreuve du circuit primaire pour faire le test d’étanchéité ce fait avec une pression de 1,5 fois la pression de service. Cette mise en pression doit durée 30 minutes.
Dans les ballons de stockage d’eau chaude sanitaire, il y a le risque légionelle qui est une bactérie potentiellement dangereuse (suivant le nombre de colonie de légionelle) pour les organismes faibles (malade). Les légionelles se multiplient entre 20 et 45°C avec un optimum vers 35°C. En-dessous de 20°C les légionelles sont à l’état de “dormance” et aux alentours de 45° la multiplication se ralentit. Pour tuer 90% d’une population de légionelle en suspension il faut que l’eau soit à 50°C pendant 6h ou à 60°C pendant 45s ou à 70°C pendant 30s. Dans la réalité les légionelles peuvent être protégé dans du biofilm et pour les détruire il faut fortement majorer ces températures. C’est pour cela que l’on fait des chocs thermiques dans les ballons ECS, on monte la température à 70°C voir plus si c’est possible. Et quand il y a une infection de légionelle il ne reste plus que le traitement chimique fait par une société spécialisé.
METTRE en PLACE un CAHIER DE MAINTENANCE pour assurer le suivi de l’installation. Toute intervention sera consigné dessus avec les valeurs de température, de pression, de débit (s’il y a un débitmètre comme un débitmètre à flotteur appelé le rotamètre) etc…
Ce conformer aux prescriptions du fabricant du CESI
SOLAIRE THERMIQUE les articles, par jp0065
Tu peux me soutenir financièrement dans la production de mes articles et de mes vidéos par une donation
MERCI
Me suivre sur les réseaux sociaux pour être tenu au courant des prochaines sorties:
- Twitter : https://twitter.com/egenieclim
- Facebook : https://www.facebook.com/egenieclimatique
- Instagramm : https://www.instagram.com/egenieclimatique/
- Google+ : https://plus.google.com/+e-genieclimatique
- YouTube : https://www.youtube.com/e-genieclimatique
Licence Creative Commons Paternité – Pas d’Utilisation Commerciale – Partage desConditions Initiales à l’Identique 2.0 France
Chargement ...
