ssc_individuel_conception_reno_rage_2012

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P R O G R A M M E D ’ A C C O M P A G N E M E NT D E S P R O F E S S I O N N E L S
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS
EN HABITAT INDIVIDUEL
CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
JJJJJJJJJJJJ
RRRR

RRRR RR
www.reglesdelart-grenelle-environnement-2012.fr
Édito
L
e Grenelle Environnement a fixé pour les bâtiments neufs et existants
des objectifs ambitieux en matière d’économie et de production
d’énergie. Le secteur du bâtiment est engagé dans une mutation de très
grande ampleur qui l’oblige à une qualité de réalisation fondée sur de
nouvelles règles de construction.
Le programme « Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 » a pour
mission, à la demande des Pouvoirs Publics, d’accompagner les quelque
370 000 entreprises et artisans du secteur du bâtiment et l'ensemble des
acteurs de la filière dans la réalisation de ces objectifs.
Sous l’impulsion de la CAPEB et de la FFB, de l’AQC, de la COPREC
Construction et du CSTB, les acteurs de la construction se sont rassemblés
pour définir collectivement ce programme. Financé dans le cadre du
dispositif des certificats d’économies d’énergie grâce à des contributions
importantes d’EDF (15 millions d’euros) et de GDF SUEZ (5 millions
d’euros), ce programme vise, en particulier, à mettre à jour les règles de l’art
en vigueur aujourd’hui et à en proposer de nouvelles, notamment pour ce
qui concerne les travaux de rénovation. Ces nouveaux textes de référence
destinés à alimenter le processus normatif classique seront opérationnels
et reconnus par les assureurs dès leur approbation ; ils serviront aussi à
l’établissement de manuels de formation.
Le succès du programme « Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
repose sur un vaste effort de formation initiale et continue afin de renforcer
la compétence des entreprises et artisans sur ces nouvelles techniques et ces
nouvelles façons de faire. Dotées des outils nécessaires, les organisations
professionnelles auront à cœur d’aider et d’inciter à la formation de tous.
Les professionnels ont besoin rapidement de ces outils et « règles du jeu »
pour « réussir » le Grenelle Environnement.
Alain MAUGARD
Président du Comité de pilotage du Programme
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Président de QUALIBAT
P R O G R A M M E
D ’ A C C O M P A G N E M E N T
D E S
P R O F E S S I O N N E L S
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Ce programme est une application du Grenelle Environnement. Il vise à revoir l’ensemble des règles de construction, afin de réaliser des économies d’énergie dans le bâtiment et de réduire les émissions de gaz à effet de serre.
www.reglesdelart-grenelle-environnement-2012.fr
Les Recommandations Professionnelles « Règles de l’Art Grenelle
Environnement 2012 » sont des documents techniques de
référence, préfigurant un avant-projet NF DTU, sur une solution
technique clé améliorant les performances énergétiques des
bâtiments. Leur vocation est d’alimenter soit la révision d’un NF
DTU aujourd’hui en vigueur, soit la rédaction d’un nouveau NF
DTU. Ces nouveaux textes de référence seront reconnus par les
assureurs dès leur approbation.
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Afin de répondre au besoin d’accompagnement des professionnels du
bâtiment pour atteindre les objectifs ambitieux du Grenelle Environnement,
le programme « Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 » a prévu
d’élaborer les documents suivants :
PROGRAMME
Avantpropos
Les Guides « Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 » sont
des documents techniques sur une solution technique innovante
améliorant les performances énergétiques des bâtiments. Leur
objectif est de donner aux professionnels de la filière les règles
à suivre pour assurer une bonne conception, ainsi qu’une
bonne mise en œuvre et réaliser une maintenance de la solution
technique considérée. Ils présentent les conditions techniques
minimales à respecter.
Les Calepins de chantier « Règles de l’Art Grenelle Environnement
2012 » sont des mémentos destinés aux personnels de chantier,
qui illustrent les bonnes pratiques d’exécution et les dispositions
essentielles des Recommandations Professionnelles et des
Guides « Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 ».
Les Rapports « Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
présentent les résultats soit d’une étude conduite dans le cadre
du programme, soit d’essais réalisés pour mener à bien la
rédaction de Recommandations Professionnelles ou de Guides.
L’ensemble des productions du programme d’accompagnement des
professionnels « Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 » est mis
gratuitement à disposition des acteurs de la filière sur le site Internet du
programme : http://www.reglesdelart-grenelle-environnement-2012.fr
Rénovation
Les Recommandations Pédagogiques « Règles de l’Art Grenelle
Environnement 2012 » sont des documents destinés à alimenter
la révision des référentiels de formation continue et initiale. Elles
se basent sur les éléments nouveaux et/ou essentiels contenus
dans les Recommandations Professionnelles ou Guides produits
par le programme.
3
PROFESSIONNELS
Slmmaire
PROGRAMME
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
1 - DOMAINE D'APPLICATION...................................................... 7
2 - RÉFÉRENCES...................................................................................... 8
2.1. • Références réglementaires.......................................................................................... 8
2.2. • Références normatives................................................................................................ 9
2.3. • Autres documents...................................................................................................... 12
3 - DÉFINITIONS..................................................................................... 14
4 - LES SOLUTIONS EN RÉNOVATION................................ 16
4.1. • Les systèmes solaires combinés indirects............................................................... 17
4.1.1. • Principe de fonctionnement......................................................................... 17
4.1.2. • La production d'eau chaude sanitaire......................................................... 18
4.1.3. • Le système d'appoint.................................................................................... 18
4.2. • Les systèmes solaires combinés directs.................................................................. 21
4.2.1. • Sans ballon de stockage............................................................................... 21
4.2.2. • Avec ballon de stockage............................................................................... 22
4.3. • Les systèmes autovidangeables............................................................................... 23
5 - PRÉ-DIAGNOSTIC DE L'INSTALLATION
EXISTANTE................................................................................................. 25
5.1. • Posséder une surface suffisante et optimale........................................................... 25
5.1.1. • L'inclinaison................................................................................................... 26
5.1.2. • L'orientation.................................................................................................. 28
5.1.3. • Les masques.................................................................................................. 28
5.2. • Posséder un emplacement suffisant pour recevoir le stockage............................. 30
5.3. • Prendre en compte les spécificités du solaire......................................................... 31
5.4. • Prévoir l'implantation du chantier............................................................................ 31
5.5. • Étudier les caractéristiques de l'installation de chauffage existante..................... 31
5.6. • Exemple de fiche pratique......................................................................................... 32
Rénovation
6 - DIMENSIONNEMENT DE LA SURFACE DES
CAPTEURS SOLAIRES...................................................................... 37
4
6.1. • Calcul des déperditions de base des bâtiments...................................................... 37
6.1.1. • Principe du calcul des déperditions............................................................. 37
6.1.2. • Déperditions surfaciques par transmission à travers les parois............... 38
6.1.3. • Déperditions linéiques aux liaisons des différentes parois....................... 38
6.1.4. • Déperditions par renouvellement d'air et infiltrations............................... 38
6.1.5. • La température extérieure de base du lieu................................................. 39
6.1.6. • Les relevés nécessaires pour le calcul des déperditions........................... 40
6.2. • Calcul des besoins de chauffage.............................................................................. 42
6.2.1. • Les apports gratuits internes journaliers (occupants et appareils)
en kWh/j........................................................................................................... 43
6.2.2. • Les apports gratuits externes journaliers (apports solaires) en kWh/j..... 43
6.2.3. • Le taux de récupération des apports gratuits............................................. 44
Conception : LENOX – Illustrations : COSTIC – Éditeur : AQC – ISBN : 978-2-35443-137-2 – Juillet 2013
7.1. • Le système solaire à charge directe.......................................................................... 48
7.1.1. • Avec ballon de stockage................................................................................ 48
7.1.2. • Sans ballon de stockage................................................................................ 48
7.2. • Le système solaire à charge indirecte....................................................................... 49
7.2.1. • Dimensionnement du ballon de stockage................................................... 49
7.2.2. • Conception du ballon de stockage............................................................... 49
7.2.3. • Le local........................................................................................................... 54
7.2.4. • Les réservations............................................................................................. 56
7.2.5. • La stratification.............................................................................................. 56
7.2.6. • Les déperditions du ballon........................................................................... 57
7.2.7. • Raccordements hydrauliques........................................................................ 58
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
7 - CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DU
STOCKAGE SOLAIRE......................................................................... 48
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
6.3. • Calcul des besoins d'eau chaude sanitaire.............................................................. 44
6.4. • Préconisations pour un projet de chauffage solaire............................................... 45
6.5. • Calcul de la surface de capteurs solaires................................................................. 46
6.5.1. • Système solaire avec charge indirecte........................................................ 46
6.5.2. • Système solaire avec charge directe........................................................... 47
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
8 - CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DU
CIRCUIT PRIMAIRE SOLAIRE....................................................... 61
8.1. • Canalisations.............................................................................................................. 61
8.2. • Isolation thermique.................................................................................................... 63
8.3. • Le circulateur.............................................................................................................. 64
8.4. • Systèmes évitant l'inversion du sens d'écoulement............................................... 65
8.5. • Système de purge...................................................................................................... 66
8.6. • Vase d'expansion solaire........................................................................................... 68
8.7. • La soupape de sécurité.............................................................................................. 71
8.8. • La boucle de décharge............................................................................................... 72
8.9. • Le liquide caloporteur................................................................................................ 72
8.10. • Dispositif de remplissage, de vidange et de prélèvement................................... 75
8.11. • Instruments de mesure et de contrôle.................................................................... 75
9 - L'INSTALLATION DE CHAUFFAGE EXISTANTE
: LES POINTS D'ATTENTION........................................................ 76
9.1. • Le circulateur du circuit de chauffage existant........................................................ 76
9.2. • Le vase d'expansion du circuit de chauffage existant............................................ 77
9.3. • La chaudière existante............................................................................................... 77
9.4. • Le disconnecteur........................................................................................................ 78
10.1. • Généralités................................................................................................................ 81
10.2. • Gestion de la récupération de l'énergie solaire..................................................... 82
10.2.1. • Circulateur tout ou rien............................................................................... 82
10.2.2. • Circulateur à vitesse variable..................................................................... 83
10.2.3. • Cas particulier : fonction différentielle double......................................... 84
10.3. • Gestion de la décharge du ballon de stockage...................................................... 86
10.4. • Les fonctions les plus fréquentes........................................................................... 89
10.4.1. • Température maximale du capteur solaire................................................ 89
10.4.2. • Fonction capteurs à tubes.......................................................................... 90
10.4.3. • Fonction antigel.......................................................................................... 90
10.4.4. • Fonction refroidissement nocturne (vacances)........................................ 90
10.5. • Les sondes de température..................................................................................... 91
Rénovation
10 - LE SYSTÈME DE RÉGULATION........................................ 81
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PROFESSIONNELS
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DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
Rénovation
6
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
11 - LES RACCORDEMENTS ÉLECTRIQUES.................... 93
12 - LES ÉMETTEURS........................................................................ 94
12.1. • Le plancher chauffant............................................................................................... 94
12.2. • Les radiateurs........................................................................................................... 95
12.3. • Les relevés nécessaires pour le calcul de la puissance des radiateurs
existants..................................................................................................................... 96
13 - LES SCHÉMAS HYDRAULIQUES TYPES ET
LES PRINCIPES DE RÉGULATION ASSOCIÉS................ 98
13.1. • Règles générales...................................................................................................... 98
13.2. • Les symboles utilisés............................................................................................... 99
13.3. • Système solaire à charge directe............................................................................ 99
13.4. • Système solaire à charge indirecte et raccordement en série
ou réchauffage retour............................................................................................. 100
13.4.1. • Cas général : alimentation d'un circuit de chauffage unique basse
température................................................................................................... 100
13.4.2. • Option 1 : alimentation d'un réseau d'émetteurs fonctionnant à
basse température........................................................................................ 103
13.4.3. • Option 2 : alimentation d'un réseau d'émetteurs fonctionnant à
des niveaux de température différents....................................................... 106
13.5. • Système solaire à charge indirecte et raccordement mixte ou maintien
en température du haut du ballon de stockage.................................................... 109
13.5.1. • Cas général : alimentation d'un circuit de chauffage unique basse
température................................................................................................... 109
13.5.2. • Option 1 : alimentation d'un réseau d'émetteurs fonctionnant à
basse température......................................................................................... 111
13.5.3. • Option 2 : alimentation d'un réseau d'émetteurs fonctionnant à
des niveaux de température différents........................................................114
13.6. • Système solaire à charge indirecte et raccordement en parallèle......................117
13.6.1. • Alimentation d'un circuit de chauffage unique basse température.......117
PROFESSIONNELS
DES
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1
PROGRAMME
DOMAINE D'APPLICATION
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Ces Recommandations professionnelles ont pour objet de fournir les
prescriptions techniques pour la conception et le dimensionnement
des installations solaires individuelles destinées à la production d'eau
chaude sanitaire et de chauffage, désignées systèmes solaires combinés (SSC).
Elles traitent de la conception et du dimensionnement :
• des capteurs solaires thermiques plans vitrés et sous-vide, à circulation de liquide, indépendants sur supports, semi-incorporés, incorporés ou intégrés en toiture ;
• des différents composants du circuit hydraulique assurant le
transfert de chaleur des capteurs solaires vers le réservoir de
stockage par l'intermédiaire d'un échangeur intégré ou non au
réservoir. La circulation est forcée. Le circuit est rempli de liquide
caloporteur avec antigel ou non. Il est autovidangeable ou non ;
• du réservoir de stockage de l'énergie solaire comportant ou non
un dispositif d'appoint ;
• du système de régulation solaire ;
• du système d'appoint pour le chauffage et la production d'ECS ;
• de la distribution de chauffage et d'ECS (des émetteurs de chaleur
tels que les planchers chauffants à dalle épaisse, par exemple).
Elles s'appliquent à l'habitat existant situé en France Métropolitaine
dans toutes les zones climatiques, hors climat de montagne conventionnellement caractérisé par une implantation du bâtiment à plus de
900 mètres d'altitude.
Le domaine d'application ne couvre donc pas les départements de la
Guadeloupe, de la Martinique, de la Guyane et de la Réunion.
Rénovation
Ces Recommandations ne visent pas les installations réalisées avec
des capteurs solaires non vitrés et des capteurs solaires à air.
7
RÉFÉRENCES
PROFESSIONNELS
2
PROGRAMME
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DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
2.1. • Références réglementaires
■■ Circulaire du 9 aout 1978 modifiée relative à la révision
du Règlement Sanitaire Départemental Type (RSDT).
■■ Arrêté du 23 juin 1978 modifié relatif aux installations fixes destinées au chauffage et à l'alimentation en eau chaude sanitaire
des bâtiments d'habitation et de bureaux ou recevant du public.
■■ Arrêté du 26 octobre 2010 relatif aux caractéristiques thermiques
et aux exigences de performance énergétique des bâtiments nouveaux et des parties nouvelles de bâtiments.
■■ Arrêté du 30 novembre 2005 modifiant l'arrêté du 23 juin 1978 relatif aux installations fixes destinées au chauffage et à l'alimentation
en eau chaude sanitaire des bâtiments d'habitation, des locaux
de travail ou des locaux recevant du public.
■■ Arrêté du 29 mai 1997 relatif aux matériaux et objets utilisés
dans les installations fixes de production, de traitement et de distribution d'eau destinée à la consommation humaine.
Rénovation
■■ Arrêtés du 22 octobre 2010 et du 19 juillet 2011 relatifs à la classification et aux règles de construction parasismiques applicables
aux bâtiments de la classe dite « à risque normal ».
8
■■ Directive 2006/95/CE du 12 décembre 2006 concernant le rapprochement des législations des États membres relatives au matériel
électrique destiné à être employé dans certaines limites de tension.
■■ Directive n° 97/23/CE du 29 mai 1997 relative au rapprochement
des législations des États membres concernant les équipements
sous pression.
■■ Décret n°2010-1254 relatif à la prévention du risque sismique (NOR :
DEVP0910497D).
■■ Décret n°2010-1255 portant délimitation des zones de sismicité
du territoire français.
PROFESSIONNELS
DES
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■■ Décret 2002-540 du 18 avril 2002 relatif à la classification
des déchets.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
■■ Décret 2004-924 du 1er septembre 2004 relatif à l'utilisation
des équipements de travail mis à disposition pour des travaux
temporaires en hauteur et modifiant le code du travail (deuxième
partie : Décrets en Conseil d'État) et le décret no 65-48 du 8 janvier
1965.
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
2.2. • Références normatives
■■ NF EN 1991-1-3/NA Juillet 2011, Annexe nationale à l'Eurocode 1 :
Actions sur les structures – Partie 1-3 : Actions générales – Charges
de neige.
■■ NF EN 1991-1-4/NA Juillet 2011, Annexe nationale à l'Eurocode 1 :
Actions sur les structures – Parties 1-4 : Actions générales – Actions
du vent.
■■ NF EN 1993-1-1/NA Mai 2007, Annexe nationale à l'Eurocode
3 : Calcul des structures en acier – Partie 1-1 : Règles générales
et règles pour les bâtiments.
■■ NF EN 1993-1-8 Décembre 2005, Eurocode 3 Partie 1-8 : Calcul
des assemblages
■■ NF EN 1995-1-1/NA, Annexe nationale à l'Eurocode 5 : Conception
et calcul des structures en bois – Partie 1-1 : Généralités – règles
communes et règles pour les bâtiments.
■■ NF EN 1998-1 : Calcul des structures pour leur résistance
aux séismes – Partie 1 : Règles générales, actions sismiques
et règles pour les bâtiments.
■■ NF EN 1999-1-1 Juillet 2010, Eurocode 9 – Calcul des structures
en aluminium – Partie 1 –1 : Règles générales.
■■ NF EN 12975-1 : 2006, Installations solaires thermiques et leurs
composants – Capteurs solaires – Partie 1 : Exigences générales.
■■ NF EN 12975-2 : 2006, Installations solaires thermiques et leurs
composants – Capteurs solaires – Partie 2 : Méthodes d'essai.
Rénovation
■■ NF EN 12828 Mars 2004, Systèmes de chauffage dans les bâtiments
– Conception des systèmes de chauffage à eau.
9
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DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
■■ NF EN 12976-1 : 2006, Installations solaires thermiques et leurs
composants – Installations préfabriquées en usine – Partie 1 :
Exigences générales.
■■ NF EN 12976-2 : 2006, Installations solaires thermiques et leurs
composants – Installations préfabriquées en usine – Partie 2 :
Méthodes d'essais.
■■ NF EN 12977-1 : Janvier 2013, Installations solaires thermiques
et leurs composants – Installations assemblées à façon – Partie 1 :
exigences générales pour chauffe-eau solaires et installations
solaires combinées.
■■ NF EN 12977-2 : Janvier 2013, Installations solaires thermiques
et leurs composants – Installations assemblées à façon – Partie 2 :
méthodes d'essai pour chauffe-eau solaires et installations solaires
combinées.
■■ NF EN 12977-3 : Janvier 2013, Installations solaires thermiques
et leurs composants – Installations assemblées à façon – Partie 3 :
méthodes d'essai des performances des dispositifs de stockage
des installations de chauffage solaire de l'eau.
■■ NF EN 12977-4 : Janvier 2013, Installations solaires thermiques
et leurs composants – Installations assemblées à façon – Partie 4 :
méthodes d'essai de performances des dispositifs de stockage
combinés pour des installations de chauffage solaires.
■■ NF EN 12977-5 : Janvier 2013, Installations solaires thermiques
et leurs composants – Installations assemblées à façon – Partie 5 :
méthodes d'essai de performances des systèmes de régulation.
■■ NF EN 13984 : 2007, Feuilles souples d'étanchéité – Feuilles plastiques et élastomères utilisées comme pare-vapeur – Définitions
et caractéristiques
■■ NF EN 1487 : Décembre 2000, Robinetterie de bâtiment – groupe
de sécurité– Essais et prescriptions.
Rénovation
■■ NF EN 15316-3-1 : Juillet 2008, Systèmes de chauffage dans les bâtiments – Méthode de calcul des exigences énergétiques et des rendements des systèmes – Partie 3-1 : systèmes de production d'eau
chaude sanitaire, caractérisation des besoins (exigences relatives
au puisage).
10
■■ NF EN 15316-3-2 : Juillet 2008, Systèmes de chauffage dans les bâtiments – Méthode de calcul des exigences énergétiques et des rendements des systèmes – Partie 3-2 : systèmes de production d'eau
chaude sanitaire, distribution.
■■ NF EN 60335-1 : Mai 2003, Appareils électrodomestiques et analogues – Sécurité – Partie 1 : prescriptions générales.
■■ NF EN 60335-2-21 : Mai 2005, Appareils électrodomestiques et analogues – Sécurité – Partie 2-21 : règles particulières pour les chauffeeau à accumulation.
■■ EN 62305-1 : Juin 2006, Protection contre la foudre – Partie 1 :
Principes généraux (CEI 62305-1:2006).
■■ ISO/TR 10217 : Septembre 1989, Énergie solaire. Système de production d'eau chaude. Guide pour le choix de matériaux vis-à-vis
de la corrosion interne.
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
■■ NF EN 60335-2-21 : Novembre 2004, Appareils électrodomestiques et analogues – Sécurité – Partie 2-21 : règles particulières
pour les chauffe-eau à accumulation.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
■■ NF EN 60335-1 : Juin 2006, Appareils électrodomestiques et analogues – Sécurité – Partie 1 : prescriptions générales.
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
■■ NF P 52-001 : Mai 1975, Soupapes de sûreté pour installations
de chauffage – Spécifications techniques générales.
■■ NF EN ISO 9488 : janvier 2000, Energie solaire – Vocabulaire.
■■ NF EN 12613 : février 2002, Dispositifs avertisseurs pour ouvrages
enterrés – Dispositifs avertisseurs détectables pour ouvrages
enterrés.
■■ NF EN 1717 : Mars 2001, Protection contre la pollution de l'eau
potable dans les réseaux intérieurs et exigences générales des dispositifs de protection contre la pollution par retour.
■■ Norme EN 13959 : Clapet anti-pollution du DN 6 au DN 250. Famille
E, type A, B, C et D.
■■ NF P 84-204-1-1 : 2004, DTU 43.1 Travaux de bâtiment Etanchéité
des toitures-terrasses et toitures inclinées avec éléments porteurs
en maçonnerie en climat de plaine Partie 1-1 : cahier des clauses
techniques
■■ NF P 40-201 : 1977, DTU 60.1 Plomberie sanitaire dans les bâtiments
à usage d'habitation
■■ DTU 45.2 P1-1 Isolation thermique des circuits, appareils et accessoires de – 80°C à + 650°C.
■■ NF DTU 60.1, NF P 40-201 : Février 1977, Plomberie sanitaire
dans les bâtiments à usage d'habitation.
■■ NF DTU 65.11 P1-2 : Septembre 2007, Travaux de bâtiment
Dispositifs de sécurité des installations de chauffage central concernant le bâtiment.
Rénovation
■■ DTU 60.5 Canalisations en cuivre – Distribution d´eau froide
et chaude sanitaire, évacuation d´eaux usées, d´eaux pluviales, installations de génie climatique.
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
■■ NF DTU 65.12 P1-1, Réalisation d'installations solaires thermiques
avec des capteurs vitrés – Partie 1-1 : Cahier des clauses techniques
types.
■■ NF DTU 65.12 P1-2, Réalisation d'installations solaires thermiques
avec des capteurs vitrés – Partie 1-2 : Critères généraux de choix
des matériaux.
■■ DTU P 06-006 de novembre 2008 Règle N 84 Action de la neige
sur les constructions.
■■ DTU P 06-002 de février 2009 Règle NV 65 Règles définissant
les effets de la neige et du vent sur les constructions et annexes.
■■ DTU 20.12 – NF P10-203-1 de septembre 1993 et NF P 40-201, Gros
œuvre en maçonnerie des toitures destinées à recevoir un revêtement d'étanchéité.
■■ DTU 43.1, travaux d'étanchéité des toitures-terrasses (pentes
au plus égale à 5%) et toitures inclinées (pentes supérieures à 5%)
avec éléments porteurs en maçonnerie.
■■ DTU 43.3, toitures en tôles d'acier nervurées avec revêtement
d'étanchéité.
■■ DTU 43.4, toitures en éléments porteurs en bois et panneaux dérivés du bois avec revêtement d'étanchéité.
■■ DTU 43.5, réfection des ouvrages d'étanchéité des toitures-terrasses ou inclinées.
■■ DTU 45.2, isolation thermique des circuits, appareils et accessoires
de – 80°C à + 650°C.
■■ DTU 60.5, canalisations en cuivre –Distribution d´eau froide
et chaude sanitaire, évacuation d´eaux usées, d´eaux pluviales, installations de génie climatique.
2.3. • Autres documents
■■ QUALIT'ENR – Manuel de formation Qualisol SSC pour les installateurs de systèmes solaires combinés en habitat individuel – 2012.
■■ QUALIT'ENR – Fiche qualité autocontrôle SSC – 2010.
■■ FFB – UECF, Fiches pratiques système solaire combiné – 2012.
Rénovation
■■ CSTB – cahier n°3651-2 et 3356 : Cahier de Prescriptions Techniques
pour la mise en œuvre des écrans souples de sous toiture.
12
■■ Fiche pratique de sécurité ED 137 éditée par l'INRS, l'OPPBTP
et l'Assurance Maladie.
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« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
■■ « La nouvelle réglementation parasismique applicable aux bâtiments dont le permis de construire est déposé à partir du 1er mai
2011 », de janvier 2011, élaborée par le Ministère de l'Écologie,
du Développement durable, des Transports et du Logement.
PROGRAMME
■■ Recommandations R467 de la Caisse Nationale d'Assurance
Maladie : « Pose, maintenance et dépose des panneaux solaires
et photovoltaïques en sécurité ».
Rénovation
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
13
DÉFINITIONS
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3
PROGRAMME
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Générateur d'appoint
Appareil de chauffage supplémentaire utilisé pour produire de la chaleur lorsque l'énergie fournie par le système solaire est insuffisante.
Système solaire combiné à charge indirecte
Système où l'énergie produite par le solaire et/ou l'appoint est stockée dans un ballon de stockage par l'intermédiaire d'un échangeur de
chaleur solaire.
Système solaire combiné à charge directe
Système où la boucle de captage solaire circule directement dans les
émetteurs de chaleur.
Ballon de stockage
L'énergie produite par l'installation solaire (et par l'appoint le case
échéant) est stockée dans un volume d'eau de chauffage. La production d'eau chaude sanitaire peut être intégrée à ce ballon (échangeur
immergé ou ballon en bain marie).
Installation à capteurs remplis en permanence
Installation dans laquelle les capteurs sont toujours remplis de fluide
caloporteur selon NF EN ISO 9488.
Rénovation
Installation à capteurs autovidangeables
14
Installation dans laquelle, au cours du fonctionnement normal, les
capteurs se remplissent de liquide caloporteur quand la pompe se
met en marche et se vident dans un réservoir lorsqu'elle s'arrête.
Installation habituellement appelée installation autovidangeable.
Capteur plan
Capteur solaire sans concentration dans lequel la surface de l'absorbeur est sensiblement plane.
Capteur sous vide
Capteur dans lequel le vide est fait entre la couverture et l'absorbeur.
Champ de capteurs
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Installation dans laquelle un circulateur est utilisé pour faire circuler le
fluide caloporteur dans le(s) capteur(s).
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Installation à circulation forcée
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Groupe de capteurs étroitement raccordés en série, en parallèle ou
selon une combinaison de ces deux modes, avec une entrée hydraulique et une sortie hydraulique.
Boucle de captage (ou circuit primaire)
Circuit comprenant des capteurs, des tuyauteries ou conduits, une
pompe ou circulateur et un échangeur (selon le cas) et servant au
transport de la chaleur extraite des capteurs vers le ballon de stockage.
Capteur solaire indépendant sur support
Est dit indépendant, un capteur solaire installé sur un support, n'assurant ni la fonction de couverture, ni celle de parement extérieur. Il est
également appelé capteur en surimposition.
Capteur solaire semi-incorporé en toiture
Est dit semi-incorporé, un capteur solaire n'assurant ni la fonction de
couverture ou ni celle de parement extérieur mais qui, associé à un
accessoire adéquat (bac d'étanchéité), constitue un ensemble assurant la fonction couverture.
Capteur solaire incorporé en toiture
Est dit incorporé, un capteur solaire assurant la fonction de couverture ou de parement extérieur.
Capteur solaire intégré en toiture
Rénovation
Est dit intégré, un capteur solaire placé sous un écran transparent,
l'écran étant un élément de couverture (tuile en verre).
15
LES SOLUTIONS
EN RÉNOVATION
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4
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Un système solaire combiné (SSC) est un procédé solaire participant,
en partie, à la couverture des besoins de chauffage et d'eau chaude
sanitaire de l'habitation. Il se compose :
• de capteurs solaires : ils assurent la transformation du rayonnement solaire en chaleur ;
• d'un système de transfert : il assure le transport des calories
depuis les capteurs vers le lieu de stockage, soit directement,
soit par le biais d'un échangeur de chaleur (incorporé ou non au
stockage). Il comporte notamment le circulateur et la régulation
associée ;
• d'un stockage (ballon et/ou émetteurs de chaleur): il maintient l'eau de chauffage en température en vue de sa future
utilisation.
Deux familles de systèmes solaires combinés cohabitent :
• les systèmes indirects : la chaleur produite par les capteurs
solaires est stockée dans un ballon par l'intermédiaire d'un
échangeur solaire ;
Rénovation
• les systèmes directs : la chaleur produite par les capteurs est
directement injectée (pas d'échangeur solaire) dans l'émetteur
de chaleur (par exemple, la dalle épaisse de plancher chauffant).
L'ensemble de l'installation est glycolée.
16
L'énergie produite par le solaire et/ou l'appoint est stockée dans un
ballon de stockage. Ce dernier se présente sous la forme d'une cuve
étanche, verticale et isolée thermiquement par une jaquette épaisse. Il
contient de l'eau de chauffage (ou eau « morte »).
Comme illustré (Figure 1), l'échangeur solaire est intégré ou non au ballon de stockage.
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4.1.1. • Principe de fonctionnement
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
4.1. • Les systèmes solaires combinés
indirects
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 1 : Schéma de principe d'un ballon avec et sans échangeur intégré
Le ballon de stockage présente différentes zones (ou couches) permettant de stocker de l'énergie à différents niveaux de température. On
trouve la zone :
• la plus froide en bas de ballon de stockage : elle est réservée au
solaire ;
• la plus chaude en haut de ballon de stockage : elle assure la production d'eau chaude sanitaire (si cette dernière est prévue) ;
• intermédiaire : elle est utilisée pour alimenter le(s) circuit(s) de
chauffage.
Une forte stratification du volume de stockage doit être recherchée.
Elle permet un fonctionnement optimal des capteurs solaires en favorisant des températures à leurs entrées les plus basses possibles.
Afin de favoriser la stratification au sein du ballon de stockage, il faut préférer
les réservoirs haut et étroit (un rapport hauteur sur diamètre supérieur ou égal
à 2 est conseillé). Les volumes de stockage sont généralement compris entre
750 litres et 2000 litres pour des surfaces de capteurs solaires installées comprises entre 8 et 30 m².
Rénovation
Commentaire
17
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PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
4.1.2. • La production d'eau chaude sanitaire
La production d'eau chaude sanitaire peut être assurée de différentes
manières. Elle peut être :
• produite directement dans le ballon de stockage solaire destiné
au chauffage : l'installation fonctionne sur le principe de la stratification de la température. L'ECS peut alors être produite :
- en partie haute du ballon de stockage dans un ballon indépendant en bain marie ;
- par un échangeur instantané immergé dans le ballon de
stockage ;
- par un échangeur extérieur à plaques.
• produite dans un ballon indépendant : le ballon de stockage ECS
est du même type qu'un chauffe-eau solaire individuel (CESI) et
les capteurs solaires sont raccordés au ballon de stockage assurant le chauffage (s'il existe) et au ballon de stockage d'ECS.
4.1.3. • Le système d'appoint
Pour les installations de chauffage solaire avec ballon de stockage,
l'appoint peut être réalisé par un système de chauffage indépendant
(poêle à bois, convecteurs électriques) ou plus généralement par un
système de chauffage centralisé (chaudière, poêle hydraulique).
Pour un système avec appoint indépendant, deux configurations sont
possibles :
• mise en place d'une zone de chauffe, de préférence en basse
température (radiateurs, murs, planchers) ;
• mise en place de ventilo convecteurs alimentés par l'installation
solaire.
Dans tous les cas, lorsque les apports solaires sont insuffisants, le
complément est réalisé séparément. L'appoint est piloté par les dispositifs existants : les thermostats incorporés aux convecteurs électriques, le thermostat d'ambiance pour une pompe à chaleur, la
régulation indépendante d'un poêle à granulés ou encore l'allumage
manuel d'un poêle à bûches.
Rénovation
Pour un système avec appoint centralisé, une grande variété de systèmes existent suivant le type de production d'ECS, de circuit(s) de
chauffage et le schéma de raccordement du système d'appoint. On
trouve :
18
• un raccordement en série (appelé aussi réchauffage du
retour) comme illustré (Figure 2) : l'eau de chauffage est préchauffée par la partie solaire, l'appoint fournit le complément s'il
y a lieu. Une vanne à trois voies dirige le retour du circuit de
chauffage soit vers le ballon de stockage, si sa température est
• un raccordement en parallèle comme illustré (Figure 4) : le circuit
solaire et l'appoint ne peuvent pas fonctionner simultanément.
Durant le fonctionnement de l'appoint, le circuit solaire stocke
l'énergie dans le ballon de stockage. Une fois la température de
consigne atteinte, l'appoint est coupé et seule la partie solaire
est alors utilisée afin de chauffer le bâtiment. Dès que la température de départ du chauffage n'est plus suffisante, l'installation
solaire chauffe éventuellement le ballon de stockage, mais celuici ne fournit plus d'énergie au circuit chauffage, l'appoint est en
fonctionnement.
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• un raccordement mixte (appelé aussi maintien en température en haut du stockage) comme illustré (Figure 3) : l'appoint et
le circuit solaire sont raccordés à un même ballon de stockage
afin de le porter à température suffisante. Ils peuvent fonctionner simultanément ou indépendamment en fonction de la
demande ;
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
inférieure à la température du ballon, soit directement vers la
chaudière ;
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
L'ensemble des solutions de raccordement est proposé au chapitre
(cf.15). Elles sont fonction des principales caractéristiques de l'installation de chauffage existante : chaudière simple ou double service,
modulante ou non, circuit de chauffage basse température et/ou haute
température, mode de production d'ECS, mode de régulation.
Commentaire
Les solutions proposées intègrent une régulation privilégiant une production
à température variable, régulée en fonction de l'extérieur. Elles favorisent des
retours aux capteurs solaires les plus froids possibles et donc une récupération
solaire optimale.
Lorsque l'appoint d'un SSC est réalisé par une chaudière
bois ou une pompe à chaleur, le réservoir de stockage permet le couplage hydraulique entre les différents générateurs. Dans ces cas particuliers, le dimensionnement du
réservoir nécessite une attention particulière.
Rénovation
!
19
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 2 : Schéma de principe d'un raccordement en série (ou réchauffage du retour)
Rénovation
s Figure 3 : Schéma de principe d'un raccordement mixte (ou maintien en température en haut du
stockage)
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 4 : Schéma de principe d'un raccordement en parallèle
4.2. • Les systèmes solaires combinés
directs
!
Pour les systèmes solaires combinés à charge directe (avec
ou sans ballon de stockage), les préconisations constructeurs doivent être strictement respectées.
4.2.1. • Sans ballon de stockage
La boucle de captage solaire (remplie de liquide glycolé) circule
directement dans les émetteurs de type dalle épaisse. Ces derniers
assurent un rôle de stockage, d'émission mais aussi de déphasage de
l'énergie récupérée.
Un ballon, disposant d'un échangeur noyé en partie basse et raccordé
à l'installation solaire, permet de produire de l'eau chaude sanitaire
solaire de manière indépendante. Des appareils divisés, comme des
poêles à bois et/ou des convecteurs électriques, assurent l'appoint de
chauffage. L'appoint peut également être intégré à la dalle épaisse.
Commentaire
Les techniques de mise en œuvre et les matériaux utilisés pour les systèmes
de chauffage par plancher chauffant évoluent. L'épaisseur des dalles chauffantes
tend fortement à diminuer, limitant par le fait leur capacité d'accumulation et de
restitution.
Rénovation
Le système à charge directe présente un intérêt dès lors que la
masse d'inertie accumulatrice possède au minimum 3 à 6 heures de
déphasage. L'épaisseur de la dalle doit présenter une épaisseur de 12
à 15 cm (revêtement de sol compris, depuis le dessus de l'isolant inférieur jusqu'à la surface supérieure de la dalle).
21
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Ce système n'est donc possible qu'en cas de réhabilitation lourde,
avec création de dalles chauffantes épaisses. Les possibilités d'installer une dalle chauffante sont conditionnées par plusieurs éléments
structurels :
• la capacité du bâti à supporter les contraintes (poids, pression,
accessibilité) ;
• les hauteurs disponibles pour les réservations ;
• la disposition et les dimensions des ouvrants et des passages.
4.2.2. • Avec ballon de stockage
Si un système solaire à charge directe sans ballon de stockage ne peut
pas être mis en œuvre, un système mixte (stockage en dalle et dans
un ballon de stockage complémentaire), peut être préconisé.
!
Un système solaire combiné à charge directe avec ballon de
stockage ne peut généralement pas être préconisé pour une
installation impliquant plus de 30 m² de capteurs solaires.
Pour des surfaces plus importantes, se conformer strictement aux préconisations constructeurs.
La (Figure 5) illustre le principe d'un système à charge directe avec ballon de stockage. L'énergie solaire produite est stockée dans un ballon (pas d'échangeur solaire) pour ensuite alimenter directement le(s)
circuit(s) de chauffage (plancher chauffant ou radiateurs notamment).
L'épaisseur de la dalle accumulatrice doit cependant rester suffisante.
Un minimum de 8 cm de masse utile totale est préconisé.
s Figure 5 : Principe d'un système à charge directe avec ballon tampon intermédiaire
La mise en œuvre d'un ballon de stockage supplémentaire permet :
Rénovation
• d'obtenir une inertie de l'installation suffisante ;
22
• de « lisser » les comportements thermiques, la réactivité et la
capacité accumulatrice d'une installation de chauffage équipée
d'un plancher chauffant et de radiateurs étant très différentes.
Généralement, une boucle de décharge est obligatoire pour
un système solaire combiné à charge directe avec ballon
de stockage et une surface de capteurs installée de plus de
10 m². Dans le cas contraire, se conformer strictement aux
préconisations contructeurs.
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!
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
La chaudière assure le maintien en température du haut du ballon de
stockage. L'appoint et le circuit solaire peuvent fonctionner simultanément ou indépendamment en fonction de la demande. La production d'eau chaude sanitaire est assurée par un échangeur à plaques
extérieur.
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
4.3. • Les systèmes autovidangeables
Dans une installation autovidangeable, les capteurs se remplissent de
liquide caloporteur quand la pompe se met en marche, et se vident
dans lorsqu'elle s'arrête.
L'originalité réside dans le fait que le circuit primaire (circuit entre les
capteurs et l'échangeur du ballon) se vidange automatiquement à l'arrêt du circulateur dans une bouteille de récupération (ou dans les premières spires de l'échangeur dimensionnées à cet effet). L'ensemble
doit être situé dans une zone hors-gel de l'habitation. L'automatisme
de l'ensemble est assuré par circulateur commandé à l'aide d'une
régulation solaire différentielle.
Quand il y a risque de gel, le circulateur est alors en position arrêt
et les capteurs sont vidangés donc vides de liquide. En théorie 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. En fait le plus
souvent les fabricants préconisent l'utilisation d'un fluide antigel préchargé au niveau du ballon.
Dans ce cas l'intérêt du système se retrouve à l'inverse quand il y a
risque de surchauffe. A une certaine température (120°C par exemple),
les capteurs sont vidangés et ainsi il n'y a aucun risque de détérioration du fluide caloporteur. Le circulateur n'est remis en route seulement quand la température au niveau capteur sera redevenue inférieure à 120°C.
Il existe des systèmes avec circulateur toujours immergé et des systèmes avec pompe volumétrique hors du liquide avec une hauteur
d'aspiration.
La pose doit se faire impérativement sans contre pente dans les capteurs et les conduites.
Rénovation
Il est nécessaire d'utiliser une pompe capable de remonter le liquide
au niveau le plus haut de l'installation et donc de vaincre la hauteur
manométrique maximale pour la remise en eau de l'ensemble.
23
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Les capteurs sont toujours au-dessus du ballon.
Il existe également des systèmes autovidangeables à eau sans échangeur sur le circuit de captation. L'eau stockée dans le ballon est de
l'eau technique. L'eau sanitaire est chauffée au travers d'un échangeur
tubulaire de grande dimension.
Les spécificités des systèmes autovidangeables :
• sécurité du système en cas de stagnation ou de gel ;
• système pouvant fonctionner dans certains cas sans antigel
• suppression possible du manomètre, du vase d'expansion, du
purgeur et du clapet anti-retour (maintenance simplifiée) ;
• mise en œuvre délicate (respect d'une pente minimale pour les
liaisons hydrauliques, absence de coude, de cintrage) ;
Rénovation
• moins de flexibilité dans le choix du capteur.
24
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5
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PRÉ-DIAGNOSTIC
DE L'INSTALLATION
EXISTANTE
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Afin de tenir compte de l'installation existante et d'aider le professionnel dans le choix de la décision, un pré-diagnostic permet de vérifier
rapidement si la mise en place d'un chauffe-eau solaire individuel est
possible ou non.
Les principaux paramètres à prendre en compte sont exposés
ci-après.
5.1. • Posséder une surface suffisante
et optimale
La surface disponible pour la mise en place de capteurs solaires doit
être suffisante et optimale.
Le ratio moyen de dimensionnement est de 1 m² de capteur solaire
pour 1000 kWh de besoins annuels (chauffage et ECS).
!
Les capteurs et les raccordements du circuit primaire
peuvent atteindre des températures élevées. Quand l'installation est accessible à des personnes non autorisées, ces
températures peuvent représenter un risque de brûlures.
Rénovation
L'emplacement choisi doit permettre un ensoleillement optimal. Trois
facteurs sont à prendre en compte : l'inclinaison, l'orientation et la
présence de masques proches et lointains éventuels (ombres portées
sur les capteurs).
25
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
5.1.1. • L'inclinaison
La puissance reçue par les capteurs est optimale lorsque le rayonnement solaire est perpendiculaire à ces derniers. Or, la hauteur du
soleil par rapport à l'horizontale varie au cours de la journée et au
cours de l'année (Figure 6).
L'inclinaison optimale du capteur dépend du type d'utilisation de l'installation solaire.
Pour une utilisation hivernale, cas du chauffage solaire notamment,
où les besoins sont majoritaires en hiver, l'inclinaison des capteurs
doit tendre vers des angles plus importants.
En effet, favoriser une forte inclinaison des capteurs (optimum de 60°)
optimise la récupération en période de chauffe.
Dans le cas d'utilisation de capteurs à tubes sous vide à caloduc, il est
nécessaire de respecter une inclinaison généralement de l'ordre de 25
à 75°. Le professionnel doit se conformer aux prescriptions du fabricant (note d'étude, notice de pose).
s Figure 6: Hauteur du soleil par rapport à l'horizontale au cours de la journée et de l'année (exemple
pour Strasbourg avec une latitude de 48°35)
Rénovation
!
26
Quand les capteurs solaires sont disposés en toiture, ils
doivent respecter la pente de la couverture afin de limiter la
prise au vent et l'accumulation des charges de neige. Dans
le cas d'un système solaire combiné, si la pente du toit n'est
pas suffisante (notamment dans le sud de la France) et si
aucune solution technique ne permet la gestion des surchauffes estivales, les capteurs ne doivent pas être disposés en toiture.
En outre, une inclinaison comprise entre 45 et 90° permet de minimiser les périodes de stagnation en période estivale. La trop faible
demande en énergie (réduite à la production d'ECS) en période estivale peut provoquer de fortes surchauffes nuisibles à l'installation
(vieillissement prématuré du liquide caloporteur) ainsi que des performances fortement amoindries.
• un vieillissement prématuré du liquide : à températures élevées,
le glycol et les inhibiteurs se concentrent et sont attaqués. La
présence d'oxygène conduit à une acidification et une oxydation des éléments ;
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• un stress thermique du liquide : les changements d'états répétés de ce liquide (alternativement de phase gazeuse à phase
liquide) détériorent sa formule, forment des dépôts collants aux
parois (caramel) et finalement des résidus solides insolubles
(petits cristaux ou cailloux) ;
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
En effet, une faible inclinaison des capteurs implique des phases de
stagnation plus fréquentes et plus rapidement atteintes. Les conséquences sont :
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• un stress thermique du matériel : les capteurs sont conçus pour
permettre aux absorbeurs de se dilater sans être endommagés.
Toutefois, des phases de stagnation importantes et fréquentes,
peuvent conduire à des déformations conséquentes des composants, un vieillissement prématuré et une dégradation du traitement de surface des absorbeurs ;
• une sollicitation importante du vase d'expansion : les amplitudes et températures fréquemment très élevées sollicitent
particulièrement les éléments constitutifs du vase d'expansion
(membrane, sertissage, percement) ainsi que certains points de
jonction sensibles.
Commentaire
Si le projet impose, pour des aspects architecturaux notamment, une inclinaison des capteurs plus faible que 45°, une étude doit être fournie. Elle précise
l'impact d'un tel choix sur la production solaire et sur les surchauffes engendrées.
L'utilisation du logiciel CASSSC le permet.
Outre l'inclinaison des capteurs, des systèmes permettant de limiter
les phénomènes de vaporisation et de vieillissement prématuré du
liquide caloporteur existent. On trouve :
• un dimensionnement correct des composants de l'installation
(la surface de capteurs, le volume du stockage solaire, la capacité du vase d'expansion) ;
• une boucle primaire à pression élevée ;
• un drainage gravitaire des capteurs solaires (autovidangeable
ou drainback) ;
• une recirculation nocturne ;
• un système d'occultation automatique.
Rénovation
• une boucle de décharge automatique (dans le sol ou une piscine par exemple) ;
27
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!
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Généralement, une boucle de décharge est obligatoire pour
un système solaire combiné à charge directe :
– avec ballon de stockage et une surface de capteurs installée de plus de 10 m² ;
– sans ballon de stockage et une surface de capteurs installée de plus de 8,6 m².
PROGRAMME
Dans le cas contraire, se conformer strictement aux préconisations constructeurs.
5.1.2. • L'orientation
L'orientation des capteurs par rapport aux points cardinaux influe sur
l'énergie thermique fournie par le capteur. L'orientation sud du champ
des capteurs est idéale. En pratique, autour de la position optimale,
une plage d'orientation admissible de plus ou moins 45° par rapport
au sud peut être tolérée.
!
Si la plage d'orientation admissible ne peut pas être respectée, l'entreprise doit justifier l'installation par une note de
calcul. Cette dernière doit quantifier la perte de production
solaire due à une orientation des capteurs non optimale. La
note doit être contre-signée par le client.
5.1.3. • Les masques
Une bonne orientation et une bonne inclinaison ne suffisent pas à
garantir un ensoleillement optimal. Il convient de vérifier que des obstacles proches ou lointains (arbres, bâtiments) ne viennent pas porter
d'ombres pénalisant l'ensoleillement reçu sur le capteur.
Commentaire
80% de l'énergie journalière est captable entre 9h00 et 15h00 (heure solaire). La
hauteur du soleil est nettement plus basse en hiver qu'en été aussi l'environnement impacte davantage à la basse saison.
Rénovation
Le choix du site d'implantation doit permettre d'installer les capteurs
et de réaliser les opérations de maintenance, dans le respect de la
réglementation en vigueur notamment le décret du 1er septembre
2004 relatif aux travaux en hauteur.
28
Plusieurs outils existent pour réaliser une étude des masques éventuels. On peut citer par exemple le diagramme de la course du soleil,
illustré par la (Figure 7) :
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 7 : Diagramme de la course du soleil
Le repérage de la présence d'obstacles éventuels implique de réaliser
un relevé de masque afin d'en mesurer la portée sur le champ de capteurs. On donne ici la procédure à suivre :
• se placer à l'endroit le plus défavorisé du champ de capteurs
(souvent le point le plus bas et/ou le plus proche d'un obstacle) ;
• caractériser tous les points qui dépassent l'horizon en mesurant leur azimut avec une boussole et leur hauteur angulaire
avec le clinomètre (Figure 8) ;
• consigner ces valeurs sur un calepin sous la forme d'un tableau
(Figure 9) ;
• reporter ces valeurs sur le graphique solaire correspondant à la
latitude du futur chantier (Figure 10) ;
s Figure 8 : Relevé des masques depuis l'emplacement prévu pour les capteurs
Rénovation
• exploiter ces valeurs avec un logiciel. Si la hauteur moyenne du
masque mesuré est inférieure à 12° la saisie informatique n'est
pas nécessaire.
29
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Azimut
-180
0
180
Hauteur
s Figure 9 : Consignation des hauteurs angulaires et des azimuts pour chaque point relevé
Les valeurs négatives correspondent à des orientations vers l'est, 0 correspond au sud
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DES
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 10 : Positionnement des points caractéristiques de la ligne d'horizon sur le diagramme solaire
!
Le professionnel doit informer son client et lui préciser qu'il
doit surveiller l'évolution de la végétation susceptible de
venir masquer l'installation au bout de quelques années et
réaliser tailles et élagages si besoin.
5.2. • Posséder un emplacement suffisant
pour recevoir le stockage
Le choix du type de SSC doit tenir compte de la place disponible.
L'espace doit être suffisant :
• pour la mise en place du ou des ballons de stockage solaire et
pour tous les raccords et équipements solaires (vase d'expansion et régulation notamment) ;
Rénovation
• pour une maintenance ultérieure aisée (changement de l'anode,
nettoyage de la résistance électrique,…).
30
Pour les SSC à charge indirecte, le ratio communément admis est
de 50 à 100 l par m² de capteurs plans vitrés. Le volume du ballon
de stockage moyen est généralement compris entre 700 et 1000 litres.
L'emprise au sol est généralement d'environ 1 m² (hors raccords et
équipements solaires). La hauteur sous plafond doit être suffisante
pour recevoir le ballon de stockage.
PROFESSIONNELS
• pour tous les équipements situés sur le circuit en entrée de capteurs, la plage de température de fonctionnement généralement
considérée est de –10°C à +120°C ;
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
• pour les purgeurs d'air en sortie de capteurs (si présents), la
plage de température de fonctionnement considérée est généralement de –10°C à au moins 150 C ;
PROGRAMME
Les niveaux de température et de pression ainsi que les agents atmosphériques (pluie, UV, gel) doivent être pris en compte :
DES
5.3. • Prendre en compte les spécificités
du solaire
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
• la pression maximale pour le circuit en entrée de capteurs
dépend de la pression de tarage de la soupape de sécurité
installée ;
• s'assurer de la compatibilité des équipements installés avec le
liquide caloporteur utilisé.
5.4. • Prévoir l'implantation du chantier
Pour la pose de capteurs en toiture, une intervention pour la préparation du chantier doit être prévue. Elle prend en compte la quantité des
éléments de couverture à manipuler, la nécessité de l'utilisation de
nombreux outils, ainsi que la manipulation des capteurs et de leurs
accessoires.
La vérification de la toiture et de la charpente est bien évidemment
indispensable, mais doit se faire avant d'accéder au toit. Les travaux
en hauteur nécessitent le respect des règles de sécurité (utilisation de
nacelle, échafaudage,…) qui ont un coût non négligeable sur le montant du devis. Lors de la visite, il est donc indispensable de relever
tous les détails qui ont une influence sur le matériel à prévoir.
Commentaire
Dans l'habitat existant, la mise en œuvre du SSC est rarement conjointe à un
autre corps d'état, ce qui implique que l'entreprise doit assurer seule tous les
aspects de la sécurisation du chantier.
5.5. • Étudier les caractéristiques
de l'installation de chauffage existante
Pour les maisons déjà équipées d'une distribution hydraulique, un
fonctionnement à basse température des émetteurs est à rechercher.
Rénovation
■■ La fiche pratique de sécurité FD 137 mise en place par l'Institut
National de Recherche et de Sécurité doit être suivie.
31
PROFESSIONNELS
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DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Une rénovation thermique permet de baisser les niveaux de température de distribution afin d'être compatible avec ceux requis par le
solaire.
Le rendement des capteurs solaires est fonction de la température
d'entrée du fluide caloporteur ; plus la température à l'entrée du
champ de capteurs est faible plus ce dernier est élevé. Cette température est fonction de la température retour chauffage : plus le régime
de température de l'installation de chauffage est faible, plus la température de retour chauffage sera faible et donc plus performante sera
l'installation solaire
Certaines contraintes (contraintes d'intégration) peuvent rendre
impossible la mise en place d'un SSC, d'autres peuvent influencer le
choix d'une solution de chauffage solaire particulière (par exemple, la
présence d'une piscine ou des besoins d'ECS importants).
Particulièrement dans l'existant, une analyse précise des caractéristiques de l'installation de chauffage et d'eau chaude sanitaire en place
est essentielle afin de proposer une solution solaire optimale.
5.6. • Exemple de fiche pratique
On donne (Figure 11), une fiche rappelant les contraintes spécifiques liées
à l'installation d'un SSC. Elle permet d'évaluer la faisabilité et l'intégration du SSC à l'installation existante, sans oublier aucun des paramètres essentiels.
Commentaire
Le diagnostic permet également de dresser les actions correctives éventuelles à
réaliser.
PRE-DIAGNOSTIC
Installation de chauffage existante
Repère :
Coordonnées installateur :
Ets :
Adresse :
CP + ville :
Coordonnées utilisateur :
Nom :
Adresse :
CP + ville :
Construction :
Existante : ¨
Neuve : ¨
Type de bâtiment :
Résidence : principale ¨
secondaire ¨
Année de construction :
TVA Taux plein : ¨
Taux réduit : ¨
Rénovation
Configuration :
32
Date :
Emplacement possible des capteurs :
______m
Largeur (l) :
______m
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
• Espace disponible pour les capteurs :
Hauteur (h) :
PROGRAMME
Date :
DES
PRE-DIAGNOSTIC
Installation de chauffage existante
Repère :
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
• Type de capteurs :
Plan : ¨
Sous-vide : ¨
• Type de pose :
Posé : ¨
Intégré : ¨
Les ombres portées :
Coordonnées des points caractéristiques de l'obstacle (si présent) Points
Hauteur
solaire
(°)
Azimut
(°)
1
2
3
4
5
6
• Type de toiture :
– ardoise
¨
– tuile plate
¨
– tuile à pureau plat à
emboîtement
¨
– tuile canal
¨
– plaque profilée fibre-ciment
¨
– plaque nervurée aluminiumacier
¨
– autre :
• État de la toiture
Bon ¨
Mauvais ¨
Matériau :
Type :
– bois
¨
– Métal
¨
– béton
¨
– charpente traditionnelle
¨
– charpente industrielle
¨
Écartement chevrons/pannes
Planimétrie
Bon ¨
Garantie en cours
Oui
• État de la charpente :
Mauvais ¨
¨
Bon ¨
• Orientation et inclinaison des capteurs :
Non
¨
Mauvais ¨
Rénovation
• Type de charpente :
33
PROFESSIONNELS
PRE-DIAGNOSTIC
Installation de chauffage existante
Repère :
Date :
PROGRAMME
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Exposition :
Faible
Exposition du bâtiment vis à vis du vent (pour
chaînage éventuel)
¨
Moyenne
¨
Adaptabilité sur la toiture existante (pour
Oui
modification éventuelle de l'égout/la faîtière)
¨
Non
¨
Forte ¨
• L'isolation :
– En plancher sans écran :
¨
– En rampant sans écran :
¨
– En plancher avec écran :
¨
– En rampant avec écran :
¨
– Présence d'amiante :
Oui
¨
Non
¨
• L'écran de sous toiture
– Non présent
Oui
¨
Non
– Écran souple
¨
Oui
¨
Non
¨
– Écran rigide
Oui
¨
Non
¨
– Etat de l'écran de sous toiture
Bon ¨
Mauvais ¨
• La ventilation
– Lame d'air
Oui
¨
Non
¨
– Volume du comble
Oui
¨
Non
¨
Entrée basse et sortie haute linéaire :
Oui
¨
Non
¨
Entrée basse par tuile de ventilation et sortie par
tuile de ventilation :
Oui
¨
Non
¨
– Entrée basse par tuile de ventilation et sortie
haute linéaire :
Oui
¨
Non
¨
– Entrée basse linéaire et sortie haute par tuile de
ventilation :
Oui
¨
Non
¨
• Les orifices de ventilation
Rénovation
Système de production d'eau chaude sanitaire existant :
34
Ballon électrique : 
Ballon avec échangeur :
Volume : _______litres
Volume : _______litres
Production
instantanée : 
Autre : 
Système de chauffage existant :
Chaudière
Pompe à chaleur Chauffage divisé Autres
DES
électricité
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
ENERGIE (gaz nat.,
fuel…):
Date :
Type :
(basse
température,
haute
température)
(convecteur
électrique, insert,
poêle, …)
Puissance appareil:
kW
kW
Régime (ΔT) :
°C
°C
PROGRAMME
(Condensation,
basse
température,
standard)
¨
PROFESSIONNELS
PRE-DIAGNOSTIC
Installation de chauffage existante
Repère :
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Si appoint à fournir :
ENERGIE(s) disponible(s) :
Conduit de fumée existant :
oui
non
¨
Type :
¨
Appoint adapté :
• Local pouvant recevoir le ballon solaire et l'appoint éventuel
Cellier
¨
Dimensions :
Buanderie ¨ Garage
¨ Chaufferie
Local (L x l x h):
¨
Autre :
oui
¨
non
facile
¨
difficile
Accès (h x l):
• Support du ballon :
Type de plancher :
Peut il supporter le poids du ballon rempli ?
¨
• Chantier :
Accès :
¨
Si difficile, quelles sont les contraintes :
Stockage matériel possible sur site :
oui
¨
non
¨
Si oui, à quel endroit?
• Travaux en hauteur :
Accès au toit :
oui
¨
non
¨
Si oui, dimensions (hauteur x largeur) : _________________m x m
Points d'ancrage sur la toiture :
oui
¨
non
¨
Type :
Matériel à prévoir pour travaux en hauteur (nacelle, échafaudage,…) :
¨
0-5m
¨
5-10m
¨ 10-15m
¨
15-20m
¨
20-25m
¨ 25-30m
¨
0-5m
¨
5-10m
¨ 10-15m
¨
15-20m
¨
20-25m
¨ 25-30m
Autre : _______m
• Armoire électrique :
Espace disponible :
suffisant
¨
insuffisant
¨
Rénovation
Autre : _______m
35
PROFESSIONNELS
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DES
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PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
PRE-DIAGNOSTIC
Installation de chauffage existante
Repère :
Tension disponible :
mono ¨
tri ¨
Puissance disponible :__________ kW
Présence d'une protection différentielle adaptée pour oui
l'appoint électrique :
¨
non
¨
Protection de ligne existante et adaptée :
oui
¨
non
¨
Existence d'une liaison équipotentielle fiable :
oui
¨
non
¨
Valeur de la résistance ohmique de la terre :
____ohm
• Hauteur manométrique à prévoir (pression vase d'expansion):__________ m
• Percements à prévoir:
Gros murs :
¨
Quantité :
Cloisons :
¨
Quantité :
Remarques :
Rénovation
s Figure 11 : Exemple de fiche de pré-diagnostic pour l'installation d'un SSC
36
Date :
PROFESSIONNELS
DES
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6
PROGRAMME
DIMENSIONNEMENT
DE LA SURFACE
DES CAPTEURS SOLAIRES
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Le surdimensionnement est un défaut souvent rencontré sur les installations de chauffage solaire.
Commentaire
Un surdimensionnement augmente le coût de l'installation et génère d'importants problèmes de surchauffe l'été avec une altération du liquide antigel et une
usure prématurée des matériaux.
La surface de capteurs solaires est déterminée en fonction des
besoins de chauffage et des besoins d'eau chaude sanitaire.
L'objectif principal de ce chapitre est de donner à l'installateur les éléments nécessaires au dimensionnement de la surface de capteurs à
installer. Pour cela, il faut calculer précisément :
• les déperditions de base de l'habitation ;
• les besoins thermiques de chauffage et d'eau chaude sanitaire.
6.1. • Calcul des déperditions de base
des bâtiments
6.1.1. • Principe du calcul des déperditions
Les déperditions se décomposent en :
• déperditions surfaciques à travers les parois (murs, fenêtres,
portes, toit, plancher) ;
Rénovation
Les déperditions thermiques sont calculées selon la norme NF EN
12831 et le complément national NF P 52-612/CN.
37
PROFESSIONNELS
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« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
• déperditions linéiques au niveau des liaisons des différentes
parois, comme par exemple le mur et le plancher ;
• déperditions par renouvellement d'air par les bouches d'entrée
d'air par ventilation naturelle ou mécanique ;
• déperditions par les infiltrations : jointures des huisseries des
fenêtres, des portes, par les trous en façade,….
6.1.2. • Déperditions surfaciques
par transmission à travers les parois
Les déperditions surfaciques sont calculées à partir de la formule
suivante :
Déperditions surfaciques = Somme de U x A x (Tint – Text)
Avec :
- U : coefficient de transmission surfacique en W/m².K
-A : surface intérieure de la paroi en m²
-Tint – Text : écart de température entre l'intérieur et l'extérieur
en K
6.1.3. • Déperditions linéiques aux liaisons
des différentes parois
Les déperditions linéiques sont calculées à partir de la formule
suivante :
Déperditions linéiques = Ψ x I x (Tint – Text)
Avec :
- Ψ : coefficient de transmission linéique (psi) en W/m.K
-I : longueur des liaisons en m
-Tint – Text : écart de température entre l'intérieur et l'extérieur
en K
Commentaire
La norme NF EN 12831 propose une méthode simplifiée consistant à majorer les
coefficients de transmission surfacique des parois en fonction de leurs liaisons.
Rénovation
6.1.4. • Déperditions par renouvellement d'air
et infiltrations
38
Le calcul des déperditions s'effectue à partir de la formule suivante :
Déperditions par renouvellement d'air = 0,34 x qv x (Tint – Text)
Avec :
- 0,34 : chaleur volumique de l'air en Wh/m3.K
Commentaire
Les entrées d'air induites par l'utilisation de hottes en tout air neuf, de cheminées
à foyer ouvert ou de tout autre système ne sont pas prises en compte dans la
formule.
6.1.5. • La température extérieure de base
du lieu
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DES
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-Tint – Text : écart de température entre l'intérieur et l'extérieur
en K
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- qv : débit de renouvellement d'air par ventilation et infiltrations en m3/h
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Les déperditions sont calculées pour la température extérieure de
base du lieu définie dans le complément national à la norme NF
EN 12831, référencé NF P 52-612/CN. La (Figure 12) présente la carte
de France des températures extérieures de base. Des corrections sont
à apporter en fonction de l'altitude du lieu considéré, selon le tableau
de la (Figure 13).
Rénovation
s Figure 12 : Températures extérieures de base non corrigées par l'altitude
39
PROFESSIONNELS
PROGRAMME
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 13 : Corrections de la température extérieure de base en fonction de l'altitude
6.1.6. • Les relevés nécessaires pour le calcul
des déperditions
Il est nécessaire de relever les éléments qualitatifs caractérisant le
bâtiment existant : la zone climatique, l'altitude, l'âge de la construction, la constitution de l'enveloppe avec ses différents matériaux ou
encore la ventilation. Le calcul des déperditions nécessite également
les informations suivantes :
• le type de pièce ;
• la surface de la pièce ;
• la configuration (plain-pied, étage courant, sous toiture, …) ;
• la longueur ou la surface de mur sur l'extérieur ou sur un local
non chauffé ;
• la surface des ouvrants par pièce.
Rénovation
On donne (Figure 14), un exemple de fiche récapitulative des relevés pour
le calcul des déperditions.
40
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Coordonnées utilisateur :
Nom :
Adresse :
CP + ville :
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Coordonnées installateur :
Ets :
Adresse :
CP + ville :
DES
Relevés pour calcul des déperditions
Relevés des caractéristiques de l'enveloppe
Département :
T° extérieure de base en °C :
PROGRAMME
Altitude en m
T° extérieure de base corrigée en °C :
Age de la construction :
Enveloppe :
Paroi
Isolant
Repère
Structure
λ en W/m.K
Type
RT en m².K/W
Mur sur extérieur 1
Mur sur extérieur 2
Mur sur local non chauffé
Plancher haut
Plancher bas
Plancher intermédiaire
Fenêtre*
Protection nocturne
Porte d'accès
(*) Pour la structure, prendre en compte la menuiserie. Pour l'isolant prendre en compte la nature
du vitrage (exemple double vitrage 4-12-4).
Ventilation :
Type de ventilation : naturelle, VMC autoréglable, hygro A ou B
Débit d'air en m3/h :
Caractéristiques du rez de chaussée :
Pièce
Entrée
Cuisine
Séjour
Chambre 1 Chambre 2 SdB
Surface en m²
Hauteur sous
plafond en m
Température
intérieure en °C
Longueur mur sur
extérieur en m
Longueur mur sur
local non chauffé
en m
Surface porte sur
extérieur en m²
Caractéristiques de l'étage :
Pièce
Hauteur sous
plafond en m
Chambre 1
Chambre 2
Chambre 3
SdB
Rénovation
Surface vitrage
en m²
41
PROGRAMME
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DES
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Relevés pour calcul des déperditions
Relevés des caractéristiques de l'enveloppe
Température
intérieure en °C
Longueur mur sur
extérieur en m
Longueur mur sur
local non chauffé
en m
Surface vitrage
en m²
s Figure 14 : Exemple de tableau récapitulatif de relevés pour calcul de déperditions
6.2. • Calcul des besoins de chauffage
L'expérience montre que les besoins de chauffage varient considérablement d'un bâtiment à l'autre en fonction du comportement des
utilisateurs : température de consigne, nombre de pièces sans chauffage, utilisation variable des occultations nocturnes et diurnes, variabilité dans la demande.
Les pertes de chaleur sont utilisées pour calculer les besoins de chauffage. Plus les pertes sont élevées, plus on va consommer pour chauffer le bâtiment. Les besoins de chauffage dépendent de la situation
géographique du bâtiment. Plus il fait froid dans le département (avec
correction par rapport à l'altitude), plus on va consommer d'énergie
pour chauffer et maintenir la température souhaitée. On distingue les
besoins bruts des besoins nets.
La détermination des besoins bruts est obtenue uniquement en prenant en compte les déperditions liées à l'écart de température (extérieur – intérieur) et au renouvellement d'air.
Les besoins nets sont obtenus en prenant en compte les besoins bruts,
déduction faite des apports gratuits (ou plutôt leur part récupérée).
Le calcul des besoins nets annuels se fait par la formule suivante :
24 × DJU × Déperditions-Apports gratuits × Taux de récupération
en kWh
Bchauffage =
1000
Avec :
- déperditions en W/K ;
- DJU en K.jour ;
- apports gratuits (internes et externes) Wh ;
Rénovation
- taux de récupération (part récupérée des apports gratuits).
42
Les apports gratuits sont de deux types :
• les apports internes : fonction de l'occupation des locaux, donc
de la présence et du nombre de personnes, des dégagements
en cuisine, de l'éclairage ;
Ils sont définis par la relation suivante : AGJ = 3,5 + (2,5 x Nb
occupants)
6.2.2. • Les apports gratuits externes journaliers
(apports solaires) en kWh/j
PROFESSIONNELS
PROGRAMME
6.2.1. • Les apports gratuits internes journaliers
(occupants et appareils) en kWh/j
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DES
• les apports externes ou apports solaires : fonction de l'orientation des surfaces vitrées et de la zone d'ensoleillement.
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Ils sont définis d'après le tableau donné (Figure 15). Il donne les apports
solaires transmis à travers 1m² de vitrage. Ces ratios sont fonction
de la zone d'ensoleillement, donnée (Figure 16), et de l'orientation des
vitrages. La surface doit être pondérée afin de prendre en compte de
l'encadrement (Figure 17).
Zones
d'ensoleillement
Orientation
Sud
Sud-Est SudNord-Est NordEst Ouest
Ouest
Ouest
Nord
1
1,65
1,50
1,10
0,70
0,50
2
1,65
1,45
1,00
0,60
0,45
3
1,70
1,45
0,95
0,55
0,40
4
1,75
1,50
1,00
0,55
0,45
5
1,80
1,55
1,05
0,60
0,45
6
1,85
1,55
0,95
0,55
0,48
7
2,22
1,80
1,00
0,50
0,40
s Figure 16 : Définition des zones d'ensoleillement pour le calcul des apports gratuits externes
Rénovation
s Figure 15 : Apports à travers 1 m² de vitrage vertical en kWh/jour
43
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Type d'encadrement
Aluminium
Métal (ancien)
Bois
0,70
0,70
0,80
PVC
0,65
s Figure 17: Rapport surface de clair à surface tableau
6.2.3. • Le taux de récupération des apports
gratuits
Le taux de récupération des apports gratuits est donné (Figure 18). Il est
fonction des apports gratuits et des besoins bruts de chauffage.
s Figure 18 : Détermination du taux de récupération des apports gratuits
6.3. • Calcul des besoins d'eau chaude
sanitaire
Les besoins annuels sont calculés en fonction du nombre de personne
occupant la maison. A défaut de données sur la consommation d'ECS
du ménage, les ratios par personne et par jour à 50°C généralement
utilisés, selon les équipements en place, sont :
• 20 l/pers.j (douche, lavabo) ;
• 33 l/pers.j (baignoire, douche, lavabo) ;
• 50 l/pers.j (hydro-jets, douche, lavabo).
Les besoins annuels d'ECS à 50°C en kWh/an sont donnés par la formule suivante :
Rénovation
BECS = q x 1,16 x (Tc – Tf)
44
Avec :
- q : consommation annuelle en ECS de l'habitation à 50°C en
m3/an ;
-Tc : température d'eau chaude sanitaire égale à 50°C ;
-Tf : température d'eau froide en °C.
Besançon, Embrun, Lille, Nancy, Reims, Rouen
Températures d'eau froide
moyennes mensuelles
minimales
5°C
Brest, Clermont-Ferrand, Grenoble, Paris, Rennes, Strasbourg 6°C
Angers, Lyon, Poitiers
6.5°C
Bordeaux, Toulouse
7°C
Biarritz
8°C
Nîmes,
9°C
Ajaccio, Marseille, Perpignan
10°C
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Villes
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A défaut de données sur la température d'eau froide minimale du
site, le tableau de la (Figure 19), extrait du guide AICVF 02-2004 sur l'ECS,
donne des valeurs pour différentes villes de France.
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 19 : Températures moyennes mensuelles minimales d'eau froide de 23 villes françaises (Guide
AICVF 02-2004).
6.4. • Préconisations pour un projet
de chauffage solaire
Les besoins annuels de chauffage et d'ECS en kWh sont donnés par la
formule suivante :
Besoins annuels = Bchauffage + BECS
On rappelle que le ratio de dimensionnement, utilisé pour définir la
surface de capteurs à installer, est fonction des besoins énergétiques
(chauffage et ECS).
Dans l'habitat existant, ces besoins énergétiques sont généralement
très importants en période hivernale et limités aux besoins d'eau
chaude sanitaire en été. Si aucune mesure de rénovation n'est apportée au bâti, les besoins de chauffage peuvent être relativement élevés comparativement aux besoins en eau chaude sanitaire. En outre,
l'écart très important entre les besoins d'été et ceux d'hiver sont à
l'opposé des variations mensuelles d'irradiation, la ressource solaire
étant essentiellement concentrée en été.
Commentaire
Cette disparité conduit à une mauvaise adéquation entre les besoins
énergétiques et la ressource solaire et se traduit par une économie
d'énergie relativement faible.
Dans ces conditions et pour atteindre des niveaux d'économie d'énergie d'appoint élevés, la surface de capteurs solaires à installer doit
Rénovation
Un bâtiment très peu économe, occupé par 4 personnes et présentant un besoin
annuel de chauffage de 40000 kWh, place le rapport ECS sur chauffage à 6%.
Un bâtiment correctement isolé occupé par 4 personnes et présentant un besoin
annuel de chauffage de 10000 kWh/an.m², place le rapport ECS/chauffage à 30%.
45
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être importante. Outre, un surcoût de l'installation, cette surface
implique des phases de stagnation de l'installation solaire fréquentes
et rapidement atteintes. Les conséquences sont un stress thermique
et donc un vieillissement prématuré du liquide et des composants de
l'installation. Ces phases sont, en outre, accrues par une ressource
solaire essentiellement concentrée en été.
Un SSC doit être préconisé une fois que les mesures permettant une
diminution des besoins sont prises, de manière à ce que :
• la consommation résiduelle d'énergie d'appoint soit la plus
réduite possible ;
• la disparité entre besoins de chauffage et besoins d'ECS soit la
plus faible possible.
Commentaire
L'isolation thermique des parois est une des premières mesures à mettre en
œuvre pour l'amélioration thermique des bâtiments. Par exemple, la mise en
place de 20 cm de laine de verre en comble perdu peut réduire jusqu'à 30% les
besoins de chauffage annuels. Les interventions sur les équipements de chauffage sont à réaliser, de préférence, après l'isolation thermique des bâtiments,
pour intégrer l'abaissement de puissance nécessaire. La pose d'un thermostat
d'ambiance programmable à la place d'un thermostat vétuste fait économiser de
l'ordre de 12 % de la consommation annuelle. Le remplacement d'une chaudière
âgée de plus de 25 ans par une chaudière moderne fait économiser environ 25%
d'énergie et même jusqu'à 35% si la nouvelle chaudière est à condensation.
La rénovation thermique permet, en outre, de baisser les températures de distribution à un niveau compatible avec un rendement correct du capteur solaire. L'abaissement de la température de départ
chauffage et donc du régime est possible et est directement fonction
de la surpuissance des émetteurs de chaleur dans les pièces.
6.5. • Calcul de la surface de capteurs
solaires
6.5.1. • Système solaire avec charge indirecte
Rénovation
Le ratio moyen communément admis pour le dimensionnement d'un
SSC est « surface de capteurs / surface à chauffer ». Il est compris
entre 8 et 15%.
46
Cependant, compte tenu des variations importantes des besoins spécifiques (besoins de chauffage et d'eau chaude rapportés à la surface
chauffée) en fonction de la situation géographique, de l'altitude, de
la taille et de l'isolation du bâtiment, du nombre et du comportement
des occupants, il est plus cohérent de considérer un ratio de dimensionnement défini par :
"surface de capteurs / besoins thermiques (chauffage et ECS)"
Si on considère un besoin annuel (chauffage + ECS) de 1000 kWh et un rendement
de la chaudière annuel moyen de 70%, la consommation d'énergie est de l'ordre
1430 kWh. Un taux d'économie de l'ordre de 30 % correspond à une économie
de 430 kWh. 1m² de capteur solaire (orienté plein Sud et incliné à 45°) reçoit, en
valeur moyenne, une irradiation annuelle de 1500 kWh. Une installation solaire
thermique fonctionnant correctement a un rendement global de l'ordre de 30%. Il
faut donc installer en moyenne 1 m² de capteur pour récupérer 450 kWh par an,
ce qui est du même ordre de grandeur que les 430 kWh calculés précédemment.
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Commentaire
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Le ratio moyen de dimensionnement est de 1 m² de capteur solaire
pour 1000 kWh de besoins annuels (chauffage et ECS).
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Cette surface peut être modulée en fonction de l'irradiation disponible. Elle dépend aussi du type de SSC choisi et des préconisations
du fabricant. Les besoins de chauffage considérés sont ceux obtenus
après les travaux de rénovation éventuellement préconisés et réalisés.
6.5.2. • Système solaire avec charge directe
Pour les systèmes solaires combinés à charge directe (avec ou sans
ballon de stockage), les préconisations constructeurs doivent être
strictement respectées.
Commentaire
Rénovation
Il est préconisé, pour des systèmes à charge directe avec ballon de stockage, 0.5
à 2 m² de capteurs solaires pour 10 m² de plancher chauffant.
47
CONCEPTION
ET DIMENSIONNEMENT
DU STOCKAGE SOLAIRE
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7.1. • Le système solaire à charge directe
7.1.1. • Avec ballon de stockage
Le volume du ballon de stockage est choisi conformément aux préconisations du constructeur.
Commentaire
Il est préconisé, pour des systèmes à charge directe avec ballon de stockage et
appoint intégré, un volume de stockage de 400 litres.
La chaudière (si l'appoint est intégré) assure le maintien en température du haut du ballon de stockage. L'appoint et le circuit solaire
peuvent fonctionner simultanément ou indépendamment en fonction
de la demande. La production d'eau chaude sanitaire est assurée par
un échangeur à plaques extérieur. L'eau de départ du circuit de chauffage est prélevée en partie médiane du ballon de stockage. La hauteur
du piquage permet de fournir une température de départ suffisante
pour compenser les déperditions à la température extérieure de base.
Les Recommandations au chapitre [7.2] doivent être respectées.
7.1.2. • Sans ballon de stockage
Rénovation
Pour les systèmes solaires combinés à charge directe sans ballon de
stockage, les préconisations du constructeur doivent être strictement
respectées.
48
Commentaire
Il est préconisé, pour des systèmes à charge directe sans ballon de stockage, une
surface de plancher chauffant compris entre 50 et 130 m² (voir 150 m² selon préconisations constructeurs) avec un minimum de cinq fois la surface de capteurs
installées.
Pour les SSC à stockage hydraulique, le ratio communément admis
est de 50 à 100 litres par m² de capteurs plans vitrés. On donne (Figure
20), le facteur de correction des performances solaire en fonction du
ratio volume de stockage solaire sur surface de capteurs installée.
On constate que le ratio « volume de stockage solaire sur surface de
capteurs » optimal est de 160 l/m². Ce ratio implique un stockage très
important. La performance est peu impactée pour un ratio compris
entre 50 et 300 l/m². Néanmoins, le ratio « volume de stockage solaire
sur surface de capteurs » doit être strictement supérieur à 50 litres par
m².
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7.2.1. • Dimensionnement du ballon de stockage
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7.2. • Le système solaire à charge indirecte
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Commentaire
Les capacités de stockage actuellement constatées sur le marché sont de l'ordre
de 750 ou 1000 litres pour des installations de 10 à 20 m² de capteurs solaires.
Elles vérifient le ratio de 50 à 100 l/m² défini.
s Figure 20 : Efficacité d'échange solaire en fonction du ratio volume de stockage sur surface de
capteurs
7.2.2. • Conception du ballon de stockage
Les ballons de stockage présentent différentes zones de température.
On trouve :
• le tiers supérieur qui est réservé à la production d'eau chaude
sanitaire (dans le cas où celle-ci est prévue) ;
• le tiers inférieur qui est consacré à la production solaire.
La (Figure 21) illustre les différentes zones et leurs utilisations associées.
Rénovation
• le tiers médian qui est utilisé pour les besoins de chauffage ;
49
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s Figure 21 : Répartition de la chaleur dans un ballon de stockage
!
Lorsque l'appoint du SSC est réalisé par une chaudière bois
ou une pompe à chaleur, le ballon de stockage permet le
couplage hydraulique entre eux. Une attention particulière
doit être portée aux choix des positions de raccordements
pour éviter que les différentes énergies ne se perturbent.
Les hauteurs des piquages retenues déterminent le volume
spécifique de stockage accordé à chaque source.
Les ballons de stockage avec échangeur interne ou externe pour le
chauffage seul, comme illustré (Figure 22), sont présents sur le marché
sous la dénomination de « ballon tampon » ou « ballon d'hydro-accumulation ». Il en existe de nombreux modèles permettant de répondre
aux besoins des installations de systèmes solaires combinés nécessitant un volume de stockage important.
Rénovation
Les échangeurs thermiques à serpentin sont disponibles uniquement
jusqu'à certaines limites (environ 3,5 m² de surface d'échange, soit
environ 15 m² de capteurs). Les installations de plus grande taille font
appel à des échangeurs externes.
50
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s Figure 22 : Ballon avec échangeur intérieur et extérieur
On rappelle que la production d'eau chaude sanitaire peut être assurée de différentes manières. Elle peut être :
• produite directement dans le ballon de stockage solaire destiné
au chauffage : l'installation fonctionne sur le principe de la stratification de la température. L'ECS peut alors être produite :
- en partie haute du ballon de stockage dans un ballon indépendant en bain marie ;
- par un échangeur instantané immergé dans le ballon de
stockage ;
- par un échangeur extérieur à plaques.
• produite dans un ballon indépendant : le ballon de stockage ECS
est du même type qu'un chauffe eau solaire individuel (CESI) et
les capteurs solaires sont raccordés au ballon de tampon assurant le chauffage (s'il existe) et au ballon de stockage d'ECS.
Les ballons de stockage, équipés d'une production d'ECS intégrée,
disposent d'une réserve d'eau complètement indépendante du réseau
hydraulique de chauffage. C'est le principe de « l'accumulateur dans
l'accumulateur ». Le chauffage de l'eau du ballon de stockage chauffe
le ballon d'ECS par bain-marie. Le réservoir d'ECS est placé dans la
partie la plus haute du ballon de stockage. L'entrée d'eau froide se fait
en partie basse du réservoir et la sortie d'eau chaude en partie haute.
Sa protection anti-corrosion est double du fait d'un double revêtement d'émail et d'une anode de magnésium. Le volume d'accumulation peut soit être entièrement chauffé ou chauffé uniquement dans sa
partie supérieure (avec dans ce cas une température de consigne plus
élevée).
Rénovation
Production d'eau chaude sanitaire par bain marie
51
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Commentaire
Une résistance électrique peut être intégrée au réservoir d'ECS, notamment pour
assurer la mise en température de l'eau chaude sanitaire en période estivale, si
le solaire n'est pas suffisant. Cette solution permet l'arrêt complet de l'appoint
hydraulique (si existant) en été.
La (Figure 23) illustre deux configurations de ballons de stockage solaire
avec une production d'eau chaude sanitaire par bain marie.
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s Figure 23 : Exemples de ballons de stockage équipés d'une production d'eau chaude sanitaire par bain
marie
Production d'eau chaude sanitaire par échangeur incorporé
Rénovation
Les ballons de stockage peuvent être équipés d'un échangeur interne
assurant une production d'eau chaude sanitaire de type semi-instantanée. Il est placé soit en partie haute du ballon, soit sur toute sa hauteur (Figure 24). De capacité importante et de grande surface d'échange,
ce type d'échangeur permet d'assurer des débits d'ECS importants
(de l'ordre de 20 à 45 litres par minute).
52
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s Figure 24 : Exemple d'un ballon de stockage équipé d'une production d'eau chaude sanitaire par
échangeur incorporé
Production d'eau chaude sanitaire par échangeur à plaques
extérieur
Une production d'ECS par échangeur extérieur à plaques est obligatoire pour les systèmes solaires à charge directe avec ballon de stockage. La sélection de cet échangeur doit se faire conformément aux
prescriptions du constructeur.
Production d'eau chaude sanitaire par ballon séparé
Pour les installations présentant des points de puisage trop éloignés
du ballon de stockage, un ballon assurant la production d'eau chaude
sanitaire doit être mis en œuvre au plus près des points d'utilisations.
Cette solution permet d'éviter des temps d'attente et des pertes thermiques trop importants lors des soutirages d'eau chaude.
Les canalisations entre le ballon de stockage et le ballon d'ECS sont
correctement isolées.
L'arrêté du 30 novembre 2005 indique les prescriptions relatives à la
prévention du risque de développement des lésionnelles dans les installations de production d'eau chaude sanitaire :
• 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.
Rénovation
• 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 ;
53
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7.2.3. • Le local
L'emplacement du ballon de stockage et de tous les éléments nécessaires au fonctionnement doivent être installés dans une pièce du volume
chauffé de l'habitation, et au minimum dans un local fermé et isolé. On
évitera tous locaux non chauffés de l'habitation, tel que les caves, les
garages, les appentis, et bien évidemment toutes pièces sans isolation.
Pour des raisons de confort (thermique et acoustique) on évitera une
implantation dans les zones de vie (chambre, salon…).
Il doit être pris en compte les différents ouvrants tels que les fenêtres,
les portes-fenêtres ainsi que des ventilations existantes afin que chacun
garde sa fonctionnalité première.
Comme illustré par la (Figure 25), afin de limiter les déperditions dans le
circuit hydraulique primaire, le ballon de stockage doit être le plus
près possible des capteurs solaires et le ballon de stockage d'énergie,
surtout s'il assure la production d'eau chaude, proche des points d'utilisation (salle de bain et cuisine).
S'il est impossible de satisfaire ces deux conditions, notamment de
part la configuration des lieux, un ballon d'eau chaude est installé
près des points d'utilisation, comme vu (Figure 26). Celui-ci est raccordé
au ballon de stockage d'énergie solaire.
s Figure 25 : Implantation du ballon de stockage solaire
Rénovation
s Figure 26 : Implantation du ballon de stockage solaire
54
La mise en place d'un SSC avec ballon de stockage implique de disposer d'une surface au sol de plus de 2 m². Une surface suffisante doit
également être disponible pour le petit appareillage (soit approximativement 2 m²)
Le ballon est suffisamment éloigné des murs (20 à 30 cm) afin de permettre les travaux de raccordements, le passage des canalisations
ainsi que les opérations d'entretien et de maintenance.
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Il faut s'assurer que la résistance mécanique des éléments porteurs
recevant le ballon est suffisante pour supporter la surcharge (plancher,
dalle, carrelage). La charge au sol peut atteindre facilement les 500 à
700 kg/cm². Il est conseillé de prévoir une plaque de la dimension du
ballon permettant une meilleur répartition du poids sur le plancher.
Dans tous les cas seul un calcul de structure peut permettre d'assurer
la tenue du plancher.
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La mise en place d'un SSC à charge solaire directe ou hybride,
implique une emprise au sol de 1 à 1,5 m² et une hauteur légèrement
inférieure à 2 mètres.
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La hauteur sous plafond du local doit être supérieure à 2 mètres et en
tout état de cause 20 à 30 cm de plus que la hauteur du ballon mise en
œuvre, permettant un accès aux éléments situés sur le dessus.
Comme vu (Figure 27), il est nécessaire de vérifier la concordance entre la
hauteur sous plafond et la longueur de la diagonale du ballon afin de
permettre le redressement du réservoir lors de sa mise en place.
s Figure 27 : Contrôle de la diagonale du réservoir
La largeur des passages doit être prise en compte pour les accès et
l'évacuation éventuelle du gros matériel. Les ballons de stockage
sont généralement fournis non équipés de leur jaquette isolante, ceci
permettant de les faire passer par des ouvertures standard jusqu'à
1000 litres. Au delà, il faut disposer de passages de plus de 90 cm de
large. Pour des ballons de plus de 2000 litres, il est nécessaire de prévoir un accès dédié dans un local dont la hauteur sous plafond peut
aller jusqu'à 3 mètres et l'accès en largeur jusqu'à plus de 2 mètres.
Un ballon de stockage de 1000 litres peut passer par une porte de 80 cm de large
(sans sa jaquette isolante). Mis en place et équipé, son diamètre final atteint près
de 1mètre sur une hauteur de 2,2 mètres. Pour un ballon de 1500 litres, le diamètre est de 1m et 1,20m respectivement sans et avec sa jaquette isolante.
Rénovation
Commentaire
55
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Lors de la création d'une ouverture pour accéder au local technique,
il doit être proposé une porte à double battants de plus d'un mètre de
libre passage. L'idéal est un accès direct depuis l'extérieur.
Commentaire
Certain fabricants de ballons proposent des modèles de forme ovale permettant
l'installation dans de petites pièces.
7.2.4. • Les réservations
Les réservations doivent tenir compte de la conception propre du
ballon de stockage et notamment de la position et du nombre de
piquages, comme vu (Figure 28). Elles doivent également considérer
l'emplacement du ballon dans le local, les arrivées et les départs des
canalisations d'eau froide et d'eau chaude ainsi que tous les accessoires nécessaires au bon fonctionnement.
s Figure 28 : Différents positionnement de piquages (vue de dessus)
7.2.5. • La stratification
Un aspect important de ces réservoirs est leur capacité à stratifier
correctement la chaleur : les couches les plus chaudes sont en partie
haute du ballon, les plus froides en partie basse.
La stratification est à favoriser car un volume tampon entièrement
brassé peut induire des dysfonctionnements dus à une réduction de
l'écart de température côté production et côté usage. En outre, cette
stratification permet d'optimiser la charge en refroidissant la température en entrée de capteurs solaires.
Rénovation
Afin de favoriser la stratification au sein du volume tampon, un rapport hauteur sur diamètre supérieur ou égal à 3 est conseillé.
56
En deçà, on constate l'absence de stratification entre le bas et le haut
du réservoir, au détriment des cycles de charge dont les températures
de retour sont plus élevées. A volume identique, on préfère donc un
réservoir haut et étroit.
Les arrivées des circuits dans le ballon doivent être équipées de brisejet pour éviter le mélange des différentes couches de température
existantes.
Il existe des systèmes de stratification, dits : « dynamiques », c'està-dire équipé d'accessoires, interne ou externe au ballon, qui permettent d'augmenter ce phénomène de mouvement de chaleur vers
le haut du réservoir. La (Figure 29) illustre des exemples de ballons à stratification dynamique.
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Les pertes thermiques sont légèrement plus élevées puisque la surface extérieure
est plus importante (à contenance identique) lorsque le rapport hauteur sur diamètre augmente. Ces pertes peuvent être compensées par une épaisseur de calorifuge supplémentaire.
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Commentaire
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Comment faire
Pour le raccordement des ballons à stratification, il est impératif de suivre les
préconisations du fabricant.
s Figure 29 : Ballons à stratification dynamique, interne et externe
7.2.6. • Les déperditions du ballon
Les déperditions thermiques des ballons de stockage ne sont pas
négligeables. Une isolation de qualité doit être mise en œuvre.
L'ensemble de la jaquette isolante doit répondre à des conditions
spécifiques :
• l'épaisseur de l'isolant doit tenir compte de la surface des parois
et être au minimum de 10 cm ;
• l'isolation doit être bien ajustée lors de la pose ;
• tous les raccords, les piquages, les trappes et autres accessoires
doivent être parfaitement pris en considération, y compris les
parties non utilisées.
Rénovation
• toutes les surfaces doivent être isolées des parties verticales en
passant par le dessous et le dessus ;
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Comme vu (Figure 30), toutes les étanchéités nécessaires pour les raccordements hydrauliques sont faites avec soin pour éviter les fuites,
surtout les suintements, qui peuvent détériorer la qualité thermique
de l'isolant très rapidement. Un ballon surélevé par une dalle béton
est ainsi à l'abri des remontées d'humidité dans son isolant en cas de
fuite dans le local.
Commentaire
La mise en œuvre pas toujours aisée de l'isolation en jaquette souple génère
des courants convectifs non contrôlés (c'est à dire un effet de cheminée entre le
ballon et l'isolant). Un courant d'air entre la cuve et l'isolant augmente considérablement les déperditions des parois verticales.
Les températures élevées du réservoir de stockage, notamment en
période estivale (plus de 85°C), limite l'utilisation de certains matériaux isolants. On trouve :
• l'isolation en mousse de polyuréthane (PUR), aujourd'hui sans
CFC ;
• les matelas de laine minérale, ceinturés par une feuille d'aluminium et recouverts d'un manteau en aluman ;
• les coquilles en polystyrène, recouvertes d'un manteau de tôle
laquée, amovible (mais parfois limité à certaines températures).
Rénovation
• la résine de mélamine, nouveau matériau très résistant à
la haute température et facilement dissociable du manteau
extérieur.
58
s Figure 30 : Tous les piquages raccordés ou non doivent être isolés avec soin
7.2.7. • Raccordements hydrauliques
Le raccordement des canalisations sur le ballon est réalisé avec des
raccords démontables vissés sur la vanne d'isolement positionnée
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La mise en œuvre des canalisations du circuit hydraulique doit être
réalisée selon les prescriptions du DTU 65 10. Il faut veiller notamment
à ce que la libre dilatation puisse se faire (par des changements de
direction, des lyres ou des compensateurs de dilatation) sans entraîner de désordres aux supports, aux accessoires et aux traversées de
parois.
Les matériaux constitutifs des canalisations doivent être également
compatibles avec le liquide caloporteur (voir NF DTU 65 12 P1-2).
PROGRAMME
au départ de chacun des circuits hydrauliques. Il peut être réalisé des
lyres anti thermosiphon évitant une décharge de chaleur dans les
canalisations.
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En été, le ballon peut atteindre 85°C, de fait, il ne faut pas réaliser les
canalisations en PER directement sur le ballon. Les canalisations en
acier galvanisé ne sont pas autorisées.
Concernant le raccordement d'eau sanitaire, et selon la NF C15-10005 : « si la tuyauterie de distribution est en cuivre, un manchon en
acier, en fonte ou en matière isolante doit être interposé entre la sortie
eau chaude du chauffe-eau et cette tuyauterie. »
Les dispositifs de stockage doivent comporter les équipements permettant d'assurer les opérations d'entretien et de maintenance tels
qu'un système de purge en point haut, une vanne en partie basse permettant de réaliser la vidange du réservoir et les chasses, une trappe
de visite facilitant les opérations de contrôle et un thermomètre en
partie haute pour le contrôle de la température.
Commentaire
Les canalisations d'évacuation doivent disposer d'une rupture de charge avant
déversement par mise à l'air libre afin d'éviter les retours. La garde d'air doit être
d'au moins 2 cm.
Les canalisations aller et retour du circuit de chauffage peuvent
être munies de vannes de d'arrêt, pour une maintenance facilitée
notamment.
Ces vannes doivent être maintenues fermées en dehors des opérations de maintenance sur le circuit de chauffage. Les volants de ces
vannes sont de préférence retirés.
La soupape de sécurité doit être installée à un endroit accessible à
proximité immédiate du ballon de stockage. Il n'y a aucune vanne
d'arrêt entre le ballon et la soupape de sécurité.
Notamment en saison estivale, l'eau chaude en sortie du ballon peut
atteindre une température de l'ordre de 90°C. L'arrêté du 30 novembre
2005 impose :
Rénovation
Si les canalisations aller et retour du circuit de chauffage sont munies
de vannes d'arrêt, une soupape de sécurité appropriée de dimensions
adéquates doit être mise en œuvre au niveau du ballon de stockage
59
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Rénovation
60
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• dans les pièces destinées à la toilette, la température maximale
de l'eau chaude sanitaire est fixée à 50°C aux points de puisage ;
• dans les autres pièces, la température de l'eau chaude sanitaire
est limitée à 60°C aux points de puisage.
Un organe tel que le mitigeur thermostatique est donc obligatoire. Il
doit avoir les caractéristiques suivantes :
• plage de réglage : 25-60°C ;
• température maximale à l'entrée : 110°C ;
• pression différentielle maxi (Δp) : 5 bars.
Il doit être équipé de clapet anti-retour homologué, conformément à
la 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).
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CONCEPTION
ET DIMENSIONNEMENT
DU CIRCUIT PRIMAIRE
SOLAIRE
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Le dimensionnement des différents composants de l'installation (circulateurs, vase d'expansion, diamètre des canalisations…) doit être
défini précisément. Il doit être réalisé conformément aux prescriptions des fabricants. Des informations générales de conception et de
dimensionnement sont données ci-après.
8.1. • Canalisations
La température maximale atteinte peut-être par exemple la température de stagnation des capteurs solaires. La température et la pression maximales de service des canalisations doivent être supérieures
à cette température de stagnation (pouvant dépasser 200°C) et à la
pression maximale de service (pouvant atteindre 10 bars) spécifiées
par le fabricant des capteurs.
Commentaire
Les matériaux constitutifs des canalisations doivent être compatibles
avec le liquide caloporteur afin d'éviter les désordres électrolytiques
(effet de pile). Les canalisations en cuivre ou en acier inoxydable
annelé sont couramment utilisées.
Rénovation
Dans le cas d'installations autovidangeables, la température et la pression maximales de service les canalisations doivent être supérieures à la température et
à la pression maximale pouvant être atteintes par l'installation. La température
maximale pouvant être atteinte dépend du réglage du régulateur. La pression de
service maximale est plus faible que pour les installations à capteurs remplis en
permanence, elle est en général inférieure à 3 bars.
61
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!
Les canalisations en acier galvanisé ne sont pas autorisées.
Attention aux risques de brûlures si les capteurs solaires et
le circuit primaire sont facilement accessibles.
Les matériaux constitutifs des raccords et des joints d'étanchéité
doivent répondre aux mêmes exigences de température, de pression
maximales et de compatibilité au liquide caloporteur que les canalisations. L'ensemble des raccordements se fait par soudo-brasage.
L'emploi des raccords vissés est interdit en partie non accessible et
doit être limité pour le démontage des accessoires.
Pour limiter les pertes thermiques, les tuyauteries doivent être les
plus courtes possibles.
Les tuyauteries du circuit primaire doivent être d'un diamètre suffisant
pour permettre la circulation du liquide 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. Le diamètre intérieur est donné
par la relation suivante :
v
Di = 2 ×
≠ ×q
Avec :
- Di : diamètre intérieur de la tuyauterie exprimé en (m)
- v : vitesse du fluide exprimée en (m/s)
- q : débit du fluide exprimé en (m3/s)
Pour un débit de 50 l/h.m² et une vitesse de circulation inférieure ou
égale à 1 m/s, le diamètre intérieur des tuyauteries est de :
Di ≥ 4, 2 S
Avec :
- Di : diamètre interne exprimé en (mm)
- S : surface de capteurs en (m²)
On donne, dans le tableau (Figure 31), les diamètres intérieurs des canalisations en fonction de la surface de capteurs et du débit.
Débit dans les capteurs solaires
Haut débit (High-flow)
Faible débit (Low-flow)
40 à 70 l/h.m²
15 à 30 l/h.m²
Diam cuivre
Diam inox
Diam cuivre
Diam inox
Rénovation
Superficie
de capteurs
solaires
62
Jusqu'à 5 m²
16
16
12
12
De 5 à 8 m²
18
20
14
16
De 8 à 20 m²
22
25
18
20
De 20 à 35 m²
28
32
22
25
s Figure 31 : Exemples de diamètres de canalisations
Les matériaux couramment choisis sont :
• pour les capteurs plans, des matériaux qui supportent des températures d'au moins 150°C tels que les mousses élastomères
de type éthylène-propylène-diène monomère (EPDM) et les
laines minérales ;
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Une mauvaise isolation des tuyauteries peut dégrader les performances d'une installation solaire. L'ensemble des canalisations (y
compris les coudes, les tés…) doit être calorifugé. L'isolation du circuit primaire solaire doit résister à la température maximale du tronçon considéré et aux contraintes mécaniques.
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8.2. • Isolation thermique
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
• pour les capteurs sous-vide, des matériaux qui tolèrent des
températures d'au moins 170°C tels que les laines minérales.
Dans le respect de la protection de l'environnement, il convient de ne
pas utiliser de matériaux fabriqués à l'aide de chlorofluorocarbones
ou en contenant. Les matériaux isolants ne doivent pas contenir de
constituants qui, à la température de stagnation émettent des gaz
toxiques et très irritants pour la peau et les yeux.
Les calorifuges installés à l'extérieur doivent être résistants aux
intempéries et protégés des agents agressifs (rayonnement UV, conditions météorologiques en général et « agressions » des rongeurs et
oiseaux).
L'épaisseur de l'isolant thermique est choisie en fonction de sa
conductivité thermique λ et du diamètre des canalisations. On donne,
dans le tableau (Figure 32), quelques exemples d'épaisseurs d'isolants.
Épaisseur d'isolant (mm)
Laine de verre
Caoutchouc synthétique type
(λ=0,038 W/m.K)
EPDM (λ=0,042 W/m.K)
Diamètre extérieur de
canalisation en cuivre
(mm)
16
15
19
18
15
19
22
20
25
28
20
25
s Figure 32 : Exemples d'épaisseurs d'isolants
Commentaire
Rénovation
Pour réduire les pertes thermiques, il peut être intéressant d'augmenter l'épaisseur de l'isolant thermique définie dans le tableau de la (Figure 32) si les mètres
linéaires de canalisations sont importants.
63
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PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
8.3. • Le circulateur
Le circulateur permet la circulation du liquide caloporteur entre les
capteurs et l'échangeur du ballon. Il est commandé par la régulation
solaire. Il doit :
• résister aux températures de fonctionnement (turbine, joints,
raccords) ;
• supporter le contact continu avec le liquide caloporteur (eau et
glycol) ;
• admettre les pressions de l'installation solaire ;
• accepter de fréquentes commutations (marche, arrêt, variation) ;
• fonctionner avec un bon rendement au point de consigne ;
• avoir une faible consommation d'énergie.
Il est sélectionné en fonction du débit préconisé dans les capteurs
et est dimensionné de sorte qu'il puisse vaincre les pertes de charge
des réseaux, des capteurs, du ou des échangeur(s) et des équipements présents sur le circuit (clapet anti-retour, vanne d'équilibrage
notamment).
!
La perte de charge d'un liquide glycolé est plus élevée que
celle de l'eau. Les pertes de charge doivent être majorées
selon de la concentration d'antigel. Pour les canalisations
en cuivre, le coefficient de majoration à utiliser est respectivement de 1,19 et 1,26 pour des densités de 30% et 40%
d'antigel.
Le point de fonctionnement du circulateur doit se situer dans la partie
centrale de la courbe, autour du point nominal pour lequel le rendement est maximal afin de limiter les consommations d'énergie et le
risque de cavitation ou d'échauffement.
Commentaire
Les débits de liquide couramment utilisés varient de 40 à 70 l/h par m² de capteur
solaire. Dans les capteurs « faible débit ou Low-flow » le débit est plutôt de 15 à
30 l/h et par m².
Rénovation
Il est installé sur la canalisation d'entrée des capteurs solaires car
la température y est la plus faible. Il est placé en aval du vase d'expansion. Il doit être accessible pour les opérations d'entretien et de
maintenance.
64
La commande du circulateur en service doit être réalisée de telle sorte
que son fonctionnement, après une coupure d'électricité, reprenne
automatiquement. Un avertissement doit être prévu dans le cas
contraire.
La pompe d'une installation autovidangeable doit être capable de remonter le
fluide au niveau le plus haut de l'installation et donc de vaincre la hauteur manométrique maximale pour la remise en eau de l'ensemble. Elle est de type à moteur
ventilé. Sa puissance peut être identique à celle nécessaire pour le même circuit
sous pression dans le cas où la pression statique (différence de niveau entre le
haut des capteurs et le bas du réservoir) est identique ou inférieure aux pertes de
charges du circuit à débit nominal (pression dynamique).
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Commentaire
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
La teneur en glycol du liquide caloporteur ne doit pas être supérieure
à 50%. Dans le cas contraire, à basse température, le circulateur risque
de ne pas démarrer du fait d'une trop grande viscosité.
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
8.4. • Systèmes évitant l'inversion du sens
d'écoulement
Dans le cas d'une installation à circulation forcée, un système antithermosiphon est indispensable lorsque le ballon de stockage est
disposé au même niveau ou en dessous des capteurs car, en son
absence, un thermosiphon pourrait se déclencher la nuit en sens
inverse et provoquer un refroidissement intempestif du ballon de
stockage.
Commentaire
Les installations autovidangeables ne requièrent pas la pose d'un clapet antithermosiphon. Le réservoir de vidange permet d'éviter toute circulation inverse
par thermosiphon dans le circuit hydraulique irriguant les capteurs.
Le système anti-thermosiphon permettant d'éviter l'inversion du sens
de l'écoulement peut être assuré par un clapet anti-thermosiphon.
Il crée une résistance suffisante pour empêcher le thermosiphon de
s'amorcer.
Ces organes sont à clapet, à ressort ou à disque de retenue. Ceux à
clapet anti-retour entraînent des pertes de charges minimes dans le
sens du flux. Les clapets à ressort de bonne qualité sont en général
plus fiables, il vaut mieux les installer en position verticale.
Ces clapets doivent pouvoir accepter les hautes températures d'une
installation solaire.
La mise en œuvre d'une lyre anti-thermosiphon est recommandée. Elle est à confectionner (10 x le diamètre de la conduite) sur le
départ du ballon de stockage (Figure 33). Ceci afin d'éviter une mise en
place d'un effet de thermosiphon laminaire à l'intérieur même des
Rénovation
Il doit être accessible pour les opérations d'entretien et de maintenance (remplacement, vidange de l'installation,..). Les pertes de
charge doivent être aussi réduites que possible (inférieures à 0,3 m
eau).
65
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conduites ce qui entraînerait des déperditions inutiles. La partie horizontale basse ne doit pas être isolée.
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s Figure 33 : Lyre anti-thermosiphon
8.5. • Système de purge
Chaque point haut de l'installation doit être pourvu d'un purgeur d'air.
Ils servent à éliminer l'air contenu dans le circuit hydraulique.
Commentaire
Il est très important d'éliminer l'air soigneusement pour empêcher la corrosion
qui se produit avec l'oxygène contenu dans l'air. Ces attaques corrosives se
concentrent sur les matériaux mis en œuvre et sont un facteur de vieillissement
accéléré pour le liquide caloporteur.
Il existe plusieurs techniques pour éliminer l'air des circuits
hydrauliques :
• purge pendant le remplissage initial avec des purgeurs manuels
ou automatiques ;
• dégazage sous pression à la mise en service par une pompe
électrique à fort débit et d'au moins 40 mètres de hauteur
manométrique ;
• élimination des petites bulles d'air pendant les montées en température et le fonctionnement courant par un dégazeur placé
sur le circuit hydraulique.
Rénovation
Commentaire
66
On préfère l'utilisation de purgeur manuel en sortie de capteurs. Les purgeurs
automatiques sont trop souvent sources de fuite. Ils peuvent également être
source d'une absence de purge du fait d'un « collage ».
Pour les purgeurs d'air au niveau des capteurs solaires, la plage de
température de fonctionnement considérée est généralement de
–10°C à au moins 150°C. Dans le cas où des purgeurs automatiques
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DES
PROGRAMME
Pour les installations disposant de purgeurs manuels, il est préférable, pour simplifier la maintenance, de disposer de bouteilles de
purge au point haut de l'installation avec un report capillaire en cuivre
de diamètre 4 mm muni de vanne d'arrêt dans le local technique. Les
purgeurs sont alors raccordés au réservoir de récupération comme le
montre la (Figure 34).
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sont installés et que les vannes d'isolement sont fermées à l'issue des
opérations de purge, on peut considérer une température de 110°C
maximum.
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 34 : Purgeur manuel ramené en local technique et branché dans le bidon de récupération
Pour les installations disposant de purgeur automatique :
• une vanne d'isolement résistante aux hautes températures doit
être intercalée entre la canalisation et le purgeur, cette vanne
doit être maintenue fermée en dehors des opérations de purge
de l'installation. Ceci pour éviter la vidange du circuit primaire
par dégazage en cas de montée anormale en température du
capteur (180°C : cas de la stagnation) ;
• le flotteur ne doit pas être en plastique mais en acier inoxydable.
Dans le cas de purgeurs automatiques, le diamètre de raccordement
du purgeur doit être d'au moins ½''.
En cas d'absence de dégazeur dans le groupe hydraulique il est nécessaire d'en équiper les conduites. Afin que ce séparateur d'air fonctionne correctement, il sera placé sur la partie basse de l'installation.
La vitesse de circulation sera suffisamment importante pour entrainer
les bulles d'air vers le bas. Il doit être conçu pour être utilisé dans les
installations solaires et pour résister à des hautes températures.
Les installations autovidangeables ne requièrent aucune purge d'air au niveau
des capteurs. Néanmoins, elle reste fortement conseillée notamment en cas d'erreur de remplissage du circuit.
Rénovation
Commentaire
67
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
8.6. • Vase d'expansion solaire
Un vase d'expansion fermé doit être installé pour compenser la dilatation du liquide caloporteur du circuit lors de montées en température.
Commentaire
Pour les installations autovidangeables, un vase d'expansion n'est pas nécessaire lorsque le dispositif de vidange est conçu pour assurer ce rôle, en termes
de volume, de température et de résistance à la pression.
Le vase d'expansion a aussi pour rôle de stocker le fluide caloporteur à l'état liquide lors des phases d'évaporation dans les capteurs
solaires.
Le vase d'expansion doit être conforme aux spécifications du
NF DTU 65 11 P1-2.
Il est installé sur la canalisation d'entrée des capteurs solaires car
la température y est la plus faible. La plage de température de fonctionnement généralement considérée pour ce circuit est de –10°C à
+120°C et la pression maximale dépend de la pression de tarage de la
soupape de sécurité déterminée.
La température maximale admissible par la membrane ou la vessie du vase d'expansion n'étant, en général, que de 70°C, les conditions de montage doivent tenir compte de cette contrainte. La (Figure 35)
illustre différentes solutions pour le montage et le raccordement du
vase d'expansion.
s Figure 35 : Raccordement du vase d'expansion
Rénovation
Le vase d'expansion ainsi que sa conduite de raccordement ne
doivent pas être calorifugés.
68
La membrane du vase doit accepter le fonctionnement avec le liquide
caloporteur contenant du propylène glycol.
Le vase d'expansion est placé en amont du circulateur. Il doit comporter un dispositif manœuvrable (normalement fermé) de purge de gaz
et un dispositif manœuvrable (normalement fermé) de vidange.
Détermination de la pression de gonflage (Pgonflage)
La pression de gonflage est la pression nécessaire pour combattre la
hauteur statique du bâtiment. Elle est donnée par la relation suivante :
H statique
Pgonflage =
+ 0, 3 + Pvaporisation +∆ p (en bar)
10
Avec :
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Le dimensionnement d'un vase d'expansion consiste à déterminer sa
pression de gonflage et sa capacité.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Il doit être accessible pour les opérations d'entretien et de
maintenance.
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
-Hstatique, la hauteur statique : la pression statique équivaut à
la hauteur d'eau de l'installation, depuis le vase d'expansion
jusqu'au point le plus élevé du circuit de chauffage. Sachant
que 1 m de colonne d'eau équivaut à 0,1 bar. La pression
de gonflage du vase exprimée en bar doit correspondre à la
pression statique de l'installation augmentée de 0,3 bar ;
- Δp , la pression différentielle de la pompe : si le vase se situe
sur l'aspiration de la pompe Δp=0 et si le vase se situe sur le
refoulement de la pompe, majorer la pression de gonflage
de la pression différentielle de la pompe ;
-pvaporisation, la pression de vaporisation à la température maximale de fonctionnement (en pression relative). Elle est donnée par le tableau de la (Figure 36) pour différentes températures maximales de fonctionnement.
Température (°C)
Pression de
vaporisation (en bar)
100
Plage usuelle
110
120
130
30 % de teneur en glycol
0
0,3
0,8
1,4
40 % de teneur en glycol
0
0,2
0,6
1,2
s Figure 36 : Pression de vaporisation de l'eau glycolée (pression relative)
Détermination du volume du vase (Vvase)
Le volume du vase est donné en litres par la relation suivante :
Vvase =(Vdilatation +Vderéserve +Vcapteurs +10%) ×
Pfinale +1
Pfinale -Pgonflage
- du volume de réserve (en litres) : afin de maintenir la pression en point haut, prévoir une réserve d'eau dans le vase
de 0,5% de la contenance du réseau. A minima, une réserve
de 3 litres est conseillée (le fluide est déjà dilaté au moment
du remplissage du vase à température ambiante d'où la
Rénovation
Avec :
69
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
possibilité d'un manque de fluide en hiver par exemple). On
a : Vde réserve = Vréseau x 0,005 avec Vréseau (en litres)
- du volume des capteurs (en litres) : le volume du capteur
est pris en compte dans le calcul du vase afin d'absorber la
surchauffe lors d'un éventuel arrêt de l'installation (coupure
électrique, problème sur le circulateur,…). Lors du refroidissement des capteurs, la totalité du fluide contenu dans ces
derniers avant la surchauffe doit leur être restituée. En effet,
si le vase est de contenance trop faible, les effets de surpression provoquent l'ouverture des soupapes de sécurité et un
complément de fluide est à prévoir. Il est conseillé de prévoir
une majoration de 10% de la contenance des capteurs. On a :
Vcapteurs+10%= Vcapteurs + (Vcapteurs x 0,1)
- du volume de dilatation Vdilatation (en litres) : il est fonction du
volume du réseau (y compris les capteurs) et de la dilatation de l'eau glycolée à température maximale de fonctionnement. On a : Vdilatation = Vréseau x Coefficient d'expansion avec
Vréseau (en m3).
-pfinale (en bar) : pression finale du vase fixée en général à
0,9 x pression de tarage des soupapes de sûreté (afin que
celles-ci ne s'ouvrent pas en fonctionnement normal de
l'installation) ;
-pgonflage (en bar) : pression de gonflage du vase.
Le tableau (Figure 37) donne le coefficient d'expansion en l/m3 en fonction du pourcentage de glycol et de la température maximale de fonctionnement. Généralement, le coefficient d'expansion est considéré
pour une température de 120°C.
Commentaire
Attention les pressions sont exprimées en pressions relatives (pression relative
de 1,5 bar correspond à 2,5 bars de pression absolue).
-20 -10
% de 0
glycol 10
0
1
2
4
8
12
17
23
29
36
43
52
60
69
1
3
5
7
11
15
20
26
32
39
46
55
63
73
20
2
5
8
11
14
18
23
29
35
42
49
58
67
76
1
4
7
10
13
16
21
26
31
38
44
52
60
69
78
Rénovation
30
70
0
Températures (°C)
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
40
4
7
10
13
15
17
21
25
30
36
42
49
56
64
73
82
50
6
9
12
15
18
20
24
28
33
39
45
52
59
67
76
85
s Figure 37 : Coefficient d'expansion exprimé en l/m3
On donne à titre d'exemple, dans le tableau (Figure 38), le volume du
vase d'expansion déterminé en fonction de la surface de capteurs et
de la contenance en liquide du circuit primaire solaire. Les volumes
Jusqu'à 5 m²
Volume de liquide dans le circuit
primaire solaire en litres
de 15 à 20
Volume du vase
d'expansion en litres
18
de 18 à 30
25
de 25 à 40
35
de 10 à 18 m²
de 45 à 65
60
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de 5 à 7 m²
de 7 à 10 m²
DES
Superficie de capteurs
solaires
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sont donnés pour une distance maximale de 20 mètres entre les capteurs et l'utilisation.
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 38 : Exemple de volume de vase d'expansion en litres
8.7. • La soupape de sécurité
Les équipements de sécurité sont nécessaires pour assurer un fonctionnement sécurisé, prévenir de la détérioration de l'installation et
assurer la protection des personnes. La soupape de sécurité permet
d'éviter un dépassement de la pression maximale de service. Elle est
chargée d'évacuer d'éventuelles surpressions.
La soupape de sécurité est tarée à une pression inférieure à la pression maximale de service.
La soupape de sécurité est située sur le circuit en entrée de capteurs car la température y est la plus faible. La plage de température
de fonctionnement généralement considérée pour ce circuit est de
–10°C à +120°C. Elle est placée en amont du circulateur et du clapet
anti-thermosiphon.
Aucune vanne ne doit être installée sur la tuyauterie reliant la soupape au circuit.
Elle doit être accessible pour les opérations d'entretien et de
maintenance.
Elle doit être raccordée à un réservoir de récupération. Si celui-ci n'est
pas laissé vide au moment de la mise en service, le niveau doit être
repéré avec la date.
Commentaire
La décharge éventuelle de la soupape doit se faire en toute sécurité.
Le réservoir de récupération doit être conçu pour éviter des projections de liquide (notamment en cas de surchauffe de l'installation).
La tuyauterie d'échappement de la soupape doit être rigide et résister
aux hautes températures.
La soupape de sécurité, la tuyauterie de raccordement au circuit et la
tuyauterie d'échappement de la soupape doivent être dimensionnées
Rénovation
Le liquide antigel, bien que « sanitaire, » est une substance dangereuse pour l'environnement et la santé. Il est donc interdit de le rejeter à l'égout et doit donc être
récupéré.
71
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
de manière à libérer le plus fort débit d'eau chaude ou de vapeur susceptible de se former.
Le diamètre intérieur minimal (en mm) du tube de sécurité est déterminé en fonction de la puissance maximale P (en kW) reçue par le
champ de capteurs. Le diamètre est donné par la relation suivante : d
= 15 + 1,4P avec d au minimum égal à 26 mm.
Le réservoir de récupération présente une capacité suffisante, égale
au minimum à la contenance des capteurs solaires, pour recueillir le
liquide caloporteur.
Commentaire
La pose d'une soupape de sécurité pour les installations autovidangeables n'est
pas obligatoire. Néanmoins, elle reste fortement conseillée notamment en cas
d'erreur de remplissage du circuit. Cette soupape se présente donc comme un
organe de sécurité ultime, au cas où le circuit est entièrement rempli de fluide et
que la procédure de remplissage n'est pas respectée.
8.8. • La boucle de décharge
Généralement, une boucle de décharge est obligatoire pour un système solaire combiné à charge directe avec ballon de stockage et une
surface de capteurs installée de plus de 10 m².
Dans le cas contraire, le professionnel doit se conformer strictement
aux préconisations constructeurs.
La mise en œuvre de cette boucle de décharge doit être réalisée
conformément aux prescriptions du constructeur.
Il existe plusieurs solutions pour cette décharge :
• une boucle de décharge enterrée ;
• un aérotherme compatible avec le liquide caloporteur du circuit
solaire ;
• une boucle de décharge dans une piscine par le biais d'un
échangeur à plaques.
Commentaire
La boucle de décharge doit être à même de dissiper une puissance équivalente à
400 W par m² de capteurs solaires installés.
Rénovation
8.9. • Le liquide caloporteur
72
Une protection contre le risque de gel des capteurs et des tuyauteries
exposées doit être prévue. Elle doit subsister même en cas de coupure prolongée de l'alimentation électrique.
Le liquide caloporteur doit être compatible avec les matériaux constitutifs des capteurs et des divers éléments du circuit hydraulique afin
de limiter les risques de corrosion. Il doit respecter les exigences de la
norme ISO/TR 10217 et notamment celles relatives à l'association des
fluides et des matériaux en circuit aéré et non aéré.
Commentaire
La compatibilité du liquide antigel avec l'ensemble de l'installation et notamment
les absorbeurs est réputée satisfaite pour les liquides préconisés dans la notice
technique, sous réserve du strict respect des instructions du fabricant.
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Dans le cas des installations à capteurs autovidangeables, cette protection est
assurée par le principe même de l'installation.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Commentaire
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Le liquide antigel et les additifs introduits doivent être choisis en
respectant les exigences de la circulaire du 9 aout 1978 modifiée
(Règlement Sanitaire Départemental Type). Un antigel de qualité alimentaire doit donc être utilisé, comme par exemple un mélange à
base de mono propylène glycol.
Dans le cas d'installation avec antigel, le produit introduit en l'état
ou après dilution, doit avoir reçu de la Direction Générale de la Santé
(DGS) l'approbation pour son classement en liste "A" des fluides caloporteurs pouvant être utilisés dans les installations de traitement thermique des eaux destinées à la consommation humaine (circulaire du
2 juillet 1985), après avis de l'Agence nationale de sécurité sanitaire
de l'alimentation, de l'environnement et du travail (ANSES).
Les consignes de sécurité indiquées dans la fiche de donnée de sécurité des produits utilisés doivent être respectées (port de gant lors de
la manipulation du produit,…) et affichées à proximité du dispositif de
remplissage et de vidange.
Le liquide antigel doit être choisi pour assurer une protection contre
le gel suffisante, selon la température minimale du lieu considéré. Le
tableau de la (Figure 39) donne la correspondance entre la température
de protection et la concentration de mono propylène glycol.
Concentration de mono propylène glycol à 20°C (en %)
-10
20
-14
25
-19
30
-24
35
s Figure 39 : Correspondance entre la température de protection et la proportion de mono propylène
glycol
Pour bénéficier pleinement des qualités et des actions des adjuvants
incorporés, la concentration minimale d'antigel est en général de 30%.
Les concentrations d'antigel ne doivent pas être supérieures à 50%, le
Rénovation
Température de protection
recherchée (en °C)
73
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circulateur risquant de ne pas démarrer du fait d'une trop grande viscosité car plus la teneur en glycol du mélange augmente, plus la capacité de transmission thermique de l'échangeur de chaleur diminue et
plus les pertes de charge augmentent.
Commentaire
Dans le cas des installations à capteurs autovidangeables, si la vidange complète
des capteurs est assurée lors de l'arrêt de la pompe et s'il y a absence totale de
risque de gel dans les canalisations extérieures, le circuit peut être rempli en eau.
Dans le cas où ces conditions ne peuvent pas être remplies, le circuit fonctionne
en liquide antigel de même nature que celui des installations sous pression,
cependant la protection pourra être inférieure (15°C soit 30% au lieu de –25°C soit
40% de propylène-glycol) du fait de l'absence de risque de gel au niveau du capteur (vide en période de gel). Le professionnel doit dans tous les cas se conformer
aux prescriptions du fabricant.
La marque commerciale et la concentration en antigel du liquide caloporteur doivent être indiquées de manière lisible et indélébile sur
l'installation à un endroit facilement accessible.
Après le remplissage, il faut qu'apparaisse de manière lisible et indélébile sur l'installation et à un endroit facilement accessible :
• la marque de l'antigel utilisé et son type ;
• sa concentration ou son niveau de protection ;
• son pH ;
• la quantité de liquide injectée ;
• la périodicité de renouvellement de l'antigel (donnée fabricant).
Ces informations sont indispensables pour les interventions futures
sur le circuit.
Le liquide antigel et les additifs utilisés doivent être stables aux températures pouvant être atteintes dans l'installation.
Commentaire
La température maximale considérée vis à vis du liquide caloporteur est de 150°C.
Le liquide caloporteur peut-être dosé en antigel en usine (prêt à l'emploi) ou par l'installateur. Dans le cas d'une préparation par l'installateur, les préconisations suivantes doivent être respectées :
Rénovation
• le mélange d'eau potable (ou déminéralisée) additionnée d'antigel et d'agents anti-corrosifs doit être le plus homogène possible. Il doit être préparé en dehors du circuit hydraulique.
74
• le dosage du mélange doit être conforme aux préconisations
du fournisseur en fonction de la température minimale de la
région.
• le mélange doit être réalisé avant l'introduction dans le circuit et contrôlé par une mesure de protection au gel avec un
réfractomètre ;
8.10. • Dispositif de remplissage, de vidange
et de prélèvement
Il y a lieu de prévoir un dispositif de remplissage et de vidange du circuit hydraulique sachant que le circuit de la boucle de captage ne doit
en aucun cas être raccordé au réseau d'eau potable. Les vannes de
remplissage et de vidange doivent être munies d'un dispositif d'obturation (bouchon).
PROFESSIONNELS
DES
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Le glycol ayant une tension superficielle plus faible que celle de l'eau,
une attention particulière doit être apportée à la réalisation des étanchéités des raccords. Les liquides antigel sont compatibles avec les
matériaux d‘étanchéité habituellement utilisés dans la profession.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
L'utilisation d'un liquide caloporteur « prêt à l'emploi » est fortement
recommandée. Il est interdit de rejeter à l'égout un liquide glycolé.
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Une vanne doit être positionnée au point le plus bas de l'installation
afin de permettre la vidange complète du circuit. Suivant la configuration du circuit et l'emplacement des capteurs (par exemple, posés
en terrasse en dessous du ballon de stockage), un piquage près des
capteurs doit être prévu pour assurer une vidange complète de l'installation. La vanne de vidange permet d'effectuer le prélèvement d'un
échantillon du liquide caloporteur, sous réserve qu'elle soit située au
niveau d'une canalisation irriguée et d'un bras mort.
Si le dégazage est réalisé avec une pompe électrique, une vanne d'arrêt supplémentaire, située entre la vanne de remplissage et celle de
vidange, doit être prévue pour assurer une circulation du liquide dans
le réseau hydraulique.
Commentaire
Dans le cas d'une installation autovidangeable fonctionnant sans liquide antigel,
le dispositif de remplissage est constitué uniquement d'une vanne de remplissage munie d'un dispositif d'obturation (bouchon). La vanne de vidange (avec
dispositif d'obturation) doit être raccordée à l'égout.
8.11. • Instruments de mesure et de contrôle
L'installation est équipée des instruments suivants permettant d'effectuer les mesures prévues à la mise en service et à l'entretien de
l'installation :
• d'un dispositif de mesure de débit ;
• éventuellement d'un thermomètre placé à l'entrée et à la sortie
de l'échangeur de chaleur solaire.
Tous les équipements de mesure sont installés dans un endroit accessible et sont facilement visibles.
Rénovation
• un manomètre. Il est placé à proximité du vase d'expansion,
soit directement sur le raccordement du vase ou de la soupape
de sécurité ;
75
L'INSTALLATION
DE CHAUFFAGE EXISTANTE :
LES POINTS D'ATTENTION
PROFESSIONNELS
9
PROGRAMME
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« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
L'installation d'un système solaire combiné, couplé à l'installation de
chauffage existante, implique des points de vigilance.
9.1. • Le circulateur du circuit de chauffage
existant
Le circulateur est choisi à partir des données de :
• débit à mettre en circulation ;
• hauteur manométrique nécessaire pour combattre les pertes de
charge du circuit.
Commentaire
Rénovation
Le dimensionnement du circulateur chauffage est primordial et doit être effectué
avec le plus grand soin. En effet, lorsque le circulateur est surdimensionné, le
débit réel est plus important que le débit nominal. L'écart de température entre
l'entrée et la sortie du circuit radiateur est plus faible et la température de retour
plus élevée. Cette augmentation de température conduit à une diminution du
rendement de l'installation solaire.
76
Le circulateur du circuit plancher chauffant fonctionne généralement
en permanence. Il s'agit d'un circulateur à vitesse fixe. La mise en
marche ou l'arrêt du circulateur peut être automatisée en fonction de
la température extérieure. Il convient d'installer une vanne d'équilibrage à mesure de débit en série (généralement placée sur le retour
du circuit de chauffage).
Un circulateur à vitesse variable est recommandé si les radiateurs du
circuit de chauffage sont dotés de robinets thermostatiques.
Dans le cas d'un raccordement de type mixte, un second circulateur pour le
chauffage est nécessaire entre le ballon de stockage et la chaudière. Les pertes de
charge à vaincre sont en générale faibles (inférieure à 0.5 bar).
Dans le cas d'un raccordement en série, les pertes de charges de l'installation de chauffage existante sont augmentées. Ce type de couplage nécessite une vérification du circulateur de chauffage existant et
le cas échéant son changement.
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Commentaire
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Dans le cas d'un raccordement de type mixte, les pertes de charge de
l'installation de chauffage n'augmentent que très faiblement.
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Commentaire
Le dimensionnement précis du circulateur n'est pas aisé dans l'existant du fait du
manque d'information sur le tracé de l'installation ne permettant pas un calcul
précis des pertes de charges. Ainsi, surdimensionner légèrement le circulateur et
ajouter une vanne d'équilibrage ainsi qu'un débitmètre représente la solution la
plus efficace et la plus simple à mettre en œuvre.
9.2. • Le vase d'expansion du circuit
de chauffage existant
Dans le cas d'un SSC, bien que les températures de fonctionnement
de l'installation rénovée soient inférieures à celle de l'installation existante, le volume de l'installation, du fait de la présence du ballon de
stockage solaire est fortement augmenté.
La capacité du vase d'expansion existant doit être vérifiée et le cas
échéant le vase remplacé.
9.3. • La chaudière existante
Dans le cas d'une installation thermiquement améliorée (isolation des
combles perdus et changement des fenêtres par exemple), la puissance des émetteurs existants est surdimensionnée par rapport aux
besoins de chauffage de l'habitation. L'abaissement de la température
de départ du circuit de chauffage et donc de retour est possible.
Rénovation
La courbe de chauffe doit être adaptée, au plus juste, au régime de
température du circuit de chauffage. La température de départ doit
être déterminée au niveau de l'émetteur le plus défavorisé.
77
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PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
!
La chaudière existante doit être compatible avec l'abaissement de la température de départ et donc de retour du circuit de chauffage. Elle ne doit pas présenter de contrainte
de température de retour. Attention aux modèles de chaudières en acier équipés d'un brûleur fuel. La température de
l'eau au retour dans la chaudière ne doit pas être inférieure à
55°C. Des températures plus faibles peuvent conduire à des
problèmes de corrosion du matériel. Dans ce cas, l'aquastat
ne doit pas être placé à moins de 70°C.
Si le régime de chauffage est fortement modifié, il est conseillé de
remplacer la chaudière existante par une chaudière basse température ou à condensation simultanément à la mise en place du SSC.
Si le régime de chauffage est fortement modifié, il est conseillé de
remplacer la chaudière existante, par une chaudière basse température ou à condensation notamment, simultanément à la mise en place
du SSC.
Si la chaudière existante est remplacée, la puissance du nouveau
générateur d'appoint est déterminée en regard des déperditions globales de l'habitation, sans tenir compte de la production solaire du
SSC.
9.4. • Le disconnecteur
L'article 16 de la circulaire du 9 août 1978 modifiée par la circulaire du
26 avril 1982 repris dans le Règlement Sanitaire Départemental Type
(RSDT) indique que l'installation de chauffage ne doit pas permettre la
pollution du réseau d'eau potable par un quelconque retour d'eau des
circuits de chauffage.
Un ensemble de protection doit être mis en place sur l'alimentation
en eau de l'installation de chauffage afin d'éviter tout retour vers le
réseau d'eau potable.
Commentaire
Rénovation
Un ensemble de protection comprend le dispositif de protection (surverse, disconnecteur…) et les éléments associés (robinets d'isolement, filtre…). Si l'installation n'est pas raccordée au réseau d'eau potable, un ensemble de protection
n'est pas nécessaire.
78
L'ensemble de protection à implanter est indiqué dans le Guide technique ASTEE-CSTB de conception et de mise en œuvre des réseaux
d'eau destinée à la consommation humaine et dans la norme
NF EN 1717.
Dans le cas de fluides autorisés, le dispositif à mettre en place sur
l'alimentation en eau (conduite de remplissage) du réseau de chauffage est un ensemble de protection de type CA (un disconnecteur à
zones de pressions différentes non contrôlables).
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Dans le cas d'un système solaire combiné, assurant la production
d'ECS par un échangeur simple paroi, le liquide caloporteur et ses
additifs doivent être autorisés au sens de l'article 16.9 du Règlement
Sanitaire Départemental Type. Les avis favorables sur les produits
émis par l'ANSES (Agence Nationale de Sécurité Sanitaire de l'alimentation, de l'environnement et du travail) sont disponibles sur le
site internet www.anses.fr thème « alimentation humaine », rubrique
« Avis et publications », sous rubrique « Avis et rapports alimentation
humaine », dossier « eaux ».
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Ce dispositif de protection doit être conforme à la norme NF
Antipollution.
s Figure 40 : Exemple d'ensemble de protection de type CA
Un clapet anti-retour ou deux robinets d'isolement en série
ne sont pas considérés comme un ensemble de protection adapté sur l'alimentation en eau d'un système solaire
combiné.
Selon la norme NF EN 1717, le disconnecteur doit être implanté dans
un lieu aéré et non inondable. Il doit être aisément accessible et protégé contre le gel ou les températures extrêmes. Il convient de l'installer horizontalement.
Rénovation
!
79
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PROGRAMME
Rénovation
80
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Si un compteur d'eau est prévu pour pouvoir quantifier les apports
d'eau, il est situé en amont du dispositif de protection. Un ou des robinets d'isolement sont prévus.
L'ensemble de protection doit être placé à moins de 3 m du piquage
sur le réseau d'eau potable. A défaut, un clapet de non-retour de type
EA doit être prévu en complément à une distance inférieure à 3 m.
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10
PROGRAMME
LE
SYSTÈME DE RÉGULATION
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
10.1. • Généralités
Le rôle de la régulation est d'assurer le transfert optimal de la chaleur issue des capteurs solaires et les émetteurs de chauffage, avec
ou sans ballon de stockage. Il est privilégié une gestion centralisée
de l'installation de chauffage et d'ECS existante et de l'installation
solaire. Les régulations solaires actuelles permettent la gestion globale du système. Elles gèrent :
• le circuit primaire solaire ;
• l'appoint en fonction de l'apport solaire disponible et de la température extérieure ;
• plusieurs usages : circuit d'eau chaude sanitaire et circuit(s) de
chauffage direct(s) et/ou avec vanne mélangeuse notamment) ;
• une vanne à trois voies sur le(s) circuit(s) de retour chauffage.
Une gestion centralisée de l'ensemble des fonctions de l'installation
permet d'optimiser au maximum la récupération de l'énergie solaire
et de diminuer l'utilisation de l'énergie d'appoint. Le système de régulation fait généralement l'objet d'une notice technique du fabricant
dont il convient de suivre les spécifications.
• des robinets thermostatiques ou des dispositifs équivalents
pour les installations de radiateurs ;
• des régulations d'ambiance par vanne à deux voies en place sur
les collecteurs des planchers chauffants.
Rénovation
La régulation du SSC et de son appoint sont à compléter par une régulation terminale par pièce. Cette régulation d'ambiance permet d'éviter les surchauffes dues aux apports gratuits et d'ajuster les consignes
de température dans les différentes pièces du logement. Les dispositifs de régulation terminale courants sont :
81
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PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
On rappelle qu'une régulation de température ambiante par local est
demandée pour les bâtiments neufs par les réglementations thermiques successives depuis 1988.
Commentaire
Si la régulation de l'installation est compensée en fonction de la température
ambiante, il est conseillé de maintenir à pleine ouverture les robinets thermostatiques des radiateurs qui se trouvent dans la pièce où est placée la sonde d'ambiance. Sur une installation neuve de plancher chauffant, la Réglementation thermique 2012 impose une régulation d'ambiance par tranche de 100 m2 de surface
chauffée.
10.2. • Gestion de la récupération
de l'énergie solaire
Le circulateur est commandé en tout ou rien ou en progressif selon
l'écart de température entre la sortie des capteurs (Tc) et le bas du
ballon (Tb), noté DT.
La valeur de DT est comparée aux différentiels d'arrêt (DA) et de
démarrage (DD) paramétrés :
• le circulateur démarre lorsque DT>DD ;
• le circulateur s'arrête lorsque DT< DA.
Les valeurs des différentiels sont réglables par l'installateur. Les
valeurs généralement proposées par les fabricants sont de l'ordre de :
• 6 à 10 K pour le Différentiel de Démarrage ;
• 2 à 4 K pour le Différentiel d'Arrêt.
Sur certaines régulations il est possible de déterminer un temps minimum de fonctionnement de la pompe, afin d'éviter les phénomènes
de pompage, notamment le matin, au démarrage.
10.2.1. • Circulateur tout ou rien
Rénovation
Le circulateur est démarré quand le différentiel de démarrage est
atteint, il est arrêté quand le différentiel d'arrêt est atteint. On donne
(Figure 41) un exemple de montée en température progressive des capteurs et du ballon de stockage pour une journée ensoleillée.
82
PROFESSIONNELS
PROGRAMME
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 41 : Exemple de montée en température progressive des capteurs et du ballon de stockage
pour une journée ensoleillée
De nombreux régulateurs solaires sont équipés de la fonction variation de débit avec une alimentation séquentielle du circulateur. Ce
procédé électronique permet un réglage de la vitesse de rotation pouvant aller de 100% à un minimum de 30%. Cette variation est contrôlée électroniquement en tenant compte du différentiel de température entre la sonde chaude des capteurs et la sonde froide en bas du
ballon.
Le circulateur est démarré à 100% de sa vitesse quand le différentiel de démarrage est atteint. La régulation maintient une différence
de température paramétrable (habituellement 10°C) en faisant varier
Rénovation
10.2.2. • Circulateur à vitesse variable
83
PROFESSIONNELS
la vitesse du circulateur entre 30% et 100%. Le différentiel d'arrêt est
toujours actif suivant le réglage initial.
On donne (Figure 42) un exemple de montée en température progressive
des capteurs et du ballon de stockage pour une journée ensoleillée.
PROGRAMME
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 42 : Exemple de montée en température progressive des capteurs et du ballon de stockage
pour une journée ensoleillée
10.2.3. • Cas particulier : fonction différentielle
double
Pour le chargement solaire d'un ensemble de deux ballons, le régulateur solaire comporte deux différentiels. Le fonctionnement est assuré
par trois sondes :
• une sonde en sortie de capteurs ;
• deux sondes placées dans le bas des deux réservoirs.
Le chargement des ballons peut être alterné ou simultané.
Pour un fonctionnement alterné, la montée en température du deuxième ballon se fait lorsque le premier ballon atteint sa température
de consigne (65°C par exemple). La programmation alternée est utilisée lorsque les ballons sont raccordés hydrauliquement en série. La
surface installée de capteurs étant prévue pour le volume total des
deux ballons, la montée en température d'un réservoir est rapidement
réalisée.
Rénovation
On donne (Figure 43) un exemple de montée en température progressive
des capteurs et des ballons de stockage pour une journée ensoleillée.
84
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 43 : Exemple de montée en température progressive des capteurs et des ballons de stockage
pour une journée ensoleillée
On donne (Figure 44), un exemple de montée en température progressive
des capteurs et des ballons de stockage pour une journée ensoleillée.
Rénovation
Pour un chargement simultané le régulateur contrôle la température
de chacun des ballons et la compare à celle en sortie de capteurs. La
pompe correspondante au circuit ayant atteint le ΔT nécessaire se met
en route. La charge est interrompue régulièrement (réglage du temps
de charge programmée) afin d'analyser les différentes températures,
capteurs et ballons, et de relancer le circuit ayant atteint le différentiel
de démarrage.
85
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 44 : Exemple de montée en température progressive des capteurs et des ballons de stockage
pour une journée ensoleillée
10.3. • Gestion de la décharge du ballon
de stockage
Rénovation
Cas d'un reccordement en série (ou réchauffage du retour)
86
Pour assurer le fonctionnement et le contrôle d'une installation raccordée hydrauliquement en série, une fonction différentielle du régulateur solaire est utilisée.
PROFESSIONNELS
DES
Rénovation
• de directement réchauffer l'eau de chauffage par la chaudière,
dans le cas contraire.
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• de diriger l'eau de retour du circuit de chauffage vers le ballon
solaire si la différence de température entre la température du
ballon solaire et le retour du circuit de chauffage est supérieure
à un différentiel ΔT ;
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Comme l'illustre la (Figure 45), une première sonde de température est
immergée dans le ballon de stockage, en dessous du piquage prévu
pour le départ chauffage. Une deuxième sonde mesure la température
de retour du circuit de chauffage. La vanne à trois voies directionnelle
est commandée selon la différence de température entre le retour
chauffage et le ballon de stockage. Elle permet :
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 45 : Exemple d'une gestion de décharge du stockage pour un raccordement en série
87
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Cas d'un raccordement mixte (ou maintien en température
en haut du stockage)
Pour assurer le fonctionnement et le contrôle d'une installation avec
un raccordement de type mixte, une vanne trois voies directionnelle
est envisagée sur les retours du circuit de chauffage.
Comme l'illustre la (Figure 46), une première sonde de température est
immergée en partie médiane du ballon de stockage. Une deuxième
sonde mesure la température de retour du circuit de chauffage. La
vanne trois voies directionnelle est commandée en regard de la différence de température entre le retour chauffage et la zone médiane du
ballon de stockage.
Elle permet :
• de diriger l'eau de retour du circuit de chauffage vers la partie
inférieure du ballon de stockage si la température de retour du
circuit de chauffage est inférieure à la température en partie
médiane du ballon ;
Rénovation
• de diriger l'eau de retour du circuit de chauffage vers la partie
médiane du ballon dans le cas contraire.
88
PROFESSIONNELS
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 46 : Exemple d'une gestion de décharge du stockage pour un raccordement en mixte
10.4. • Les fonctions les plus fréquentes
Après un faible soutirage, la régulation démarre le circulateur. En présence d'un fort rayonnement solaire la consigne de chargement du
ballon est atteinte rapidement, ce qui arrête le circulateur. La température dans les capteurs va alors s'élever. Quand celle-ci atteint la
consigne de protection des capteurs, le circulateur est redémarré permettant ainsi un refroidissement des capteurs mais engendrant une
Rénovation
10.4.1. • Température maximale du capteur
solaire
89
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PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
augmentation de température de l'eau dans le ballon. Si la consigne
de protection du ballon (valeur non réglable comprise entre 85 et
90°C) est atteinte, la pompe est de nouveau arrêtée.
10.4.2. • Fonction capteurs à tubes
Dans le cas de capteurs à tubes sous vide, la sonde de température en sortie des capteurs ne peut être positionnée à l'intérieur du
tube collecteur. La température mesurée l'est de manière imprécise.
Dans ce cas, il est nécessaire de relancer brièvement le débit dans
la boucle primaire, à intervalles réguliers, pour irriguer la sonde de
température. Si la fonction capteurs à tubes est activée le régulateur
démarre la pompe automatiquement toutes les 30 minutes pendant
30 secondes.
10.4.3. • Fonction antigel
Si la fonction antigel est activée, le régulateur enclenche la pompe dès
que la température en sortie du capteur solaire descend en dessous
de +5°C. Le fluide caloporteur est alors pompé dans le capteur pour
éviter le gel. La pompe est à nouveau arrêtée lorsque la température
du capteur dépasse à nouveau +7°C. Cette fonction n'est utilisée que
dans les régions où les risques de gel sont très faibles. Ailleurs, la validation de cette fonction n'exonère en aucune façon le fait de protéger
l'installation en utilisant du fluide antigel.
Comment faire
L'activation de cette fonction dans le régulateur ne dispense en aucun cas de
remplir la boucle solaire sans liquide antigel ou avec un liquide antigel pas suffisamment dosé pour les conditions climatiques du site.
10.4.4. • Fonction refroidissement nocturne
(vacances)
Cette fonction permet de refroidir le ballon si aucune eau chaude n'est
prélevée pendant une longue période d'inutilisation (vacances) à fort
ensoleillement. Dans ces conditions, sans la validation de cette fonction, les capteurs atteignent leur température de stagnation. Sur des
périodes prolongées, cela dégrade rapidement le fluide antigel.
Rénovation
En activant la fonction vacances, le ballon de stockage est refroidit
comme suit :
90
Quand la température du ballon atteint 10 K sous la température
maximale fixée du ballon, le régulateur tente (par exemple la nuit) de
délester la partie inférieure du ballon de stockage pour atteindre une
température de 35°C. Pour ce faire, la pompe est démarrée dès que
le capteur atteint une température inférieure de 8 K à celle du ballon.
Dés que la différence de température entre le capteur solaire et le ballon de stockage n'atteint plus que 4 K, la pompe s'arrête à nouveau.
Les sondes de température doivent être positionnées à l'emplacement spécifié par le constructeur des capteurs. Si aucun n'emplacement n'est prévu, elles doivent être placées au plus près des éléments
du système à mesurer (ballon, échangeur, capteur), si possible dans
des doigts de gant.
Une sonde cylindrique, en applique sur un tuyau lui-même cylindrique ne peut pas donner de mesure fiable.
PROFESSIONNELS
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Les sondes de température sont propres à chaque régulateur, elles ne
sont donc pas interchangeables entre deux régulateurs de marque ou
de type différents.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
10.5. • Les sondes de température
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
La qualité de la pose des sondes de température a pour but d'éviter
les défauts de régulation (retard à la mise en circulation du fluide,
déstockage de l'énergie en fin de journée...).
Dans le cas d'utilisation de sonde PT100, au-delà de 10 m, les longueurs des câbles de raccordement des deux sondes doivent être
égales ou la résistance linéique du câble le plus long doit être compensée par le paramétrage des Différentiel de Démarrage et Différentiel
d'Arrêt.
S'il est nécessaire de rallonger des câbles, il faut choisir des sections
de câbles qui induisent une moindre résistance, par exemple :
• 0,75 mm2 pour une longueur max. de 50 m ;
• 1,5 mm2 pour une longueur max. de 100 m.
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.
Les câbles de sonde doivent cheminer séparément des câbles de
réseau sous tension de 230 V ou 400 V (distance minimale : 100 mm).
Si des effets d'induction sont à prévoir, provenant par exemple de
câbles à haute tension, de caténaires, de transformateurs, de postes
de radio et de télévision, de stations de radioamateurs, de fours à
micro-ondes ou autres, les câbles de sondes doivent être blindés.
La pâte thermique utilisée pour la mise en œuvre des sondes doit
bénéficier d'une fiche de données de sécurité mentionnant la composition. Cette fiche doit être disponible pour toutes les opérations
d'entretien et de maintenance afin de prévenir les risques liés à la
manipulation.
Les sondes à plongeur ou en applique doivent être posées avant le
calorifugeage et protégées des infiltrations d'eau. Elles doivent être
accessibles pour assurer les opérations d'entretien et de maintenance.
Rénovation
En règle générale, la polarité des contacts de sondes n'est pas
importante.
91
PROFESSIONNELS
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PROGRAMME
Rénovation
92
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Lors de ces interventions, en cas de modification de la position de la
sonde, il convient de reconstituer l'intégrité du calorifuge.
Afin d'optimiser le fonctionnement de l'installation de chauffage, il
faut préférer une régulation de la température d'eau de chauffage en
fonction de la température extérieure.
La sonde de température extérieure de régulation doit être placée
dans un endroit exempt de toute perturbation, à l'abri du soleil, éloignée des sources chaudes ou froides du bâtiment (bouches d'aération, fenêtres…). L'installation de la sonde sur une paroi nord est
conseillée.
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LES RACCORDEMENTS
ÉLECTRIQUES
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
La mise en œuvre de l'installation doit être réalisée conformément
aux prescriptions de la norme NF C15-100 qui s'applique aussi bien
aux installations en très basse tension qu'en basse tension.
Une protection différentielle de 30 mA est obligatoire.
La norme mentionne par exemple que « toutes les masses doivent
être reliées à un conducteur de protection selon les conditions particulières des divers schémas des liaisons à la terre (TT, TN, IT).
Rénovation
Les canalisations solaires doivent être raccordées à la terre.
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LES ÉMETTEURS
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12
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Les émetteurs à privilégier dans le cas d'une installation de chauffage solaire sont ceux fonctionnant à basses températures : les planchers chauffants, les murs chauffants ou les radiateurs dits basses
températures.
Commentaire
Le rendement des capteurs solaires est fonction de la température du liquide
caloporteur à son entrée. Plus cette température est faible, plus la récupération
solaire est optimale. Cette température d'entrée est fonction de la température
de retour du circuit de chauffage : plus le régime de température de l'installation
de chauffage et donc la température de retour est faible, plus l'installation solaire
est performante.
12.1. • Le plancher chauffant
Dans le cas d'une installation existante avec plancher chauffant, la
mise en œuvre d'une solution de chauffage solaire n'entraîne pas de
modification particulière au niveau de l'émetteur.
Les températures de distribution sont compatibles avec un rendement
correct des capteurs solaires.
Rénovation
Pour l'alimentation d'un circuit de plancher chauffant, un bipasse
est recommandé pour abaisser la température au départ du plancher et permettre un fonctionnement de la vanne sur toute sa plage
d'ouverture.
94
Un aquastat limiteur de sécurité à réarmement manuel est obligatoire
au départ du circuit pour arrêter le circulateur et fermer la vanne de
régulation en cas de dépassement de température (la température ne
doit pas excéder 55°C autour des éléments chauffants).
Il est préconisé, pour des systèmes à charge directe avec ballon de stockage et
appoint intégré, une surface de plancher chauffant maximum de 300 m². Si l'appoint est indépendant, la surface de plancher maximum à respecter est de 230 m².
12.2. • Les radiateurs
La puissance des émetteurs existants est généralement surdimensionnée par rapport aux besoins en chauffage du bâtiment. L'abaissement
de la température de départ chauffage et donc du régime est possible.
Elle est directement fonction de la surpuissance de ces émetteurs.
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Commentaire
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Pour les systèmes solaires combinés à charge directe avec ballon de
stockage, les préconisations du constructeur doivent être strictement
respectées.
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Commentaire
Il est courant que l'installation de chauffage n'ait pas ou peu été modifiée alors
que l'isolation du bâti ou des fenêtres ait déjà été améliorée. En outre, on rappelle
qu'un SSC doit être préconisé une fois que les mesures permettant une diminution des besoins de chauffage ont été prises.
Afin d'évaluer la faisabilité d'un projet SSC, il est important de
connaître les déperditions du bâtiment pièce par pièce pour :
• évaluer le surdimensionnement des émetteurs : si la puissance des émetteurs existants est connue, elle est comparée à celle obtenue par le calcul de déperditions mené pièce
par pièce. Si non, les caractéristiques des émetteurs en place
sont à relever (matériau fonte ou acier, type, nombre d'éléments…). La puissance installée est évaluée à partir du catalogue du fabricant ou de la base de données ATTITA. Elle est
comparée à celle obtenue par le calcul de déperditions mené
pièce par pièce.
• déterminer la température de départ de chauffage réellement
nécessaire au niveau de l'émetteur le plus défavorisé afin de
couvrir les besoins pour la température extérieure de base.
L'entreprise doit pouvoir justifier d'un récapitulatif des
notes de calculs des déperditions par pièce.
Si le régime de température souhaité est plus faible que le régime calculé, il faut :
• prioritairement rénover thermiquement le bâti (ou les zones les
plus défavorables du bâtiment) afin de diminuer les besoins
de chauffage. La surpuissance des radiateurs augmentant,
Rénovation
!
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le régime de température diminue pour atteindre la valeur
souhaitée ;
• ou changer les radiateurs situés dans les zones les plus défavorables du bâtiment.
12.3. • Les relevés nécessaires pour le calcul
de la puissance des radiateurs existants
Si la puissance des émetteurs est connue, elle est reportée directement à la première ligne du tableau de la (Figure 47).
Si ce n'est pas le cas, les caractéristiques des émetteurs en place sont
à renseigner (matériau fonte ou acier, type, nombre d'éléments…) et
peuvent permettre de déterminer la puissance à partir du catalogue
du fabricant ou de la base de données ATTITA. Cette puissance évaluée est alors notée dans le tableau.
Les puissances sont ensuite comparées à celles obtenues par le calcul
de déperditions.
On donne (Figure 47), un exemple de fiche récapitulative des relevés des
émetteurs existants.
Relevés des émetteurs existants
Rez-de-chaussée
Pièce
Entrée
Cuisine
Séjour
Chambre 1 Chambre 2 SdB
Autre
Puissance émetteur
si connue en W (*)
∆T installation en K
Nature radiateur
(fonte, acier, …)
Type ou épaisseur
Hauteur en mm
Largueur en mm
Nombre
Robinet
thermostatique
(O/N)
Té de réglage (O/N)
Étage
Pièce
Puissance émetteur
si connue en W
Rénovation
∆T installation en K
96
Nature radiateur
(fonte, acier, …)
Type ou épaisseur
Hauteur en mm
Largueur en mm
Chambre 1
Chambre 2
Chambre 3
SdB
Té de réglage (O/N)
(*) Voir base ATITA ou catalogue fabricant
s Figure 47 : Exemple de tableau récapitulatif de relevés des émetteurs existants
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Robinet
thermostatique
(O/N)
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Nombre
PROGRAMME
Relevés des émetteurs existants
Rénovation
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LES SCHÉMAS
HYDRAULIQUES TYPES
ET LES PRINCIPES
DE RÉGULATION ASSOCIÉS
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13.1. • Règles générales
Afin d'optimiser le fonctionnement de l'installation de chauffage, certaines règles sont à respecter. Il faut :
• favoriser des températures du circuit de chauffage les plus
basses possibles. Pour cela, préférer des émetteurs à basse
température de type plancher chauffant ou mur chauffant ;
• alimenter en solaire uniquement les circuits de chauffage fonctionnant à basse température ;
• donner priorité au circuit le plus froid si l'installation solaire alimente deux usages (eau chaude sanitaire et chauffage) ;
• préférer une régulation de la température d'eau de chauffage en
fonction de la température extérieure ;
• adapter la hauteur des différents piquages du ballon de stockage aux régimes de température des circuits de production et
d'usage ;
• adapter la courbe de chauffe, au plus juste, au régime de température du circuit de chauffage.
Ces règles sont respectées dans les schémas-types décrits dans la
suite de ce chapitre.
Rénovation
Commentaire
98
Les différentes possibilités de production d'eau chaude sanitaire ne sont pas intégrées aux schémas-types. Elles ne modifient pas le principe de raccordement
hydraulique de la partie chauffage.
Le fonctionnement hydraulique et de régulation de la partie primaire solaire est identique quelque soit le schéma-type proposé. La
Dans le cas d'une production d'eau chaude sanitaire par ballon de stockage
séparé, la logique de régulation solaire doit donner priorité au ballon de stockage
le plus en demande c'est à dire le plus froid.
!
Il est rappelé qu'avant usage des schémas-types, il revient
au lecteur de vérifier s'ils sont applicables vis-à-vis des spécifications techniques du SSC, des chaudières, du réseau
d'émetteurs et des schémas proposés par le fabricant.
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Commentaire
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régulation solaire calcule l'écart de température entre la sortie des
capteurs et le bas du ballon de stockage. La valeur calculée est alors
comparée aux différentiels d'arrêt et de démarrage. Le régulateur
commande l'arrêt ou la mise en route du circulateur solaire.
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Les schémas sont présentés avec les principaux accessoires recommandés et obligatoires.
13.2. • Les symboles utilisés
s Figure 48 : Liste des symboles utilisés dans les schémas-types
Pour les systèmes solaires combiné à charge directe (avec ou sans
ballon de stockage), l'installateur doit se conformer strictement aux
prescriptions du constructeur.
Rénovation
13.3. • Système solaire à charge directe
99
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13.4. • Système solaire à charge indirecte
et raccordement en série ou réchauffage
retour
13.4.1. • Cas général : alimentation d'un circuit
de chauffage unique basse température
Ce schéma comprend la chaudière existante qui alimente un circuit de
chauffage basse température de type plancher chauffant et une production d'eau chaude sanitaire.
Ce schéma convient pour des chaudières sans contrainte de température de retour.
Commentaire
Attention aux modèles de chaudières en acier équipé d'un brûleur fuel. La température de l'eau au retour dans la chaudière ne doit pas être inférieure à 55°C. Pour
ce faire, l'aquastat ne doit pas être placé à moins de 70°C.
Partie circuit chauffage : principe de fonctionnement
hydraulique et de régulation
La production est maintenue à température constante. La présence
d'une production d'eau chaude sanitaire ne permet pas de réguler la
production en fonction de l'extérieur.
La température de l'eau de départ est modulée au moyen d'une vanne
à trois voies. La régulation est choisie en fonction de l'extérieur. En
complément, une sonde de température ambiante peut être raccordée
au régulateur de la vanne trois voies de régulation et compenser la
température de départ du plancher (non représenté sur le schéma).
Commentaire
Rénovation
Si la chaudière peut fonctionner à une température modulée et si elle ne fournit
pas d'autre service que le chauffage, le régulateur peut agir directement sur le
brûleur de la chaudière. Néanmoins, du fait des spécificités du solaire et notamment de l'impossibilité de contrôler les niveaux de température dans le ballon de
stockage, la vanne à trois voies reste indispensable.
100
L'eau de départ vers la chaudière est prélevée en partie médiane du
ballon de stockage. La hauteur du piquage permet de fournir une
température de départ suffisante pour compenser les déperditions à
la température extérieure de base. Les spécifications du constructeur
doivent être respectées.
Commentaire
Si la production d'eau chaude sanitaire est assurée indépendamment (par un
ballon de stockage séparé notamment), l'eau de départ du circuit de chauffage se
situe sur le piquage en partie haute du ballon de stockage.
• soit de diriger l'eau vers le ballon de stockage, si la différence
de température entre la zone médiane du ballon et le retour du
circuit de chauffage est supérieur à un différentiel ΔT ;
• soit de diriger l'eau vers la chaudière dans le cas contraire.
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Si le circuit de chauffage (des radiateurs par exemple) implique, à certaines périodes de la saison de chauffe, des régimes de température
relativement élevés, une vanne à trois voies doit être placée sur le circuit de retour chauffage. Elle permet :
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Le circuit de chauffage (ici un plancher chauffant) fonctionne à très
basse température. Le retour est directement raccordé en bas de ballon de stockage.
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Partie circuit eau chaude sanitaire : principe de
fonctionnement hydraulique et de régulation
Un circulateur de charge, sur le départ chauffage, permet de donner
priorité à l'ECS. Il réchauffe la partie supérieure du ballon de stockage
lorsque sa température devient inférieure à une certaine valeur (60°C
par exemple). Celle-ci s'arrête lorsque cette température devient supérieure à une certaine valeur (65°C par exemple).
Rénovation
La vanne à trois voies du circuit de chauffage se ferme le temps du
puisage d'eau chaude sanitaire afin d'éviter des températures de
départs du circuit de chauffage trop élevées.
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Rénovation
s Figure 49 : Raccordement en série (ou réchauffage des retours) – alimentation d'un circuit de
chauffage unique basse température – ce schéma est un schéma de principe, il ne comporte pas tous les
équipements nécessaires
102
Ce schéma convient pour des chaudières sans contrainte de température de retour.
Partie circuit chauffage : principe de fonctionnement
hydraulique et de régulation
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Ce schéma comprend la chaudière existante qui alimente deux circuits
de chauffage basse température (de type plancher chauffant et radiateurs basse température) et une production d'eau chaude sanitaire.
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13.4.2. • Option 1 : alimentation d'un réseau
d'émetteurs fonctionnant à basse température
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La production est maintenue à température constante. Elle est adaptée au circuit à température la plus élevée (circuit radiateur basse température sur le schéma).
Les deux circuits de chauffage sont régulés en fonction de l'extérieur.
Les vannes à trois voies font varier la température d'eau au départ
des circuits.
Commentaire
Si la chaudière peut fonctionner à une température modulée et si elle ne fournit
pas d'autre service que le chauffage, le régulateur peut agir directement sur le
brûleur de la chaudière. La régulation de température de production en fonction
de l'extérieur évite la mise en place d'une vanne à trois voies de régulation sur le
circuit alimenté aux températures les plus élevées (circuit radiateur basse température sur le schéma). Néanmoins, du fait des spécificités du solaire et notamment de l'impossibilité de contrôler les niveaux de température dans le ballon de
stockage, la vanne à trois voies reste indispensable.
L'eau de départ vers la chaudière est prélevée en partie médiane du
ballon de stockage. La hauteur du piquage permet de fournir une
température de départ suffisante pour compenser les déperditions à
la température extérieure de base. Les spécifications du constructeur
doivent être respectées.
Commentaire
Si la production d'eau chaude sanitaire est assurée indépendamment (par un
ballon de stockage séparé notamment), l'eau de départ du circuit de chauffage se
situe sur le piquage en partie haute du ballon de stockage.
• soit de diriger l'eau vers la médiane du ballon de stockage, si la
différence de température entre la zone médiane du ballon et le
retour du circuit de chauffage est supérieur à un différentiel ΔT ;
• soit de diriger l'eau vers la chaudière dans le cas contraire.
Rénovation
Comme les deux circuits de chauffage fonctionnent à des régimes de
températures proches, les retours peuvent être regroupés. Une vanne
à trois voies sur le circuit de retour chauffage permet :
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Si l'installation comporte des circuits de chauffage fonctionnant à des
niveaux de températures trop différents, les retours de chacun des circuits sont commandés séparément par des vannes directionnelles à
trois voies et sont raccordés à des niveaux différents sur le ballon de
stockage. Le retour du circuit de chauffage à plus basse température
est raccordé sur le bas du stockage et celui à plus haute température
sur le tiers inférieur, au dessus du serpentin solaire, afin de ne pas
réchauffer la zone solaire.
Partie circuit eau chaude sanitaire : principe de
fonctionnement hydraulique et de régulation
Un circulateur de charge, sur le départ chauffage, permet de donner
priorité à l'ECS. Il réchauffe la partie supérieure du ballon de stockage
lorsque sa température devient inférieure à une certaine valeur (60°C
par exemple). Celle-ci s'arrête lorsque cette température devient supérieure à une certaine valeur (65°C par exemple).
Rénovation
La vanne à trois voies du circuit de chauffage se ferme le temps du
puisage d'eau chaude sanitaire afin d'éviter des températures de
départs du circuit de chauffage trop élevées.
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Rénovation
s Figure 50 : Raccordement en série (ou réchauffage des retours) – alimentation d'un réseau d'émetteurs
basse température – ce schéma est un schéma de principe, il ne comporte pas tous les équipements
nécessaires
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13.4.3. • Option 2 : alimentation d'un réseau
d'émetteurs fonctionnant à des niveaux
de température différents
Ce schéma comprend la chaudière existante qui alimente deux circuits
de chauffage fonctionnant à des niveaux de température différents
(un circuit de type plancher chauffant et un autre de type radiateurs
haute température) et une production d'eau chaude sanitaire.
Ce type de montage est conseillé lorsqu'il existe deux zones de
chauffage fonctionnant à des régimes de températures très distincts
(ici un plancher chauffant et des radiateurs fonctionnant à haute
température).
Partie circuit chauffage : principe de fonctionnement
hydraulique et de régulation
La production est maintenue à température constante.
Les deux circuits de chauffage sont régulés en fonction de l'extérieur.
Les vannes à trois voies font varier la température d'eau au départ
des circuits. La courbe de chauffe est adaptée au régime de température du circuit de chauffage fonctionnant à haute température. En
complément, une sonde de température ambiante peut être raccordée
au régulateur de la vanne trois voies de régulation et compenser la
température de départ du plancher (non représenté sur le schéma).
Commentaire
Si la chaudière peut fonctionner à une température modulée et si elle ne fournit
pas d'autre service que le chauffage, le régulateur peut agir directement sur le
brûleur de la chaudière. La régulation de température de production en fonction
de l'extérieur évite la mise en place d'une vanne à trois voies de régulation sur le
circuit alimenté aux températures les plus élevées (circuit radiateur haute température sur le schéma).
L'eau de départ vers la chaudière est prélevée en partie médiane du
ballon de stockage. La hauteur du piquage permet de fournir une
température de départ suffisante pour compenser les déperditions à
la température extérieure de base. Les spécifications constructeurs
doivent être respectées.
Commentaire
Rénovation
Si la production d'eau chaude sanitaire est assurée indépendamment (par un
ballon de stockage séparé notamment), l'eau de départ du circuit de chauffage se
situe sur le piquage en partie haute du ballon de stockage.
106
L'installation comporte deux circuits de chauffage fonctionnant à
des niveaux de température très différents. Seul le retour du circuit
de chauffage fonctionnant à basse température doit avoir la possibilité d'être raccordé au ballon de stockage. Le retour du circuit de
La vanne à trois voies du circuit de chauffage se ferme le temps du
puisage d'eau chaude sanitaire afin d'éviter des températures de
départs du circuit de chauffage trop élevées.
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Un circulateur de charge, sur le départ chauffage, permet de donner
priorité à l'ECS. Il réchauffe la partie supérieure du ballon de stockage
lorsque sa température devient inférieure à une certaine valeur (60°C
par exemple). Celle-ci s'arrête lorsque cette température devient supérieure à une certaine valeur (65°C par exemple).
Rénovation
Partie circuit eau chaude sanitaire : principe de
fonctionnement hydraulique et de régulation
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chauffage fonctionnant à haute température est raccordé directement
à l'entrée de la chaudière.
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Rénovation
s Figure 51 : Raccordement en série (ou réchauffage des retours) – alimentation d'un réseau d'émetteurs
fonctionnant à des températures différentes – ce schéma est un schéma de principe, il ne comporte pas
tous les équipements nécessaires
108
Ce schéma comprend la chaudière existante qui alimente un circuit de
chauffage basse température de type plancher chauffant et une production d'eau chaude sanitaire.
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13.5.1. • Cas général : alimentation d'un circuit
de chauffage unique basse température
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13.5. • Système solaire à charge indirecte
et raccordement mixte ou maintien
en température du haut du ballon
de stockage
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Ce schéma convient pour tous les types de chaudières et particulièrement à celles dont les performances sont favorisées par la présence
d'un stockage (une chaudière bois par exemple).
Ce type de montage est conseillé pour les circuits de chauffage fonctionnant à basse température. La température de départ du circuit de
chauffage étant strictement inférieure à la température de consigne
pour la production d'eau chaude sanitaire (pour limiter les pertes de
stockage), la surpuissance des radiateurs doit être assez importante
pour abaisser la température de départ du circuit de chauffage (aux
alentours de 60/65°C).
Partie circuit chauffage : principe de fonctionnement
hydraulique et de régulation
La production est maintenue à température constante. La température
de départ de la chaudière est suffisante pour assurer la production
d'eau chaude sanitaire.
Suivant la technologie de la chaudière, l'eau de départ vers cette dernière peut être prélevée à différentes hauteur du ballon de stockage.
Commentaire
L'eau de départ du circuit de chauffage est prélevée en partie médiane
du ballon de stockage. La hauteur du piquage permet de fournir une
température de départ suffisante pour compenser les déperditions à
la température extérieure de base. Les recommandations constructeurs doivent donc être suivies afin d'éviter tout problème.
La température de l'eau de départ du circuit de chauffage est modulée au moyen d'une vanne à trois voies. La régulation est choisie en
fonction de l'extérieur. En complément, une sonde de température
Rénovation
L'eau de départ vers la chaudière est prélevée : – en partie médiane du ballon de
stockage pour des chaudières avec des contraintes de température de retour ;
– en bas de ballon pour les chaudières à basse température ou condensation
notamment.
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ambiante peut être raccordée au régulateur de la vanne trois voies de
régulation et compenser la température de départ du plancher (non
représenté sur le schéma).
Le retour du circuit de chauffage est directement raccordé au ballon
de stockage. Le circuit fonctionnant à très basse température, le retour
est directement raccordé en bas de ballon de stockage.
Si le circuit de chauffage (des radiateurs par exemple) implique, à certaines périodes de la saison de chauffe, des régimes de température
relativement élevés, il faut :
• soit une vanne à trois voies placée sur le circuit de retour chauffage. Elle permet de piloté le retour en stratification. L'eau est
dirigée soit vers la partie inférieure du ballon, si la différence
de température entre la zone inférieure du ballon et le retour du
circuit de chauffage est supérieur à un différentiel ΔT, soit vers
la partie médiane du ballon dans le cas contraire ;
• soit raccorder le circuit de retour au piquage prévu au dessus
de la l'échangeur solaire.
Partie circuit eau chaude sanitaire : principe de
fonctionnement hydraulique et de régulation
Rénovation
Le fonctionnement de la chaudière donne priorité à l'eau chaude sanitaire. Elle réchauffe la partie supérieure du ballon de stockage lorsque
sa température devient inférieure à une certaine valeur (60°C par
exemple). Celle-ci s'arrête lorsque cette température devient supérieure à une certaine valeur (65°C par exemple).
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13.5.2. • Option 1 : alimentation d'un réseau
d'émetteurs fonctionnant à basse température
Ce schéma comprend la chaudière existante qui alimente deux circuits
de chauffage basse température (de type plancher chauffant et radiateurs basse température) et une production d'eau chaude sanitaire.
Rénovation
s Figure 52 : Raccordement mixte – alimentation d'un circuit de chauffage unique basse température –
ce schéma est un schéma de principe, il ne comporte pas tous les équipements nécessaires
111
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Ce schéma convient pour tous les types de chaudières et particulièrement à celles dont les performances sont favorisées par la présence
d'un stockage (une chaudière bois par exemple).
Ce type de montage est conseillé pour les circuits de chauffage fonctionnant à basse température. La température de départ du circuit de
chauffage étant strictement inférieure à la température de consigne
pour la production d'eau chaude sanitaire (pour limiter les pertes de
stockage), la surpuissance des radiateurs doit être assez importante
pour abaisser la température de départ du circuit de chauffage (aux
alentours de 60/65°C).
Partie circuit chauffage : principe de fonctionnement
hydraulique et de régulation
La production est maintenue à température constante. La température
de départ de la chaudière est suffisante pour assurer la production
d'eau chaude sanitaire.
Suivant la technologie de la chaudière, l'eau de départ vers cette dernière peut être prélevée à différentes hauteur du ballon de stockage.
Commentaire
L'eau de départ vers la chaudière est prélevée : – en partie médiane du ballon de
stockage pour des chaudières avec des contraintes de température de retour ;
– en bas de ballon pour les chaudières à basse température ou condensation
notamment.
L'eau alimentant les deux circuits de chauffage est prélevée en partie médiane du ballon de stockage. La hauteur du piquage permet
de fournir une température de départ suffisante pour compenser les
déperditions à la température extérieure de base. Elle est adaptée au
circuit de chauffage fonctionnant aux régimes de température les plus
hauts (ici le circuit de radiateur basse température).
Les recommandations constructeurs doivent donc être suivies afin
d'éviter tout problème.
Rénovation
Les deux circuits de chauffage sont régulés en fonction de l'extérieur.
Les vannes à trois voies font varier la température d'eau au départ
des circuits. En complément, une sonde de température ambiante
peut être raccordée au régulateur de la vanne trois voies de régulation
et compenser la température de départ du plancher (non représenté
sur le schéma).
112
Les retours de chacun des circuits sont commandés séparément
par des vannes directionnelles à trois voies et sont raccordés à des
niveaux différents sur le ballon de stockage. Le retour du circuit de
chauffage à plus basse température est raccordé sur le bas du stockage et celui à plus haute température sur le tiers inférieur, au dessus
du serpentin solaire, afin de ne pas réchauffer la zone solaire.
s Figure 53 : Raccordement mixte – alimentation d'un réseau d'émetteurs basse température – ce
schéma est un schéma de principe, il ne comporte pas tous les équipements nécessaires
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Rénovation
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Le fonctionnement de la chaudière donne priorité à l'eau chaude sanitaire. Elle réchauffe la partie supérieure du ballon de stockage lorsque
sa température devient inférieure à une certaine valeur (60°C par
exemple). Celle-ci s'arrête lorsque cette température devient supérieure à une certaine valeur (65°C par exemple).
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Partie circuit eau chaude sanitaire : principe de
fonctionnement hydraulique et de régulation
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
13.5.3. • Option 2 : alimentation d'un réseau
d'émetteurs fonctionnant à des niveaux
de température différents
Ce schéma comprend la chaudière existante qui alimente deux circuits
de chauffage fonctionnant à des niveaux de température différents
(un circuit de type plancher chauffant et un autre de type radiateurs
haute température) et une production d'eau chaude sanitaire.
Ce schéma convient pour tous les types de chaudières et particulièrement à celles dont les performances sont favorisées par la présence d'un stockage (une chaudière bois par exemple). Il est conseillé
lorsqu'il existe deux zones de chauffage fonctionnant à des régimes
de températures très distincts (ici un plancher chauffant et des radiateurs fonctionnant à haute température).
La courbe de chauffe n'est pas modifiée. Elle est adaptée au régime de
température du circuit de chauffage fonctionnant à haute température.
Partie circuit chauffage : principe de fonctionnement
hydraulique et de régulation
La production est maintenue à température constante. Suivant la technologie de la chaudière, l'eau de départ vers cette dernière peut être
prélevée à différentes hauteur du ballon de stockage.
Commentaire
L'eau de départ vers la chaudière est prélevée : – en partie médiane du ballon de
stockage pour des chaudières avec des contraintes de température de retour ;
– en bas de ballon pour les chaudières à basse température ou condensation
notamment.
L'eau de départ vers le circuit de chauffage est prélevée en partie
médiane du ballon de stockage. La hauteur du piquage permet de
fournir une température de départ suffisante pour compenser les
déperditions à la température extérieure de base. Les spécifications
constructeurs doivent être respectées.
Commentaire
Rénovation
Si la production d'eau chaude sanitaire est assurée indépendamment (par un
ballon de stockage séparé notamment), l'eau de départ du circuit de chauffage se
situe sur le piquage en partie haute du ballon de stockage.
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Les deux circuits de chauffage sont régulés en fonction de l'extérieur.
Les vannes à trois voies font varier la température d'eau au départ
des circuits. En complément, une sonde de température ambiante
peut être raccordée au régulateur de la vanne trois voies de régulation
et compenser la température de départ du plancher (non représenté
sur le schéma).
L'installation comporte deux circuits de chauffage fonctionnant à des
niveaux de température très différents. Seul le retour du circuit de
chauffage fonctionnant à basse température doit avoir la possibilité
d'être raccordé au ballon de stockage. Il est directement raccordé en
bas de ballon. Le départ et le retour du circuit de chauffage fonctionnant à haute température sont raccordés directement à la chaudière.
PROFESSIONNELS
DES
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Si la chaudière peut fonctionner à une température modulée et si elle ne fournit
pas d'autre service que le chauffage, le régulateur peut agir directement sur le
brûleur de la chaudière. La régulation de température de production en fonction
de l'extérieur ainsi évite la mise en place d'une vanne à trois voies de régulation
sur le circuit alimenté aux températures les plus élevées (circuit radiateur haute
température sur le schéma).
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Commentaire
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Partie circuit eau chaude sanitaire : principe de
fonctionnement hydraulique et de régulation
Rénovation
Un circulateur de charge, sur le départ chauffage, permet de donner
priorité à l'ECS. Il réchauffe la partie supérieure du ballon de stockage
lorsque sa température devient inférieure à une certaine valeur (60°C
par exemple). Celle-ci s'arrête lorsque cette température devient supérieure à une certaine valeur (65°C par exemple).
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PROFESSIONNELS
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Rénovation
s Figure 54 : Raccordement mixte – alimentation d'un réseau d'émetteurs fonctionnant à des
températures différentes – ce schéma est un schéma de principe, il ne comporte pas tous les
équipements nécessaires
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La chaudière alimente un circuit de chauffage basse température de
type plancher chauffant et une production d'eau chaude sanitaire.
Ce schéma convient particulièrement pour des chaudières à
condensation.
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13.6.1. • Alimentation d'un circuit de chauffage
unique basse température
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13.6. • Système solaire à charge indirecte
et raccordement en parallèle
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Partie circuit chauffage : principe de fonctionnement
hydraulique et de régulation
Le circuit de chauffage ne peut être alimenté simultanément par le ballon de stockage solaire et par l'appoint. Quand la température dans le
ballon de stockage est suffisante, le circuit de chauffage est alimenté
directement par lui. Dans le cas inverse, le circuit de chauffage est
directement alimenté par la chaudière d'appoint. Une vanne directionnelle à trois voies permet, en regard de la température de retour et de
celle du ballon de stockage, de diriger le retour du circuit de chauffage
soit vers le ballon de stockage soit vers la chaudière.
La production d'appoint est maintenue à température constante. La
présence d'une production d'eau chaude sanitaire ne permet pas de
réguler la production en fonction de l'extérieur.
La température de l'eau de départ du circuit de chauffage est modulée au moyen d'une vanne à trois voies. La régulation est choisie en
fonction de l'extérieur. En complément, une sonde de température
ambiante peut être raccordée au régulateur de la vanne trois voies de
régulation et compenser la température de départ du plancher (non
représenté sur le schéma).
Commentaire
Quand le circuit de chauffage est alimenté par le ballon de stockage,
l'eau de départ est prélevée en partie médiane du ballon de stockage. La hauteur du piquage permet de fournir une température de
départ suffisante pour compenser les déperditions à la température
extérieure de base. Les spécifications du constructeur doivent être
respectées.
Rénovation
Si la chaudière peut fonctionner à une température modulée et si elle ne fournit
pas d'autre service que le chauffage, le régulateur peut agir directement sur le
brûleur de la chaudière. Néanmoins, du fait des spécificités du solaire et notamment de l'impossibilité de contrôler les niveaux de température dans le ballon de
stockage, la vanne à trois voies reste indispensable.
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Commentaire
Si la production d'eau chaude sanitaire est assurée indépendamment (par un
ballon de stockage séparé notamment), l'eau de départ du circuit de chauffage se
situe sur le piquage en partie haute du ballon de stockage.
Le circuit de chauffage (ici un plancher chauffant) fonctionne à très
basse température. Quand le circuit de chauffage est alimenté par le
ballon de stockage, le retour est directement raccordé en bas de ballon de stockage. Si le circuit de chauffage (des radiateurs par exemple)
implique, à certaines périodes de la saison de chauffe, des régimes de
température relativement élevés, le retour est raccordé au dessus de
l'échangeur solaire.
Partie circuit eau chaude sanitaire : principe de
fonctionnement hydraulique et de régulation
Un circulateur de charge, sur le départ chauffage, permet de donner
priorité à l'ECS. Il réchauffe la partie supérieure du ballon de stockage
lorsque sa température devient inférieure à une certaine valeur (60°C
par exemple). Celle-ci s'arrête lorsque cette température devient supérieure à une certaine valeur (65°C par exemple).
Rénovation
Quand le circuit de chauffage est alimenté par la chaudière, la vanne à
trois voies du circuit de chauffage se ferme le temps du puisage d'eau
chaude sanitaire afin d'éviter des températures de départs du circuit
de chauffage trop élevées.
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SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Rénovation
s Figure 55 : Raccordement en parallèle – alimentation d'un circuit de chauffage unique basse
température – ce schéma est un schéma de principe, il ne comporte pas tous les équipements
nécessaires
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PARTENAIRES du Programme
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Environnement 2012 »
n Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie
(ADEME) ;
n Association des industries de produits de construction
(AIMCC) ;
n Agence qualité construction (AQC) ;
onfédération de l’artisanat et des petites entreprises
n C
du bâtiment (CAPEB) ;
n C
onfédération des organismes indépendants de
prévention, de contrôle et d’inspection (COPREC
Construction) ;
n C
entre scientifique et technique du bâtiment (CSTB) ;
n Électricité de France (EDF) ;
n F
édération des entreprises publiques locales (EPL) ;
n Fédération française du bâtiment (FFB) ;
n F
édération française des sociétés d’assurance (FFSA) ;
n Fédération des promoteurs immobiliers de France (FPI) ;
n Fédération des syndicats des métiers de la prestation
intellectuelle du Conseil, de l'Ingénierie et du Numérique
(Fédération CINOV) ;
n G
DF Suez ;
n M
inistère de l'Écologie, du Développement Durable et de
l'Énergie ;
inistère de l'Égalité des Territoires et du Logement ;
n M
lan Bâtiment Durable ;
n P
YNTEC Ingénierie ;
n S
nion nationale des syndicats français d’architectes
n U
(UNSFA) ;
n Union nationale des économistes de la construction
(UNTEC) ;
n Union sociale pour l’habitat (USH).
N
BAT I M
D
UR
ENT
PLA
Les productions du Programme « Règles de l’Art Grenelle
Environnement 2012 » sont le fruit d’un travail collectif
des différents acteurs de la filière bâtiment en France.
ABL
E
SYSTÈMES SOLAIRES
COMBINÉS EN HABITAT
INDIVIDUEL
CONCEPTION
ET DIMENSIONNEMENT
JJJJJJJJJJJJ
RRRR
RRRR RR
Dans l'habitat individuel existant, la mise en place d'un Système Solaire
Combiné (SSC) doit être adaptée à l'état initial de l'installation de production
de chauffage et d'eau chaude sanitaire.
Ces Recommandations professionnelles exposent les bonnes pratiques ainsi
que les points de vigilance à respecter pour garantir une conception et un
dimensionnement corrects d'un SSC.
Les solutions techniques adaptées aux contraintes de la rénovation et les
schémas hydrauliques types associés sont présentés. Une démarche simple et
concrète, basée sur l'expérience, est proposée pour le dimensionnement et la
sélection du SSC : surface de capteurs solaires, capacité de stockage,…
Les éléments de choix et de dimensionnement de chaque composant sont
ensuite fournis.
Ces Recommandations professionnelles se veulent pratiques, elles sont
illustrées par plus de 50 figures. Elles mettent à disposition des outils sous la
forme de fiches :
• fiche de pré-diagnostic rappelant les contraintes spécifiques liées à
l'installation d'un SSC et permettant d'évaluer la faisabilité et l'intégration à
l'installation existante, sans oublier aucun des paramètres essentiels ;
• fiche de relevé permettant l'étude des caractéristiques de l'installation de
chauffage et d'eau chaude sanitaire existante, l'évaluation des besoins à couvrir
et la détermination des principales caractéristiques des produits à mettre en
œuvre.
P R O G R A M M E
D ’ A C C O M P A G N E M E N T
D E S
P R O F E S S I O N N E L S
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Ce programme est une application du Grenelle Environnement. Il vise à revoir l’ensemble des règles de construction, afin de réaliser des économies d’énergie dans le bâtiment et de réduire les émissions de gaz à effet de serre.
www.reglesdelart-grenelle-environnement-2012.fr
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