ssc_individuel_conception_neuf_rage_2012

ssc_individuel_conception_neuf_rage_2012
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
N N N N
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.
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.
Neuf
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
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 TECHNIQUES......................................... 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......................................................... 17
4.1.3. • Le système d'appoint.................................................................................... 18
4.2. • Les systèmes solaires combinés directs................................................................ 20
4.2.1. • Sans ballon de stockage............................................................................... 21
4.2.2. • Avec ballon de stockage............................................................................... 21
4.3. • Les systèmes autovidangeables............................................................................. 22
5 - VALIDATION DE LA SOLUTION TECHNIQUE.......... 24
5.1. • Posséder une surface suffisante et optimale.......................................................... 24
5.1.1. • L'inclinaison................................................................................................... 24
5.1.2. • L'orientation................................................................................................... 27
5.1.3. • Les masques.................................................................................................. 27
5.2. • Posséder un emplacement suffisant pour recevoir le stockage........................... 28
5.3. • Prendre en compte les spécificités du solaire....................................................... 28
5.4. • Prévoir l'implantation du chantier........................................................................... 28
5.5. • Exemple de fiche pratique....................................................................................... 29
Neuf
6 - DIMENSIONNEMENT DE LA SURFACE
DES CAPTEURS SOLAIRES.......................................................... 33
4
6.1. • Calcul des déperditions de base des bâtiments..................................................... 34
6.1.1. • Principe du calcul des déperditions............................................................. 34
6.1.2. • Déperditions surfaciques par transmission à travers les parois............... 34
6.1.3. • Déperditions linéiques aux liaisons des différentes parois....................... 34
6.1.4. • Déperditions par renouvellement d'air et infiltrations............................... 35
6.1.5. • La température extérieure de base du lieu................................................. 35
6.1.6. • Les éléments à connaître pour le calcul des déperditions......................... 37
6.2. • Calcul des besoins de chauffage............................................................................. 38
6.2.1. • Les apports gratuits internes journaliers (occupants
et appareils) en kWh/j..................................................................................... 39
6.2.2. • Les apports gratuits externes journaliers (apports solaires) en kWh/j..... 39
6.2.3. • Le taux de récupération des apports gratuits............................................. 40
6.3. • Calcul des besoins d'eau chaude sanitaire............................................................ 41
6.4. • Calcul de la surface de capteurs solaires............................................................... 41
6.4.1. • Système solaire avec charge directe........................................................... 42
Conception : LENOX – Illustrations : COSTIC – Éditeur : AQC – ISBN : 978-2-35443-136-5 – Juillet 2013
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
7.1. • Le système solaire à charge directe......................................................................... 43
7.1.1. • Avec ballon de stockage................................................................................ 43
7.1.2. • Sans ballon de stockage................................................................................ 43
7.2. • Le système solaire à charge indirecte..................................................................... 44
7.2.1. • Dimensionnement du ballon de stockage................................................... 44
7.2.2. • Conception du ballon de stockage............................................................... 44
7.2.3. • Le local............................................................................................................ 49
7.2.4. • Les réservations............................................................................................. 51
7.2.5. • La stratification.............................................................................................. 51
7.2.6. • Les déperditions du ballon........................................................................... 52
7.2.7. • Raccordements hydrauliques........................................................................ 53
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
7 - CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
DU STOCKAGE SOLAIRE................................................................ 43
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
8 - CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
DU CIRCUIT PRIMAIRE SOLAIRE............................................. 56
8.1. • Canalisations............................................................................................................. 56
8.2. • Isolation thermique.................................................................................................. 58
8.3. • Le circulateur............................................................................................................ 59
8.4. • Systèmes évitant l'inversion du sens d'écoulement............................................. 60
8.5. • Système de purge.................................................................................................... 61
8.6. • Vase d'expansion solaire......................................................................................... 63
8.7. • La soupape de sécurité............................................................................................. 66
8.8. • La boucle de décharge............................................................................................. 67
8.9. • Le liquide caloporteur.............................................................................................. 68
8.10. • Dispositif de remplissage, de vidange et de prélèvement.................................. 70
8.11. • Instruments de mesure et de contrôle.................................................................. 71
9 - AUTRES ÉLÉMENTS DE CONCEPTION
ET DE DIMENSIONNEMENT........................................................ 72
9.1. • Le disconnecteur....................................................................................................... 72
9.2. • Le circulateur de l'installation de chauffage........................................................... 74
9.3. • Le vase d'expansion du circuit de chauffage......................................................... 75
10 - LE SYSTÈME DE RÉGULATION........................................ 76
10.1. • Généralités.............................................................................................................. 76
10.2. • Gestion de la récupération de l'énergie solaire................................................... 77
10.2.1. • Circulateur tout ou rien............................................................................... 77
10.2.2. • Circulateur à vitesse variable..................................................................... 78
10.2.3. • Cas particulier : fonction différentielle double.......................................... 79
10.3. • Gestion de la décharge du stockage..................................................................... 81
10.4. • Les options du régulateur...................................................................................... 84
10.4.1. • Température maximale du capteur solaire................................................ 84
10.4.2. • Fonction capteurs à tubes.......................................................................... 85
10.4.3. • Fonction antigel........................................................................................... 85
10.4.4. • Fonction refroidissement nocturne (vacances)........................................ 85
10.4.5. • Les sondes de température........................................................................ 86
12 - LES ÉMETTEURS........................................................................ 89
12.1. • Le plancher chauffant............................................................................................. 89
12.2. • Les radiateurs......................................................................................................... 90
Neuf
11 - LES RACCORDEMENTS ÉLECTRIQUES.................... 88
5
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
Neuf
6
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
13 - LES SCHÉMAS HYDRAULIQUES TYPES
ET LES PRINCIPES DE RÉGULATION ASSOCIÉS......... 91
13.1. • Règles générales..................................................................................................... 91
13.2. • Les symboles utilisés............................................................................................. 92
13.3. • Système solaire à charge directe.......................................................................... 92
13.4. • Système solaire à charge indirecte et raccordement en parallèle..................... 93
13.4.1. • Alimentation d'un circuit de chauffage unique basse température........ 93
13.5. • Raccordement mixte ou maintien en température du haut du ballon
de stockage................................................................................................................ 96
13.5.1. • Alimentation d'un circuit de chauffage unique basse température........ 96
13.5.2. • Alimentation d'un réseau d'émetteurs fonctionnant à basse
température..................................................................................................... 99
13.6. • Raccordement en série ou réchauffage retour................................................... 102
13.6.1. • Alimentation d'un circuit de chauffage unique basse température...... 102
13.6.2. • Alimentation d'un réseau d'émetteurs fonctionnant à basse
température................................................................................................... 105
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
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 neuf 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.
Neuf
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
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
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.
■■ 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 ».
Neuf
■■ 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.
8
■■ 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
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
■■ 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 12828 Mars 2004, Systèmes de chauffage dans les bâtiments
– Conception des systèmes de chauffage à eau.
■■ NF EN 12975-2 : 2006, Installations solaires thermiques et leurs
composants – Capteurs solaires – Partie 2 : Méthodes d'essai.
Neuf
■■ NF EN 12975-1 : 2006, Installations solaires thermiques et leurs
composants – Capteurs solaires – Partie 1 : Exigences générales.
9
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
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.
■■ 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).
Neuf
■■ 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.
10
■■ 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.
■■ DTU 60.5 Canalisations en cuivre – Distribution d´eau froide
et chaude sanitaire, évacuation d´eaux usées, d´eaux pluviales, installations de génie climatique.
■■ NF DTU 65.11 P1-2 : Septembre 2007, Travaux de bâtiment
Dispositifs de sécurité des installations de chauffage central concernant le bâtiment.
Neuf
■■ NF DTU 60.1, NF P 40-201 : Février 1977, Plomberie sanitaire
dans les bâtiments à usage d'habitation.
11
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
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.
■■ CSTB – cahier n°3651-2 et 3356 : Cahier de Prescriptions Techniques
pour la mise en œuvre des écrans souples de sous toiture.
Neuf
■■ Fiche pratique de sécurité ED 137 éditée par l'INRS, l'OPPBTP
et l'Assurance Maladie.
12
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« 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 ».
Neuf
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
13
DÉFINITIONS
PROFESSIONNELS
3
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
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.
Neuf
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
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
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
Neuf
Est dit intégré, un capteur solaire placé sous un écran transparent,
l'écran étant un élément de couverture (tuile en verre).
15
LES SOLUTIONS
TECHNIQUES
PROFESSIONNELS
4
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
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 ;
Neuf
• 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.
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
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.
Commentaire
4.1.2. • La production d'eau chaude sanitaire
La production d'eau chaude sanitaire peut être assurée de différentes
manières. Elle peut être :
Neuf
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.
17
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
• 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.
Neuf
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 parallèle comme illustré (Figure 2) : 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 ;
• L'ensemble des solutions de raccordement est proposé au chapitre 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.
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
• un raccordement en série (appelé aussi réchauffage du
retour) comme illustré (Figure 4) : 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 inférieure à
la température du ballon, soit directement vers la chaudière ;
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
• 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 ;
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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.
s Figure 2 : Schéma de principe d'un raccordement en parallèle
Neuf
!
19
PROGRAMME
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROFESSIONNELS
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 3 : Schéma de principe d'un raccordement mixte (ou maintien en température en haut du
stockage)
s Figure 4 : Schéma de principe d'un raccordement en série (ou réchauffage du retour)
4.2. • Les systèmes solaires combinés
directs
Neuf
!
20
Pour les systèmes solaires combinés à charge directe (avec
ou sans ballon de stockage), les préconisations constructeurs doivent être strictement respectées.
Lorsque le SSC est conçu pour fonctionner sans ballon de stockage, la
boucle de captage solaire (remplie de liquide glycolé) circule directement dans les émetteurs de type plancher chauffant ou mur chauffant.
Ces derniers assurent un rôle de stockage, d'émission mais aussi de
déphasage de l'énergie récupérée.
PROFESSIONNELS
DES
Un système solaire combiné à charge directe sans ballon de
stockage ne peut pas être préconisé pour une installation
impliquant plus de 15 m² de capteurs solaires et une surface de plancher chauffant supérieure à 130 m² (voir 150 m²
selon préconisations constructeurs).
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
!
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
4.2.1. • Sans ballon de stockage
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Le système à charge directe présente un intérêt dès lors que la masse
d'inertie accumulatrice permet un déphasage suffisant. L'épaisseur
de la dalle doit présenter une épaisseur de 5 à 8 cm (revêtement de
sol compris, depuis le dessus de l'isolant inférieur jusqu'à la surface
supérieure de la dalle).
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.
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.
Dans l'habitat neuf, la maîtrise d'œuvre doit travailler en corrélation
avec le concepteur du système solaire pour la bonne prise en compte
des éléments à inclure au bâti et notamment :
• les réservations suffisantes, les hauteurs des seuils et des
appuis ;
• les dimensions et position des ouvertures ;
• le passage des canalisations, les gaines techniques.
!
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.
Neuf
4.2.2. • Avec ballon de stockage
21
PROFESSIONNELS
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).
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
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 :
• d'obtenir une inertie de l'installation suffisante ;
• 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.
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.
!
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.
4.3. • Les systèmes autovidangeables
Neuf
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.
22
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.
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
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.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
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.
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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.
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.
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) ;
moins de flexibilité dans le choix du capteur.
Neuf
•
23
VALIDATION
DE LA SOLUTION
TECHNIQUE
5
PROGRAMME
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROFESSIONNELS
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Ce chapitre présente les spécificités d'une solution solaire pour la
production d'eau chaude sanitaire. L'ensemble des points suivants
doivent être vérifiés sur plan ou auprès du maître d'œuvre.
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).
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).
!
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.
Neuf
5.1.1. • L'inclinaison
24
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, voir (Figure 6).
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).
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
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.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
L'inclinaison optimale du capteur dépend du type d'utilisation de l'installation solaire.
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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)
!
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 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
Neuf
En effet, une faible inclinaison des capteurs implique des phases de
stagnation plus fréquentes et plus rapidement atteintes. Les conséquences sont :
25
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
parois (caramel) et finalement des résidus solides insolubles
(petits cristaux ou cailloux) ;
• 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 ;
• 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. 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 boucle de décharge automatique (dans le sol ou une piscine par exemple) ;
• une recirculation nocturne ;
Neuf
• un système d'occultation automatique.
26
-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.
Dans le cas contraire, se conformer strictement aux préconisations constructeurs.
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
Généralement, une boucle de décharge est obligatoire pour
un système solaire combiné à charge directe :
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
!
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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. La zone
d'implantation des capteurs n'existant pas au moment de l'étude,
il convient de réaliser l'étude des masques par des calculs de tangente, à partir des plans de masse, des plans d'élévation de façade
et des relevés fait sur le site pour tous les autres masques proches ou
lointains.
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.
Neuf
!
27
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
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 :
PROGRAMME
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
• pour une maintenance ultérieure aisée (changement de l'anode,
nettoyage de la résistance électrique,…).
• 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) ;
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.
5.3. • Prendre en compte les spécificités
du solaire
Les niveaux de température et de pression ainsi que les agents atmosphériques (pluie, UV, gel) doivent être pris en compte :
• 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 ;
• 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 ;
• 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
Neuf
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.
28
La présence de plusieurs corps d'état peut amener à une utilisation
partagée des équipements de sécurité. La responsabilité propre de
chaque entrepreneur reste engagée, mais par souci d'optimisation
cette utilisation conjointe et responsable doit être envisagée.
La fiche pratique de sécurité FD 137 mise en place par l'Institut
National de Recherche et de Sécurité doit être suivie.
L'ensemble des points cités doivent être vérifiés sur plan ou auprès
du maître d'œuvre.
VALIDATION DE LA SOLUTION TECHNIQUE
Date :
Coordonnées installateur :
Ets :
Adresse :
CP + ville :
Coordonnées utilisateur :
Nom :
Adresse :
CP + ville :
Type de bâtiment :
Résidence : principale ¨ Secondaire ¨
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
On donne (Figure 7), une fiche rappelant les contraintes spécifiques liées
à l'installation d'un SSC.
PROGRAMME
5.5. • Exemple de fiche pratique
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROFESSIONNELS
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Configuration :
Emplacement possible des capteurs :
• Espace disponible pour les capteurs :
Choix : _____
(mettre lettre correspondante)
Hauteur (h) :
________m
Largeur (l) :
________m
• Type de capteurs :
Plan : ¨
Sous-vide : ¨
• Type de pose :
Posé : ¨
Intégré : ¨
Les ombres portées :
• Type de toiture :
– ardoise
¨
– tuile plate
¨
– tuile à pureau plat à
emboîtement
¨
– tuile canal
¨
– plaque profilée fibre-ciment
¨
– plaque nervurée aluminiumacier
¨
• Type de charpente :
Matériau :
– bois
¨
Neuf
autre :
29
VALIDATION DE LA SOLUTION TECHNIQUE
PROGRAMME
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROFESSIONNELS
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Type :
– Métal
¨
– béton
¨
– charpente traditionnelle
¨
– charpente industrielle
¨
– fermette industrielle
¨
Date :
Écartement chevrons/pannes
• Orientation et inclinaison des capteurs :
Pente du toit :
(remplir si cas A)
Orientation capteurs (remplir si cas A, B, D, E et F) :
Exposition :
Exposition du bâtiment vis à vis du vent (pour
chaînage éventuel)
Faible
Moyenne ¨
¨
• L'isolation :
– En plancher sans
écran :
¨
– En rampant sans
écran :
¨
– En plancher avec
écran :
¨
– En rampant avec
écran :
¨
• L'écran de sous toiture
– Non présent
Oui
¨
Non
¨
– Écran souple
Oui
¨
Non
¨
– Écran rigide
Oui
¨
Non
¨
– Lame d'air
Oui
¨
Non
¨
– Volume du comble
Oui
¨
Non
¨
Oui
¨
Non
¨
Entrée basse par tuile de ventilation et sortie par tuile Oui
de ventilation :
¨
Non
¨
– Entrée basse par tuile de ventilation et sortie haute Oui
linéaire :
¨
Non
¨
– Entrée basse linéaire et sortie haute par tuile de
ventilation :
¨
Non
¨
• La ventilation
• Les orifices de ventilation
Neuf
Entrée basse et sortie haute linéaire :
30
• Système d'appoint prévu :
Oui
Forte ¨
Pompe à
chaleur
Autres
électricité
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
ENERGIE (gaz nat.,
fuel…):
Chauffage
divisé
DES
Chaudière
Date :
Type :
(convecteur
électrique,
insert, poêle,
…)
PROGRAMME
(basse
température,
haute
température)
(Condensation,
basse
température,
standard)
¨
Puissance appareil en
kW:
• Local prévu pour recevoir le ballon solaire et l'appoint éventuel
Cellier ¨
Buanderie
¨ Garage
Dimensions : Local (L x l x h):_______
¨ Chaufferie
PROFESSIONNELS
VALIDATION DE LA SOLUTION TECHNIQUE
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
¨
Autre :
oui
¨
non
facile
¨
difficile
Accès (h x l):_______
• Support prévu pour le 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,…) :
• Long. tuyaux entre capteurs et réservoirs :
¨ 0-5m
¨
5-10m
¨ 10-15m
¨ 15-20m
¨
20-25m
¨ 25-30m
Autre :_______ m
• Long. câbles entre appareils électriques de l'installation solaire et armoire électrique :
¨ 0-5m
¨
5-10m
¨ 10-15m
¨ 15-20m
¨
20-25m
¨ 25-30m
Autre :_______ m
• Armoire électrique :
Espace disponible :
¨
insuffisant
Tension disponible :
Mono ¨
Tri ¨
Puissance disponible :_______ kW
• Hauteur manométrique à prévoir (pression vase d'expansion):_______ m
¨
Neuf
suffisant
31
PROFESSIONNELS
VALIDATION DE LA SOLUTION TECHNIQUE
Gros murs :
¨
Quantité :
Cloisons :
¨
Quantité :
Neuf
PROGRAMME
DES
• Percements à prévoir:
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
32
Remarques :
s Figure 7 : Exemple de fiche de validation technique pour l'installation d'un SSC
Date :
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
6
PROGRAMME
DIMENSIONNEMENT
DE LA SURFACE
DES CAPTEURS SOLAIRES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
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'étude
des caractéristiques du bâti et des systèmes prévus permet d'évaluer
les déperditions et donc les besoins à couvrir. Elle permet de déterminer les principales caractéristiques des produits à mettre en œuvre.
Commentaire
L'étude réglementaire donne la consommation conventionnelle. Le but d'une
méthode conventionnelle est d'évaluer la performance intrinsèque du bâtiment
ou du logement, en faisant abstraction des variations climatiques et des occupants. Cela permet de comparer sur les mêmes bases deux logements ou deux
bâtiments. Les données conventionnelles d'occupation utilisées dans les calculs
représentent un comportement standard moyen.
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 ;
Neuf
• les besoins thermiques de chauffage et d'eau chaude sanitaire.
33
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
!
Le calcul de la puissance d'appoint ne doit pas intégrer la
production d'énergie solaire participant pourtant à la couverture des besoins de chauffage et d'ECS.
6.1. • Calcul des déperditions de base
des bâtiments
Les déperditions thermiques sont calculées selon la norme NF EN
12831 et le complément national NF P 52-612/CN.
6.1.1. • Principe du calcul des déperditions
Les déperditions se décomposent en :
• déperditions surfaciques à travers les parois (murs, fenêtres,
portes, toit, plancher) ;
• 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
Neuf
Les déperditions linéiques sont calculées à partir de la formule
suivante :
34
Déperditions linéiques = Ψ x I x (Tint – Text)
Avec :
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.
6.1.4. • Déperditions par renouvellement d'air
et infiltrations
PROFESSIONNELS
DES
• Tint – Text : écart de température entre l'intérieur et l'extérieur en
K
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
• I : longueur des liaisons en m
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
• Ψ : coefficient de transmission linéique (psi) en W/m.K
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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
• qv : débit de renouvellement d'air par ventilation et infiltrations
en m3/h
• Tint – Text : écart de température entre l'intérieur et l'extérieur en
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
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 8) présente la carte de France des températures extérieures de
base.
Neuf
Des corrections sont à apporter en fonction de l'altitude du lieu considéré, selon le tableau de la (Figure 9).
35
PROFESSIONNELS
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
s Figure 8 : Températures extérieures de base non corrigées par l'altitude
Neuf
s Figure 9 : Corrections de la température extérieure de base en fonction de l'altitude
36
PROFESSIONNELS
PROGRAMME
La base d'un bon dimensionnement doit reposer sur une estimation
précise des déperditions.
DES
Renseigner les informations, à partir de la fiche proposée en (Figure 10),
permet d'estimer au mieux les déperditions de l'habitation. Elle est à
remplir à partir des plans et d'un entretien avec les futurs usagers.
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
6.1.6. • Les éléments à connaître pour le calcul
des déperditions
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Les informations à connaître pour calcul des déperditions
Situation :
Département :
T° extérieure de base [°C] :
Altitude [m] :
T° extérieure de base corrigée [°C] :
Enveloppe :
Paroi
Isolant
Repère
Structure
Type
λ [W/m.K]
RT [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
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
Surface vitrage en m²
Pièce
Hauteur sous
plafond en m
Chambre 1
Chambre 2
Chambre 3
SdB
Neuf
Caractéristiques de l'étage :
37
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Les informations à connaître pour calcul des déperditions
Température
intérieure en °C
Longueur mur sur
extérieur en m
Longueur mur sur
local non chauffé
en m
Surface vitrage
en m²
Ventilation :
Type de ventilation :
(naturelle, VMC autoréglable, hygro A ou
B)
Débit d'air [m3/h] :
s Figure 10 : 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.
Commentaire
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.
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.
Neuf
Les besoins nets sont obtenus en prenant en compte les besoins bruts,
déduction faite des apports gratuits (ou plutôt leur part récupérée).
38
• déperditions en W/K ;
• DJU en K.jour ;
• apports gratuits (internes et externes) Wh ;
• taux de récupération (part récupérée des apports gratuits).
Les apports gratuits sont de 2 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 ;
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
Avec :
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Le calcul des besoins nets annuels se fait par la formule suivante :
24× DJU × Déperditions − Apportsgratuits × Tauxderécupéération
Bchauffage =
enkWh
1000
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
• les apports externes ou apports solaires : fonction de l'orientation des surfaces vitrées et de la zone d'ensoleillement.
6.2.1. • Les apports gratuits internes journaliers
(occupants et appareils) en kWh/j
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
Ils sont définis d'après le tableau donné (Figure 11). Il donne les apports
solaires transmis à travers 1 m² de vitrage. Ces ratios sont fonction
de la zone d'ensoleillement, donnée (Figure 12), et de l'orientation des
vitrages. La surface doit être pondérée afin de prendre en compte de
l'encadrement voir (Figure 13).
Zones d'ensoleillement
Sud
Orientation
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
Neuf
s Figure 11 : Apports à travers 1 m² de vitrage vertical en kWh/jour
39
PROGRAMME
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROFESSIONNELS
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 12 : Définition des zones d'ensoleillement pour le calcul des apports gratuits externes
Type d'encadrement
Bois
Aluminium
Métal (ancien)
PVC
0.70
0.70
0.80
0.65
s Figure 13 : 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 14). Il est
fonction des apports gratuits et des besoins bruts de chauffage.
Neuf
s Figure 14 : Détermination du taux de récupération des apports gratuits
40
• 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 :
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
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 sont utilisés :
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
6.3. • Calcul des besoins d'eau chaude
sanitaire
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
BECS = q x 1,16 x (Tc – Tf)
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.
A défaut de données sur la température d'eau froide minimale du site,
le tableau de la (Figure 15), extrait de la Recommandation AICVF 02-2004
sur l'ECS, donne des valeurs pour différentes villes de France.
Villes
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
s Figure 15 : Températures moyennes mensuelles minimales d'eau froide de 23 villes françaises
(Recommandation AICVF 02-2004 ECS).
6.4. • Calcul de la surface de capteurs
solaires
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
Neuf
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 %.
41
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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)"
Le ratio moyen de dimensionnement est de 1 m² de capteur pour
1000 kWh de besoins annuels (chauffage + ECS).
Commentaire
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.
1 m² 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.
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.
6.4.1. • 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
Neuf
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.
42
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
7
PROGRAMME
CONCEPTION
ET DIMENSIONNEMENT
DU STOCKAGE SOLAIRE
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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
Neuf
Pour les systèmes solaires combinés à charge directe sans ballon de
stockage, les préconisations du constructeur doivent être strictement
respectées.
43
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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.
La surface de mur ou de plafond chauffant est généralement au moins égale à
trois fois la surface de capteurs installés.
7.2. • Le système solaire à charge indirecte
7.2.1. • Dimensionnement du ballon de stockage
Pour les SSC à charge indirecte, le ratio communément admis est
de 50 à 100 litres par m² de capteurs plans vitrés. On donne (Figure 16),
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.
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 16 : Efficacité d'échange solaire en fonction du ratio volume de stockage sur surface de
capteurs
Neuf
7.2.2. • Conception du ballon de stockage
44
Les ballons de stockage présentent différentes zones de température.
On trouve :
• le tiers inférieur qui est consacré à la production solaire.
PROFESSIONNELS
PROGRAMME
La (Figure 17) illustre les différentes zones et leurs utilisations associées.
DES
• le tiers médian qui est utilisé pour les besoins de chauffage ;
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
• le tiers supérieur qui est réservé à la production d'eau chaude
sanitaire (dans le cas où celle-ci est prévue) ;
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 17 : 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 18), 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.
Neuf
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.
45
PROFESSIONNELS
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
s Figure 18 : 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 (si il existe) et au ballon de stockage d'ECS.
Production d'eau chaude sanitaire par bain marie
Neuf
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).
46
PROFESSIONNELS
PROGRAMME
La (Figure 19) illustre deux configurations de ballons de stockage solaire
avec une production d'eau chaude sanitaire par bain marie.
DES
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.
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
Commentaire
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 19 : Exemples de ballons de stockage équipés d'une production d'eau chaude sanitaire par bain
marie
Production d'eau chaude sanitaire par échangeur incorporé
Neuf
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 comme vu (Figure 20). 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).
47
PROFESSIONNELS
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
s Figure 20 : 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 légionelles dans les installations de production d'eau chaude sanitaire :
Neuf
• 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 ;
48
• 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.
Il doit être pris en compte les différents ouvrants tels que les fenêtres,
les portes-fenêtres ainsi que des ventilations prévus afin que chacun
garde sa fonctionnalité première.
Comme illustré par la (Figure 21), 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).
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
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.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
7.2.3. • Le local
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
S'il est impossible de satisfaire ces deux conditions un ballon d'eau
chaude est installé près des points d'utilisation, comme vu (Figure 22).
Celui-ci est raccordé au ballon de stockage d'énergie solaire.
s Figure 21 : Implantation du ballon de stockage solaire
s Figure 22 : Implantation du ballon de stockage solaire
Neuf
La mise en place d'un SSC à charge indirecte 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).
49
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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.
Il faut s'assurer que la résistance mécanique des éléments porteurs
prévus pour recevoir 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.
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.
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 23), 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 23 : Contrôle de la diagonale du réservoir
La largeur des passages prévue doit être prise en compte pour les
accès éventuel 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.
Commentaire
Neuf
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 1 mètre sur une hauteur de 2,2 mètres. Pour un ballon de 1500 litres, le diamètre est de 1 m et 1,20 m respectivement sans et avec sa jaquette isolante.
50
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 24). 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.
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
Commentaire
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
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.
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 24 : 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.
Afin de favoriser la stratification au sein du volume tampon, un rapport hauteur sur diamètre supérieur ou égal à 3 est conseillé.
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 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.
Neuf
Commentaire
51
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
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 25) illustre des exemples de ballons à stratification dynamique.
PROGRAMME
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Comment faire
Pour le raccordement des ballons à stratification, il est impératif de suivre les
préconisations du fabricant.
s Figure 25 : 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 ;
• toutes les surfaces doivent être isolées des parties verticales en
passant par le dessous et le dessus ;
• l'isolation doit être bien ajustée lors de la pose ;
Neuf
• tous les raccords, les piquages, les trappes et autres accessoires
doivent être parfaitement pris en considération, y compris les
parties non utilisées.
52
Comme vu (Figure 26), 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.
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 ;
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
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.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Commentaire
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
• les coquilles en polystyrène, recouvertes d'un manteau de tôle
laquée, amovible (mais parfois limité à certaines températures) ;
• la résine de mélamine, nouveau matériau très résistant à
la haute température et facilement dissociable du manteau
extérieur.
s Figure 26 : Tous les piquages raccordés ou non doivent être isolés avec soin
7.2.7. • Raccordements hydrauliques
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
Neuf
Le raccordement des canalisations sur le ballon est réalisé avec des
raccords démontables vissés sur la vanne d'isolement positionnée
au départ de chacun des circuits hydrauliques. Il peut être réalisé des
lyres anti thermosiphon évitant une décharge de chaleur dans les
canalisations.
53
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
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
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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. »
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.
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.
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.
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 :
Neuf
• dans les pièces destinées à la toilette, la température maximale
de l'eau chaude sanitaire est fixée à 50°C aux points de puisage ;
54
• dans les autres pièces, la température de l'eau chaude sanitaire
est limitée à 60°C aux points de puisage.
• 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).
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
• température maximale à l'entrée : 110°C ;
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
• plage de réglage : 25-60°C ;
PROGRAMME
Un organe tel que le mitigeur thermostatique est donc obligatoire. Il
doit avoir les caractéristiques suivantes :
Neuf
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
55
PROFESSIONNELS
CONCEPTION
ET DIMENSIONNEMENT
DU CIRCUIT PRIMAIRE
SOLAIRE
8
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
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 et la pression maximales de service des canalisations doivent être supérieures à la 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
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.
Neuf
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.
56
!
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 traversées de parois (parois verticales, planchers et toiture)
doivent être rendues étanches pour éviter toutes infiltrations air. Le
passage des canalisations (et des équipements électriques) sont les
fuites relevées le plus fréquemment dans les bâtiments. Le cheminement des fluides doit être pris en compte dès la phase de conception
en définissant les dispositions qui rendront plus simple et moins onéreuse la réalisation de l'étanchéité à l'air. Il faut :
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
Pour limiter les pertes thermiques, les tuyauteries doivent être les
plus courtes possibles.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
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.
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
• limiter le nombre de percements du système d'étanchéité à
l'air ;
• prévoir un espacement suffisant autour de chaque gaine pour
permettre le calfeutrement.
Le dimensionnement des canalisations est réalisé en regard du débit
de fluide et des pertes de charge admissibles. 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 :
Di = 2 ×
v
(π × 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)
Neuf
On donne, dans le tableau (Figure 27), les diamètres intérieurs des canalisations en fonction de la surface de capteurs et du débit.
57
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
PROGRAMME
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
Superficie
de capteurs
solaires
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROFESSIONNELS
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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 27 : Exemples de diamètres de canalisations
8.2. • Isolation thermique
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.
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 ;
• 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 également 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 28), 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)
Neuf
Diamètre extérieur de
canalisation en cuivre
(mm)
58
16
15
19
18
15
19
22
20
25
28
20
25
s Figure 28 : Exemples d'épaisseurs d'isolants
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) ;
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
Pour réduire les pertes thermiques, il peut être intéressant d'augmenter l'épaisseur de l'isolant thermique définie dans le tableau de la (Figure 28) si les mètres
linéaires de canalisations sont importants.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Commentaire
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
• 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
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.
Neuf
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.
59
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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 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.
Commentaire
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).
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.
Neuf
Ces clapets doivent pouvoir accepter les hautes températures d'une
installation solaire.
60
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).
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
PROGRAMME
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 29). Ceci afin d'éviter une mise en
place d'un effet de thermosiphon laminaire à l'intérieur même des
conduites ce qui entraînerait des déperditions inutiles. La partie horizontale basse ne doit pas être isolée.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 29 : 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 permettant ainsi un fonctionnement à débit nominal, d'éviter des problèmes
de corrosion, de bruit ou de surchauffes.
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 ;
Neuf
• élimination des petites bulles d'air pendant les montées en température et le fonctionnement courant par un dégazeur placé
sur le circuit hydraulique.
61
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Commentaire
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, la plage de température de fonctionnement considérée est généralement de –10°C à au
moins 150°C. Dans le cas où des purgeurs automatiques sont installés
avec vannes d'isolement fermées à l'issue des opérations de purge,
on peut considérer une température de 110°C maximum.
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 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 30).
s Figure 30 : 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.
Neuf
Dans le cas de purgeurs automatiques, le diamètre de raccordement
du purgeur doit être d'au moins ½''.
62
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.
8.6. • Vase d'expansion solaire
Un vase d'expansion fermé à pression variable doit être mis en œuvre
pour assurer une protection contre les variations de pression dans le
circuit hydraulique dues à la montée en température du système.
Commentaire
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
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.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Commentaire
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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 doit pouvoir assurer les fonctions suivantes :
• maintenir la pression dans le circuit ;
• absorber la dilatation ;
• compenser la rétractation ;
• stocker le caloporteur à l'état liquide lors des phases d'évaporation dans les capteurs.
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.
Neuf
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 31)
illustre différentes solutions pour le montage et le raccordement du
vase d'expansion.
63
PROGRAMME
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROFESSIONNELS
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 31 : Raccordement du vase d'expansion
Le vase d'expansion ainsi que sa conduite de raccordement ne
doivent pas être calorifugés.
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.
Il doit être accessible pour les opérations d'entretien et de
maintenance.
Le dimensionnement d'un vase d'expansion consiste à déterminer sa
pression de gonflage et sa capacité.
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 :
Pgonflage= Hstatique + 0,3 + Pvaporisation + Δp (en bar)
Avec :
• 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 ;
Neuf
• 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 ;
64
• Pvaporisation, la pression de vaporisation à la température maximale
de fonctionnement (en pression relative). Elle est donnée par le
tableau de la (Figure 32) pour différentes températures maximales
de fonctionnement.
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 32 : 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 :
Pfinale +1
Vvase =(Vdilatation +V de réserve +Vcapteurs +10%) ×
Pfinale -Pgonflage
PROFESSIONNELS
DES
130
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
Pression de
vaporisation (en bar)
100
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Température (°C)
Plage usuelle
110
120
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Avec :
• 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 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).
• Le tableau (Figure 33) 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 pris pour une température de 120°C.
• Pgonflage (en bar) : pression de gonflage du vase.
Neuf
• 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) ;
65
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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
glycol
0
Températures (°C)
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
0
0
1
2
4
8
12
17
23
29
36
43
52
60
69
10
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
30
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 33 : Coefficient d'expansion exprimé en l/m3
On donne à titre d'exemple, dans le tableau (Figure 34), 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
sont donnés pour une distance maximale de 20 mètres entre les capteurs et l'utilisation.
Superficie de capteurs
solaires
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 5 à 7 m²
de 18 à 30
25
de 7 à 10 m²
de 25 à 40
35
de 10 à 18 m²
de 45 à 65
60
s Figure 34 : 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.
Neuf
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.
66
Aucune vanne ne doit être installée sur la tuyauterie reliant la soupape au circuit.
Commentaire
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.
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.
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
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.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Elle doit être accessible pour les opérations d'entretien et de
maintenance.
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
La soupape de sécurité, la tuyauterie de raccordement au circuit et la
tuyauterie d'échappement de la soupape doivent être dimensionnées
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.
Neuf
• sans ballon de stockage et une surface de capteurs installée de
plus de 8,6 m².
67
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
La mise en œuvre de la 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.
8.9. • Le liquide caloporteur
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.
Commentaire
Dans le cas des installations à capteurs autovidangeables, cette protection est
assurée par le principe même de l'installation.
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.
Neuf
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.
68
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).
Température de protection
recherchée (en °C)
Concentration de mono propylène glycol à 20°C (en %)
-10
20
-14
25
-19
30
-24
35
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
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 35) donne la correspondance entre la température
de protection et la concentration de mono propylène glycol.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
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.
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 35 : 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
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 périodicité de renouvellement de l'antigel (donnée fabricant).
Neuf
• la quantité de liquide injectée ;
69
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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 :
• 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.
• 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 ;
L'utilisation d'un liquide caloporteur « prêt à l'emploi » est fortement
recommandée. Il est interdit de rejeter à l'égout le liquide glycolé.
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.
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, qui répondent aux prescriptions suivantes :
• 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 sont munies d'un dispositif d'obturation (bouchon).
Neuf
La vanne de vidange permet d'effectuer le prélèvement d'un échantillon du liquide caloporteur, sous réserve qu'il soit prélevé dans
une canalisation irriguée avec du débit et non sur un bras mort de
l'installation.
70
Une vanne doit être positionnée au point le plus bas de l'installation
afin de permettre la vidange complète du circuit et suivant la configuration du circuit et l'emplacement des capteurs (par exemple, posés
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.
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
Dans le cadre d'un dégazage avec une pompe électrique, il est nécessaire d'avoir une vanne d'arrêt intermédiaire entre la vanne de remplissage et celle de vidange, permettant d'assurer une circulation du
liquide dans le réseau hydraulique.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
en terrasse en dessous du ballon de stockage), il faut prévoir un
piquage au niveau des capteurs pour assurer une vidange complète
de l'installation.
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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 :
• un manomètre. Il est placé à proximité du vase d'expansion,
soit directement sur le raccordement du vase ou de la soupape
de sécurité ;
• d'un dispositif de mesure de débit ;
• d'un thermomètre placé à l'entrée et à la sortie de l'échangeur
de chaleur.
Neuf
Tous les équipements de mesure sont installés dans un endroit accessible et sont facilement visibles.
71
AUTRES ÉLÉMENTS
DE CONCEPTION
ET DE DIMENSIONNEMENT
PROFESSIONNELS
9
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
9.1. • 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
Un ensemble de protection comprend le dispositif de protection (sur verse, disconnecteur…) et les éléments associés (robinets d'isolement, filtre…)
Commentaire
Si l'installation n'est pas raccordée au réseau d'eau potable, un ensemble de protection n'est pas nécessaire.
Neuf
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.
72
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
PROFESSIONNELS
PROGRAMME
Ce dispositif de protection doit être conforme à la norme NF
Antipollution.
DES
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).
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
« Avis et publications », sous rubrique « Avis et rapports alimentation
humaine », dossier « eaux ».
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 36 : 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.
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 du
point de piquage.
Neuf
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.
73
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
9.2. • Le circulateur de l'installation
de chauffage
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.
Le point de fonctionnement du circulateur se situe à l'intersection de
sa courbe caractéristique et de celle du circuit. Lors de la sélection sur
le catalogue du fabricant, il convient de choisir un circulateur dont le
point de fonctionnement est situé dans la partie centrale de la caractéristique. Le rendement est alors optimal.
Le modèle peut être à plusieurs vitesses.
Le circulateur est associé à :
• des robinets d'isolement afin de faciliter la maintenance ;
• un robinet de réglage pour ajuster si nécessaire le point de
fonctionnement. Commentaire
Un robinet de réglage à mesure de débit permet de contrôler le débit du circuit
Cette fonction peut être assurée par des prises de pression (la mesure de différence de pression permet de déterminer le débit à partir de la courbe caractéristique du circulateur)
En présence de robinets thermostatiques sur les radiateurs ou des
vannes à deux voies de régulation sur les circuits de plancher chauffant, des précautions doivent être prises au niveau du circulateur qui
irrigue le circuit. Deux solutions sont possibles :
• mettre en place une soupape de pression différentielle. Elle permet de maintenir le point de fonctionnement du circulateur en
s'ouvrant pour dériver un débit dans la production lorsque les
robinets thermostatiques ou des vannes de régulation se ferment. Il est important qu'elle soit de bonne qualité et présente
une bonne tenue dans le temps ;
• choisir un circulateur à vitesse variable.
Neuf
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).
74
9.3. • Le vase d'expansion du circuit
de chauffage
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
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.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Commentaire
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Il doit être installé :
• sur une tuyauterie de température la plus basse possible ;
• en un point bas de l'installation ;
• à l'aspiration du circulateur de chauffage.
Le dimensionnement classiquement du vase d'expansion dépend de
la contenance en eau de l'installation de chauffage (tuyauteries, chaudière et émetteurs notamment) et de la température moyenne de l'eau
de l'installation.
Neuf
Dans le cas d'une installation de chauffage raccordée à un système
solaire combiné, la contenance en eau de l'installation, du fait de la
présence du ballon de stockage, est fortement augmentée.
75
LE
SYSTÈME DE RÉGULATION
PROFESSIONNELS
10
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
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.
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 :
Neuf
• des robinets thermostatiques ou des dispositifs équivalents
pour les installations de radiateurs ;
76
• des régulations d'ambiance par vanne à deux voies en place sur
les collecteurs des planchers chauffants.
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.
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
Commentaire
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
On rappelle qu'une régulation de température ambiante par local est
demandée pour les bâtiments neufs par les réglementations thermiques successives depuis 1988.
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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
Le circulateur est démarré quand le différentiel de démarrage est
atteint, il est arrêté quand le différentiel d'arrêt est atteint.
Neuf
On donne (Figure 37), un exemple de montée en température progressive
des capteurs et du ballon de stockage pour une journée ensoleillée.
77
PROFESSIONNELS
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
s Figure 37 : Exemple de montée en température progressive des capteurs et du ballon de stockage
pour une journée ensoleillée
10.2.2. • Circulateur à vitesse variable
Neuf
De nombreux régulateur différentiel solaire 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.
78
Le circulateur est démarré à 1000160 % de sa vitesse quand le différentiel de démarrage est atteint. La régulation maintient une différence de température paramétrable (habituellement 10°C) en faisant
PROFESSIONNELS
DES
PROGRAMME
On donne (Figure 38), un exemple de montée en température progressive
des capteurs et du ballon de stockage pour une journée ensoleillée.
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
varier la vitesse du circulateur entre 30 % et 100 %. Le différentiel d'arrêt est toujours actif suivant le réglage initial.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 38 : 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 une sonde « chaude » (en sortie de capteurs) et deux sondes
« froides » 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.
Neuf
On donne (Figure 39), un exemple de montée en température progressive
des capteurs et des ballons de stockage pour une journée ensoleillée.
79
PROFESSIONNELS
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
s Figure 39 : Exemple de montée en température progressive des capteurs et des ballons de stockage
pour une journée ensoleillée
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 delta T 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.
Neuf
On donne (Figure 40) un exemple de montée en température progressive
des capteurs et des ballons de stockage pour une journée ensoleillée.
80
PROFESSIONNELS
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
s Figure 40 : Exemple de montée en température progressive des capteurs et des ballons de stockage
pour une journée ensoleillée
10.3. • Gestion de la décharge du stockage
Cas d'un reccordement en série (ou réchauffage du retour)
Comme l'illustre la (Figure 41), 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
Neuf
Pour assurer le fonctionnement et le contrôle d'une installation raccordée hydrauliquement en série, une fonction différentielle du régulateur solaire est utilisée.
81
PROFESSIONNELS
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 le ballon de stockage. Elle permet :
• de diriger l'eau 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 ;
• de by passer le ballon solaire et de réchauffer l'eau de chauffage
par la chaudière dans le cas contraire.
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
Neuf
s Figure 41 : Exemple d'une gestion de décharge du stockage pour un raccordement en série
82
Comme l'illustre la (Figure 42), 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 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 ;
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
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.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Cas d'un raccordement mixte (ou maintien en température
en haut du stockage)
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Neuf
• de diriger l'eau vers la partie médiane du ballon dans le cas
contraire.
83
PROFESSIONNELS
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
s Figure 42 : Exemple d'une gestion de décharge du stockage pour un raccordement en mixte
10.4. • Les options du régulateur
Neuf
10.4.1. • Température maximale du capteur
solaire
84
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
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.
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
10.4.2. • Fonction capteurs à tubes
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
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.
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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.
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.
Dès 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.
Neuf
En activant la fonction vacances, le ballon de stockage est refroidit
comme suit :
85
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
10.4.5. • Les sondes de température
Les sondes de température sont propres à chaque régulateur, elles ne
sont donc pas interchangeables entre deux régulateurs de marque ou
de type différents.
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.
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.
En règle générale, la polarité des contacts de sondes n'est pas
importante.
Neuf
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.
86
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.
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
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.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
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.
PROGRAMME
Lors de ces interventions, en cas de modification de la position de la
sonde, il convient de reconstituer l'intégrité du calorifuge.
Neuf
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
87
LES RACCORDEMENTS
ÉLECTRIQUES
PROFESSIONNELS
11
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
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).
Neuf
Les canalisations solaires doivent être raccordées à la terre.
88
PROFESSIONNELS
DES
PROGRAMME
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
12
LES ÉMETTEURS
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Les émetteurs à privilégier dans le cas d'une installation de chauffage
solaire sont ceux fonctionnant à basses températures : les planchers
chauffants ou les radiateurs basse température.
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
Pour assurer les performances du système solaire combiné, les planchers chauffants sont calculés pour une température en entrée de
l'ordre de 35 à 40°C avec un maximum de 45°C et une chute de température de 5 à 7K en régime nominal.
Ils sont dimensionnés pour une température maximale de sol de 28°C
(arrêté du 23 juin 1978).
Ils doivent obligatoirement être équipés d'un thermostat limiteur de
sécurité placé sur le départ du réseau. Ce thermostat électromécanique doit être indépendant de la régulation et à réarmement manuel
(NF EN 1264 et NF DTU 65.14).
• la puissance calorifique de chaque pièce ;
• l'épaisseur et la conductivité thermique de la couche au-dessus
du tube ;
Neuf
Les principaux paramètres devant être définis sur les feuilles de
calculs sont :
89
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
• le diamètre et le pas de pose des tuyauteries ;
• la longueur, le débit et la perte de charge de chaque boucle.
La conception des planchers chauffants repose sur les exigences de la
norme NF EN 1264 complétée par le NF DTU 65.14.
Les préconisations concernant les planchers chauffants en dalle flottante (isolant en sous face, isolant sur le pourtour, treillis métallique
anti-retrait, dalle d'enrobage, revêtement de sol…) sont présentées
dans ces textes.
Les tubes doivent être placés à plus de 50 mm des structures verticales et à plus de 200mm des conduits de fumée, foyers à feu ouvert,
trémies ouvertes ou maçonnées, cages d'ascenseur.
Commentaire
Dans le cas d'un plancher chauffant, la résistance thermique du revêtement de
sol, y compris l'isolation acoustique éventuelle située au-dessus du tube, ne doit
pas dépasser 0,15 m².K/W
Les préconisations concernant les planchers chauffants en dalle pleine
sont présentées dans le NF DTU 65.14 P2. Les tubes doivent être placés à plus de 100 mm d'un mur fini, à plus de 200 mm des conduits
de fumée, cages d'ascenseur,… et à plus de 400 mm de la face intérieure des murs extérieurs.
Commentaire
Les autres types de plancher chauffant (avec chape fluide à base de ciment, à
base de sulfate de calcium…) doivent disposer d'un Avis Technique
12.2. • Les radiateurs
Le dimensionnement d'un radiateur c'est-à-dire le nombre d'éléments
le composant est fonction de la puissance souhaitée, correspondant
aux déperditions de la pièce.
Il est choisi selon le régime de température d'eau d'alimentation. Avec
un système solaire combiné, des régimes basse température sont privilégiés, tels que 45-38°C, soit une chute de 7K entre l'entrée et la sortie du radiateur.
Dans les catalogues des fabricants, la puissance est déterminée en
fonction de l'écart de température entre l'ambiance (par exemple de
20°C) et la moyenne de température d'eau du radiateur pour le régime
nominal (par exemple 45-38°C).
Neuf
Commentaire
90
La puissance émise par un radiateur est fonction de sa surface mais aussi de la
température d'eau l'alimentant et du débit le parcourant. Le débit doit être ajusté
par un organe de réglage, si possible avec mémorisation de la position initiale
afin de conserver le réglage après manipulation, par exemple à l'occasion de
travaux.
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
13
PROGRAMME
LES SCHÉMAS
HYDRAULIQUES TYPES
ET LES PRINCIPES
DE RÉGULATION ASSOCIÉS
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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 ;
• 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.
Commentaire
Le fonctionnement hydraulique et de régulation de la partie primaire
solaire est identique quelque soit le schéma-type proposé. La 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
Neuf
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.
91
PROFESSIONNELS
aux différentiels d'arrêt et de démarrage. Le régulateur commande
l'arrêt ou la mise en route du circulateur solaire.
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
Commentaire
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.
Les schémas sont présentés avec les principaux accessoires recommandés et obligatoires.
13.2. • Les symboles utilisés
s Figure 43 : Liste des symboles utilisés dans les schémas-types
13.3. • Système solaire à charge directe
Neuf
Pour les systèmes solaires combiné à charge directe (avec ou sans
ballon de stockage), l'installateur doit se conformer strictement aux
prescriptions du constructeur.
92
Ce schéma est particulièrement adapté à une chaudière condensation.
Elle alimente un circuit de chauffage basse température de type plancher chauffant et une production d'eau chaude sanitaire.
Partie circuit chauffage : principe de fonctionnement
hydraulique et de régulation
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
13.4.1. • Alimentation d'un circuit de chauffage
unique basse température
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
13.4. • Système solaire à charge indirecte
et raccordement en parallèle
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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
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.
Neuf
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 constructeurs doivent être
respectées.
93
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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.
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).
Neuf
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.
94
PROFESSIONNELS
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
Neuf
s Figure 44 : 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
95
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
13.5. • Raccordement mixte ou maintien
en température du haut du ballon
de stockage
13.5.1. • Alimentation d'un circuit de chauffage
unique basse température
Ce schéma comprend une chaudière condensation ou basse température qui alimente un circuit de chauffage basse température de type
plancher chauffant et une production d'eau chaude sanitaire.
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.
L'eau de départ vers la chaudière peut être prélevée à différentes hauteur du ballon de stockage. Le piquage est de préférence réalisé en
bas de ballon.
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 préconisations des constructeurs doivent donc être suivies afin d'éviter tout problème.
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.
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
Neuf
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.
96
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
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).
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Partie circuit eau chaude sanitaire : principe de
fonctionnement hydraulique et de régulation
PROGRAMME
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.
Neuf
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
97
PROFESSIONNELS
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
Neuf
s Figure 45 : 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
98
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.
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
Ce schéma comprend une chaudière condensation ou basse température qui alimente deux circuits de chauffage basse température (de
type plancher chauffant et radiateurs basse température) et une production d'eau chaude sanitaire.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
13.5.2. • Alimentation d'un réseau d'émetteurs
fonctionnant à basse température
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
L'eau de départ vers la chaudière peut être prélevée à différentes hauteur du ballon de stockage. Le piquage est de préférence réalisé en
bas de ballon.
L'eau de départ des 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 préconisations des constructeurs doivent donc être suivies afin d'éviter tout
problème.
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.
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 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).
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.
Neuf
Commentaire
99
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
Neuf
100
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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
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).
PROFESSIONNELS
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
Neuf
s Figure 46 : 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
101
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
13.6. • Raccordement en série
ou réchauffage retour
13.6.1. • Alimentation d'un circuit de chauffage
unique basse température
Ce schéma est particulièrement adapté à une chaudière basse température. La chaudière alimente un circuit de chauffage basse température de type plancher chauffant et une production d'eau chaude
sanitaire.
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
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.
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
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.
Neuf
Le circuit de chauffage (ici un plancher chauffant) fonctionne à très
basse température. Le retour est directement raccordé en bas de ballon de stockage.
102
Si le circuit de chauffage (des radiateurs par exemple) implique, à certaines périodes de la saison de chauffe, des régimes de température
• soit de diriger l'eau vers la chaudière dans le cas contraire.
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).
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
• 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 ;
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
relativement élevés, une vanne à trois voies doit être placée sur le circuit de retour chauffage. Elle permet :
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Neuf
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.
103
PROFESSIONNELS
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
Neuf
s Figure 47 : 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
104
Partie circuit chauffage : principe de fonctionnement
hydraulique et de régulation
La production est maintenue à température constante. Elle est adaptée au circuit à température la plus élevée (circuit radiateur basse température sur le schéma).
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
Ce schéma est particulièrement adapté à une chaudière basse température. La chaudière alimente deux circuits de chauffage basse température (de type plancher chauffant et radiateurs basse température) et
une production d'eau chaude sanitaire.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
13.6.2. • Alimentation d'un réseau d'émetteurs
fonctionnant à basse température
PROGRAMME
SYSTÈMES SOLAIRES COMBINÉS EN HABITAT INDIVIDUEL – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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 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
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 des 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 préconisations des constructeurs doivent donc être suivies afin d'éviter tout
problème.
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.
Neuf
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 :
105
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
Neuf
106
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).
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.
PROFESSIONNELS
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
Neuf
s Figure 48 : 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
107
PARTENAIRES du Programme
« Règles de l’Art Grenelle
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 É
lectricité de France (EDF) ;
n Fédération des entreprises publiques locales (EPL) ;
n Fédération française du bâtiment (FFB) ;
n Fédération 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
n Union nationale des syndicats français d’architectes
(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
NNNN
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 Système Solaire Combiné (SSC) dans l'habitat
individuel neuf.
Les différentes solutions techniques et les schémas hydrauliques types
associés sont présentés. Une démarche simple et concrète est proposée pour le
dimensionnement et la sélection du SSC : surface de capteur solaire, 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 près de 50 figures. Elles mettent à disposition des outils sous la
forme de fiches :
• fiche pour la validation de la solution technique, rappelant les spécificités
d'une solution solaire pour la production de chauffage et d'eau chaude sanitaire ;
• fiche regroupant les informations permettant d'estimer au mieux les besoins
de chauffage et d'eau chaude sanitaire des futurs usagers.
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
Was this manual useful for you? yes no
Thank you for your participation!

* Your assessment is very important for improving the work of artificial intelligence, which forms the content of this project

Download PDF

advertisement