recommandation pro rage production ecs collective centralisee solaire 01conception 2015 09

recommandation pro rage production ecs collective centralisee solaire 01conception 2015 09
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 »
PRODUCTION D’EAU CHAUDE
SANITAIRE COLLECTIVE
CENTRALISÉE SOLAIRE
Conception
et dimensionnement
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www.reglesdelart-grenelle-environnement-2012.fr
ÉDITO
L
e Grenelle Environnement a fixé pour les bâtiments neufs et existants
des objectifs ambitieux en matière d’économie et de production
d’énergie. Le secteur du bâtiment est engagé dans une mutation de très
grande ampleur qui l’oblige à une qualité de réalisation fondée sur de
nouvelles règles de construction.
Le programme « Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 » a pour
mission, à la demande des Pouvoirs Publics, d’accompagner les quelque
370 000 entreprises et artisans du secteur du bâtiment et l'ensemble des
acteurs de la filière dans la réalisation de ces objectifs.
Sous l’impulsion de la CAPEB et de la FFB, de l’AQC, de la COPREC
Construction et du CSTB, les acteurs de la construction se sont rassemblés
pour définir collectivement ce programme. Financé dans le cadre du
dispositif des certificats d’économies d’énergie grâce à des contributions
importantes d’EDF (15 millions d’euros) et de GDF SUEZ (5 millions
d’euros), ce programme vise, en particulier, à mettre à jour les règles de l’art
en vigueur aujourd’hui et à en proposer de nouvelles, notamment pour ce
qui concerne les travaux de rénovation. Ces nouveaux textes de référence
destinés à alimenter le processus normatif classique seront opérationnels
et reconnus par les assureurs dès leur approbation ; ils serviront aussi à
l’établissement de manuels de formation.
Le succès du programme « Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
repose sur un vaste effort de formation initiale et continue afin de renforcer
la compétence des entreprises et artisans sur ces nouvelles techniques et ces
nouvelles façons de faire. Dotées des outils nécessaires, les organisations
professionnelles auront à cœur d’aider et d’inciter à la formation de tous.
Les professionnels ont besoin rapidement de ces outils et « règles du jeu »
pour « réussir » le Grenelle Environnement.
Alain MAUGARD
Président du Comité de pilotage du Programme
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Président de QUALIBAT
P R O G R A M M E
D ’ A C C O M P A G N E M E N T
D E S
P R O F E S S I O N N E L S
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Ce programme est une application du Grenelle Environnement. Il vise à revoir l’ensemble des règles de construction, afin de réaliser des économies d’énergie dans le bâtiment et de réduire les émissions de gaz à effet de serre.
www.reglesdelart-grenelle-environnement-2012.fr
Les Recommandations Professionnelles « Règles de l’Art Grenelle
Environnement 2012 » sont des documents techniques de
référence, préfigurant un avant-projet NF DTU, sur une solution
technique clé améliorant les performances énergétiques des
bâtiments. Leur vocation est d’alimenter soit la révision d’un NF
DTU aujourd’hui en vigueur, soit la rédaction d’un nouveau NF
DTU. Ces nouveaux textes de référence seront reconnus par les
assureurs dès leur approbation.
PROFESSIONNELS
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Afin de répondre au besoin d’accompagnement des professionnels du
bâtiment pour atteindre les objectifs ambitieux du Grenelle Environnement,
le programme « Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 » a prévu
d’élaborer les documents suivants :
PROGRAMME
AVANTPROPOS
Les Guides « Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 » sont
des documents techniques sur une solution technique innovante
améliorant les performances énergétiques des bâtiments. Leur
objectif est de donner aux professionnels de la filière les règles
à suivre pour assurer une bonne conception, ainsi qu’une
bonne mise en œuvre et réaliser une maintenance de la solution
technique considérée. Ils présentent les conditions techniques
minimales à respecter.
Les Calepins de chantier « Règles de l’Art Grenelle Environnement
2012 » sont des mémentos destinés aux personnels de chantier,
qui illustrent les bonnes pratiques d’exécution et les dispositions
essentielles des Recommandations Professionnelles et des
Guides « Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 ».
Les Rapports « Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
présentent les résultats soit d’une étude conduite dans le cadre
du programme, soit d’essais réalisés pour mener à bien la
rédaction de Recommandations Professionnelles ou de Guides.
L’ensemble des productions du programme d’accompagnement des
professionnels « Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 » est mis
gratuitement à disposition des acteurs de la filière sur le site Internet du
programme : http://www.reglesdelart-grenelle-environnement-2012.fr
Neuf-Rénovation
Les Recommandations Pédagogiques « Règles de l’Art Grenelle
Environnement 2012 » sont des documents destinés à alimenter
la révision des référentiels de formation continue et initiale. Elles
se basent sur les éléments nouveaux et/ou essentiels contenus
dans les Recommandations Professionnelles ou Guides produits
par le programme.
3
PROFESSIONNELS
Slmmaire
PROGRAMME
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – 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........................................................................................... 13
4 - Description des systèmes....................................................... 16
4.1. • Principe général.......................................................................................................... 16
4.2. • Les installations solaires collectives avec capteurs remplis en permanence....... 17
4.3. • Les installations solaires collectives autovidangeables......................................... 17
4.4. • Les installations solaires collectives avec échangeur immergé
et appoint intégré...................................................................................................... 18
4.5. • Les installations avec échangeur immergé et appoint séparé............................... 19
4.6. • Les installations avec échangeur externe et appoint séparé................................. 20
4.7. • Les installations en eau technique............................................................................ 21
4.8. • Prévention des risques liés à l’eau chaude sanitaire.............................................. 23
4.8.1. • La protection contre le risque de pollution par retour d’eau.................... 23
4.8.2. • La protection contre le risque de pollution par le fluide caloporteur....... 23
4.8.3. • Prévenir les risques de brûlure.................................................................... 24
4.8.4. • Prévenir les risques liés aux légionelles..................................................... 25
5 - Validation de la solution technique................................ 28
5.1. • Justifier de consommations d’eau chaude sanitaire relativement
importantes et stables.............................................................................................. 28
5.2. • Posséder une surface suffisante et optimale........................................................... 29
5.2.1. • L’inclinaison................................................................................................... 29
5.2.2. • L’orientation................................................................................................... 30
5.2.3. • Les masques................................................................................................. 30
5.3. • Posséder un emplacement suffisant pour recevoir le(s) ballon(s)
de stockage solaire(s)............................................................................................... 33
5.4. • Prendre en compte les spécificités du solaire......................................................... 34
5.5. • Prendre en compte les risques sanitaires................................................................ 34
5.6. • Prévoir l’implantation du chantier............................................................................ 35
Neuf-Rénovation
6 - Critères généraux de choix des matériaux
utilisés pour l’exécution d’installations solaires......... 36
4
6.1. • Capteurs solaires........................................................................................................ 36
6.2. • Canalisations.............................................................................................................. 36
6.3. • Isolation thermique.................................................................................................... 37
6.4. • Visseries...................................................................................................................... 38
6.5. • Supportage des tuyauteries...................................................................................... 38
Conception : LENOX – Illustrations : COSTIC – Éditeur : AQC – ISBN N° 978-2-35443-215-7
PROFESSIONNELS
7 - Estimation des consommations d’eau
chaude sanitaire..................................................................................... 43
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
6.6. • Purgeurs (uniquement pour les installations avec capteurs remplis
en permanence)........................................................................................................ 39
6.7. • Organes de réglage.................................................................................................... 39
6.8. • Liquide caloporteur.................................................................................................... 39
6.9. • Dispositifs d’expansion (uniquement pour les installations avec capteurs
remplis en permanence).......................................................................................... 40
6.10. • Soupape de sécurité................................................................................................ 40
6.11. • Pompe de circulation................................................................................................ 40
6.12. • Joints......................................................................................................................... 41
6.13. • Echangeur de chaleur.............................................................................................. 41
6.14. • Ballons de stockage solaire..................................................................................... 41
PROGRAMME
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
7.1. • Les besoins d’eau chaude sanitaire dans l’habitat................................................... 44
7.2. • Les besoins d’eau chaude sanitaire dans les établissements de santé................. 45
7.3. • Les besoins d’eau chaude sanitaire dans l’hôtellerie.............................................. 46
7.4. • Les besoins d’eau chaude sanitaire dans les campings.......................................... 46
8 - Conception et dimensionnement : principes
généraux...................................................................................................... 47
8.1. • Les points clés du prédimensionnement................................................................. 47
8.1.1. • 1er critère : estimation des consommations d’ECS.................................... 47
8.1.2. • 2ème critère : définition du volume du ou des ballon(s)
de stockage solaire......................................................................................... 48
8.1.3. • 3ème critère : estimation de la surface de capteurs solaires.................... 48
8.1.4. • 4ème critère : taux de couverture................................................................ 49
8.1.5. • 5ème critère : productivité solaire............................................................... 50
8.2. • Le dimensionnement optimal................................................................................... 52
9.1. • Raccordement hydraulique des capteurs................................................................. 54
9.2. • Dispositif d’équilibrage............................................................................................. 55
9.3. • Canalisations.............................................................................................................. 56
9.4. • Isolation thermique.................................................................................................... 57
9.5. • Vannes d’isolement.................................................................................................... 58
9.6. • Système de purge et dégazage (cas des installations avec capteurs
remplis en permanence).......................................................................................... 58
9.7. • Système d’expansion (cas des installations avec capteurs remplis
en permanence)........................................................................................................ 59
9.7.1. • Détermination de la pression de gonflage.................................................. 59
9.7.2. • Détermination du volume du vase............................................................... 60
9.8. • Soupape de sécurité.................................................................................................. 61
9.9. • Pompe de circulation................................................................................................. 62
9.10. • Système évitant l’inversion du sens d’écoulement (cas des installations
avec capteurs remplis en permanence).................................................................. 65
9.11. • La protection contre le gel....................................................................................... 66
9.12. • Dispositif de remplissage, de vidange et de prélèvement................................... 67
9.13. • Instruments de mesure et de contrôle................................................................... 68
9.14. • L’échangeur solaire.................................................................................................. 68
9.15. • Cas des installations autovidangeables................................................................. 70
9.15.1. • Capteurs solaires......................................................................................... 71
9.15.2. • Pénétrations................................................................................................ 71
9.15.3. • Raccordement hydraulique des capteurs................................................. 71
9.15.4. • Raccords...................................................................................................... 72
Neuf-Rénovation
9 - Conception et dimensionnement de la boucle
transfert solaire....................................................................................... 54
5
PROFESSIONNELS
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« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
9.15.5. • Vannes d’équilibrage.................................................................................. 72
9.15.6. • Purges d’air, séparateurs d’air................................................................... 72
9.15.7. • Protection contre le gel............................................................................... 72
9.15.8. • Système d’expansion................................................................................. 73
9.15.9. • Soupape de sécurité................................................................................... 73
9.15.10. • Système évitant l’inversion du sens d’écoulement............................... 73
9.15.11. • Pompe de circulation................................................................................. 73
9.15.12. • Réservoir de récupération........................................................................ 74
10 - Le dispositif de stockage solaire.................................... 75
10.1. • Critères de choix des ballons de stockage solaire................................................. 75
10.2. • Raccordement des ballons de stockage solaire..................................................... 76
10.3. • Emplacement du ou des ballons de stockage solaire........................................... 77
10.4. • Accessibilité.............................................................................................................. 78
10.5. • Réservations............................................................................................................. 78
10.6. • Stratification............................................................................................................. 78
10.7. • Isolation du ou des ballon(s) de stockage solaire.................................................. 79
10.8. • Equipements du ou des ballon(s) de stockage solaire.......................................... 80
11 - Conception et dimensionnement du circuit
secondaire (cas des installations de type
stockage en eau technique).......................................................... 83
11.1. • Retour de la boucle d’eau chaude sanitaire............................................................ 83
11.2. • Pilotage du circulateur au primaire de l’échangeur de décharge......................... 83
11.3. • Débit du circuit au primaire de l’échangeur de décharge..................................... 84
11.4. • Détermination de la puissance de l’échangeur de décharge................................ 86
12 - Le système de régulation.................................................... 87
12.1. • Cas des installations avec capteurs remplis en permanence............................... 87
12.1.1. • Cas des installations avec échangeur immergé........................................ 87
12.1.2. • Cas des installations avec échangeur extérieur....................................... 87
12.2. • Cas des installations autovidangeables................................................................. 88
12.3. • Quelques compléments.......................................................................................... 89
12.4. • Cas des installations de type stockage en eau technique..................................... 89
13 - Conception et dimensionnement
de la boucle de distribution.......................................................... 91
13.1. • La limitation des températures d’ECS.................................................................... 91
13.2. • Le retour du bouclage sanitaire.............................................................................. 91
Neuf-Rénovation
14 - Le suivi énergétique................................................................. 96
6
14.1. • Contrôle de l’état de fonctionnement de l’installation.......................................... 96
14.2. • Contrôle de bon fonctionnement de l’installation................................................. 97
14.2.1. • Contrôle de bon fonctionnement simplifié............................................... 98
14.2.2. • Contrôle de bon fonctionnement détaillé................................................. 98
14.2.3. • Instrumentation........................................................................................... 98
14.3. • Plans de comptage................................................................................................... 99
14.3.1. • CESC à appoint intégré............................................................................. 100
14.3.2. • CESC à appoint séparé............................................................................. 100
14.3.3. • CESC en eau technique............................................................................ 100
15 - Raccordements électriques...............................................102
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PROGRAMME
Domaine d’application
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Ces Recommandations professionnelles ont pour objet de fournir
les prescriptions techniques pour la conception et le dimensionneN
ment d’installations solaires collectives centralisées destinées au préN
chauffage de la production d’eau chaude sanitaire, désignées chauffeeau solaires collectifs centralisés (CESC).
Elles traitent de la conception et du dimensionnement :
• des capteurs solaires thermiques plans vitrés, à circulation de
liquide, indépendants sur supports, semi-incorporés ou incorN
porés en toiture ;
• des différents composants du circuit hydraulique assurant le transN
fert de chaleur des capteurs solaires vers le réservoir de stockage
collectif par l’intermédiaire d’un échangeur intégré ou non au réserN
voir. La circulation est forcée. Le circuit est autovidangeable ou non ;
• du ou des réservoirs de stockage de l’énergie solaire comporN
tant ou non un dispositif d’appoint ;
• du raccordement du bouclage d’eau chaude sanitaire ;
• de l’échangeur de décharge dans le cas d’une installation de
type eau technique ;
• du système de régulation solaire ;
Ces Recommandations professionnelles ne visent pas les installations
réalisées avec des capteurs solaires non vitrés, sous vide et des capN
teurs solaires à air.
Elles s’appliquent à l’habitat neuf et existant, situé en France métroN
politaine, 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, de Mayotte et de La Réunion.
Neuf-Rénovation
• du système d’appoint pour la production d’eau chaude sanitaire.
7
Références
PROFESSIONNELS
2
PROGRAMME
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DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
2.1. • Références réglementaires
■■ Circulaire du 9 août 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 bâtiN
ments d’habitation et de bureaux ou recevant du public (ERP).
■■ Arrêté du 26 octobre 2010 relatif aux caractéristiques thermiques
et aux exigences de performance énergétique des bâtiments nouN
veaux et des parties nouvelles de bâtiments.
■■ Arrêté du 30 novembre 2005 modifiant l'arrêté du 23 juin 1978 relaN
tif 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 distriN
bution d'eau destinée à la consommation humaine.
Neuf-Rénovation
■■ Arrêtés du 22 octobre 2010 et du 19 juillet 2011 relatifs à la classiN
fication et aux règles de construction parasismiques applicables
aux bâtiments de la classe dite « à risque normal ».
8
■■ Arrêté du 21 juin 1982 relatif à l’approbation de dispositions comN
plétant et modifiant le règlement de sécurité contre les risques d’inN
cendie et de panique dans les établissements recevant du public
(approuvé par l’Arrêté du 25 juin 1980) (ERP)
■■ Directive 2006/95/CE du 12 décembre 2006 concernant le rapproN
chement des législations des États membres relatives au matériel
électrique destiné à être employé dans certaines limites de tension.
■■ Décret n°2002-540 du 18 avril 2002 relatif à la classification
des déchets.
■■ Décret n°2010-1254 relatif à la prévention du risque sismique (NOR :
DEVP0910497D).
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
■■ Décret 2004-924 du 1er septembre 2004 relatif à l’utilisation des équiN
pements de travail mis à disposition pour des travaux temporaires
en hauteur et modifiant le code du travail (deuxième partie : Décrets
en Conseil d’Etat) et le décret n° 65-48 du 8 janvier 1965.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
■■ Directive 97/23/CE du 29 mai 1997 relative au rapprochement
des législations des États membres concernant les équipements
sous pression.
PROGRAMME
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
■■ Décret n°2010-1255 portant délimitation des zones de sismicité
du territoire français.
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 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 12975-1 : 2006, Installations solaires thermiques et leurs
composants – Capteurs solaires – Partie 1 : Exigences générales.
■■ NF EN 12975-2 : 2006, Installations solaires thermiques et leurs
composants – Capteurs solaires – Partie 2 : Méthodes d'essai.
Neuf-Rénovation
■■ NF EN 1993-1-8 Décembre 2005, Eurocode 3 Partie 1-8 : Calcul
des assemblages
9
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« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
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■■ 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 1487 : Décembre 2000, Robinetterie de bâtiment – Groupe
de sécurité – Essais et prescriptions.
■■ NF EN 60335-1 : Mai 2003, Appareils électrodomestiques et analoN
gues – Sécurité – Partie 1 : Prescriptions générales.
■■ NF EN 60335-1 : Juin 2006, Appareils électrodomestiques et analoN
gues – Sécurité – Partie 1 : Prescriptions générales.
Neuf-Rénovation
■■ NF EN 60335-2-21 : Novembre 2004, Appareils électrodomesN
tiques et analogues – Sécurité – Partie 2-21 : Règles particulières
pour les chauffe-eau à accumulation.
10
■■ NF EN 60335-2-21 : Mai 2005, Appareils électrodomestiques et anaN
logues – 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 proN
duction d'eau chaude. Guide pour le choix de matériaux vis-à-vis
de la corrosion interne.
■■ 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 disN
positifs de protection contre la pollution par retour.
■■ NF EN 13959 : Clapet anti-pollution du DN 6 au DN 250. Famille E,
type A, B, C et D.
PROFESSIONNELS
DES
D ’ A C C O M P A G N E M E NT
■■ NF EN ISO 9488 : Janvier 2000, Energie solaire – Vocabulaire.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
■■ NF P 52-001 : Mai 1975, Soupapes de sûreté pour installations
de chauffage – Spécifications techniques générales.
PROGRAMME
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
■■ NF DTU 60.1 : Plomberie sanitaire pour les bâtiments.
■■ NF DTU 45.2 P1-1 : Isolation thermique des circuits, appareils
et accessoires de – 80 à + 650°C.
■■ NF DTU 60.5 : Canalisations cuivre – Distribution d´eau froide
et chaude sanitaire, évacuation d’eaux usées, d’eaux pluviales, insN
tallations de génie climatique.
■■ NF DTU 60.11: Août 2013 : Travaux de bâtiment — Règles de calcul
des installations de plomberie sanitaire et d'eaux pluviales.
■■ NF DTU 65.11 P1-2 : Septembre 2007, Travaux de bâtiment
Dispositifs de sécurité des installations de chauffage central concerN
nant le bâtiment.
■■ 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 : Novembre 2008 – Règle N 84 Action de la neige
sur les constructions.
■■ DTU P 06-002 : Février 2009 – Règle NV 65 Règles définissant
les effets de la neige et du vent sur les constructions et annexes.
■■ DTU 43.1 : Travaux de bâtiment Etanchéité des toitures-terrasses
et toitures inclinées avec éléments porteurs en maçonnerie en cliN
mat de plaine.
■■ NF DTU 43.3 : Toitures en tôles d’acier nervurées avec revêtement
d’étanchéité.
Neuf-Rénovation
■■ DTU 20.12 – NF P10-203-1 : Septembre 1993 et NF P 40-201, Gros
œuvre en maçonnerie des toitures destinées à recevoir un revêteN
ment d'étanchéité.
11
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PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
■■ NF 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-terN
rasses ou inclinées.
2.3. • Autres documents
■■ Production d’eau chaude sanitaire par énergie solaire – Guide
de conception des installations solaires collectives – ADEME, Gaz
de France, EDF – 2010.
■■ Schémathèque SOCOL : Production d’eau chaude sanitaire solaire
thermique collective – Schémas de Principes.
■■ Guide pour le commissionnement des installations solaires collecN
tives pour la production d’eau chaude sanitaire – SOCOL – 2015.
■■ Installation solaire thermique collective – Instrumentation et suivi
des performances – SOCOL – Février 2013.
■■ Tableau de bord de suivi simplifié pour installation solaire therN
mique collective – SOCOL – 2013.
■■ Contrat type de suivi simplifié – SOCOL – 2014.
■■ TéléSuiWeb : Dispositif de suivi énergétique des installations
solaires (Institut National de l’Energie Solaire, ADEME, Région
Rhône Alpes et Conseil Général de la Savoie).
■■ Maîtrise du risque de développement des légionelles dans les
réseaux d’eau chaude sanitaire – Guide Technique CSTB.
■■ La nouvelle réglementation parasismique applicable aux bâtiments
dont le permis de construire est déposé à partir du 1er mai 2011 –
Janvier 2011.
■■ Guide de rédaction du cahier des charges techniques de consulN
tation à destinations de la Maîtrise d’œuvre – Juin 2007 – Guide
Technique CSTB.
Neuf-Rénovation
■■ Guide d’application de la réglementation parasismique :
Dimensionnement parasismique des éléments non structuraux
du cadre bâti – Justifications parasismiques pour le bâtiment "à
risque normal".
12
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Définitions
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Générateur d’appoint
Appareil de chauffage supplémentaire utilisé pour produire de la chaN
leur lorsque l’énergie fournie par le système solaire est insuffisante.
Volume de stockage
Il est destiné à stocker l’énergie solaire produite par l’installation
solaire. Il est dimensionné en regard de la consommation journalière.
Capteur plan
Capteur solaire sans concentration dans lequel la surface de l'absorN
beur et la vitre sont planes.
Capteur sous vide
Capteur cylindrique dans lequel le vide est fait entre la couverture et
l'absorbeur.
Batterie de capteurs
Ensemble de capteurs étroitement raccordés en série, en parallèle ou
en série/parallèle et possédant une entrée hydraulique et une sortie
hydraulique.
Ensemble de batteries de capteurs étroitement raccordés en série,
en parallèle ou selon une combinaison de ces deux modes, avec une
entrée hydraulique et une sortie hydraulique.
Neuf-Rénovation
Champ de capteurs
13
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PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Capteur solaire indépendant sur support
Est dit indépendant, un capteur solaire installé sur un support, n'assuN
rant 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 assuN
rant la fonction couverture.
Capteur solaire incorporé en toiture
Est dit incorporé, un capteur solaire assurant la fonction de couverN
ture ou de parement extérieur.
Boucle de transfert
Circuit comprenant des tuyauteries ou conduits, des pompes ou cirN
culateurs et un échangeur (selon le cas) et servant au transport de la
chaleur extraite des capteurs vers le réservoir de stockage.
Installation à capteurs autovidangeables
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.
Installation avec capteurs remplis en permanence
Installation dans laquelle les capteurs sont toujours pleins de liquide
caloporteur (NF EN ISO 9488). Appelée ainsi par opposition avec une
installation autovidangeable.
Installation à circulation forcée
Installation dans laquelle une pompe de circulation est utilisée pour
faire circuler le liquide caloporteur dans le(s) capteur(s). Elle peut être
autovidangeable ou avec capteurs remplis en permanence.
Neuf-Rénovation
Installation à circuit indirect, installation avec échangeur immergé
ou séparé
14
Installation solaire dans laquelle un liquide caloporteur autre que l’eau
sanitaire circule dans les capteurs solaires. Un échangeur assure une
séparation physique entre le circuit rempli de liquide caloporteur et
celui d’eau chaude sanitaire. L’échangeur peut être immergé ou extéN
rieur au ballon de stockage solaire.
Chauffe-eau solaire collectif centralisé
Système de production d’eau chaude sanitaire centralisé, où le stocN
kage solaire et l’appoint sont positionnés en chaufferie. Ils assurent la
production d’ECS pour un ensemble de points de puisages.
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« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Système de production d’eau chaude sanitaire centralisé, où le stocN
kage solaire et l’appoint sont positionnés en chaufferie. Ils assurent la
production d’ECS pour un ensemble de points de puisages. L’eau stocN
kée dans le(s) ballon(s) solaire(s) est physiquement séparée du circuit
de distribution d’eau chaude sanitaire par le biais d’un échangeur de
chaleur.
PROGRAMME
Chauffe-eau solaire collectif centralisé de type stockage en eau
technique
Neuf-Rénovation
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
15
Description des systèmes
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PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
4.1. • Principe général
Un chauffe-eau solaire est un procédé solaire participant, en partie,
à la couverture des besoins d’eau chaude sanitaire d’un bâtiment.
L’installation de production d’eau chaude sanitaire se compose :
• de capteurs solaires : ils assurent la transformation du rayonneN
ment solaire en chaleur et la transfère au liquide caloporteur ;
• d’une boucle de transfert solaire : elle assure le transport des
calories depuis les capteurs solaires vers le ballon de stockage
par le biais d’un échangeur de chaleur (incorporé ou non au
stockage). Il comporte notamment la pompe de circulation et la
régulation associée ;
• d’un ou plusieurs ballons de stockage : ils stockent l’eau chaude
sanitaire (ou l’eau technique) en température en vue de sa
future utilisation.
Si la boucle de transfert solaire est pressurisée, on parle d’instalN
lation avec capteurs remplis en permanence. Si la boucle de transN
fert solaire est sans ou sous faible pression, on parle d’installation
autovidangeable.
Neuf-Rénovation
Que la boucle de transfert solaire soit pressurisée ou non, les installaN
tions peuvent être de type :
16
• centralisé (production d’appoint et production solaire centraliN
sées) désignées CESC ;
• à appoints individualisés (production solaire centralisée et proN
duction d’appoint individualisée) désignées CESCAI ;
• individualisé (production d’appoint et stockages solaires indiviN
dualisés) désignées CESCI.
Dans sa configuration la plus classique, un chauffe-eau solaire collectif
comprend un stockage solaire (composé de un ou plusieurs ballons)
et un appoint, tous deux centralisés. La taille de l’installation solaire,
la fonctionnalité et les dimensions du local technique déterminent :
• le nombre et la capacité des ballons de stockage solaire ;
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De par leurs spécificités de conception, de dimensionnement et de mise en
œuvre, les installations de type CESCI sont traitées indépendamment et font l’obN
jet de Recommandations professionnelles spécifiques. Les installations de type
CESCAI font l’objet quant à elles d’un rapport « Chauffe-eau solaires collectifs à
appoints individualisés – Evaluation des risques sanitaires », établi dans le cadre
du programme Règles de l’Art Grenelle Environnement.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Commentaire
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PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
• le type d’échangeur solaire (échangeur immergé ou externe au
ballon de stockage solaire) ;
• l’intégration de l’appoint (intégré ou séparé du ballon de stocN
kage solaire).
Le stockage solaire peut être en eau sanitaire ou en eau technique.
4.2. • Les installations solaires collectives
avec capteurs remplis en permanence
Une installation avec capteurs remplis en permanence est une insN
tallation pressurisée (ou sous pression) dont la boucle de transfert
solaire est en permanence remplie de liquide caloporteur. Le système
est mis sous pression pour éviter d’atteindre la température de vapoN
risation du liquide caloporteur.
Les installations avec capteurs remplis en permanence requièrent la
présence de différents éléments assurant notamment la sécurité de
l’installation : soupape de sécurité, système d’expansion, purgeurs d’air
au niveau des capteurs solaires ou encore système anti-thermosiphon.
Une installation autovidangeable est une installation sous pression
atmosphérique ou sous faible pression. Le circuit est fermé et étanche
à l’air. Il est rempli de liquide caloporteur (de l’eau ou de l’eau glycolée
selon les prescriptions du fabricant) et d’air définitivement enfermé
dans le circuit.
Au cours du fonctionnement normal, quand la pompe de circulation
est en fonctionnement, les capteurs solaires sont remplis de liquide
caloporteur et l’air du circuit isolé dans un volume de réserve (réserN
voir de vidange).
Neuf-Rénovation
4.3. • Les installations solaires collectives
autovidangeables
17
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Pendant les phases d’arrêt de l’installation (pompe de circulation arrêN
tée), le liquide caloporteur est piégé dans la partie inférieure de l’insN
tallation et l’air dans les capteurs solaires.
Commentaire
Pour des applications collectives, la technique d’autovidange se traduit par l’utiliN
sation d’un volume de réserve de type réservoir de vidange.
L'automatisme de l'ensemble est assuré par une pompe de circulaN
tion commandée par une régulation solaire généralement spécifique
distinguant les phases d’amorçage (chasse de l’air) et les phases de
fonctionnement.
Les installations autovidangeables évitent la présence de vase d’exN
pansion, de purgeurs aux points hauts des batteries de capteurs et du
système anti-thermosiphon sur la boucle solaire.
Le professionnel doit considérer les spécificités liées à l’existence du
système d’autovidange et notamment : des capteurs et des batteries
adaptés, une pente minimale des canalisations entre les capteurs et
le réservoir suffisante, une position et une contenance du réservoir
de vidange conforme, une étanchéité à l’air de la boucle solaire sufN
fisante, des joints adaptés et une mise en service spécifique (cf. 9.15).
4.4. • Les installations solaires collectives
avec échangeur immergé et appoint intégré
!
Cette configuration, où le solaire et l’appoint se retrouvent
dans le même ballon, n’est en général pas optimal. Elle
est applicable pour les installations à circuits hydrauliques
courts, pour des volumes de stockage d’eau chaude inférieurs ou égal à 1000 litres, ou lorsque l’apport solaire est
très majoritaire (par exemple, un camping ne fonctionnant
que l’été).
Neuf-Rénovation
L’appoint, intégré en haut de ballon de stockage solaire, peut être
hydraulique ou électrique. Un schéma de principe est proposé en
(Figure 1). Cette solution permet au solaire de couvrir en partie les pertes
liées au bouclage, y compris hors périodes de soutirage.
18
Dans le cas d’un appoint hydraulique, l’échangeur en haut de ballon
de stockage solaire est raccordé à la chaudière, au réseau de chaleur
urbain ou autre. Le boîtier de commande de la chaudière est équipé
d’une sonde de température qui permet de contrôler la température
en haut du ballon et d’assurer la température demandée en continu.
Dans le cas d’un appoint électrique, le réchauffeur doit se situer entre
la moitié et le tiers supérieur du ballon de stockage. Dans tous les
Pour ne pas perturber les performances de l’installation solaire, le
concepteur doit s’assurer que :
• l’appoint n’est pas raccordé en bas de ballon solaire ;
• le retour du bouclage (si existant) est réalisé en partie haute du
ballon solaire ;
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Il existe des ballons mixtes qui possèdent un échangeur hydraulique
et une résistance électrique. Ils sont utilisés pour éviter un fonctionneN
ment de la chaudière en dehors de la saison de chauffe.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
cas, une horloge de programmation, pour commander l’appoint, est
indispensable pour une bonne gestion de l’énergie. Attention à avoir
un écart entre l’échangeur solaire et l’appoint d’au moins 10 à 15 cm,
pour éviter un réchauffage du bas du ballon solaire.
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PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
• l’arrivée d’eau froide est équipée d’un déflecteur minimisant les
brassages lors des soutirages.
s Figure 1 : Schéma de principe d’une installation avec échangeur immergé et appoint intégré électrique
4.5. • Les installations avec échangeur
immergé et appoint séparé
L’installation est équipée de un ou plusieurs ballons de stockage
solaire avec échangeur(s) immergé(s) et appoint séparé.
Si plusieurs ballons de stockage solaire sont mis en œuvre, ils sont
raccordés en série. Les échangeurs immergés fonctionnent en contrecourant de l’arrivée d’eau froide.
Les deux volumes, solaire et appoint, sont séparés. Aucun mélange
entre eux n’est possible : l’appoint ne perturbe pas la stratification du
ballon de stockage solaire. Sauf à proposer une installation complexe
(mise en œuvre d’une vanne à trois voies directionnelle), cette soluN
tion ne permet pas au solaire de couvrir les pertes liées au bouclage
hors périodes de soutirage.
Neuf-Rénovation
L’appoint est raccordé en série avec le(s) ballon(s) de stockage solaire.
Il peut être électrique ou hydraulique. Un schéma de principe est proN
posé en (Figure 2).
19
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La pose d’un groupe de sécurité sanitaire à l’entrée du ballon d’apN
point est proscrite car il n’accepte pas des températures d’eau chaude
solaire.
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PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 2 : Schéma de principe d’une installation avec échangeur immergé et appoint électrique séparé
4.6. • Les installations avec échangeur
externe et appoint séparé
On utilise ici un échangeur à plaques situé entre les capteurs et le balN
lon de stockage solaire. Ce montage permet un démarrage en deux
étapes :
• une première étape où le circuit primaire est mis en circulaN
tion avec homogénéisation des températures dans les capteurs
solaires et dans les canalisations ;
• une seconde étape où le circuit secondaire est mis en service
avec transfert d’énergie du circuit primaire au circuit secondaire.
La pompe de circulation secondaire de type « sanitaire » est asservie
à celle du primaire.
Si plusieurs ballons de stockage sont nécessaires, le volume solaire
doit être fractionné en plusieurs ballons.
Neuf-Rénovation
Il convient de privilégier un ballon solaire unique plutôt que plusieurs
ballons raccordés en série afin de minimiser les pertes thermiques
de stockage. Même si l’effet est moins important que les pertes de
stockage accrues, la circulation dans les deux sens entre les ballons
solaires (en fonction des débits relatifs soutirage et solaire) qui est
indispensable dégrade partiellement leur stratification.
20
Lors de la charge des ballons solaires, l’entrée côté secondaire de
l’échangeur solaire est raccordée en bas du ballon solaire le plus froid
(celui où pénètre l’eau froide lors de soutirages). La sortie côté seconN
daire de l’échangeur est raccordée à hauteur intermédiaire du ballon
solaire le plus chaud (celui où l’eau chaude préchauffée par le solaire
est soutirée).
La capacité unitaire des ballons solaires et d’appoint est choisie parmi la
gamme d’appareils du commerce en tenant compte de la place dispoN
nible et/ou de la hauteur disponible sous plafond pour leur implantation.
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La boucle de distribution de l’eau chaude sanitaire doit être conçue de
telle sorte que son maintien en température ne soit pas assuré excluN
sivement par le ballon solaire.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 3 : Schéma de principe d’une installation avec échangeur externe et appoint séparé
4.7. • Les installations en eau technique
Ce type d’installation est préconisé pour les installations collectives
dans lesquelles le stockage d'eau sanitaire à température non maîtriN
sée est déconseillé (établissement de santé et établissements sociaux
et médico-sociaux d’hébergement pour personnes âgées).
Commentaire
La circulaire DGS/SD7A/SD5C-DHOS/E4 n°2002/243 du 22/04/2002 relative à la
prévention du risque lié aux légionelles dans les établissements de santé et la
circulaire n°DGS/SD7A/DHOS/E4/DGAS/SD2/2005/493 du 28/10/2005 relative à la
prévention du risque lié aux légionelles dans les établissements de sociaux et
médico-sociaux d’hébergement pour personnes âgées conseillent :
– une production instantanée d’eau chaude sanitaire ;
– pour une production d’ECS à partir d’un ballon d’eau chaude, une température
de l’eau à la sortie des ballons supérieure en permanence à 55°C et une élévation
quotidienne de la température au delà de 60°C ;
Le chauffe-eau solaire collectif de type stockage en eau technique
comporte un ou plusieurs ballons collectifs de stockage solaire et un
appoint centralisé (de préférence de type instantané pour éviter un
stockage sur le circuit d’appoint).
L’eau stockée dans le ballon (eau technique) et réchauffée par le cirN
cuit solaire est physiquement séparée du circuit de distribution d’eau
chaude sanitaire.
Cette séparation est réalisée par un échangeur à plaques extérieur. Il
est mis en œuvre entre le stockage solaire (un ballon tampon rempli
Neuf-Rénovation
– une suppression de tous les réservoirs de stockage d’eau préchauffés ou non à
une température inférieure à 55°C. Ils favorisent le développement bactérien. Le
concept de récupération d’énergie doit être réétudié pour prendre en compte le
risque lié aux légionelles. Les dispositifs par échanges thermiques sont préférés.
21
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• le circuit solaire ;
• le circuit « d’eau technique » permettant le stockage de l’énergie
récupérée de la boucle solaire ;
PROGRAMME
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d'eau technique) et l’arrivée d’eau froide sanitaire. Ce type d’installaN
tion comprend ainsi trois circuits d’eau chaude :
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« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
• le circuit d’eau froide qui récupère l’énergie au travers d’un
échangeur instantané.
On parle d’installation de type « stockage en eau technique ou en eau
morte ou double échangeur » et autrement appelé kit anti-légionellose.
On donne (Figure 4), un schéma de principe, avec échangeur de séparaN
tion extérieur, présentant les différents éléments composant une insN
tallation de type « eau technique ».
Commentaire
La boucle « d’eau technique » peut également comporter un stockage en eau
technique avec un échangeur de séparation intégré en bain marie dans le stocN
kage (échangeur en tube inox par exemple) dans lequel passe l’eau chaude saniN
taire à préchauffer. Ces installations doivent se conformer aux préconisations du
constructeur.
Les règles techniques traitant de la boucle solaire d’une installation en
« eau technique » sont similaires à celles d’une installation de chauffeeau solaire collectif centralisé. Le concepteur doit néanmoins considéN
rer les spécificités liées à l’existence de la boucle en « eau technique ».
Neuf-Rénovation
Afin d’éviter au maximum le risque de développement des légionelles
notamment dans des bâtiments à risques, il est préférable de priviléN
gier une production d’eau chaude sanitaire instantanée par échangeur
à plaques (sans stockage ou avec stockage sur le circuit primaire de
l’appoint).
22
s Figure 4 : Schéma de principe d’une installation en « eau technique » avec échangeur de séparation
extérieur à plaques
4.8.1. • La protection contre le risque
de pollution par retour d’eau
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L’arrêté du 30 novembre 2005 a modifié l’article 36 de l’arrêté du
23 juin 1978 afin de prévenir les risques liés aux légionelles et les
risques liés aux brûlures dans les installations fixes destinées à l'aliN
mentation en eau chaude sanitaire des bâtiments d'habitation, des
locaux de travail ou locaux recevant du public.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
4.8. • Prévention des risques liés
à l’eau chaude sanitaire
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PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Les installations ne doivent pas être susceptibles d’engendrer une
contamination des eaux potables à l’occasion de phénomènes de
retour d’eau, comme stipulé dans le Code de la Santé Publique et le
Règlement Sanitaire Départemental Type (RSDT). Ainsi, l’alimentaN
tion en eau des appareils de production d’ECS et de traitement d’eau
doivent être protégées contre tout retour, comme le précise le RSDT. Le
RSDT indique également que les canalisations de rejet de ces appareils
doivent comporter une rupture de charge par mise à l’air libre.
Les règles générales permettant de déterminer les ensembles de proN
tection à installer contre la pollution par retour d’eau sont spécifiées
dans les normes NF DTU 60.1 P1-1-1 et NF EN 1717. Des tableaux indiN
quant les ensembles de protection à prévoir, dans les cas les plus couN
rants, figurent, par ailleurs, dans le guide technique de conception des
réseaux d’eau édité sous l’égide du Ministère de la Santé.
De nombreux ensembles de protection EA sont à prévoir sur l’instalN
lation : après le compteur général, à l’entrée des appartements, sur
l’alimentation en eau du réseau de chauffage en plus du disconnecN
teur,…. Un ensemble EA ne correspond pas uniquement à un clapet
de non-retour contrôlable mais inclut également une vanne en amont
pour permettre son contrôle.
Des précautions doivent être également prises pour limiter les
risques de contamination dans le cas d’une perforation d’un échanN
geur produisant de l’ECS, conformément au Règlement Sanitaire
Départemental Type (article 16.9). L’instruction technique pour la réaliN
sation et l’installation des dispositifs de traitement thermique de l’eau
potable de décembre 1982 précise les règles à respecter.
Dans le cas d’une production d’ECS assurée par un échangeur à
simple paroi entre le liquide caloporteur et l’ECS, le liquide caloporN
teur et ses additifs doivent être autorisés. Si le fluide caloporteur et
ses additifs ne sont pas autorisés pour cet usage, deux échangeurs ou
un échangeur double paroi sont alors nécessaires.
Neuf-Rénovation
4.8.2. • La protection contre le risque
de pollution par le fluide caloporteur
23
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Les avis favorables sur les produits émis par l’ANSES sont disponibles
sur le site Internet www.anses.fr.
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PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
4.8.3. • Prévenir les risques de brûlure
Les installations de production d’eau chaude sanitaire réalisées après
novembre 2005 doivent respecter l’arrêté du 30 novembre 2005
(modifiant l’article 36 de l’arrêté du 23 juin 1978). Ce dernier impose
une température maximale aux points de puisage :
• de 50°C dans les pièces destinées à la toilette ;
• de 60°C dans les autres pièces ;
• dans les cuisines et buanderies des ERP, l’eau pourra être disN
tribuée à 90°C maximum en certains points faisant l’objet d’une
signalisation particulière.
La (Figure 5) illustre les différents niveaux de températures imposés l’arN
rêté du 30 novembre 2005 et par la circulaire interministérielle DGS
du 3 avril 2007.
s Figure 5 : Prescriptions visant à prévenir le risque de brûlure aux points d’usage
La limitation des températures d’ECS aux points de puisage à 50°C
maximum dans les pièces destinées à la toilette permet de réduire ce
risque de brûlure.
Satisfaire à la fois cette exigence et celles de températures de producN
tion et de distribution plus élevées imposées par rapport au risque
légionelles (cf. 4.2.2) conduit à abaisser la température au niveau des
pièces d’eau. Différentes solutions existent comme le montre la (Figure 6).
Neuf-Rénovation
Il est préférable de placer les dispositifs de limitation de température
les plus près possible des points de puisage de manière à minimiser
les canalisations parcourues par de l’eau à des températures inféN
rieures à 50°C.
24
s Figure 6 : Exemples de dispositifs permettant de limiter les températures dans les salles de bains
Commentaire
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PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Les limiteurs de température sont dotés tout comme les mitigeurs thermostaN
tiques d’une cartouche de régulation. Contrairement aux mitigeurs monocomN
mande avec une butée de réglage qui peuvent aussi être utilisés, ces appareils
permettent de maintenir une température constante même si les températures,
les pressions et les débits d’eau froide et d’eau chaude varient. Les mitigeurs
thermostatiques NF classés C3 dispose d’une limitation de température à 50°C.
!
Le professionnel doit s’assurer que la température maximale de l’eau chaude sanitaire soit respectée aux points de
puisage, quelque soit la configuration de l’installation de
production d’eau chaude sanitaire.
4.8.4. • Prévenir les risques liés aux légionelles
Comme indiqué dans le rapport du Conseil Supérieur d’Hygiène
Publique de France de novembre 2001 et repris dans plusieurs circuN
laires de la Direction Générale de la Santé :
« D’une manière générale, pour limiter le développement des légioN
nelles dans les réseaux d’eau chaude sanitaire, il est nécessaire d’agir
à trois niveaux :
• éviter la stagnation et assurer une bonne circulation de l’eau
chaude sanitaire ;
• lutter contre l’entartrage et la corrosion par une conception et
un entretien adapté à la qualité de l’eau et aux caractéristiques
de l’installation ;
Neuf-Rénovation
• maîtriser la température de l’eau dans les installations, depuis
la production et tout au long des circuits de distribution. »
25
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La zone de multiplication active se situe entre 20-25°C et 45°C avec un
optimum vers 35°C. Aux températures inférieures à 20°C, il est posN
sible de retrouver des légionelles à l’état de dormance. Aux alentours
de 45°C, la multiplication se ralentit. Aux delà de 50°C, leur viabilité
est réduite.
Les temps nécessaires à la réduction de 90% de la population) sont :
• de plusieurs heures à 50°C ;
• de quelques minutes à 60°C ;
• de quelques secondes à 70°C.
L’arrêté du 30 novembre 2005 a modifié l’article 36 de l’arrêté du
23 juin 1978 afin de prévenir les risques liés aux légionelles dans les
installations fixes destinées à l'alimentation en eau chaude sanitaire
des bâtiments d'habitation, des locaux de travail ou locaux recevant
du public.
On cite un extrait de l’arrêté du 30 novembre 2005 : « Afin de limiter le
risque lié au développement des légionelles dans les systèmes de disN
tribution d'eau chaude sanitaire sur lesquels sont susceptibles d'être
raccordés des points de puisage à risque, les exigences suivantes
doivent être respectées pendant l'utilisation des systèmes de producN
tion et de distribution d'eau chaude sanitaire et dans les 24 heures
précédant leur utilisation :
• lorsque le volume entre le point de mise en distribution et le
point de puisage le plus éloigné est supérieur à 3 litres, la temN
pérature de l'eau doit être supérieure ou égale à 50 °C en tout
point du système de distribution, à l'exception des tubes finaux
d'alimentation des points de puisage. Le volume de ces tubes
finaux d'alimentation est le plus faible possible, et dans tous les
cas inférieur ou égal à 3 litres. Le tableau (Figure 7) indique les lonN
gueurs à partir desquelles le volume de 3 litres est atteint, pour
différentes canalisations en cuivre et en polyéthylène. Le NF
DTU 60.11 P1-2 impose, par ailleurs, dans le cas d’un bouclage
que les antennes ne dépassent pas 8 mètres ;
• lorsque le volume total des équipements de stockage est supéN
rieur ou égal à 400 litres, l'eau contenue dans les équipements
de stockage, à l'exclusion des ballons de préchauffage, doit :
Neuf-Rénovation
- être en permanence à une température supérieure ou égale à
55°C à la sortie des équipements ;
26
- ou être portée à une température suffisante au moins une
fois par 24 heures. Les durées minimales d’élévation quotiN
dienne de la température à respecter sont données dans le
tableau (Figure 8). »
PER
12 x 1
10
0,079 l
38 m
14 x 1
12
0,113 l
27m
15 x 1
13
0,133 l
23 m
16 x 1
14
0,154 l
19 m
18 x 1
16
0,201 l
15 m
22 x 1
20
0,314 l
10 m
12 x 1.1
9,8
0,075 l
40 m
16 x 1.5
13
0,133 l
23 m
20 x 1.9
16,2
0,206 l
15 m
25 x 2.3
20,4
0,327 l
9m
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Cuivre
Longueurs de canalisations en mètre
correspondant à un
volume de 3 litres
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Contenance en
Diamètre extérieur/ Diamètre intéMatériau
litres d’eau par
épaisseur en (mm) rieur en (mm)
mètre
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s Figure 7 : Longueurs de canalisations correspondant à un volume de 3 litres
Temps minimum de maintien de la température
2 minutes
4 minutes
60 minutes
Température de l’eau (°C)
Supérieure ou égale à 70°C
65°C
60°C
s Figure 8 : Durée minimale d’élévation quotidienne de la température de l’eau dans les équipements de
stockage, à l’exclusion des ballons de préchauffage
Quand l’installation ne comporte qu’un seul ballon avec appoint intéN
gré, si le volume total du ballon est supérieur ou égal à 400 litres, la
température doit être supérieure ou égale à 55°C à la sortie du ballon.
Comme illustré en (Figure 9), lorsqu’il y a deux ballons, le volume à
prendre en compte est le volume global. La température supérieure à
55°C est à considérer à la sortie du ballon d’appoint.
Neuf-Rénovation
s Figure 9 : Ballons de stockage avec maintien de température dans le ballon le plus en aval
27
Validation de la solution
technique
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5
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Ce chapitre présente les spécificités d’une solution solaire pour la
production d’eau chaude sanitaire. L’ensemble des points suivants
doivent être vérifiés afin de statuer rapidement sur la faisabilité d’un
chauffe-eau solaire.
5.1. • Justifier de consommations d’eau
chaude sanitaire relativement importantes
et stables
Pour être performante, une installation solaire doit être préconisée
pour des applications justifiant de consommations d’eau chaude
sanitaire suffisantes et régulières tout au long de l’année. C’est le cas
notamment des bâtiments d’habitation collectifs, des établissements
de santé et de certains hôtels.
Neuf-Rénovation
Les projets ne répondant pas à ces critères de régularité et de niveau
de consommation doivent être exclus ou intégrer les précautions
nécessaires au bon fonctionnement de l’installation solaire (choix
d’une solution autovidangeable notamment pour des consommations
irrégulières à certaines périodes de l’année).
28
Le concepteur doit évaluer au mieux ces consommations d’eau
chaude sanitaire ainsi que le profil annuel de puisage. Pour l’estimaN
tion des consommations, le concepteur peut :
• idéalement, mesurer la consommation d’eau chaude et le proN
fil de puisage réels du bâtiment concerné (cas d’installation
existante) ;
• se baser sur des ratios de consommation empiriques. Le profil
annuel de puisage étant quand à lui approché à partir de statisN
tiques de consommations de bâtiments existants similaires (cf. 7).
L’emplacement choisi doit permettre un ensoleillement optimal adapté
au profil annuel de puisage (quand cela est possible). Trois facteurs
sont à prendre en compte :
• l’inclinaison ;
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La surface disponible pour la mise en place du champ de capteurs
solaires doit être suffisante et optimale. Elle doit être correctement
orientée (+/-45° par rapport au Sud) et sans effet majeur d’ombrage
sur les capteurs.
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5.2. • Posséder une surface suffisante
et optimale
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• l’orientation ;
• l’absence de masques (ombres portées sur les capteurs).
Commentaire
Le ratio communément admis pour une première estimation du volume de stocN
kage solaire est de 45 à 75 litres par m² de capteurs plans vitrés. Cette valeur
a pour unique vocation de démarrer un calcul itératif permettant d’optimiser le
dimensionnement. Il doit être confirmé par une étude solaire approfondie.
!
En cas de surface disponible pour la mise en œuvre des capteurs insuffisante, un projet solaire peut être viable. La part
des besoins d’ECS couverts par le solaire sera moindre mais
la performance énergétique de l’installation sera meilleure.
5.2.1. • L’inclinaison
La puissance reçue par les capteurs est optimale lorsque le rayonneN
ment solaire est perpendiculaire. Or, la hauteur du soleil par rapport à
l’horizontale varie au cours de la journée et au cours de l’année (Figure 10).
L’inclinaison optimale du capteur dépend du type d’utilisation de l’insN
tallation solaire. Pour la production d’eau chaude sanitaire (besoin
annuel), l’inclinaison optimale est la latitude du lieu à laquelle l’insN
tallation se trouve (autour de 45° en France). Néanmoins la fourchette
pour l’inclinaison tolérable est étendue. Entre 15 et 60°, les perforN
mances ne sont que peu touchées. Pour des inclinaisons autres, une
étude est nécessaire.
Pour une utilisation estivale de l’installation, comme le chauffage d’une piscine
en été, la couverture des besoins d’ECS d’un camping, une inclinaison de 15 à
30° est préférable.
Neuf-Rénovation
Commentaire
29
PROFESSIONNELS
!
Quand les capteurs sont disposés en toiture, ils doivent
respecter la pente du toit afin de limiter la prise au vent et
l’accumulation des charges de neige. Pour une production
d’ECS annuelle, quelles que soient les régions, la pente du
toit s’il est bien orienté est adaptée.
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s Figure 10 : 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’)
5.2.2. • L’orientation
L’orientation du capteur par rapport aux points cardinaux influe sur
l’énergie thermique fournie par ce dernier. L’orientation sud du champ
des capteurs est idéale.
En pratique, autour de la position optimale (sud dans notre cas), une
plage d’orientation admissible de plus ou moins 45° par rapport au
sud peut être tolérée.
!
Pour toute orientation ne justifiant pas ces conditions d’implantation des capteurs, l’entreprise doit justifier l’installation par le calcul ou par un accord écrit du client.
5.2.3. • Les masques
Neuf-Rénovation
Une bonne orientation et une bonne inclinaison ne suffisent pas à
garantir un ensoleillement optimal. Il convient de vérifier que des obsN
tacles proches ou lointains (arbres, bâtiments, horizon) ne viennent
pas ou peu masquer les capteurs solaires et pénaliser la production
solaire de l’installation.
30
Commentaire
Pour un bâtiment neuf, la zone d’implantation des capteurs n’existant pas au
moment de l’étude, il convient de réaliser l’étude des masques par le calcul, 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.
On donne ici la procédure à suivre :
• se placer à l’endroit le plus défavorisé du champ de capteurs
(souvent le point le plus bas et/ou le plus proche d’un obstacle) ;
• caractériser tous les points qui dépassent l’horizon en mesuN
rant leur azimut avec une boussole et leur hauteur angulaire
avec le clinomètre (Figure 12) ;
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Le repérage de la présence d’obstacles éventuels implique de réaliN
ser un relevé de masque afin d’en mesurer la portée sur le champ de
capteurs.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Plusieurs outils existent pour réaliser une étude des masques évenN
tuels. On peut citer par exemple le diagramme de la course du soleil,
illustré par la (Figure 11) :
PROGRAMME
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• consigner ces valeurs sur un calepin sous la forme d’un tableau
(Figure 13) ;
• reporter ces valeurs sur le graphique solaire correspondant à la
latitude du futur chantier (Figure 14) ;
• exploiter ces valeurs avec un logiciel de calcul de performance
solaire thermique. Si la hauteur moyenne du masque mesuré
est inférieure à 12°, sa saisie n’est pas nécessaire.
s Figure 12 : Relevé des masques depuis l’emplacement prévu pour les capteurs
Neuf-Rénovation
s Figure 11 : Diagramme de la course du soleil
31
Azimut
-180
0
180
Hauteur
s Figure 13 : Consignation des hauteurs angulaires et des azimuts pour chaque point relevé. Les valeurs
négatives correspondent à des orientations vers l’est, 0 correspond au sud.
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s Figure 14 : Positionnement des points caractéristiques de la ligne d’horizon sur le diagramme solaire
!
Attention, sur les diagrammes solaires, le sud est le plus
souvent indiqué à 180° (Figure 14) alors que les logiciels placent
généralement le sud à 0 avec les valeurs négatives à l’est.
Il faut surveiller l’évolution de la végétation qui pourrait
venir masquer l’installation au bout de quelques années et
prévoir tailles et élagages éventuels.
Neuf-Rénovation
32
Avec :
-D : distance minimale entre rangées ;
-L : longueur des capteurs solaires ;
- γ : angle d’inclinaison
l’horizontale ;
des
capteurs
par
rapport
à
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D = L.((sinγ/tanε) + cosγ )
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Pour une installation de capteurs en toiture terrasse (batteries de capN
teurs posés sur châssis et disposées en bandes parallèles), les difféN
rentes rangées de capteurs ne doivent pas se porter mutuellement
ombrage. Il convient de respecter une distance minimale (D) entre
chaque rangée définie par la relation suivante :
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- ε : angle d’incidence minimal du rayonnement solaire (le
21 décembre à midi en temps solaire vrai).
On donne (Figure 15) une représentation des différents indicateurs nécesN
saires au calcul de la distance minimale à respecter entre chaque ranN
gée de capteurs.
s Figure 15 : Visualisation des indicateurs nécessaires à la détermination de la distance minimale D à
respecter entre les rangées de capteurs solaires
Ce type d’installation nécessite de disposer ou de créer un local techN
nique, fermé, en zone hors gel et accessible (local préfabriqué en
toiture terrasse par exemple). Il doit pouvoir accueillir (en surface et
hauteur) le ou les ballon(s) de stockage solaire(s) ainsi que tous les
raccords et équipements solaires nécessaires au bon fonctionnement
de l’installation (vase d’expansion, échangeur solaire et régulation
notamment). La masse du ballon ne doit pas dépasser la charge utile
du plancher.
Neuf-Rénovation
5.3. • Posséder un emplacement suffisant
pour recevoir le(s) ballon(s) de stockage
solaire(s)
33
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Commentaire
Le volume du(des) ballon(s) de stockage solaire correspond à la consommation
moyenne journalière d’eau chaude sanitaire, pour la période de fonctionnement
la plus défavorable de l’année (faible consommation d’ECS et fort ensoleillement).
Des contraintes liées aux dimensions du local technique (surface réellement disN
ponible notamment), peuvent conduire à réduire la valeur de prédimensionneN
ment du volume de stockage solaire (et donc à réduire proportionnellement celle
pour la surface de capteurs solaires).
5.4. • Prendre en compte les spécificités
du solaire
Les niveaux de température et de pression ainsi que les agents atmosN
phériques (pluie, UV, gel) doivent être pris en compte :
• pour tous les équipements (vannes, clapets, circulateurs…)
situés sur le circuit en entrée de capteurs, la plage de tempéraN
ture de fonctionnement généralement considérée est de –10 à
+120°C ;
• pour les purgeurs d’air en sortie de capteurs (si présents) et les
soupapes de sécurité éventuelles, la plage de température de
fonctionnement considérée est généralement de –10 à au moins
150° C ;
• la pression maximale pour le circuit primaire solaire 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.
!
Attention aux risques de brûlures si les capteurs solaires
sont facilement accessibles.
5.5. • Prendre en compte les risques
sanitaires
Neuf-Rénovation
Pour les établissements sociaux et médico-sociaux d’hébergement
pour personnes âgées et ceux de santé, la mise en place d’une proN
duction d’ECS solaire implique de réétudier le concept de récupéraN
tion d’énergie afin de considérer le risque lié aux légionelles.
34
Pour ces installations, dans lesquelles le stockage d'eau sanitaire à
température non maîtrisée est déconseillé, un stockage d’énergie
dans un réseau primaire peut être proposé. On parle d’installation en
eau technique ou en eau technique (cf. 4.6).
Toutes dispositions sont prises pour éviter les risques de vandalisme
pour les équipements entreposés sur le chantier.
Les travaux en hauteur nécessitent le respect des règles de sécurité
(utilisation de nacelle, échafaudage…). Lors de la première visite, il
est indispensable de relever tous les détails qui ont une influence sur
le matériel à prévoir.
!
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Pour la pose de capteurs en toiture, une intervention pour la préparaN
tion du chantier doit être prévue. Elle prend en compte la manipulaN
tion des capteurs et de leurs accessoires.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
5.6. • Prévoir l’implantation du chantier
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Tout travail réalisé avec risque de chute dans le vide doit
être sécurisé avec la mise en place d’un système de protection contre les chutes (Art. L. 233-13-20 du Code du Travail).
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.
Si une entreprise utilise du matériel mis en œuvre par une
autre entreprise, les modalités d’utilisation doivent être
définies au préalable.
Neuf-Rénovation
!
35
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Critères généraux
de choix des matériaux
utilisés pour l’exécution
d’installations solaires
6
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Ce chapitre a pour objet de fixer les critères généraux de choix des
matériels utilisés pour l’exécution d'installations solaires pour la proN
duction d’eau chaude sanitaire. En rénovation, la compatibilité avec
les matériaux déjà présents sur site et susceptibles d’être conservés
doit être observée scrupuleusement.
!
Les critères généraux de choix des matériaux doivent être
conformes aux prescriptions de la NF DTU 65.12 P1-2.
6.1. • Capteurs solaires
Les deux certifications existantes en Europe pour les capteurs solaires
sont les marques SolarKeymark et CSTBat Procédés solaires. L’Avis
Technique, qui valide entre autre la durabilité et la mise en œuvre, est
associé à la marque CSTBat Procédés solaires. Pour des implantations
à proximité de la mer ou dans des atmosphères spécifiques (implanN
tation à proximité d’activités rejetant des produits agressifs) l’utilisaN
tion de matériaux facilement corrodables devra être proscrite.
Neuf-Rénovation
6.2. • Canalisations
36
Dans le cas d’installation avec capteurs remplis en permanence, la
température et la pression maximales de service des canalisations
doivent être supérieures à la température de stagnation (spécifiée par
le fabricant des capteurs) et la pression maximale de service (fonction
de la pression de tarage de la soupape sécurité retenue).
Dans le cas d’installations autovidangeables, la température maximale
pouvant être atteinte dépend du réglage du régulateur. La pression de
Matériaux recommandés
Le cuivre est utilisable dans la plupart des cas. La conformité avec la
NF EN 1057 et/ou NF EN12449 est nécessaire.
L’inox 304 L ou 316 L nécessitent des soudures spécifiques. L’inox
annelé est utilisable, mais implique des pertes de charges imporN
tantes. La purge de réseaux réalisés à l’aide de ce matériau est parN
ticulièrement délicate, notamment sur les longueurs horizontales.
Les réseaux annelés nécessitent un temps de purge important, de
manière à laisser les bulles prisonnières des anneaux remonter en
points hauts et évacuées.
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Les matériaux constitutifs des canalisations doivent être compatibles
avec le liquide caloporteur afin d’éviter les désordres électrolytiques
(effet de pile).
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
service maximale est plus faible que pour les installations avec capN
teurs remplis en permanence, elle dépend uniquement de la hauteur
statique générée par le volume de fluide.
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Les matériaux de synthèse présentent généralement des incompatiN
bilités de températures avec les conditions de fonctionnement norN
males du liquide caloporteur. Cependant, dans le cas où un matériau
remplirait les conditions nécessaires (tenue en température, en presN
sion, mécanique, facilité de purge, compatibilité avec d’autres matéN
riaux du réseau, pérennité – liste non exhaustive), il peut être utilisé.
Matériaux à proscrire
L’acier galvanisé est proscrit. Au delà de 60° C, une réaction chimique
se produit avec le glycol, et développe un potentiel d’électrolyse avec
d’autres matériaux (NF EN14868) ;
L’acier noir ne doit pas être utilisé sans une étanchéité parfaite contre
la présence d’humidité, notamment en raison de la température hauteN
ment variable des réseaux vis-à-vis de la température ambiante, favoN
risant la formation périodique de condensation sur les canalisations.
L’isolant thermique du réseau de canalisation doit être équipé d’une
protection mécanique (tôle isoxal, coque PVC, ou équivalents). Il est
composé d’une mousse élastomère ou d’une laine minérale selon
NF DTU 45.2. La capacité isolante doit être définie par le concepteur.
L’isolant doit être au minimum classé M1 dans le classement au feu.
L’isolation doit être continue tout au long des canalisations, y compris
au passage de tous les points singuliers tels que les éléments de fixaN
tion, les raccords, les vannes ou encore les dégazeurs.
Neuf-Rénovation
6.3. • Isolation thermique
37
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Les températures élevées que le réservoir de stockage peut atteindre
en période estivale (environ 85°C) limitent l’utilisation de certains
matériaux isolants. On rencontre différentes techniques :
• l'isolation en mousse de polyuréthane, aujourd'hui sans CFC ;
• les matelas de laine minérale, ceinturés par une feuille d'alumiN
nium et recouverts d'un manteau en aluman ;
• les coquilles en polystyrène, recouvertes d'un manteau de tôle
laquée, amovible (mais parfois limité à certaines températures) ;
• la résine de mélamine, nouveau matériau très résistant à
la haute température et facilement dissociable du manteau
extérieur.
Commentaire
Les mousses élastomères de type EPDM sont généralement utilisées pour des
isolants devant supporter des températures d’au moins 150°C. Les laines minéN
rales sont quant à elles utilisées pour des isolants devant supporter des tempéN
ratures supérieures.
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.
L’isolation thermique du circuit primaire solaire doit résister à la tempéN
rature maximale du tronçon considéré et aux contraintes mécaniques.
6.4. • Visseries
Les visseries et pièces de fixations en contact avec les capteurs,
les canalisations ou tout autre élément métallique de l’installation
peuvent être en acier inox. La position de l’installation, à proximité de
la bordure littorale (moins de 3 km) peut renforcer les impératifs à cet
égard (NF DTU 65.12).
Neuf-Rénovation
6.5. • Supportage des tuyauteries
38
Les réseaux doivent être tenus par des supports isolés, de manière
à éviter tous ponts thermiques (avec notamment l’utilisation de susN
pentes en plastiques), et anti vibratiles.
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Les purgeurs doivent être choisis sur des critères de qualité de purge
et de résistance. La température maximale admissible des purgeurs
doit être supérieure à 130°C. Ils ne doivent pas contenir de pièces en
plastique à l’exception du siège du clapet. Leur raccordement doit se
faire en diamètre 20 minimum. Ils doivent être équipés d’une vanne
d’arrêt amont.
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6.6. • Purgeurs (uniquement
pour les installations avec capteurs
remplis en permanence)
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6.7. • Organes de réglage
Les organes d’équilibrages doivent être choisis pour supporter des
températures conformes à celles de fonctionnement de l’installation
(jusqu’à 130°C).
Les vannes d'équilibrage doivent résister aux hautes températures et
être compatibles avec le liquide caloporteur.
6.8. • Liquide caloporteur
Le liquide caloporteur utilisé majoritairement dans les installations en
France métropolitaine est un mélange d’eau et de monopropylèneglycol, à des taux compris entre 30 et 50%.
Le liquide antigel doit respecter les exigences du guide ISO/TR 10217
et notamment celles relatives à l’association des fluides et des matéN
riaux en circuit aéré et non aéré.
Généralement l’échangeur solaire est de type simple paroi. Dans
ce cas, il nécessaire de vérifier que l’antigel utilisé est autorisé pour
une utilisation dans les installations de traitement thermique des
eaux destinées à la consommation humaine fonctionnant en simple
échange. Les avis favorables sur les produits émis par l’ANSES sont
disponibles sur le site internet www.anses.fr.
Neuf-Rénovation
Un unique type de fluide doit être utilisé sur une installation, certains
fluides présentant des incompatibilités avec d’autres, notamment en
raison de la composition de leurs inhibiteurs de corrosion.
39
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6.9. • Dispositifs d’expansion (uniquement
pour les installations avec capteurs remplis
en permanence)
Le dispositif d’expansion à mettre en œuvre doit être constitué d’un
vase d’expansion. Il peut être fermé à pression variable ou à maintien
de pression constante. Le dispositif d’expansion doit être conforme
aux spécifications du NF DTU 65.11.
Commentaire
Les groupes de maintien de pression sur l’eau (fermé à compresseur, fermé à cirN
culateur ou à bâche ouverte) ne permettent pas d’assurer leur fonction d’expanN
sion en cas de coupure électrique.
Le vase d’expansion doit posséder une membrane ou une vessie
compatible avec du monopropylène-glycol. La plage de température
de fonctionnement généralement considérée est de – 10 à + 120°C. La
température maximale admissible par la membrane ou la vessie
n’étant, en général, que de 70°C, les conditions de montage doivent
tenir compte de cette contrainte.
Le vase d’expansion doit être compatible avec le liquide caloporteur
utilisé. Il doit être choisi en fonction des pressions et températures
maximales pouvant être atteintes à l’endroit où il est installé.
Commentaire
La plage de température de fonctionnement généralement considérée pour ce
circuit est de –10°C à +120°C. La pression maximale pour ce circuit dépend de la
pression de tarage de la soupape de sécurité déterminée. La pression d’épreuve
de la plupart de ces vases est de 10 bars, pour une pression de service généraleN
ment comprise entre 3 et 4 bars.
6.10. • Soupape de sécurité
La soupape de sécurité doit être choisie spéciale solaire, c’est à dire
possédant un joint métal/métal.
Neuf-Rénovation
6.11. • Pompe de circulation
40
Le circulateur doit être choisi compatible avec le liquide utilisé. Si le
liquide est antigel à base de monopropylène-glycol, la garniture du
circulateur doit notamment être adaptée. La température d’utilisaN
tion doit également être compatible avec la température du réseau en
fonctionnement normal. Pour la grande majorité des installations, un
circulateur à moteur ventilé est recommandé. Dans le cas d’une instalN
lation autovidangeable en toiture inclinée, une pompe à rotor noyée
peut être utilisée.
6.12. • Joints
Les matériaux constitutifs des raccords et des joints d’étanchéité
doivent répondre aux mêmes exigences de température et pression
maximales que les canalisations. Ils doivent être également compaN
tibles avec le liquide caloporteur.
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Le circulateur de la boucle d’ECS doit bénéficier d’une ACS.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Le circulateur de la boucle solaire glycolée doit être adapté à un foncN
tionnement avec le liquide caloporteur utilisé. Son choix doit respecN
ter la plage de température de fonctionnement du circuit solaire.
PROGRAMME
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
L’utilisation de joints EPDM sur les équipements est à privilégier, visà-vis de joints nitriles.
Pour les installations autovidangeables, les joints fibres sont prosN
crits (ne supportent pas le régime d’alternance sec/mouillé). Les joints
doivent être de type raccords 3 pièces coniques tous métalliques.
Commentaire
La plage de température de fonctionnement généralement considérée est de –10
à +120°C. La pression maximale pour ce circuit dépend de la pression de tarage
de la soupape de sécurité déterminée.
6.13. • Echangeur de chaleur
Les matériaux constituant l’échangeur solaire doivent être adaptés à
un fonctionnement avec le liquide caloporteur utilisé.
Si l’échangeur de chaleur solaire est intégré au dispositif de stockage
solaire, il est adapté selon les spécifications du fabricant aux tempéN
ratures et aux pressions maximales pouvant être atteintes par l’instalN
lation. Il est placé en bas de ballon doit être en cuivre, en inox ou en
acier émaillé et isolé électriquement.
Si un échangeur de chaleur solaire externe est mis en œuvre, il est
généralement à plaques, en acier 316L avec joints Nitrile ou à plaques
brasées.
Les ballons solaires doivent supporter des températures supérieures
à 90°C.
Les ballons disposent d’un revêtement intérieur de type organique,
acier inox, poudres époxy, ou encore émaillés. Les ballons émaillés ne
devront présenter aucune trace de choc.
Neuf-Rénovation
6.14. • Ballons de stockage solaire
41
PROFESSIONNELS
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DES
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
Neuf-Rénovation
42
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Commentaire
L’ECS est considérée réglementairement comme une eau potable.
Les matériaux et objets organiques monomatières, multicouches, composites
(revêtement de réservoir, tubes PEX, PVC-C…) ainsi que les accessoires constiN
tués d’au moins un composant organique en contact avec l’ECS (pompe, vanne,
robinet sanitaire, clapet, groupe de sécurité…) doivent disposer d’une attestaN
tion de conformité sanitaire (ACS). Selon la circulaire DGS/SD 7 A n°2002-571 du
25 novembre 2002, les chauffe-eau et chaudières ne sont pas soumis à l’obtention
d’une ACS. Les listes des matériaux, objets organiques et accessoires bénéficiant
d’une ACS en cours de validité sont disponibles sur les sites Internet du ministère
de la santé www.sante.gouv.fr et des laboratoires délivrant des ACS (www.grouN
pecarso.com et www.eurofins.fr).
La certification NF inclut la vérification de l’obtention d’une ACS.
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7
PROGRAMME
Estimation
des consommations d’eau
chaude sanitaire
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
L’étude des caractéristiques de l’installation d’eau chaude sanitaire
prévue permet d’évaluer les consommations d’eau chaude sanitaire
et de déterminer les principales caractéristiques des produits à mettre
en œuvre.
La base d’un bon dimensionnement doit reposer sur une estimation
précise des consommations d’eau chaude sanitaire. Contrairement
aux idées reçues, l’exercice n’est pas toujours aisé. Le surdimensionN
nement, du fait d’une surestimation des consommations d’eau chaude
sanitaire, est un défaut trop souvent rencontré sur les installations de
production d’eau chaude sanitaire solaire.
Les ratios utilisés pour dimensionner une installation solaire (ratios
dimensionnants) peuvent être différents des ratios retenus pour la
détermination de la puissance d’appoint : dans un cas, on veut assuN
rer une performance énergétique de l’installation, dans l’autre, un
confort et une sécurité pour l’utilisateur.
L’énergie solaire produite constitue le préchauffage de l'eau
chaude sanitaire : il existe toujours un système d'appoint
permettant d'atteindre la consigne (confort et sécurité)
pour l'usager. En l’absence de mesures précises, le dimensionnement de l’apport solaire sera toujours basé sur la
fourchette basse des besoins en eau chaude sanitaire, et
celui du système d’appoint sur les besoins en pointe.
Commentaire
Un surdimensionnement augmente le coût de l’installation solaire, limite sa
productivité et génère des problèmes de surchauffe l’été avec une altération du
liquide antigel, une usure prématurée des matériaux et une contre performance
de l’installation.
Neuf-Rénovation
!
43
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« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PROGRAMME
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Le concepteur doit évaluer au mieux les consommations d’eau chaude
sanitaire ainsi que les profils de puisage sur l’année. Pour l’estimation
des consommations, le concepteur se base :
• idéalement, sur la mesure de la consommation d’eau chaude et
du profil de puisage réels du bâtiment concerné. Si une camN
pagne de mesure est réalisée, sa durée doit être représentative
de l’usage (au minimum 30 jours) ;
• sur des relevés existants de consommation d’eau chaude ou
d’eau froide ;
• sur des ratios de consommation empiriques. Le profil annuel de
puisage étant quand à lui approché à partir de statistiques de
consommations de bâtiments existants similaires.
Commentaire
La mesure des consommations d’ECS doit idéalement être réalisée sur la
période de faible consommation (par exemple, pour l’habitat, prendre les valeurs
moyennes sur 3 mois d’été).
!
Dans le neuf, l’étude réglementaire (RT 2012) donne la
consommation conventionnelle. La quantité d’eau chaude
sanitaire est calculée en fonction de la surface en m² habitable. Donc si le logement comprend plus d’occupants au
m² (plus d’habitants pour un plus petit logement) ou juste
des occupants qui consomment plus d’eau chaude que la
moyenne, la consommation réelle sera plus élevée que la
consommation conventionnelle. Le calcul réglementaire RT
n’est pas un outil de dimensionnement d’installation. Pour
un dimensionnement correct d'une installation solaire thermique, le concepteur doit utiliser des outils dédiés.
7.1. • Les besoins d’eau chaude sanitaire
dans l’habitat
Neuf-Rénovation
Une valeur de besoins moyens d’ECS de 30 litres par personne par
jour à 60°C (soit 45 litres à 40°C pour une eau froide à 15°C) permet de
dimensionner correctement l’installation solaire.
44
!
Les ratios présentés ici permettent de dimensionner au
plus juste une installation solaire thermique performante,
en écartant au maximum les risques de surdimensionnement. Les ratios pour le dimensionnement de l’installation
solaire sont différents des valeurs prises pour celui d’un dispositif conventionnel de production d’eau chaude sanitaire.
1
Consommation d’ECS à 60°C
en litres/jour en logement
36
2
42
3
4
60
78
5 et plus
90
s Figure 16 : Ratios pour l’estimation des consommations d’ECS dans l’habitat
Si le bâtiment présente des caractéristiques spécifiques (logements
étudiants, EHPAD, foyers d’accueil...) qui peuvent entrainer une modiN
fication des besoins « standards », le concepteur est libre de faire évoN
luer le besoin en fonction d’une bibliographie ou d’un retour d’expéN
rience précis. Il est cependant à déconseillé d’évaluer largement les
besoins ECS, entrainant un risque de surdimensionnement.
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Nombre de pièces
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Le tableau de la (Figure 16) donne, à titre d’exemple, des données statisN
tiques pour l’estimation des consommations d’eau chaude sanitaire
dans l’habitat.
PROGRAMME
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Le profil de puisage doit être quand à lui approché à partir de staN
tistiques de consommations de bâtiments existants similaires. Le
tableau de la (Figure 17) donne, à titre indicatif, les variations saisonN
nières pour l’estimation des profils de puisage dans l’habitat.
Mois
Coefficients
multiplicateurs
Janv.Mai
1,1
Juin
0,85
Juil.
0,75
Aout
0,75
Sept
0,90
Oct.
1,05
Nov.Déc.
1,1
s Figure 17 : Ratios pour l’estimation des profils de puisage d’ECS dans l’habitat
!
La variation estivale peut être beaucoup plus faible. Le
concepteur doit se renseigner auprès du Maître d’Ouvrage
sur les habitudes de leurs locataires ou acquéreurs.
L’estimation des taux de remplissage des logements peut évoluer de
manière saisonnière. Le concepteur est tenu d’y prêter une attention
particulière, et de retranscrire dans son estimatif les informations
les plus précises possibles sur la consommation d’ECS estimée des
futurs locataires ou acquéreurs.
!
Les consommations d’eau chaude sanitaire en établissement de santé peuvent varier fortement notamment en
regard du personnel d’encadrement.
Neuf-Rénovation
7.2. • Les besoins d’eau chaude sanitaire
dans les établissements de santé
45
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On donne, à titre indicatif, des données statistiques pour l’estimation
des consommations d’eau chaude sanitaire dans les établissements
de santé :
• pour personnes âgées : 15 l/jour.lit à 60°C ;
• de type cliniques et hôpitaux : 25 l/jour.lit à 60°C.
Les ratios communément admis pour les consommations d’eau
chaude liées aux repas et au linge sont les suivants :
• 3 litres par couvert et par jour à 60°C ;
• 6 litres par kg de linge.
7.3. • Les besoins d’eau chaude sanitaire
dans l’hôtellerie
!
Les consommations d’eau chaude sanitaire en hôtellerie
peuvent varier fortement notamment en regard de la catégorie de l’établissement.
On donne, à titre indicatif, des données statistiques pour l’estimaN
tion des consommations d’eau chaude sanitaire selon la catégorie de
l’établissement :
• 30 à 80 litres par chambre à 60°C (respectivement pour une
classe économique et haute gamme);
• 3 litres par couvert et par jour à 60°C.
7.4. • Les besoins d’eau chaude sanitaire
dans les campings
Neuf-Rénovation
On donne, à titre indicatif, des données statistiques pour l’estimation
des consommations d’eau chaude sanitaire en camping : 12 litres par
personne et par jour à 60°C.
46
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8
PROGRAMME
Conception
et dimensionnement :
principes généraux
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Le bon dimensionnement d’une installation solaire consiste :
• dans un premier temps, à réaliser un prédimensionnement simple
en prenant en compte les différentes contraintes du projet ;
• dans un second temps, d’ajuster ce prédimensionnement en
utilisant un logiciel.
8.1. • Les points clés
du prédimensionnement
Le prédimensionnement peut être réalisé par le concepteur de façon
simple. Il repose sur un certains nombres de critères présentés ici. Il
sert de base à un calcul itératif visant à dimensionner précisément
l’installation solaire.
8.1.1. • 1er critère : estimation
des consommations d’ECS
!
Si l’estimation des consommations d’ECS est incertaine, il
est conseillé de sous-évaluer légèrement les besoins d’ECS.
Neuf-Rénovation
La base d’un bon dimensionnement doit reposer sur une estimation
correcte des consommations d’ECS (cf.7).
47
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8.1.2. • 2ème critère : définition du volume
du ou des ballon(s) de stockage solaire
Le stockage de l’énergie captée permet de pallier le déphasage entre
la ressource solaire et le besoin en eau chaude sanitaire. Le volume
du (des) ballon(s) de stockage solaire correspond à la consommaN
tion moyenne journalière d’eau chaude sanitaire, pour la période de
fonctionnement la plus défavorable de l’année (faible consommaN
tion d’ECS et fort ensoleillement). La valeur de prédimensionnement
doit être comprise entre 80 et 120% de la consommation moyenne
journalière.
Au-delà d’un certain volume de stockage solaire ou pour des
contraintes de hauteur sous plafond du local technique, le volume
solaire journalier ne peut-être contenu dans un seul ballon. Plusieurs
dispositifs de stockage centralisés peuvent être installés.
Des contraintes liées aux dimensions du local technique (surface
réellement disponible notamment) et à la résistance à la charge du
sol, peuvent conduire à réduire la valeur de prédimensionnement du
volume de stockage solaire (et donc à réduire proportionnellement
celle pour la surface de capteurs solaires).
A surface de capteurs solaires constante, plus le volume de stockage
solaire est important, plus les pertes thermiques du stockage augN
mentent et moins la température atteinte dans le stockage solaire
est haute : il existe donc un risque de sollicitions de l’appoint plus
important.
8.1.3. • 3ème critère : estimation de la surface
de capteurs solaires
La valeur de prédimensionnement de la surface de capteurs solaires
est déterminée en regard du volume de stockage solaire et de la zone
climatique. Elle peut être définie sur la base d’un ratio de 1 m² de capN
teurs solaires pour 45 à 75 litres de stockage solaire. On donne (Figure
18) les ratios à utiliser selon la zone climatique. Ils sont donnés pour
une couverture des besoins d’ECS de 40 à 60 % et pour une tempéraN
ture d’eau de 50°C.
Neuf-Rénovation
Zone climatique
48
Volume de stockage solaire / Surface de capteurs (en litre/m²)
H1
45
H2
55
H3
65
H4
75
s Figure 18 : Ratio volume de stockage solaire/surface de capteurs en fonction de la zone climatique
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La (Figure 19) définit les zones climatiques à utiliser.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
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s Figure 19 : Définition des 4 zones climatiques
La surface de capteurs ainsi définie peut être réduite du fait de
contraintes liées à :
• la surface réellement disponible pour sa mise en œuvre ;
• l’investissement maximal disponible.
!
Un minimum de 50 litres de volume solaire par m² de capteurs solaires plans vitrés installés doit être respecté. Le
volume de stockage solaire ne doit pas être surdimensionné. En effet, un volume trop important conduit à une
montée en température des ballons de stockage solaires
difficile.
8.1.4. • 4ème critère : taux de couverture
Neuf-Rénovation
Le taux de couverture solaire représente la part des besoins en ECS
assurée par le chauffe-eau solaire. D’une manière générale, il est
égal au rapport de l’énergie solaire utile sur le besoin en eau chaude
sanitaire.
49
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
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Commentaire
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L’énergie solaire utile est l’énergie apportée par l’installation solaire et transférée
à l’appoint via le soutirage et le bouclage (si le retour de boucle d’ECS est réalisé,
en partie, sur le solaire).
Dans le cas d’une installation en eau technique, l’énergie solaire utile est détermiN
née aux bornes du secondaire de l’échangeur de décharge.
PROGRAMME
Dans le cas d’une installation de chauffe-eau solaire collectif centralisé (avec stocN
kage en eau chaude sanitaire), l’énergie solaire utile est calculée en sortie de
stockage solaire.
Si l’appoint est intégré au ballon solaire, l’énergie solaire utile est le besoin de
soutirage moins l’énergie d’appoint, corrigée du bouclage et des pertes de stocN
kage de la partie supérieure du ballon solaire.
Ce taux de couverture annuel ne doit pas être un objectif de dimenN
sionnement. Mensuellement et notamment en été, il ne doit en aucun
cas dépasser 85% de manière à prémunir l’installation d’une évenN
tuelle surchauffe et laisser une « souplesse » d’utilisation, vis-à-vis
du puisage. Tendre vers un taux de couverture plus important conduit
à une surface de capteurs importante et donc à un surdimensionneN
ment de l’installation. Ce surdimensionnement génère :
• une faible augmentation de la chaleur solaire pour un surcoût
important ;
• des risques de surchauffes impliquant des contraintes techN
niques néfastes à l’installation.
Le dimensionnement des installations de type autovidangeable s’efN
fectue strictement à l’identique des installations avec capteurs remN
plis en permanence. Les mêmes règles pour limiter les risques de surN
dimensionnement doivent être respectées et notamment la limitation
à 85% du taux de couverture maximal le mois le plus favorable.
8.1.5. • 5ème critère : productivité solaire
Neuf-Rénovation
La productivité solaire est utilisée pour comparer les performances
de différentes installations : on ramène simplement la production
solaire utile à la surface entrante de capteurs installés. Cet indicateur,
exprimé en kWh/m².an, est représentatif du bon dimensionnement
et de la bonne performance de l'installation solaire, mais il peut être
pénalisé si la consommation d’ECS est trop faible par rapport aux
capacités de l’installation.
50
La (Figure 20) illustre l’évolution de la productivité en fonction de la surN
face de capteurs installée, à volume de stockage constant.
• plus la productivité solaire diminue ;
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PROGRAMME
• plus le taux de couverture augmente.
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La productivité solaire varie de manière inversement proportionnelle
au taux de couverture solaire. A titre d’exemple, la (Figure 20) montre
que pour un même besoin d’ECS, plus la surface de capteurs est
importante :
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
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s Figure 20 : Evolution du taux de couverture et de la productivité solaire en fonction de la surface de
capteurs installée, à volume de stockage constant.
Pour un même besoin d’eau chaude sanitaire, plus la surface de capN
teurs est importante, plus la productivité solaire est faible (augmenN
tation de la production solaire mais augmentation du coût du kWh
produit).
!
Ce sont les derniers mètres carrés de capteurs qui produisent le moins, donc qui ont l’amortissement le plus
faible.
La productivité solaire de l’installation doit être suffisante pour jusN
tifier la mise en place d’une installation solaire. Une productivité
annuelle comprise entre 400 et 600 kWh/m².an (suivant la région cliN
matique) doit être recherchée.
Neuf-Rénovation
La production prévisionnelle est une donnée sensible. Elle dépend de
l’ensoleillement, des rendements de capteurs, du dimensionnement
de l’installation, des caractéristiques de chacun des équipements,
mais également du puisage (volume et profil), et de la modélisation.
Elle reflète la performance théorique d’une installation, vis-à-vis d’un
puisage et d’un ensoleillement donnés.
51
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8.2. • Le dimensionnement optimal
!
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PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Certains logiciels calculent les indicateurs (taux de couverture et productivité solaire) à l’entrée du ballon de stockage
solaire (logiciels allemands et suisses notamment) et non à
la sortie ce qui ne permet pas de déterminer l’énergie solaire
utile. Une analyse complémentaire est donc nécessaire audelà des calculs effectués par ces logiciels. Dans certains
cas le dénominateur pour le calcul du taux de couverture
n’est pas le besoin de soutirage, mais l’énergie apportée
par le générateur d’appoint (participant au besoin de soutirage, au bouclage et au stockage).
Le dimensionnement de l’installation et notamment la définition du
couple « surface de capteurs et volume de stockage solaire » optimal
doivent être réalisés. Pour cela, le concepteur doit utiliser un logiciel
de calcul de performance.
Commentaire
Il existe différents logiciels de calcul de performance. Tous ne traitent pas le généN
rateur d’appoint ou une éventuelle couverture des pertes par bouclage par le
solaire. Tous n’intègrent pas non plus de manière explicite de nouveaux schémas
de type stockage en eau technique ou autovidangeable. Dans la conception, il
n’est pas nécessaire de modéliser finement le comportement de l’installation car
celle-ci comporte un stockage thermique permettant des calculs sûrs et précis sur
un pas de temps journalier.
!
Il est de la responsabilité du concepteur d’utiliser à bon
escient un logiciel adapté. Les logiciels étant des aides à la
conception, c’est bien le savoir-faire du concepteur qui permettra de concevoir au mieux l’installation solaire.
A partie des valeurs de prédimensionnement de la surface de capN
teurs et du volume de stockage solaire, différentes configurations et
plus précisément différents couples sont calculés.
Neuf-Rénovation
Commentaire
52
Plusieurs configurations peuvent être évaluées, par exemple : « surface de prédiN
mensionnement et volume de stockage minimum », « surface de prédimensionN
nement et volume de stockage maximum », « volume de prédimensionnement
et surface minimum », « volume de prédimensionnement et surface maximum »
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« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Le concepteur doit trouver un compromis entre une productivité solaire utile en kWh par m² de capteurs importante et
un taux de couverture solaire suffisant pour justifier d’un
projet solaire.
PROGRAMME
!
Neuf-Rénovation
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53
Conception
et dimensionnement
de la boucle transfert solaire
9
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9.1. • Raccordement hydraulique
des capteurs
!
Le raccordement hydraulique des capteurs solaires doit permettre une répartition homogène des débits dans chaque
capteur et une purge efficace de l’ensemble des capteurs.
Un champ doit être constitué de capteurs de même marque et de
même type. Les capteurs doivent présenter des caractéristiques phyN
siques identiques notamment d’un point de vue pertes de charge.
Si l’installation solaire présente une faible surface de capteurs
solaires, ces derniers peuvent être raccordés en série ou en parallèle.
En série, la dilatation et les pertes de charges limitent le nombre de
capteurs à raccorder (se conformer aux prescriptions du fabricant) et
implique la présence de nombreux points hauts (purge délicate).
Neuf-Rénovation
En parallèle, le nombre de capteurs à raccorder est limité (se conforN
mer aux prescriptions du fabricant). La purge est facilitée mais l’équiN
librage des débits dans chaque capteur peut être délicat à assurer. Les
pertes de charge des collecteurs doivent être plus faibles que celles
des capteurs et donc le diamètre interne des collecteurs plus imporN
tant que celui des tubes dans le capteur (rapport de 1,6 à 3,3).
54
Pour des installations présentant une surface de capteurs plus imporN
tante, ces derniers sont de préférence raccordés en série/parallèle
(batteries avec capteurs montés en série et raccordées en parallèle).
• les spécificités de raccordement associées (possibilité de racN
cordement en épingle ou croisé).
Le concepteur doit vérifier que la perte de charge maximale créée
par la batterie la plus défavorisée n’excède pas 2 m eau, après équiN
librage, à débit moyen recommandé par le fabricant. Les batteries de
plus de 6 ou 8 capteurs sont généralement à éviter, sauf si les préconiN
sations du fabricant le permettent.
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• le nombre de capteurs maximum pouvant être raccordés en
série, en une seule batterie ;
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Les avis techniques et la documentation technique du capteur
indiquent les configurations hydrauliques autorisées. Il est précisé :
PROGRAMME
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Le nombre de capteurs raccordé en série par batteries doit être, dans
la mesure du possible, le même. Les capteurs d’une même batterie
sont tous posés en paysage ou en portrait.
!
Le nombre maximum de capteurs dans une même batterie
avec raccordement en série est limité. Il faut se conformer
aux instructions du fabricant notamment pour le raccordement des capteurs entre eux et les problèmes de dilatation
et de pertes de charge qui y sont attachés.
9.2. • Dispositif d’équilibrage
L’équilibrage hydraulique d’une installation a pour objectif d’alimenter
chaque capteur à son débit nominal (conforme aux prescriptions du
fabricant). La pompe de circulation est dimensionnée pour le débit total
nominal et pour vaincre les pertes de charge du circuit le plus défavoN
risé, c’est-à-dire aux pertes de charge les plus élevées. Les autres cirN
cuits présentant des pertes de charge plus faibles sont donc soumis à
une pression différentielle trop importante, générant des sur débits.
L’équilibrage hydraulique consiste à mettre en place des organes de
réglage pour équilibrer les pertes de charge des circuits et ainsi réparN
tir les débits.
Pour assurer un équilibrage correct du champ de capteurs, le raccordeN
ment selon le principe dit « de Tichelmann » doit être évité. L’utilisation
de vannes d’équilibrage avec lecture de débit doit être préférée.
Si les batteries de capteurs raccordées en parallèle sont identiques, elles peuvent
être reliées hydrauliquement suivant le principe de Tichelmann. Cette mise en
œuvre particulière nécessite une très bonne connaissance des longueurs. Les
pertes de charges des collecteurs doivent être très faibles comparativement à
celles des batteries de capteurs. Une boucle de Tichelmann ne permet pas une
correction de l’équilibrage entre batteries lors des opérations d’entretien et
maintenance.
Neuf-Rénovation
Commentaire
55
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Le concepteur doit spécifier le choix et l’emplacement des vannes
d’équilibrage. Une vanne d’équilibrage générale doit être mise en
œuvre sur le départ général qui alimente le champ de capteurs. Elle
est de préférence avec indicateur de débit afin de vérifier que le débit
circulant dans l’installation est proche du débit calculé. Elle permet
notamment :
• de mesurer et de régler le débit nominal pour obtenir le point de
fonctionnement de la pompe de circulation de la boucle solaire ;
• de faire travailler les vannes d’équilibrage situées sur chaque
batterie de capteurs sur une plage d’ouverture optimale et de
limiter le risque de les colmater prématurément.
Chaque batterie de capteurs doit être équipée d’une vanne d’équiliN
brage permettant de régler et répartir avec précision le débit imposé
dans chacune d’elles.
Dans le cas d’une installation avec capteurs remplis en permanence,
la vanne doit être prévue en aval de la batterie, de manière à créer une
surpression locale, favorisant la purge. Dans ce cas, elle doit résister
aux hautes températures et son volant retiré.
Si un échangeur externe est mis en place, il fonctionne avec un équiN
débit calorifique entre le primaire et le secondaire Une vanne d’équiN
librage, de préférence avec indicateur de débit, est nécessaire côté
secondaire, entre l’échangeur et les ballons de stockage solaires.
Le matériel doit être accessible pour les opérations d’équilibrage,
d’entretien et de maintenance. Les vannes d’équilibrage doivent être
sécurisées afin d’éviter toute dérive éventuelle liée à l’action d’une
personne non spécialisée.
9.3. • Canalisations
Pour limiter les pertes thermiques, les tuyauteries doivent être les
plus courtes possibles.
Neuf-Rénovation
La mise à la terre des conduites (conformément à la NF C 15-100) perN
met d’éviter tout potentiel électrique parasite entre les éléments de
l’installation qui sont en contact avec l’antigel. Pour cela, une borne
de mise à la terre sur les conduites de départ et de retour (position au
choix) doit être prévue. Les bornes de mise à la terre par le câble de
liaison équipotentielle (minimum 6 mm2) doivent être raccordées à la
barrette de terre du bâtiment.
56
Le cheminement des fluides doit être pris en compte dès la phase de
conception. Il faut :
• limiter le nombre de percements du système d’étanchéité à
l’air ;
• prévoir un espacement suffisant autour de chaque gaine pour
permettre le calfeutrement.
Pour des concentrations en antigel inférieures à 45% en poids, il convient de
majorer les pertes de charges du circuit par un coefficient moyen de 1,2 pour des
tubes en cuivre et 1,1 pour des tubes en acier.
Les tuyauteries du circuit primaire doivent être d’un diamètre suffisant
pour permettre la circulation du liquide caloporteur au débit recomN
mandé, en général 15 à 70 l/h par m² de capteur, avec une vitesse de
circulation comprise entre 0,4 et 1 m/s.
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Commentaire
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Le dimensionnement des canalisations est réalisé en regard du débit
de fluide, des pertes de charge admissibles et du type de liquide caloN
porteur utilisé. Les canalisations doivent être d’un diamètre suffisant
pour permettre la circulation du liquide caloporteur au débit recomN
mandé, avec une perte de charge limitée à 20 mm eau/m.
PROGRAMME
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Le diamètre intérieur est donné par la relation suivante :
Di = 2 ×
q
π ×v
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)
9.4. • Isolation thermique
Les calorifuges installés à l’extérieur doivent également être résisN
tants aux intempéries et protégés des agents agressifs (rayonnement
UV, conditions météorologiques en général et « agressions » des ronN
geurs et oiseaux). Ils peuvent être munis d’une protection mécanique
telle que tôle galva ou inox.
Neuf-Rénovation
Une mauvaise isolation des tuyauteries dégrade les performances
d’une installation solaire. L’ensemble des canalisations (y compris les
coudes, les tés, les raccords, les points de fixation) doit être caloriN
fugé, sans interruption.
57
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PROGRAMME
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L’isolation thermique du réseau est au minimum de classe 2 pour
les canalisations intérieures et de classe 3 pour les canalisations
extérieures.
9.5. • Vannes d’isolement
Les batteries de capteurs peuvent être équipées de vannes d’isolement.
Dans ce cas, chaque portion pouvant être isolée doit être équipée
d’une soupape de sécurité appropriée (résistant à des températures
élevées d’environ 140°C) de dimensions adéquates et raccordée à un
bidon de récupération. Les vannes d’isolement doivent pouvoir être
manœuvrées sans modifier le réglage des débits.
Commentaire
Préconiser des vannes d’isolement pour chaque batterie de capteurs (bien que
facilitateur pour certaines actions de maintenance) est complexe et coûteux à
mettre en œuvre sur le terrain.
9.6. • Système de purge et dégazage
(cas des installations avec capteurs
remplis en permanence)
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 permetN
tant ainsi un fonctionnement à débit nominal, d’éviter des problèmes
de corrosion, de bruit ou de surchauffes.
La boucle de transfert solaire (avec liquide glycolé) est de préférence
équipée de purgeurs manuels. Pour simplifier la maintenance, une
bouteille de purge est mise en œuvre.
Dans le cas de purgeurs automatiques, une vanne de sectionnement
est prévue pour éviter la vidange du circuit primaire par dégazage en
cas de montée anormale en température du capteur (cas de la staN
gnation). Les purgeurs doivent être équipés d’un boîtier en laiton,
en cuivre ou en inox. Ils sont préférés de type séparateurs de microN
bulles. Les purgeurs à flotteur ont tendance, dans le temps, à coller.
Neuf-Rénovation
Un dégazeur est fortement conseillé.
58
• maintenir la pression dans le circuit ;
• compenser la rétractation ;
• absorber la dilatation du fluide ;
• absorber le volume contenu dans les capteurs solaires en cas
de vaporisation.
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Le système d’expansion permet de :
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
9.7. • Système d’expansion
(cas des installations avec capteurs
remplis en permanence)
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Pour les installations avec capteurs remplis en permanence, le disN
positif d’expansion à mettre en œuvre doit être constitué d’un vase
d’expansion. Il peut être fermé à pression variable ou à maintien de
pression constante.
Commentaire
Les groupes de maintien de pression sur l’eau (fermé à compresseur, fermé à cirN
culateur ou à bâche ouverte) ne permettent pas d’assurer leur fonction d’expanN
sion en cas de coupure électrique.
Le système d’expansion doit être placé sur le circuit de retour de la
boucle solaire (vers les capteurs). Dans le cas d’un circulateur à forte
pression de refoulement, le système d’expansion doit être monté à
l’aspiration du circulateur. Il doit comporter un dispositif manœuN
vrable (normalement fermé) de purge d’air et un dispositif d’isolement
manœuvrable à l’aide d’un outil pour les opérations d’entretien. 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 totale.
9.7.1. • Détermination de la pression de gonflage
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 + ∆p
10
-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. Sachant que 1 m de
colonne d’eau équivaut à 0,1 bar ;
-0,3 est la marge nécessaire pour être certain que la pression
relative, en haut des capteurs, ne soit jamais inférieure à la
pression de vaporisation, y compris en cas de grand froid ;
Neuf-Rénovation
Avec :
59
- 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 ;
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-Pvaporisation, la pression de vaporisation à la température maxiN
male de fonctionnement (en pression relative). Elle est donN
née par le tableau de la (Figure 21) pour différentes tempéraN
tures maximales de fonctionnement.
Température (°C)
Pression de vaporisation (en bar)
100
Plage usuelle
110
120
130
30 % de teneur en glycol
0
0,3
0,8
1,4
40 % de teneur en glycol
0
0,2
0,6
1,2
s Figure 21: Pression de vaporisation de l’eau glycolée (pression relative)
!
La pression de gonflage du vase doit être indiquée, de
manière lisible et indélébile, sur l'installation à un endroit
facilement accessible.
9.7.2. • Détermination du volume du vase
Commentaire
Le système d’expansion est dimensionné pour absorber la totalité du volume
contenu dans les capteurs solaires et la dilatation du liquide caloporteur. Même si
la régulation ou la mise en œuvre de systèmes permettent d’évacuer les surplus
d’énergie en fonctionnement normal, la surchauffe ne peut être évitée notamN
ment dans le cas d’une panne électrique ou encore d’un problème sur le circulaN
teur ou le système de régulation.
Le volume du vase est donné en litres par la relation suivante :
Vvase = (Vdilatation + Vde réserve + Vcapteurs + 10
)X
Pfinale + 1
Pfinale - Pgonflage
Neuf-Rénovation
Avec :
60
-Vde réserve, le 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 posN
sibilité d’un manque de fluide en hiver par exemple). On a : Vde
= Vréseau x 0,005 avec Vréseau (en litres) ;
réserve
-Vcapteurs + 10%, le volume des capteurs (en litres) majoré de
10% : 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
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-Vdilatation, le volume de dilatation Vdilatation (en litres) : il est foncN
tion du volume du réseau (y compris les capteurs) et de la
dilatation de l’eau glycolée à température maximale de foncN
tionnement. On a : Vdilatation = Vréseau x Coefficient d’expansion
avec Vréseau (en m3).
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
circulateur…). Lors du refroidissement des capteurs, la totaN
lité 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) ;
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-Pfinale (en bar) : pression finale du vase fixée en général à
0,9 x pression de tarage des soupapes de sécurité (afin que
celles-ci ne s’ouvrent pas en fonctionnement normal de
l’installation) ;
-Pgonflage (en bar) : pression de gonflage du vase.
Le tableau (Figure 22) donne le coefficient d’expansion en l/m3 en foncN
tion du pourcentage de glycol et de la température maximale de foncN
tionnement. Généralement, le coefficient d’expansion est pris pour
une température de 120°C.
Commentaire
Attention les pressions sont exprimées en pressions relatives (pression relative
de 1,5 bar correspond à 2,5 bars de pression absolue).
Coefficient d’expansion (l/m3)
Teneur en
glycol (%)
Températures (°C)
-20 -10
0
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
9.8. • Soupape de sécurité
Les équipements de sécurité sont nécessaires pour assurer un foncN
tionnement sécurisé et prévenir de la détérioration de l’installation et
pour assurer la protection des personnes. La soupape de sécurité perN
met d’éviter un dépassement de la pression maximale de service. Elle
est chargée d’évacuer d’éventuelles surpressions.
Neuf-Rénovation
s Figure 22 : Coefficient d’expansion exprimé en l/m3
61
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La soupape de sécurité est, soit une soupape à contrepoids, soit une
soupape à ressort. Elle doit être conforme à la norme NF P 52-001.
Elle doit être raccordée à un réservoir de récupération présentant une
capacité suffisante. La tuyauterie d’échappement de la soupape doit
être rigide et résister aux hautes températures.
Chaque section du champ de capteurs qui peut être isolée doit être
munie d’une soupape de sécurité adaptée.
La soupape de sécurité est tarée à une pression inférieure de 10% à la
pression maximale de service.
!
La pression d'ouverture de la soupape doit être tarée à une
valeur inférieure à la pression maximale admissible par l’organe de l’installation le plus faible, généralement les capteurs solaires.
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 susN
ceptible de se former.
Le diamètre intérieur minimal (en mm) du tube de sécurité est déterN
miné 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, 4 P
avec d au minimum égal à 26 mm.
Le diamètre de la conduite de raccordement de la soupape ne doit pas
être inférieur au diamètre nominal d’entrée de la soupape de sécurité.
9.9. • Pompe de circulation
La pompe de circulation de la boucle solaire assure la circulation du
liquide caloporteur dans les canalisations dans le respect des débits
souhaités. Il peut être fixe ou variable suivant la conception de
l’installation.
Neuf-Rénovation
Les circulateurs sont à rotor noyé (le rotor est refroidi par l’eau du cirN
cuit) ou à rotor sec (le moteur est dissocié du corps du circulateur et
est ventilé par l’air).
62
Les circulateurs sont à vitesse fixe (choisie par commutation manuelle
parmi plusieurs vitesses) ou à vitesse variable.
Depuis le 1er janvier 2013, les circulateurs sans presse étoupe (à rotor
noyé) mis en vente doivent respecter une valeur limite d’IEE (Indice
d’Efficacité Énergétique) de 0,27. Le seuil est abaissé à 0,23 à partir du
1er août 2015.
Pour les circulateurs intégrés aux produits (chaudières, préparateurs
d’eau chaude sanitaire…) et les circulateurs conçus pour les circuits
primaires des installations solaires thermiques et des pompes à chaN
leur, la date de mise en application est le 1er août 2015.
!
A partir du 1er août 2015, les circulateurs à rotor noyé conçus
pour les circuits primaires des installations solaires thermiques et mis en vente doivent respecter une valeur limite
d’IEE de 0,23.
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Ne sont pas concernés les circulateurs pour l’eau potable, pour le
bouclage d’eau chaude sanitaire en particulier.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Cette exigence est imposée par le Règlement européen n°641/2009
modifié concernant les circulateurs sans presse étoupe portant appliN
cation de la Directive 2005/32/CE EuP (Energy using products).
PROGRAMME
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Une pompe de circulation est déterminée par sa courbe caractérisN
tique d’évolution de la pression différentielle en fonction du débit.
Le point de fonctionnement s’établit à l’intersection de la caractérisN
tique de la pompe de circulation et de la caractéristique des pertes de
charge du réseau (qui évoluent de façon quadratique en fonction du
débit).
Le choix d’un de la pompe de circulation nécessite de connaître :
• le débit à mettre en circulation ;
• la pression différentielle nécessaire.
La pompe de circulation de la boucle primaire est sélectionnée en
fonction du débit préconisé dans les capteurs solaires.
Si la distribution solaire est équipée d’un échangeur à plaques extéN
rieur intermédiaire (contenance du réseau en liquide glycolé jugée
trop importante), la pompe de circulation de la boucle secondaire de
l’échangeur est sélectionnée en fonction du débit de la boucle solaire :
un fonctionnement en iso-débit calorifique optimise l’échange.
Commentaire
La pression différentielle (généralement désignée hauteur manoméN
trique totale (HMT) du circulateur) fournie par la pompe de circulaN
tion doit être telle qu’elle compense les pertes de charge du circuit
desservi le plus défavorisé, c’est-à-dire celui présentant les pertes de
charge les plus élevées. Les pertes de charge sont calculées pour le
débit nominal de l’installation. Le réseau doit être dimensionné pour
une perte de charge linéique maximale de 20 mm eau/m (en liquide
glycolé).
Neuf-Rénovation
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.
63
PROFESSIONNELS
!
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PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
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 des concentrations
en antigel inférieures à 45% en poids, il convient de majorer
les pertes de charges du circuit par un coefficient moyen de
1,2 pour des tubes en cuivre et 1,1 pour des tubes en acier.
Commentaire
Le dimensionnement doit être légèrement surestimé (de l’ordre de 10 à 15 %) car
d’une part, la distribution peut subir au cours de son existence quelques dégraN
dations (corrosion, embouage, entartrage) et d’autre part, le réseau fait l’objet, à
posteriori, d’opérations d’équilibrage, et donc une augmentation des pertes de
charge singulières du réseau.
Les circulateurs à vitesse variable régulent la pression différentielle
face à des variations de pertes de charge du circuit, en réduisant leur
vitesse.
Les circulateurs à vitesse variable sont caractérisés par une zone de
fonctionnement entre une vitesse maximale et une vitesse minimale.
Le point de fonctionnement nominal doit se situer en partie supéN
rieure de la zone grisée afin que la variation de vitesse puisse s’opéN
rer. Il ne doit pas être localisé dans les zones en haut à gauche et en
bas à droite pour lesquelles le rendement est faible. Un débit minimal
est généralement imposé par le fabricant, de l’ordre de 10%.
Le concepteur doit veiller au respect de la pression minimale à l’aspiN
ration de la pompe ainsi que du fonctionnement permanent en phase
liquide (la présence d’air étant très nuisible pour la durabilité de la
pompe).
Neuf-Rénovation
!
64
Les circulateurs à vitesse variable doivent faire l’objet d’un
dimensionnement sur la base du débit et de la pression différentielle souhaités.
Un robinet de réglage (ou une vanne d’équilibrage permettant en outre
de contrôler le débit) est installé chaque fois qu’il est nécessaire d’adapN
ter les caractéristiques du circulateur à celles du réseau. Afin d’éviter
tout risque éventuel de cavitation, le robinet de réglage est placé du
côté du refoulement du circulateur. Le robinet de réglage peut être à
mesure de débit avec prises de pression intégrées, ou avec indication
visuelle du débit. A défaut, il peut être prévu des prises de pression perN
mettant de mesurer la hauteur manométrique du circulateur.
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.
Des vannes d’isolement doivent être positionnées en amont et en aval
du circulateur permettant une maintenance (possibilité d’intervenir
sans vidanger l’installation).
PROFESSIONNELS
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Bien que l’ajustement du point de fonctionnement puisse être réalisé par une
modification de la consigne de pression différentielle, une vanne d’équilibrage en
série avec le circulateur (préférentiellement sur le retour du circuit) est conseillée
pour ses fonctions de réglage et de mesure de débit.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Commentaire
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Commentaire
Pour assurer le fonctionnement de l’installation solaire et donc la production
solaire, il peut être envisagé de doubler à l’identique l’ensemble circulateur et
vannes d’isolement. L’ensemble est posé sur une branche en bipasse du circulaN
teur de base.
9.10. • Système évitant l’inversion du sens
d’écoulement (cas des installations
avec capteurs remplis en permanence)
Un système anti-thermosiphon permet d’éviter l’inversion du sens de
l’écoulement. Il est indispensable lorsque le dispositif de stockage est
situé au même niveau ou en dessous des capteurs solaires car bien
que les tuyaux soient de petits diamètres, un thermosiphon pourrait
se déclencher la nuit, les capteurs s’étant refroidis, en sens inverse et
provoquer un refroidissement du ballon de stockage.
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.
Pour une installation avec échangeur immergé, le clapet doit être
placé sur le circuit de retour de la boucle solaire (vers les capteurs).
Pour une installation avec échangeur externe, le clapet doit être insN
tallé sur le secondaire de l’échangeur solaire, c'est-à-dire entre le balN
lon de stockage et l’entrée de l’échangeur.
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 23).
Neuf-Rénovation
Ces organes sont à clapet, à ressort ou à disque de retenue. Ils doivent
présenter des pertes de charge aussi réduites que possible (< 0,3 m
eau).
65
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s Figure 23 : Exemple de lyre anti-thermosiphon
9.11. • La protection contre le gel
La protection contre le gel est assurée par l'utilisation d'un liquide
caloporteur non gélif.
Généralement l’échangeur solaire est de type simple paroi. Dans
ce cas, il nécessaire de vérifier que l’antigel utilisé est autorisé pour
une utilisation dans les installations de traitement thermique des
eaux destinées à la consommation humaine fonctionnant en simple
échange. Les avis favorables sur les produits émis par l’ANSES sont
disponibles sur le site internet www.anses.fr.
Un type unique de liquide doit être utilisé sur une installation, certains
liquides présentant des incompatibilités avec d’autres, notamment en
raison de la composition de leurs inhibiteurs de corrosion.
Le choix du liquide antigel doit être fait en accord avec les prescripN
tions du fabricant. La compatibilité du liquide antigel est réputée
satisfaite :
• avec les absorbeurs pour les liquides préconisés dans la notice
technique des capteurs ;
Neuf-Rénovation
• avec l’ensemble de l’installation pour les liquides préconisés
dans la notice technique des installations préfabriquées en usine,
sous réserve du strict respect des instructions du fabricant.
66
Le liquide antigel doit être choisi pour assurer une protection contre le
gel suffisante, selon la température minimale du lieu considéré. A titre
d’exemple, le tableau de la (Figure 24) donne la correspondance entre la
température de protection et la concentration de mono propylène glyN
col (pour un type de glycol donné).
25
-19
30
-24
35
s Figure 24 : Température de protection assurée selon la concentration en mono propylène glycol
!
Il ne s’agit que d’un exemple à ne pas généraliser. Les
valeurs sont différentes selon le type de glycol utilisé.
PROFESSIONNELS
20
-14
DES
-10
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Concentration de mono propylène glycol à 20°C
(en %)
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Température de protection recherchée (en °C)
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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%.
En effet, plus la teneur en glycol du mélange augmente, plus la capaN
cité de transmission thermique de l’échangeur de chaleur diminue et
plus les pertes de charge augmentent. En outre, à basse température,
le circulateur risque de ne pas démarrer du fait d’une trop grande visN
cosité du liquide caloporteur.
Le liquide antigel et les additifs utilisés doivent être stables aux temN
pératures pouvant être atteintes dans l’installation. La température
maximale considérée vis-à-vis du liquide caloporteur est la tempéraN
ture de stagnation.
L’utilisation d’un liquide caloporteur « prêt à l’emploi » est fortement
recommandée.
9.12. • Dispositif de remplissage, de vidange
et de prélèvement
Il y a lieu de prévoir un dispositif de remplissage et de vidange de la
boucle solaire, qui réponde aux prescriptions suivantes :
• le circuit de la boucle de captage ne doit en aucun cas être racN
cordé au réseau d’eau potable ;
La vanne de vidange permet d’effectuer le prélèvement d’un échanN
tillon 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.
Une vanne doit être positionnée au point le plus bas de l’installation afin
de permettre la vidange complète du circuit. Suivant la configuration du
circuit et l’emplacement des capteurs (par exemple, posés en terrasse en
dessous du ballon de stockage), il faut prévoir un piquage au niveau des
capteurs pour assurer une vidange complète de l’installation.
Neuf-Rénovation
• les vannes de remplissage et de vidange sont munies d’un disN
positif d’obturation (bouchon).
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Dans le cadre d’un dégazage avec une pompe électrique, il est nécesN
saire d’avoir une vanne d’arrêt intermédiaire entre la vanne de remN
plissage et celle de vidange, permettant d’assurer une circulation du
liquide dans le réseau hydraulique.
9.13. • Instruments de mesure et de contrôle
L’installation est équipée des instruments suivants permettant d'efN
fectuer 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 et de réglage de débit (vannes de
réglage, débitmètre, prises de pression en amont et aval du
(des) circulateur(s)), y compris côté sanitaire ;
• d’un dispositif d’isolement du vase d’expansion, ce dernier est
souvent un clapet à ressort intégré dans le raccord du vase.
Si ce dispositif est une vanne, la poignée de manœuvre de la
vanne d’isolement en dehors des contrôles doit être retirée
après ouverture afin d’éviter toute fausse manœuvre ;
• d’un dispositif de mesure des températures au niveau des
entrées et sorties de l’échangeur solaire côtés primaire et seconN
daire (par exemple, quatre thermomètres ou à partir de la réguN
lation solaire) ;
• d’une régulation avec écran permettant a minima la lecture des
paramètres principaux (température, ordre du (des) circulaN
teurs, réglages…).
Tous les équipements de mesure sont installés dans un endroit accesN
sible et sont facilement visibles.
9.14. • L’échangeur solaire
Neuf-Rénovation
L’échangeur de chaleur solaire, qu’il soit intégré ou externe au dispoN
sitif de stockage solaire, doit être reconnu conforme par son construcN
teur, notamment vis-à-vis de la tenue aux températures et aux presN
sions maximales pouvant être atteintes par l’installation.
68
Les matériaux constituant l’échangeur solaire doivent être adaptés à
un fonctionnement avec le liquide caloporteur utilisé.
Les échangeurs extérieurs sont généralement à plaques, en acier 316L
avec joints Nitrile ou à plaques brasées. Dans le cas d’installations
avec échangeur intégré au ballon de stockage solaire, l’échangeur
placé en bas de ballon doit être en cuivre, en inox ou en acier émaillé
et isolé électriquement.
• le réseau d’eau potable doit être protégé contre les pollutions
au travers des parois de l’échangeur. Les exigences fixées par
l’article 16.9 du règlement sanitaire départemental type (RSDT)
et l’instruction technique n°235 de décembre 1982 doivent être
respectées ;
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Si l’installation n’est pas de type stockage en eau technique :
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L’installation doit comporter un moyen donnant la possibilité de
contrôler l’existence d’une fuite éventuelle. L’instruction technique
n°235 propose une solution pour satisfaire à cette obligation : la mise
en place d’un système de vannes sur l’entrée et la sortie de l’échanN
geur permettant son isolement et une vanne de mise à l’air libre du
côté du liquide caloporteur de l’échangeur ainsi isolé.
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PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
• un échangeur simple paroi ne peut être utilisé que si le « fluide
vecteur » qui le traverse ne contient strictement que des proN
duits ayant reçu un avis favorable de l’ANSES. Toutefois, l’une
des conditions suivantes doit être respectée :
- l’installation est conçue de telle manière que la pression de
l’eau potable soit en permanence supérieure à la pression du
liquide caloporteur en tout point de l’échangeur ;
- la conception et le choix des matériaux de l’échangeur perN
mettent de limiter les risques de détérioration. L’acier inoxyN
dable au titane, l’acier inoxydable, le cuivre en tube conforme
à la norme NF EN 1057 permet de répondre à cette exigence.
On parle alors d'échangeur de classe B. Dans tous les autres
cas, le dispositif doit avoir une double paroi (échangeur de
classe A) ou être équipé d'un dispositif de double échange
afin d'éviter les risques de contact.
• l'installation doit être conçue de telle façon que la pression de
l'eau potable à l'intérieur de l’échangeur soit en permanence
supérieure à la pression régnant en tout point de la boucle
solaire.
L’échangeur extérieur à plaques doit être raccordé en contre-courant.
Une circulation à contre-courant permet d’assurer un échange de chaN
leur maximal et une homogénéisation des températures.
Des vannes d’isolement sont positionnées au niveau des entrée(s) et
sortie(s) de l’échangeur. Elles permettent une maintenance facilitée
(possibilité d’intervenir sans vidanger l’installation).
Les caractéristiques pour le calcul de la puissance de l’échangeur sont
les suivantes :
• dimensionnement en contre-courant ;
• température en entrée du primaire de l’échangeur : 40°C ;
• température en entrée du secondaire de l’échangeur : 20°C ;
Neuf-Rénovation
Les pertes de charge maximales côté primaire et côté secondaire de
l’échangeur doivent être inférieures à 2 m eau (20 kPa).
69
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• écart de température entre l’entrée du primaire et la sortie du
secondaire de l’échangeur solaire (pincement) de 5°C ;
• dimensionnement en iso-débit calorifique : le rapport entre les
débits calorifiques du primaire et du secondaire de l’échangeur
doit être égal à 1.
On rappelle que le débit calorifique d’un fluide est le produit entre
son débit massique et sa capacité calorifique massique (Cp). Le débit
massique au secondaire ( m secondaire ) de l’échangeur solaire se détermine
conformément à la formule suivante :
m secondaire =
m primaire × Cp primaire
Cpsecondaire
Avec :
- m primaire : débit massique du fluide au primaire de l’échangeur,
en kg/s. Les valeurs pour le réglage du débit du circuit priN
maire sont généralement comprises entre 40 et 60 l/h par m²
de capteurs ;
- m secondaire : débit massique du fluide au secondaire de l’échanN
geur, en kg/s ;
-Cpprimaire : la capacité calorifique massique du fluide au priN
maire de l’échangeur, en kJ/kg.K. Ici 3,58 kJ/kg.K pour un glyN
col de type mono propylène avec une concentration de 30% ;
-Cpsecondaire : capacité calorifique massique du fluide au seconN
daire de l’échangeur, en kJ/kg.K. Ici 4,19 kJ/kg.K pour de
l’eau.
Commentaire
La puissance de l’échangeur doit respecter un minimum de 700 W/m² de capteurs
solaires et son coefficient d’échange de 100 W/m²de capteurs solaires.K.
!
Pour éviter toute perte de production solaire, mieux vaut
légèrement surdimensionner l'échangeur de chaleur solaire.
Neuf-Rénovation
9.15. • Cas des installations
autovidangeables
70
Ce chapitre traite des spécificités liées à des installations de type
autovidangeable.
Dans le cas d’installations autovidangeables, la température et la presN
sion maximales de service des 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
Les capteurs solaires et les raccords entre capteurs doivent pouvoir
se vidanger totalement et être à un niveau supérieur de celui du local
technique. Il n’est néanmoins pas nécessaire qu’ils soient tous au
même niveau, la différence de niveau devant alors être compensée
par les vannes de réglage.
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9.15.1. • Capteurs solaires
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
du réglage du régulateur. La pression de service maximale est plus
faible que pour les installations avec capteurs remplis en permaN
nence, elle dépend uniquement de la hauteur statique générée par le
volume de fluide.
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Le collecteur extérieur d’alimentation des capteurs doit être en tous
points plus bas que le collecteur interne bas des capteurs.
9.15.2. • Pénétrations
Pour les systèmes autovidangeables, une tuile à douille ou une souche
doit être préconisées afin de ne pas créer un point haut en toiture.
9.15.3. • Raccordement hydraulique
des capteurs
!
Dans cas d’une installation autovidangeable, l’ensemble
des capteurs solaires (et les canalisations susceptibles
d’être exposées au gel en cas d’emploi de l’eau comme
fluide) doivent pouvoir être vidangés complètement. La
conception de l’absorbeur implique une disposition précise
des capteurs pour certains fabricants (paysage ou portrait).
En conséquence, tous les capteurs ne sont pas nécessairement adaptés à un fonctionnement autovidangeable.
Le professionnel doit s’assurer que les capteurs sont bien
adaptés à ce type de fonctionnement.
Commentaire
Plus les installations présentent une surface de capteurs importante, plus le resN
pect de cette pente minimum est difficile à tenir.
Neuf-Rénovation
Dans le cas d’installations autovidangeables, les canalisations de racN
cordement des capteurs doivent de préférence présenter des pentes
continûment descendantes vers le réservoir, avec un minimum
imposé par le fabricant (jamais moins que 0,01 m par m). Si le circuit
est rempli en glycol cette pente n’est pas obligatoire.
71
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9.15.4. • Raccords
Pour les installations autovidangeables, les joints fibres sont proscrits
(ne supportent pas le régime d’alternance sec/mouillé). L’utilisation de
raccords coniques métalliques est recommandée.
!
Dans le cas d’installations autovidangeables, les assemblages mécaniques ne doivent pas contenir de joint à fibres
ou de filasse. Ils risquent de s’assécher ou de se rétracter
du fait du remplissage et de la vidange cyclique du circuit.
9.15.5. • Vannes d’équilibrage
Chaque batterie de capteurs doit être équipée d’une vanne d’équiliN
brage permettant de régler et répartir avec précision le débit imposé
dans chacune d’elles. Dans le cas d’une installation autovidangeable,
la vanne doit se trouver en amont de la batterie : en effet, de l’air est
prisonnier en point haut, et même en fonctionnement en régime étaN
bli, il est possible qu’un reliquat d’air soit présent dans la partie haute
de la batterie.
9.15.6. • Purges d’air, séparateurs d’air
!
Compte tenu de la conception spécifique des installations
autovidangeables, aucune purge d’air au niveau des capteurs solaires ne doit être mise en œuvre.
9.15.7. • Protection contre le gel
Dans le cas des installations autovidangeables, cette protection est
assurée par la conception même de l’installation et par le fait d’utiliser
du monopropylène-glycol.
Dans le cas d’installation avec antigel avec un échangeur simple paroi,
il nécessaire de vérifier que l’antigel utilisé est autorisé. Les avis favoN
rables sur les produits émis par l’ANSES sont disponibles sur le site
internet www.anses.fr.
Neuf-Rénovation
Commentaire
72
Actuellement, le principe d’autovidange est préconisé non pas pour éviter les
risques de gel (les installations autovidangeables utilisent du glycol en réponse
à la non garantie de vidangeabilité totale des batteries de capteurs et aux évenN
tuelles erreurs de conception) mais pour répondre aux contraintes liées à l’interN
mittence de l’utilisation de l’eau chaude sanitaire tout au long de l’année et à la
fermeture estivale éventuelle. Ceci ne doit en aucun cas conduire à un surdimenN
sionnement de la surface de capteurs mise en place.
9.15.9. • Soupape de sécurité
Compte tenu de la conception spécifique des installations autoviN
dangeables, la pose d’une soupape de sécurité 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 serait entièrement remN
pli de fluide et que la procédure de remplissage ne soit pas respectée.
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Pour les installations autovidangeables, un système 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.
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9.15.8. • Système d’expansion
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9.15.10. • Système évitant l’inversion du sens
d’écoulement
Compte tenu de la conception spécifique des installations autovidanN
geables, la pose d’un clapet anti-thermosiphon ne doit pas être mis
en œuvre.
Le réservoir de vidange permet d’éviter toute circulation inverse par
thermosiphon dans le circuit hydraulique irriguant les capteurs.
9.15.11. • Pompe de circulation
Dans le cas d’un système autovidangeable, la pompe assurant la cirN
culation du liquide caloporteur ne doit pas seulement compenser
les pertes de charge mais aussi et surtout vaincre la hauteur manoN
métrique entre le réservoir de vidange du liquide et le point haut de
l’installation.
La pompe doit permettre de remonter le fluide au niveau le plus haut
de l’installation.
Commentaire
La hauteur manométrique à débit nul doit être capable de vaincre la
différence d’altitude entre le haut du réservoir de vidange et le haut
des capteurs. De plus, la NPSH (Net Positive Suction Head : hauteur
de colonne d’eau entre l’altitude de la pompe et celle de la vapeur
saturante dans le circuit) doit être adaptée à la pompe choisie pour
éviter tout risque de cavitation.
Neuf-Rénovation
La puissance de la pompe est identique à celle nécessaire pour le même cirN
cuit avec capteurs remplis en permanence dans tous les cas où la différence de
niveau entre le haut des capteurs et le bas du réservoir (pression statique) est
identique ou inférieure aux pertes de charges du circuit à débit nominal (pression
dynamique).
73
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9.15.12. • Réservoir de récupération
Le volume du réservoir de vidange doit permettre de recevoir le
volume de liquide des capteurs lorsque la pompe s’arrête et accepter
la dilatation du fluide lorsque celui-ci monte en température en foncN
tionnement. Ainsi le volume du réservoir doit correspondre au volume
des capteurs majorés du volume nécessaire à la dilatation du fluide :
V = Vcapt + (Vfl x Fdil)
Avec :
-V : volume du réservoir de récupération ;
-Vcapt : volume contenu dans les capteurs ;
-Vfl : volume total de fluide contenu dans le circuit ;
-Fdil : facteur de dilatation du fluide entre la température
ambiante (10°C par défaut) et la température maximale préviN
sionnelle atteinte dans les capteurs (pour des capteurs plans,
par défaut 130°C).
Si le réservoir est installé à l’extérieur, il est prévu en inox 304. Si il
installé à l’intérieur il peut être en acier noir. Il est calorifugé et proN
tégé contre la condensation.
Le réservoir doit être mis en œuvre au dessus de la pompe de circulaN
tion et en dessous du bas des capteurs.
La différence de hauteur entre l’axe de la pompe de circulation et le
piquage bas du réservoir de vidange doit être supérieure à la NPSH
de la pompe (Net Positive Suction Head), correspondant à la pression
d’aspiration minimum de la pompe.
La différence de hauteur entre le collecteur haut des capteurs et le
piquage bas du réservoir doit être inférieure à la hauteur manoméN
trique de la pompe à débit nul.
Commentaire
Dans le cas d’un système autovidangeable, la pompe assurant la circulation du
liquide caloporteur doit compenser les pertes de charge et vaincre la hauteur
manométrique entre le réservoir de vidange et le point haut de l’installation.
Neuf-Rénovation
La position du réservoir doit permettre à la pompe déterminée soit suffisante
pour compenser les pertes de charges du circuit et remonter le liquide dans les
capteurs : la hauteur statique du circuit doit être inférieure à la perte de charge du
circuit en régime établi.
74
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10
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Le dispositif de stockage
solaire
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Le stockage de l’énergie captée permet de pallier le déphasage entre
la ressource solaire et le puisage. L’une de caractéristiques essenN
tielles de l’aptitude à l’emploi du stockage est de fournir, à l’entrée
des capteurs solaires, un fluide dont la température est la plus basse
possible.
10.1. • Critères de choix des ballons
de stockage solaire
La tenue à la température et à la pression des ballons de stockage doit
être compatible avec les températures et pressions maximales pouN
vant être atteintes. Le revêtement interne doit résister à 95°C en foncN
tionnement continu.
Commentaire
Dans le cas où l’installation n’est pas de type eau technique, le profesN
sionnel doit veiller à ce que le revêtement interne des ballons de stocN
kage de l’eau sanitaire soit de qualité sanitaire (matériaux listés dans
les Annexes I, II et III de l’arrêté du 29 mai 1997 ou bénéficiant d’une
Attestation de Conformité Sanitaire (ACS) si matériau organique).
Commentaire
L’Attestation de Conformité Sanitaire permet d’évaluer l’aptitude d’un produit à
entrer en contact avec l’eau destinée à la consommation humaine, au regard des
dispositions réglementaires en vigueur.
Neuf-Rénovation
Il est conseillé de sélectionner des ballons de stockage présentant une garantie
minimum de 5 ans.
75
Commentaire
La pose d’un ballon inox (ou d’autres revêtements) est possible à condition qu’il
soit garanti pour des températures allant jusqu’à 100°C. La pose d’un ballon en
acier émaillé ou avec revêtement synthétique ou minéral, équipés d’une anode
est possible pour des eaux peu calcaires, peu oxygénées, peu acides. Ces revêteN
ments comportent quelques pores après la cuisson.
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10.2. • Raccordement des ballons
de stockage solaire
Au-delà d’un certain volume de stockage solaire ou pour des contraintes
de hauteur sous plafond du local technique, le volume solaire journaN
lier ne peut-être contenu dans un seul ballon. Si plusieurs dispositifs de
stockage centralisé sont installés, ils sont raccordés en série et à contrecourant de la circulation d’eau chaude sanitaire.
Commentaire
Le raccordement des ballons en parallèle ne peut que réduire le volume utile
d’eau chaude. En effet :
– avec un raccordement en parallèle, tous les ballons sont alimentés en eau
froide. Cela multiplie les surfaces entre l'eau chaude et l'eau froide, donc les
volumes aux températures intermédiaires. Avec un montage en série, la zone de
contact ne concerne qu’un seul ballon, le volume de stockage utile d’ECS est plus
important ;
– l'alimentation en parallèle exige un équilibrage hydraulique parfait. Même pour
un faible déséquilibre des débits, un des ballons se vide de son eau chaude avant
les autres. On obtient alors de l’eau plus froide au moment des soutirages alors
que l’eau des autres ballons reste élevée. On rappelle néanmoins que l’appoint
assure la température de production nécessaire.
Quelque soit le nombre de ballons raccordés en série, le ballon où
arrive l’eau froide est le plus froid, celui où arrive la sortie de l’échanN
geur à plaques est le plus chaud.
Neuf-Rénovation
Le raccordement entre les ballons ne doit surtout pas être équipé de
clapet anti retour. L’eau sanitaire est amenée à circuler dans les deux
sens selon si on se trouve dans une phase de charge ou de décharge
des ballons de stockage.
76
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.
Les longueurs de canalisations entre le stockage et le champ de capN
teurs et donc les pertes thermiques doivent être minimisées. Les disN
positifs de stockage sont situés dans un local fermé et en zone hors gel.
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10.3. • Emplacement du ou des ballons
de stockage solaire
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Un bipasse plombé doit être mise en œuvre sur l’arrivée en eau froide
du ballon d’appoint. Lors d’une intervention sur le volume de stocN
kage solaire, cette vanne normalement fermée permet de le by-passer
et d’utiliser ainsi l’appoint en venant directement l’alimenter avec le
réseau d’eau froide.
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La résistance mécanique des éléments porteurs recevant les balN
lons de stockage doit être suffisante pour supporter la charge. Il est
conseillé de prévoir une plaque de la dimension du ballon permettant
une meilleur répartition du poids sur le plancher.
Les ballons doivent être suffisamment éloignés des murs (20 à 30 cm)
afin de permettre les raccordements, le passage des canalisations
ainsi que les opérations d’entretien et de maintenance. Ils sont placés
à la verticale.
s Figure 25 : Contrôle de la diagonale du ballon de stockage
Neuf-Rénovation
L’encombrement des ballons doit être pris en compte notamment
pour les passages de portes ou éventuels escaliers. La hauteur sous
plafond du local doit être 20 à 30 cm supérieure à la hauteur des balN
lons, permettant ainsi un accès aux éléments situés sur le dessus (sysN
tème de dégazage notamment). Comme vu (Figure 25), la concordance
entre la hauteur sous plafond et la longueur de la diagonale du ballon
est à vérifier afin de permettre le redressement du réservoir lors de
sa mise en place. La mesure basculante indique la hauteur nécessaire
pour passer le ballon de stockage de la position couchée à verticale.
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10.4. • Accessibilité
La largeur des passages doit être prise en compte pour les accès et
évacuation éventuelle du gros matériel. 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.
10.5. • Réservations
Les réservations à prévoir doivent tenir compte de la conception des
ballons, de la position et du nombre de piquages, de l’emplacement
dans le local, des arrivées et départs de canalisations ainsi que de
tous les accessoires nécessaires au bon fonctionnement.
10.6. • Stratification
Un aspect important de ces réservoirs est leur capacité à stratifier la
chaleur : les couches les plus chaudes sont en partie haute, les plus
froides en partie basse. Ceci permet d’optimiser la charge en refroidisN
sant la température de retour vers les capteurs afin de les faire foncN
tionner aux entrées les plus basses.
A volume identique, on préfère un réservoir plus haut et plus étroit.
Ses dimensions déterminent sa capacité à stratifier : un rapport miniN
mum hauteur sur diamètre de 2 ou mieux de 3 doit être respecté. Si
ce rapport minimum n’est pas respecté, on constate l’absence de straN
tification entre le bas et le haut du réservoir et donc des températures
à l’entrée des capteurs solaires plus élevées.
Afin d’éviter les zones mortes dans le ballon de stockage et de favoriN
ser la stratification, des déflecteurs sont mis en œuvre en partie basse
du ballon et notamment sur l’arrivée d’eau froide et en partie haute
sur le départ d’eau chaude sanitaire.
Neuf-Rénovation
Afin de favoriser la stratification du ballon de stockage, l’implantation
des piquages est conforme à la (Figure 26).
78
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s Figure 26 : Implantation des différents piquages permettant une bonne stratification du ballon de
stockage
10.7. • Isolation du ou des ballon(s)
de stockage solaire
Les déperditions thermiques des ballons de stockage ne sont pas
négligeables. Une isolation de qualité doit être mise en œuvre avec
beaucoup de soin.
La (Figure 27) montre l’évolution des pertes thermiques d’un volume tamN
pon de 2000 litres (rapport hauteur sur diamètre de 3) entièrement
calorifugé pour un écart de température entre l’eau et l’ambiance de
40 K en fonction de l’épaisseur d’isolant.
Les calculs sont effectués pour deux isolants courants :
• la laine de verre (conductivité de 0,038 W/(m.K) ;
Neuf-Rénovation
• le polyuréthane (conductivité de 0,025 W/(m.K)).
79
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s Figure 27 : Evolution des pertes thermiques journalières d’un ballon de stockage de 2000 litres avec
un rapport hauteur sur diamètre de 3 en fonction de l’épaisseur d’isolant pour de la laine de verre et du
polyuréthane (pour un écart de température de 40 K entre l’ambiance et l’eau)
Comme on le constate sur la (Figure 27), une épaisseur d’isolant de
100 mm semble constituer un optimum. Pour cette épaisseur, les
pertes journalières sont d’environ 3,5 kWh pour de la laine de verre et
d’environ 2 kWh pour du polyuréthane, soit un écart conséquent entre
ces deux isolants.
Il est donc conseillé de calorifuger le ballon de stockage avec une
épaisseur d’isolant de 100 mm et de préférer le polyuréthane à la laine
de verre.
La protection de l’isolation est réalisée par une jaquette M1 minimum.
Toute la surface du stockage doit être calorifugée. En effet, les pertes
thermiques peuvent être multipliées par trois si le fond du volume
tampon n’est pas isolé (par rapport au même volume entièrement
calorifugé). Les supports de pose du stockage doivent être isolés du
sol (patins, supports en matériaux conducteurs,…). Les raccordeN
ments connectés et les bouchons dans le cas où ils ne sont pas utiliN
sés doivent être isolés.
Commentaire
Neuf-Rénovation
Un ballon surélevé par un socle en béton est à l’abri des remontées d’humidité
dans son isolant en cas de fuite dans le local.
80
10.8. • Equipements du ou des ballon(s)
de stockage solaire
Pour exclure tout risque de corrosion, les appareils émaillés sont
munis d'une protection cathodique ou galvanique. Dans un couple
électrolytique, c'est toujours l'anode qui se corrode. Le principe est
donc de protéger l'acier de la cuve (la cathode) en le mettant en
contact avec un métal moins noble que lui (l'anode). L'anode, plonN
gée dans l'eau, généralement en alliage de magnésium, se dissout.
• anode électronique en titane (ACI) : une alimentation électrique
impose le courant d’électrolyse. L’anode ne se détruit pas, elle
n’est donc jamais remplacée.
L’anode électronique est recommandée lorsque l’eau est très dure ou
lorsque l’anode en magnésium ne peut pas être remplacée en raison
d’un manque d’espace entre le ballon et le plafond. Cette anode n’interN
vient en rien sur la formation de calcaire, ce n’est pas un adoucisseur.
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• anode au magnésium sacrificielle : cette anode doit être remplaN
cée lorsque son usure dépasse 60 %. Son contrôle doit être fait
tous les 2 ans ;
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
C’est donc un équipement de consommation qu’il faudra surveiller et
remplacer quand il arrivera en fin de vie. Il existe actuellement deux
technologies pour les anodes :
PROGRAMME
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Commentaire
La protection anodique est inutile dans le cas d’un ballon de stockage en inox.
Dans un ballon de stockage, l’eau sanitaire peut atteindre des tempéN
ratures élevées. Cette montée en température provoque l’expansion
du volume d'eau contenu dans le ballon de stockage. La soupape du
groupe de sécurité libère de l’eau pour faire baisser la pression. Cet
écoulement, bien que normal, est un gaspillage d’eau. En outre, cet
écoulement risque de créer une érosion du siège de la soupape, accéN
lérant ainsi le débit de fuite.
Un vase d’expansion sanitaire doit être mis en place. Il est indispenN
sable d'installer un vase d'expansion à passage intégral au travers
d'une vessie en butyle alimentaire ou de poser les accessoires renN
dant le vase traversant par l’eau froide. Les parois du vase sont dites
de qualité alimentaire. La plage de variation de température se situe
généralement entre 10 et 65 °C. Ce vase est toujours posé sur l’entrée
d’eau froide, entre le groupe de sécurité et le ballon.
Les ballons de stockage sont munis d’un dispositif de sécurité pour
éviter toute surpression et d’un dispositif de dégazage en partie haute.
Un groupe de sécurité composé d’une soupape de sécurité sanitaire
est mis en œuvre sur chaque ballon. Un purgeur automatique est fixé
sur té en sortie d’eau chaude sanitaire.
Les dispositifs de stockage doivent comporter également les équiN
pements permettant d’assurer les opérations d’entretien et de mainN
tenance tels qu’une vanne de purge en partie basse permettant de
réaliser la vidange du réservoir et les chasses et un thermomètre à
plongeur (à cadran gradué de 0 à 100°C) en partie haute pour le
contrôle de la température.
Neuf-Rénovation
Les canalisations d’évacuation de la soupape de sécurité doivent disN
posent d’une rupture de charge avant déversement par mise à l’air
libre afin d’éviter les retours. La garde d’air est d’au moins 2 cm.
81
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PROGRAMME
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Les ballons de stockage sont équipés d’une trappe de visite ou, à parN
tir de 1000 litres, d’un trou d’homme d’au moins 40 cm, indispensable
pour le nettoyage et l’inspection du ballon. Elle est calorifugée avec
un tampon fixé par boulons et joint d’étanchéité de qualité alimenN
taire. Des vannes d’isolement ainsi qu’un espace libre sont réservés
autour des appareils et de leurs équipements (thermostat, mitigeur,
groupe de sécurité, purgeurs, anode…) pour assurer les opérations
d’entretien et de maintenance.
Sur la canalisation d’alimentation en eau froide du ballon de stockage
solaire, il est installé :
• des vannes d’isolement ;
• un filtre à tamis inox avec robinet de rinçage ;
• un compteur volumétrique à impulsions ;
• une sonde de température en doigt de gant.
Dans le cadre d’un suivi énergétique, une sonde de température en
doigt de gant doit être mise en œuvre en sortie du ballon solaire le
plus chaud.
Neuf-Rénovation
!
82
La vanne d’arrivée d’eau froide sur les ballons d’appoint
doit être fermée sinon le solaire est « court-circuité ».
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11
PROGRAMME
Conception
et dimensionnement
du circuit secondaire (cas
des installations de type
stockage en eau technique)
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
11.1. • Retour de la boucle d’eau chaude
sanitaire
Il est recommandé d’assurer le retour de la boucle d’eau chaude saniN
taire uniquement sur l’appoint.
Commentaire
L’intérêt énergétique d’une solution avec retour de boucle sur l’appoint et le
solaire ne se justifie pas pour une application présentant des consommations
d’ECS continues sur la journée. En outre, la mise en œuvre d’une vanne à trois
voies directionnelle complexifie l’installation et risque d’être à l’origine de dysN
fonctionnements (réchauffage du ballon de stockage solaire notamment).
11.2. • Pilotage du circulateur au primaire
de l’échangeur de décharge
Le circulateur du primaire de l’échangeur de décharge peut être asservi
au puisage. Dans ce cas, un maintien en température de l’échangeur
pendant les périodes de non puisage est recommandé en :
• calorifugeant correctement l’échangeur de décharge pour limiN
ter un maximum ses pertes thermiques.
Neuf-Rénovation
• utilisant une vanne à trois voies permettant un bouclage sur
l’échangeur en cas de non puisage ;
83
PROFESSIONNELS
PROGRAMME
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PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 28 : Schémas de principe d’une configuration de chauffe-eau solaire en eau technique avec
maintien en température de l’échangeur de décharge, avec vanne à trois voies (à gauche) et sans vanne
à trois voies et circulation permanente (à droite)
La vanne à trois voies présente un fonctionnement tout ou rien. Elle
est commandée selon la valeur du différentiel de température (DT)
entre la température en haut de ballon solaire (Ta) et celle en sortie du
primaire de l’échangeur de décharge (Tsp) de sorte que :
• si Ta-Tsp<DT, la voie directe de la vanne à trois voies est ferN
mée et il n’y a pas de circulation dans le ballon solaire ;
• si Ta–Tsp>DT, la voie directe de la vanne à trois voies s’ouvre et
il y a circulation dans le ballon solaire.
Ce fonctionnement permet de ne pas destratifier le ballon de stockage
solaire avec des retours en sortie primaire d’échangeur trop chauds, ce
qui peut être le cas avec un fonctionnement permanent sans vanne à
trois voies.
Commentaire
La température de l’eau bouclée baisse du fait des pertes thermiques de l’échanN
geur lors de son maintien en température. Il est donc recommandé de calorifuger
correctement l’échangeur de décharge.
Dans le cas d’installations dotées de nombreuses consommations
étalées sur la journée, le circulateur du primaire de l’échangeur de
décharge peut être régulé sur horloge, sans vanne à trois voies (desN
tratification du ballon de stockage solaire faible).
11.3. • Débit du circuit au primaire
de l’échangeur de décharge
Neuf-Rénovation
Le circulateur de la boucle primaire de l’échangeur de décharge peut
fonctionner à débit fixe ou variable.
84
Fonctionnement à débit variable
Le débit au primaire de l’échangeur de décharge est variable et
modulé afin de maintenir un pincement fixe de 2K.
On rappelle qu’il est recommandé, dans le cas d’un asservissement
du circulateur au puisage, d’assurer un maintien en température de
l’échangeur permettant d’améliorer le temps de réponse de la chauffe
de l’ECS en début de puisage.
• en période de non puisage, la vanne à trois voies est fermée
et permet un bouclage sur l’échangeur à faible débit fixe (par
exemple 200 l/h). Si le différentiel de température (compris
entre 5 et 10K) entre le haut du ballon et la sortie de l’échangeur
est atteint, la voie directe de la vanne à trois voies s’ouvre perN
mettant ainsi de réchauffer la boucle et de maintenir en tempéN
rature l’échangeur (à la température du ballon solaire).
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• quand un puisage d’ECS est détecté, le débit au primaire de
l’échangeur de décharge est variable et modulé afin de mainteN
nir un pincement fixe de 2K ;
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Le fonctionnement est le suivant :
PROGRAMME
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Fonctionnement à débit fixe
!
Le débit calorifique minimal doit être celui du circuit secondaire de l’échangeur : le débit de la boucle ECS, et plus précisément le débit maximal puisé, ne doit jamais être supérieur au débit de la boucle en eau technique.
Dans le cas d’un profil de puisage présentant un rapport entre débit
de pointe et débit de la boucle solaire faible, un sur-débit de la boucle
en eau technique est favorable à la performance solaire de l’installaN
tion. La formule permettant d’approcher la valeur optimale de ce surdébit est la suivante :
Valeur de sur - débit =
Qboucle se ondaire solaire
Q ma imal d’ECS puisé
Avec :
-Qboucle secondaire solaire : débit de la boucle secondaire de l’échanN
geur solaire (l/h)
-Qmaximal d’ECS puisé : débit de pointe d’ECS (l/h)
La difficulté réside dans la détermination du débit de pointe
d’ECS. Le débit de la boucle en eau technique peut être
sous/sur estimé par rapport au débit de pointe réellement
constaté. Le bureau d’études doit évaluer au mieux ce débit.
Pour cela, il peut :
– idéalement, mesurer le profil de puisage réels du bâtiment
concerné sur une journée type (cas d’installation existante) ;
– se baser sur des profils de puisage établis à partir de statistiques de bâtiments existants similaires (par exemple les
recommandations de l’AICVF de 2004).
Neuf-Rénovation
!
85
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PROGRAMME
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
11.4. • Détermination de la puissance
de l’échangeur de décharge
Les caractéristiques pour le calcul de la puissance de l’échangeur de
décharge sont les suivantes :
• dimensionnement en contre-courant ;
• température en entrée du primaire de l’échangeur : 50°C ;
• température en entrée du secondaire de l’échangeur : tempéraN
ture d’eau froide ;
• pincement de 5°C ;
• dimensionnement en iso-débit entre le primaire et le secondaire
de l’échangeur de décharge (avec débit équivalent à la pointe de
consommation d’ECS maximale).
!
La puissance de l’échangeur de décharge ne doit pas être
inférieure à la puissance de l’échangeur solaire.
Neuf-Rénovation
L’échangeur de décharge doit être accessible pour les opérations
d’entretien et de maintenance. L’échangeur doit pouvoir être isolé.
Des vannes d’isolement sont positionnées au niveau des entrée(s) et
sortie(s) de l’échangeur. Elles permettent une maintenance facilitée
(possibilité d’intervenir sans vidanger l’installation).
86
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12
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Le système de régulation
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
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12.1. • Cas des installations avec capteurs
remplis en permanence
12.1.1. • Cas des installations avec échangeur
immergé
Le mode de régulation est différentiel : le régulateur pilote le circuN
lateur solaire, en fonction de l’écart de température entre la sortie
des capteurs et le bas du ballon de stockage solaire. Les valeurs du
Différentiel de Démarrage (DD) et du Différentiel d’Arrêt (DA) du circuN
lateur sont réglables par l’installateur.
12.1.2. • Cas des installations avec échangeur
extérieur
Le circulateur du secondaire est régulé en regard de l’écart de tempéN
rature entre l’entrée de l’échangeur solaire côté primaire et le bas du
ballon de stockage solaire. Ce montage permet un démarrage en deux
étapes :
• une première étape où la boucle primaire est mise en circulaN
tion avec homogénéisation des températures dans les capteurs
solaires et dans les canalisations ;
• une seconde étape où le circuit secondaire est mis en service avec
transfert d’énergie de la boucle primaire à la boucle secondaire.
Neuf-Rénovation
Le mode de régulation est généralement double différentiel. Le circuN
lateur du primaire de l’échangeur est régulé en regard de l’écart de
température entre la sortie des capteurs et le bas du ballon de stocN
kage solaire.
87
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PROGRAMME
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
!
Le circulateur secondaire de type « sanitaire » est asservi
à celui du primaire : le circulateur secondaire ne peut pas
fonctionner si le circulateur du primaire est à l’arrêt.
Pour les installations de taille importante avec échangeur extérieur,
une sonde d’ensoleillement peut être mise en œuvre. Elle vient se
substituer à la sonde de température au niveau du champ de capteurs
solaires. Lorsque la valeur de l’ensoleillement est supérieure au seuil
d’enclenchement de la sonde d’ensoleillement, le circulateur du priN
maire de l’échangeur démarre.
Commentaire
Une régulation de la boucle solaire par sonde d’ensoleillement permet d’éviter
des erreurs de mesures de température dues à un défaut d’irrigation des batteries
de capteurs solaires. Attention au seuil d’enclenchement de la sonde : un seuil
trop bas aura pour conséquence un enclenchement prématuré du circulateur au
primaire de l’échangeur solaire.
12.2. • Cas des installations
autovidangeables
Au démarrage de l’installation, l’air contenu dans les capteurs solaires
est d’abord chassé vers le réservoir de vidange qui va recevoir et isoN
ler l’air du circuit. Après cette phase d’amorçage de quelques minutes,
le système fonctionne comme un système solaire avec capteurs remN
plis en permanence (cf. 12.1).
La pompe s’arrête et le système se vidange par gravité :
• quand l’échange de chaleur aux bornes de l’échangeur solaire
n’est plus significatif ;
• quand la température en bas de ballon atteint sa température
limite (paramétrée lors de la mise au point de la régulation) ;
• quand la température du liquide caloporteur dépasse sa temN
pérature de sécurité (paramétrée lors de la mise au point de la
régulation).
Neuf-Rénovation
Comme pour une installation avec capteurs remplis en permanence,
l’installation autovidangeable peut être avec échangeur solaire
immergé ou extérieur au stockage solaire.
88
!
Les installations autovidangeables peuvent impliquer
une régulation spécifique distinguant les phases d’amorçage (chasse de l’air) et les phases de fonctionnement de
la pompe de circulation. Dans tous les cas, le professionnel doit se conformer aux instructions données dans les
notices des fabricants.
Des protections contre la surchauffe peuvent être mises en place.
Dans le cas des installations avec capteurs remplis en permanence,
l'installation peut être mise en marche forcée la nuit pour refroidir les
ballons jusqu'à un seuil bas (méthode communément appelé « refroiN
dissement nocturne »).
L’arrêt de la pompe primaire, dans le cas des installations autovidanN
geables, vidange automatiquement les capteurs et arrête l’installation.
Cela permet d’éviter les phases vaporisation du liquide caloporteur et
donc sa détérioration.
PROFESSIONNELS
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Pour éviter les courts-cycles, des temporisations doivent être prévues
sur l'arrêt des pompes (par exemple 5 minutes de marche minimale).
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
12.3. • Quelques compléments
PROGRAMME
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Dans le cas où les sondes seraient situées près de coudes ou d’enN
droits où le régime du fluide pourrait être perturbé, dans le cas de
dysfonctionnement des sondes ou dans le cas d’une mauvaise transN
mission de données entre les sondes et l’automate de régulation, des
valeurs aberrantes peuvent parasiter son fonctionnement. Un mode
dégradé doit être mis en place de manière automatique. Celui-ci doit
être en accord avec les spécificités de l’installation.
12.4. • Cas des installations de type stockage
en eau technique
Le mode de régulation de la boucle solaire est généralement double
différentiel (cf. 12.1). Le circulateur de la boucle primaire (en eau techN
nique) de l’échangeur de décharge peut fonctionner à débit fixe ou
variable.
Fonctionnement à débit variable
On rappelle qu’il est recommandé, dans le cas d’un asservissement
du circulateur au puisage, d’assurer un maintien en température de
l’échangeur permettant d’améliorer le temps de réponse de la chauffe
de l’ECS en début de puisage. La vanne à trois voies présente un foncN
tionnement tout ou rien (Figure 28). Elle est commandée selon la valeur
du différentiel de température (DT) entre la température en haut de
ballon solaire (Ta) et celle en sortie du primaire de l’échangeur de
décharge (Tsp) de sorte que :
• si Ta-Tsp<DT, la voie directe de la vanne à trois voies est ferN
mée et il n’y a pas de circulation dans le ballon solaire ;
• si Ta–Tsp>DT, la voie directe de la vanne à trois voies s’ouvre et
il y a circulation dans le ballon solaire.
Neuf-Rénovation
Il est recommandé un débit au primaire de l’échangeur de décharge
variable. Il est modulé afin de maintenir un écart de température entre
l’entrée au primaire de l’échangeur de décharge et sa sortie au seconN
daire (appelé pincement) fixe de 2K.
89
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PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Le fonctionnement du circuit à débit variable est donc le suivant :
• quand un puisage d’ECS est détecté, le débit au primaire de
l’échangeur de décharge est variable et modulé afin de mainteN
nir un pincement fixe de 2K ;
• en période de non puisage, la vanne à trois voies est fermée
et permet un bouclage sur l’échangeur à faible débit fixe (par
exemple 200 l/h). Si le différentiel de température entre le haut
du ballon et la sortie de l’échangeur est atteint, la voie directe de
la vanne à trois voies s’ouvre permettant ainsi de réchauffer la
boucle et de maintenir en température l’échangeur (à la tempéN
rature du ballon solaire).
Fonctionnement à débit fixe
!
Le débit minimal doit être celui du circuit secondaire de
l’échangeur : le débit de la boucle ECS, et plus précisément
le débit maximal puisé, ne doit jamais être supérieur au
débit de la boucle en eau technique.
Neuf-Rénovation
Dans le cas d’un profil de puisage présentant un rapport entre débit de
pointe et débit de la boucle solaire faible, un sur-débit de la boucle en
eau technique est favorable à la performance solaire de l’installation.
90
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Conception
et dimensionnement
de la boucle de distribution
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13.1. • La limitation des températures d’ECS
Si un mitigeur thermostatique est mis en œuvre en sortie de producN
tion (et donc au départ de la distribution principale), il doit avoir les
caractéristiques suivantes :
• plage de réglage : 25-60°C ;
• température maximale à l'entrée : 110°C ;
• pression différentielle maxi (Δp) : 5 bars.
Il doit être équipé d’une cartouche thermostatique spécifique solaire
pour résister à de hautes températures. Il doit être équipé de clapet
anti-retour homologué, conformément à la norme européenne NF EN
1717 (protection contre la pollution de l’eau potable dans les installaN
tions d’eau et exigences générales des dispositifs pour empêcher la
pollution par retour d’eau.
!
En rénovation, le bouclage sanitaire ne respecte généralement pas les exigences citées ci-après. Le professionnel
se doit d’assurer son devoir de conseil et préconiser l’ensemble des équipements indispensables pour la prévention des risques sanitaires.
L’ensemble des équipements indispensables pour la prévention des
risques sanitaires doivent être présents sur la boucle d’eau chaude
sanitaire.
Neuf-Rénovation
13.2. • Le retour du bouclage sanitaire
91
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Ces derniers doivent permettre d’assurer des températures et des
vitesses de circulation satisfaisantes dans la boucle d’eau chaude
sanitaire ainsi que son entretien.
!
Une température supérieure à 50°C doit être maintenue en tout point de la boucle. Des vitesses supérieures
à 0,2 m/s dans les canalisations de retour de boucle sont
recommandées.
Les équipements indispensables sont :
• des tubes témoins démontables sur le retour et le départ
de la boucle d’ECS permettant de vérifier l’état interne des
canalisations ;
• des organes d’équilibrage permettant de régler les débits ;
• des robinets de prélèvement d’eau sur le retour et le départ de
la boucle d’ECS permettant d’effectuer des analyses physicoN
chimiques et bactériologiques et de contrôler les températures
d’eau ;
• des vannes de chasse et de vidange aux points hauts et bas
permettant de pouvoir décrocher le biofilms éventuels par des
chasses à débit élevé ;
• des dispositifs de purge permettant de limiter les corrosions.
• un dispositif permettant de contrôler le débit de retour de la
boucle ECS (rotamètre ou détecteur de débit par exemple) ;
• des thermomètres permettant de contrôler les températures
d’ECS sur le départ et le retour de la boucle d’ECS.
Si la production est assurée par un (des) ballon(s) électrique(s), le
retour de la boucle d’ECS n’est pas raccordé au(x) ballon(s). Les
pertes sont compensées par un réchauffage électrique séparé comme
vu (Figure 29).
Commentaire
Neuf-Rénovation
Un réchauffeur de boucle électrique séparé permet de ne pas perturber la stratiN
fication du ballon et de ne pas créer des températures de stockage et de distribuN
tion trop faibles. Le réchauffeur de boucle est de préférence un ballon de petite
capacité moins sensible aux dépôts qu’un réchauffeur tubulaire de plus faible
volume.
92
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s Figure 29 : Dans le cas d’une production d’ECS électrique, le maintien en température de la boucle est
assuré par un réchauffeur séparé
Si la production est assurée par un (des) ballon(s) alimenté(s) par un
appoint de type chaudière, le retour de bouclage d’eau chaude saniN
taire peut être ramené :
• sur le ballon d’appoint uniquement ;
!
Lorsqu'un bouclage sanitaire est mis en place, le retour de
ce dernier ne doit pas être uniquement ramené sur le ballon
de stockage solaire. Ce montage conduirait à un réchauffement du ballon de stockage solaire préjudiciable aux performances de l’installation. La mise en place du bouclage
sur le ballon solaire ne doit être envisagée que dans les cas
où il y a à la fois une parfaite maîtrise de la commutation
de la vannes à trois voies et un risque clair, répété et important d’absence prolongée de consommations d’eau chaude
sanitaire.
Neuf-Rénovation
• sur le ballon d’appoint et le ballon solaire via une vanne à trois
voies directionnelle.
93
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Si une vanne à trois voies directionnelle est mise en œuvre, le profesN
sionnel doit s’assurer que cette dernière, permettant un retour de boucle
soit sur ballon d’appoint soit sur le ballon solaire, est bien étanche.
Commentaire
La mise en œuvre d’une vanne à trois voies directionnelle complexifie l’installaN
tion et risque d’être à l’origine d’importants dysfonctionnements (réchauffage du
ballon de stockage solaire notamment). Elle ne se justifie que si l’usage de l’insN
tallation solaire conduit à des périodes suffisamment longues où la température
atteinte dans les ballons solaires dépasse la température de retour du bouclage.
Elle doit être accompagnée de la mise en place d’un comptage énergétique réverN
sible (un index chaud et un index froid dans l’intégrateur) sur cette partie solaire
du bouclage pour vérifier que le transfert d’énergie a bien lieu dans le bon sens.
Le retour de boucle sur le ballon solaire ne doit pouvoir se faire que
lorsque la température de retour de boucle est inférieure à celle du
stockage solaire augmentée de quelques degrés. La vanne trois voies
est pilotée par deux sondes de température :
• une sonde sur le retour de boucle en amont de la vanne trois
voies, au refoulement du circulateur de bouclage ;
• une sonde de température dans le ballon de stockage solaire à
la hauteur de ce retour de boucle et suffisamment éloigné du
piquage d’arrivée des capteurs.
Commentaire
La vanne trois voies directionnelle est inutile et ne doit pas être mise en œuvre
dans le cas d’une installation avec appoint intégré.
!
Toute modification sur la boucle d’eau chaude sanitaire
implique un rééquilibrage de cette boucle.
Le mitigeur thermostatique (si présent) doit interdire la circulation du
fluide chaud vers l’eau froide. Un clapet anti retour doit être installé sur
l’arrivée d’eau froide du limiteur de température, si ce dernier n’en est
pas équipé. Les retours au ballon et au mitigeur sont équipés de claN
pets anti-retour assurant un fonctionnement hydraulique sans aléas.
Neuf-Rénovation
Le retour du bouclage doit être ramené :
94
• sur le haut du ballon d’appoint, quand il y a soutirage ou en
l’absence de soutirage quand la température de sortie de stocN
kage est inférieure à celle réglée en sortie de mitigeur ;
• en entrée du mitigeur, en l’absence de soutirage et quand la
température de sortie de stockage est supérieure à celle réglée
en sortie de mitigeur.
Comme vu (Figure 30), les retours au ballon et au mitigeur doivent être
équipés de vannes d’équilibrage permettant de faciliter la régulation
de la température de départ.
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Neuf-Rénovation
s Figure 30 : Prescriptions visant à prévenir le risque de brûlure aux points d’usage
95
Le suivi énergétique
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Un suivi énergétique de l’installation doit être mis en place. En foncN
tion du niveau de suivi mis en place, il permet :
• de détecter si l’installation est en état de fonctionnement normal ;
• d’avoir des données objectives sur le bon fonctionnement de
l’installation ;
• de détecter et traiter les dysfonctionnements éventuels de l’insN
tallation solaire.
Le suivi énergétique peut être simplifié (relevé des informations
localement et manuellement) ou détaillé (relevé des informations à
distance).
Neuf-Rénovation
14.1. • Contrôle de l’état de fonctionnement
de l’installation
96
Le contrôle de l’état de fonctionnement de l’installation solaire assure
une surveillance de l’installation. Il assure la disponibilité des foncN
tionnements en informant les intervenants qui assurent l’entretien et
la maintenance des équipements. Il s’agit principalement d’émettre
des signalisations ou des alarmes (défauts des circulateurs ou des
sondes de température par exemple), d’informer les professionnels
pour faciliter leurs tâches, de suivre les interventions et de les enreN
gistrer en historiques.
Commentaire
Ce suivi ne renseigne pas sur la performance du système. Un équipement appaN
remment en marche peut fonctionner de manière dégradée ou peu optimale.
Cette dernière doit permettre le calcul de l’énergie solaire utile proN
duite. Elle est différente suivant la configuration de l’installation. Il
s’agit de suivre la production d’énergie solaire au travers de différents
indicateurs que sont :
• la productivité solaire : on ramène simplement la production
solaire utile à la surface de capteurs installés. Cet indicateur est
représentatif du bon dimensionnement et de la bonne perforN
mance de l'installation solaire, mais il peut être pénalisé si la
consommation d’eau chaude sanitaire est trop faible par rapN
port aux capacités de l’installation ;
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Le suivi de bon fonctionnement passe par une instrumentation plus
complète de l’installation.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
14.2. • Contrôle de bon fonctionnement
de l’installation
PROGRAMME
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
• le taux de couverture solaire : il représente la part des besoins
en eau chaude sanitaire aux points de puisage assurés par le
solaire. Il est égal au rapport de l’énergie solaire utile par le
besoin en eau chaude sanitaire.
!
Ces deux valeurs dépendent de l'irradiation incidente sur
les capteurs, de la consommation d'eau chaude sanitaire,
de l’état des composants en fonctionnement et enfin du
dimensionnement de l'installation.
Le calcul de la production solaire utile théorique peut être réalisé simN
plement à l'aide la méthode SOLO en utilisant comme entrée les donN
nées réelles de l'installation (consommation réelle mensuelle d'eau
chaude mesurée sur l'installation, températures extérieure et d'eau
froide moyennes, irradiation calculée à l'aide de la durée d’ensoleilN
lement réelle de la station météorologique la plus proche de l'installaN
tion sur le mois concerné).
Neuf-Rénovation
Afin de détecter des dérives de fonctionnement de l’installation, la proN
ductivité solaire mesurée peut être comparée à la productivité solaire
théorique c’est à dire l'énergie solaire utile qu'aurait dû produire l'insN
tallation considérée, compte tenu des conditions réelles de fonctionN
nement. Le ratio « mesure sur théorie » de la production solaire est
l’indicateur le plus représentatif de la qualité de fonctionnement (indéN
pendamment de la qualité de fonctionnement) de l'installation solaire
dans les conditions de son utilisation. Il est communément admis
qu'un ratio supérieur à 0,8 traduit un bon fonctionnement. Ce ratio est
indicatif mais il permet de vérifier que l’installation concernée foncN
tionne correctement ou pas et cela à l’échelle de temps notamment
mensuelle. Pour un suivi de fonctionnement plus précis, il est nécesN
saire d’aller au-delà de ce ratio en analysant des données sur un pas
de temps plus précis avec des données journalières voire à 10 minutes.
97
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PROGRAMME
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Commentaire
A noter qu’il existe aussi d’autres outils de calcul, à l’image du logiciel TRANSOL,
mais attention dans ce cas à la définition du taux de couverture utilisée dans
l’outil concerné.
14.2.1. • Contrôle de bon fonctionnement
simplifié
Les données de consommation et de production solaire mesurées
issues du compteur d'énergie sont récupérées manuellement. La
fréquence des relevés conditionne le degré de réactivité de signaleN
ment d'un éventuel dysfonctionnement. Sa régularité assure les perN
formances de l'installation sur le long terme. Les données relevées
doivent être consignées dans le carnet de suivi. L’exploitant doit alerN
ter le Maître d'Ouvrage en cas de non correspondance avec les indicaN
teurs minimums de performance prévisionnels.
Commentaire
Ce type de relevé et de suivi manuel est particulièrement adapté aux installations
de taille réduite (jusqu'à 30 à 50 m², valeur haute).
14.2.2. • Contrôle de bon fonctionnement
détaillé
L'emploi d'une centrale d’acquisition permet de suivre à distance
l’installation. Elle relève, stocke et transmet, à échéances programN
mées et pas de temps réguliers, l’ensemble des valeurs mesurées par
les sondes de température et les compteurs. Raccordé à un réseau de
communication (ligne téléphonique, GSM, ADSL...), elle permet de
visionner à distance le fonctionnement de l'installation solaire.
!
Ce type de relevé nécessite des compétences particulières
en matière de programmation et d'analyse des données
instantanées et archivées.
14.2.3. • Instrumentation
Neuf-Rénovation
Il est recommandé de mesurer l’énergie solaire avec un compteur
d’énergie. Il intègre :
98
• deux sondes de température appairées, à placer en doigt de
gant ;
• un compteur d’eau hydraulique (mesure de volume ou de débit
du liquide caloporteur traversant le compteur) ;
• un intégrateur qui récupère les données de chaque élément et
les convertit en quantité d’énergie. Il introduit le coefficient therN
mique qui peut être fixe ou variable).
Le compteur d’énergie thermique est de Classe 1 (caractérisant
les Erreurs Maximales Tolérées sur le débit). Il présente une valeur
ΔTmin (Erreurs Maximales Tolérées sur la différence de températures)
de 3 correspondant à une erreur d’appariement proche de 0,1 K.
Outre la classe et le ΔTmin, un compteur d’énergie thermique se choisit
en considérant ces autres caractéristiques principales :
• la différence de température maximale mesurable ;
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Un automate du système GTB ou une centrale de télégestion dédiée au suivi
énergétique peut être utilisée pour effectuer le calcul à partir d’un compteur d’eau
et de deux sondes de température séparées.
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Commentaire
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PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
• la plage des mesures de température ;
• la pression maximale admissible ;
• la perte de charge provoquée par le mesureur de débit ;
• les longueurs droites à prévoir en amont et en aval du
mesureur ;
• la résolution de l’index par rapport à la précision et à la capacité
de comptage ;
• les informations affichées et celles qui sont disponibles par un
réseau numérique comme Mbus.
Le compteur d’énergie est équipé, a minima, d’une sortie impulsions
ou de préférence d’une interface de communication (Mbus, Jbus…).
Commentaire
Le protocole M-Bus est particulièrement adapté aux compteurs d’énergie therN
mique. Il permet non seulement de remonter la quantité d’énergie (index) mais
aussi l’index de volume, le débit et les températures.
Le compteur ne doit pas être choisi uniquement en fonction du diaN
mètre de la canalisation : il peut être surdimensionné et fonctionner
avec une moins bonne précision. Il est choisi en regard de son débit
nominal, transitoire, minimal et maximal.
Suivant le niveau de suivi souhaité, l’instrumentation mise en place
doit permettre le calcul de l’énergie solaire utile produite et son utiN
lisation plus ou moins précise en comparaison avec une référence.
L’instrumentation est différente suivant la configuration de l’installaN
tion et notamment vis-à-vis :
• de l’intégration de l’appoint (intégré ou séparé) ;
• de la présence ou non d’un bouclage d’eau chaude sanitaire ;
• de la configuration du retour du bouclage d’eau chaude sanitaire.
Neuf-Rénovation
14.3. • Plans de comptage
99
PROFESSIONNELS
14.3.1. • CESC à appoint intégré
Pour avoir une indication sur le fonctionnement global de l’installaN
tion, le circuit sanitaire doit être a minima instrumenté conformément
à la (Figure 31).
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PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
s Figure 31 : Instrumentation permettant de caractériser la production solaire utile d’une installation de
type CESC avec appoint intégré
14.3.2. • CESC à appoint séparé
Pour avoir une indication sur le fonctionnement global de l’installaN
tion, le circuit sanitaire doit être a minima instrumenté conformément
à la (Figure 32).
s Figure 32 : Instrumentation permettant de caractériser la production solaire utile d’une installation de
type CESC avec appoint séparé
Neuf-Rénovation
14.3.3. • CESC en eau technique
100
Pour avoir une indication sur le fonctionnement global de l’installaN
tion, le circuit sanitaire (au secondaire de l’échangeur de décharge)
doit être a minima instrumenté conformément à la (Figure 33).
PROFESSIONNELS
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« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
Neuf-Rénovation
s Figure 33 : Instrumentation permettant de caractériser la production solaire utile d’une installation de
type CESC en eau technique
101
Raccordements électriques
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15
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PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
L’entreprise d’installation doit assurer l’ensemble des raccordements
électriques des équipements installés ainsi que leur protection.
Les raccordements électriques s’effectuent par câbles U1000 RO2V
de section surdimensionnée fixés sur chemins de câbles ou en gaines
PVC rigides.
L’alimentation et les protections de tous les équipements solaires s’efN
fectuent à partir d’un coffret électrique dédié de degré de protection IP
437. Les équipements de commande et de sécurité sont fixés sur rails
DIN.
Le coffret électrique est alimenté en 400 V + neutre à partir de l’arN
moire électrique générale prévue en chaufferie. Elle est équipée au
départ d’un disjoncteur divisionnaire tripolaire calibré sur la puisN
sance nécessaire majorée de 100%.
La norme mentionne par exemple que « toutes les masses doivent
être reliées à un conducteur de protection selon les conditions partiN
culières des divers schémas des liaisons à la terre (TT, TN, IT).
Le coffret électrique est équipé :
• un sectionneur général à fusibles ;
Neuf-Rénovation
• deux contacteurs bipolaires de commandes des circulateurs
équipés de contact auxiliaires normalement ouverts ;
102
• disjoncteurs divisionnaires pour la protection de l’interrupteur
crépusculaire (si présent), du régulateur, du télécontrôleur (si
présent) ;
• un disjoncteur différentiel de 30 mA de protection de la prise de
courant (prise à l’intérieur du coffret) ;
• une prise de courant « force » en mono 230V équipée d’un pôle
de terre de 16 A ;
• les plaques signalétiques en façade ;
• l’interrupteur crépusculaire (si présent) ;
• le régulateur pouvant également assurer une fonction de téléN
contrôleur, doté d’une capacité de commande de la pompe
solaire en puissance ;
• une alimentation 220/24V ;
• une batterie de secours ;
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• un voyant sous tension du coffret électrique et deux voyants
« marche » du(es) circulateur(s) ;
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
•1 commutateur 3 positions (Marche-Arrêt-Auto) pour la comN
mande de la pompe solaire,
PROGRAMME
PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE COLLECTIVE CENTRALISÉE SOLAIRE – CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
• une pochette à documents contenant les schémas électriques
de commande et de puissance avec les reports et repérages.
Les passages de câbles sont effectués sous goulottes à l’intérieur
du coffret électrique et par passe-fils au travers de sa paroi. Tous les
appareils sont étiquetés et les câbles repérés par numérotation.
Le coffret électrique doit contenir les schémas électriques « comN
mande » et « puissance » avec report des repérages.
Neuf-Rénovation
La mise en œuvre de l’installation doit être réalisée conformément
aux prescriptions de la norme NF C 15-100 qui s’applique aussi bien
aux installations en très basse tension qu’en basse tension.
103
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) ;
n Confédération de l’artisanat et des petites entreprises
du bâtiment (CAPEB) ;
n Confédération des organismes indépendants de
prévention, de contrôle et d’inspection (COPREC
Construction) ;
n Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB) ;
n Électricité 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 GDF SUEZ ;
n Ministère de l'Écologie, du Développement Durable et de
l'Énergie ;
n Ministère de l'Égalité des Territoires et du Logement ;
n Plan Bâtiment Durable ;
n SYNTEC Ingénierie ;
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
PRODUCTION D’EAU CHAUDE
SANITAIRE COLLECTIVE
CENTRALISEE SOLAIRE
CONCEPTION
ET DIMENSIONNEMENT
NN
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N NNR
ssssssss
RR RRRRR R
R
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 chauffe-eau solaire collectif centralisé.
L’installation est autovidangeable ou avec capteurs remplis en permanence. Le
stockage solaire est réalisé en eau chaude sanitaire ou en eau technique.
Les solutions techniques adaptées et les schémas hydrauliques types associés
sont présentés. Une démarche simple et concrète, basée sur l’expérience, est
proposée pour le dimensionnement et la sélection d’un chauffe-eau solaire. Par
exemple, des valeurs de besoins moyens d’eau chaude sanitaire sont indiquées,
permettant de dimensionner au plus juste une installation solaire performante.
La fonction, les critères de choix des matériaux et les bonnes pratiques pour
le dimensionnement de chacun des composants de l’installation solaire sont
exposés.
Enfin, les différents niveaux de suivi énergétique de l’installation solaire,
les plans de comptage associés et l’instrumentation à mettre en place sont
présentés.
P R O G R A M M E
D ’ A C C O M P A G N E M E N T
D E S
P R O F E S S I O N N E L S
« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »
Ce programme est une application du Grenelle Environnement. Il vise à revoir l’ensemble des règles de construction, afin de réaliser des économies d’énergie dans le bâtiment et de réduire les émissions de gaz à effet de serre.
www.reglesdelart-grenelle-environnement-2012.fr
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Thank you for your participation!

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

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