Chauffage Solaire

Chauffage Solaire
SOLEIL
Chauffage solaire :
les systèmes combinés
Version du
31 mars 2004
L'utilisation active de l'énergie solaire pour le chauffage des bâtiments fait appel à plusieurs techniques. La plupart d'entre elles utilisent l’eau comme
fluide caloporteur, d'autres l'air. Nous n'aborderons
ici que les systèmes à eau. Ceux-ci combinent le
chauffage des locaux et le chauffage de l'eau sanitaire : pour cette raison, ils sont appelés systèmes
solaires combinés ou "systèmes combi".
Dans tous les cas, on n’examinera cette possibilité qu’après
que les aspects plus fondamentaux de la question du
chauffage du bâtiment aient
été optimisés. Pour les constructions neuves : orientation,
compacité et isolation, à
défaut d’une application plus
systématique des principes et
techniques de
l’architecture
climatique. Pour les constructions
existantes : isolation, qualité
du vitrage et performance du
La quantité d’énergie
fournie par le soleil
varie selon le lieu,
l’heure du jour, la saison et les conditions
climatiques. De même,
l’utilisation du chauffage varie au long de
l‘année. En Belgique,
l’ensoleillement ne suffit
pas à couvrir le besoin
énergétique nécessaire
au chauffage en toute
saison. C’est pourquoi
un système solaire doit
être complété par un
système de chauffage
classique.
Principe du chauffage solaire
Le principe du système solaire combiné solaire est
semblable à celui du chauffe-eau solaire 1. Il se
compose :
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de capteurs,
d'un réservoir de stockage,
d'un circuit primaire,
d’échangeurs de chaleur,
d'un système de chauffage d’appoint,
d’accessoires,
d‘un ou plusieurs émetteurs.
(6)
(1)
(6)
(3)
(4b)
(5)
(2)
matériel (chaudière, régulation).
(6)
(6)
(7)
(4a)
(6)
1 Voir la brochure "Un chauffe-eau solaire chez vous ?
Huit bonnes raisons d'installer un chauffe-eau solaire
chez soi".
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Les capteurs solaires
Les capteurs (1) transforment le rayonnement solaire
(diffus et direct) en chaleur. La superficie nécessaire
pour un système combiné est plus importante que
pour un chauffe-eau solaire : elle varie généralement entre 10 et 25 m2 et dépend principalement
du système de chauffage central, des caractéristiques
de l‘habitation et du type de capteurs choisi.
Compte tenu de ce qu’un système combiné est plus
sollicité pendant la période de moindre ensoleillement,
l’implantation des capteurs est également soumise à des contraintes plus strictes. Elle sera prévue
pour maximiser leur rendement à l’intersaison : orientation entre le Sud-Ouest et le Sud-Est, angle
d’inclinaison compris entre 45 et 65°. Toutefois, l’inclinaison doit rester soumise à la bonne intégration
architecturale des capteurs. Enfin, on veillera à éviter
qu'ils soient atteints par les ombres portées.
Les capteurs classiques (plans vitrés) conviennent
bien pour un système de chauffage à basse température. Les capteurs tubulaires sous vide permettent
d’obtenir, à conditions égales, une température plus
élevée : ils sont donc plus adaptés au système de
chauffage par radiateurs.
Le réservoir de stockage
Le volume du réservoir de stockage (2) est généralement compris entre 500 et 2000 litres pour une
installation individuelle. Par l'intermédiaire d'un
échangeur à grande surface (4a) situé dans la partie inférieure, le circuit solaire (3) chauffe le contenu
du ballon. Ce contenu peut être l’eau du circuit de
chauffage central ou une eau morte. Dans ce dernier
cas, un deuxième échangeur permet au circuit de
chauffage central de prélever la chaleur accumulée.
Enfin, dans le haut du ballon, un échangeur (4b)
alimente aussi le circuit d’eau chaude sanitaire.
Certains systèmes solaires combinés n’utilisent pas
de stockage hydraulique. La chaleur est stockée
directement dans la dalle qui sert d’émetteur :
c’est le principe du plancher solaire direct, très
répandu en France.
Le système d’appoint
Un appoint (5) est nécessaire lorsque le soleil est insuffisant. Généralement, il est intégré au système de
chauffage central. Dans ce cas, l'appoint fournit par
la chaudière peut, comme dans le chauffe-eau
solaire, être interne (au moyen d’un échangeur
dans le réservoir de stockage) ou externe (le circuit
de chauffage passe dans la chaudière après son
passage dans le réservoir de stockage).
Les accessoires
Les accessoires (6) comprennent essentiellement les
appareils de circulation (pour le système solaire et
pour le circuit de chauffage) ainsi que le système de
régulation. Celui-ci a un rôle très important : c’est
lui qui met en route le circuit primaire (3) et qui détermine la contribution du système d’appoint au
chauffage en privilégiant toujours l’apport solaire.
L’émetteur
On peut diviser les systèmes de chauffage central à
eau en 2 catégories en fonction des émetteurs :
… le chauffage à basse température par rayonnement des parois (7),
… le chauffage par radiateur ou convecteurs (7).
Les "systèmes combi" peuvent être intégrés dans ces
deux types de chauffage central.
Système par
température
rayonnement
à basse
La technique du chauffage à basse température par
rayonnement consiste à faire courir des tuyaux dans la
maçonnerie – le sol, les plafonds ou les murs –, à
l'intérieur desquels circule, comme dans les radiateurs,
un fluide caloporteur constitué d'eau et d'antigel.
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Énergie solaire thermique : les systèmes combi pour le chauffage
Cette technique très ancienne2 est l'une de celles qui
présentent le meilleur rendement3. Critiquée dans
les années 70 à cause de la gène ou même des
problèmes de circulation sanguine provoqués par la
température trop élevée du sol (35°C), les progrès
qui y ont été apportés en font aujourd'hui celle qui
répond également le mieux aux besoins physiologiques du corps humain.
… La sensation de paroi froide disparaît.
… L'émission uniforme évite la création de zones
froides ou chaudes.
… L'air n'est pas desséché.
La température de l'eau est généralement comprise
entre 35 et 40°C, pour fournir une température des
parois de 23° (sol). Dans tous les cas, la température
de chauffe ne pourra excéder 50°C, afin que celle
des parois ne dépasse pas 28°C.
Par ailleurs, l'excellente répartition de la chaleur
permet d'abaisser la température des pièces de 2°C
par rapport à d'autres modes de chauffage pour
une sensation de confort supérieure.
Compte tenu de ces deux dernières caractéristiques
– température plus basse et consommation réduite
d’énergie – le chauffage à basse température par
rayonnement des parois est particulièrement adapté
à l'utilisation de l'énergie solaire.
Système par radiateurs
Augmenter la surface d’échange calorifique avec
l’air ambiant permet de diminuer la température de
l'eau dans le circuit de chauffage et donc de réduire
la quantité d'énergie nécessaire. Par ailleurs, de plus
en plus de chaudières sont conçues pour atteindre
un rendement optimal en produisant de l’eau à
60°C. Ainsi, la combinaison d’une chaudière à haut
rendement et de radiateurs modernes dotés d’une
grande surface d’émission4 permet de limiter la
température du fluide caloporteur à 55°C et de
bénéficier de l’apport d’un système solaire.
A noter que les convecteurs, étant généralement
alimentés par de l'eau plus chaude, ne se prêtent pas
au chauffage solaire.
A quel prix ?
Le prix d’un système solaire combiné de chauffage
des locaux et de l‘eau sanitaire pour un ménage est
généralement compris entre 12 000 euros pour les
petites installations et 25 000 euros pour les plus grosses.
Ce prix inclus le matériel et l’installation5.
Rappelons que la prise en compte de la question du
chauffage dès les premières phases de la conception
d’une habitation permet d'optimiser les performances
du système et d'en réduire le coût d'installation.
Le prix d’un chauffage par rayonnement des parois,
comte tenu du travail d’installation plus lourd et du
système de régulation souvent plus sophistiqué, est
supérieur à celui d’un chauffage par radiateurs. Mais
les économies de combustible qui en résultent sont
aussi plus importantes. Bien sûr, ce mode de chauffage ne peut être envisagé qu'à l'occasion d'une
construction neuve ou d'une rénovation lourde.
Les systèmes par radiateurs étant plus souples à mettre
en œuvre, ils peuvent être envisagés lors d’une rénovation.
L’économie d’énergie permise par les systèmes
solaires combinés est d’au moins 15% pour le
chauffage des locaux, et peut atteindre 50% indépendamment de la latitude. La couverture pour le
chauffage de l’eau sanitaire atteint, elle, 80%.
2 Les riches Romains l’utilisaient déjà pour chauffer
leurs villas.
3 A condition toutefois que l’isolation de la paroi chauffante soit renforcée par rapport à celle d’une paroi
équivalente, sous peine de déperditions supplémentaires
dues à la présence des éléments chauffants.
4 A défaut, on peut éventuellement remplacer certains
radiateurs par un radiateur plus long ou en rajouter.
5 Il ne comprend pas les aides publiques (primes et réduction d’impôt) disponibles : pour l’installation d’un système
solaire, d’une chaudière à haut rendement ou d’un système
de régulation.
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Conclusion
Si le rendement des systèmes de chauffage solaire
à eau peut sembler faible, rappelons que le chauffage des locaux représente en moyenne 78% de la
consommation d’énergie dans une habitation. Le
chauffage de l'eau sanitaire intervenant pour 10 %.
En considérant une couverture solaire de 20% pour
le premier poste, l'économie sur la consommation
totale peut être estimée à 23,5 % (20% de 78%, soit
15,5% + 80% de 10%, soit 8%). C’est près de 5 fois
plus que l’économie permise par l'utilisation d'un
simple chauffe-eau solaire (± 50 % de la consommation d’énergie pour le chauffage de l'eau sanitaire). Ceci signifie qu’un système solaire combiné
est plus rentable qu‘un chauffe-eau solaire, pour
autant que le rapport entre les prix des deux types
de système est inférieur au rapport entre les économies qui peuvent en être attendues. Dans notre
exemple, le système combiné sera plus rentable que
le chauffe-eau solaire si son coût n’est pas 5 fois plus
élevé que celui du chauffe-eau solaire.
Toutefois, l’installation d’un système solaire combiné
n’est pas une démarche standardisée. Prenez le
temps de bien réfléchir à votre projet ! Entourezvous de professionnels compétents6 et, autant
que possible, prenez connaissance de l’expérience et de l’avis d’autres utilisateurs.
Vous voulez en savoir plus ? Des
documents sont disponibles auprès
des Guichets de l’énergie et sur le
portail Internet de l’administration
wallonne de l’Énergie :
Optimisez votre maison
Annuaire Soltherm des installateurs et
fournisseurs de chauffe-eau solaires en
Région wallonne
Primes des pouvoirs publics pour le
chauffe-eau solaire
Prescriptions urbanistiques pour le placement de capteurs solaires en Wallonie
Le chauffage central dans les habitations
Énergie solaire thermique : pour aller
plus loin
Votre Guichet de l’énergie vous y aidera. En outre,
il vous indiquera quels fournisseurs Soltherm
proposent ces systèmes.
… Guichets de l’énergie, un service
gratuit de la Région wallonne destiné aux
particuliers.
Tel : 078 15 15 40
… Site portail "Energie" :
http://energie.wallonie.be
6 Demandez aux fournisseurs de matériel les coordonnées d’installateurs pouvant justifier d’installations de
systèmes solaires combinés.
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