Traduction en français du document « Conditions and problems to be aware of when integrating solar combisystems in buildings », Solar Combisystem, produit par la “task 26” de l’IEA (International Energy Agency) finance par l’OCDE. Klaus Ellehauge, Danemark Alexander Thür, Dagmar Jähnig, AEE INTEC, Autriche Droits d’auteurs préservés, même via traduction de p_bricoleur.
Commentaires du traducteur
La « task 26 » a traité des SSC (Systèmes Solaires Combinés), càd les systèmes solaires combinant ECS et chauffage (entre 2000 et 2003). Un groupe de travail a étudié et mesuré plusieurs dizaines d’installations existantes dans plusieurs pays d’Europe. Ce document contient des conseils et précautions issus de l’analyse de ces systèmes. La France était représentée par l’ADEME et le constructeur Clipsol (les systèmes français mesurés étaient tous des SSC d’origine Clipsol). Je n’ai par contre jamais croisé ce document à l’ADEME, et je ne pense pas que l’ADEME en ai fait une traduction vers les fabricants et/ou installateurs. Le document original en anglais (avec les schémas) peut être trouvé à l’adresse : http://elle-kilde.dk/altener-combi/dwload.html
Présentation
L’objectif du projet « Altener Combisystems » étant de montrer des SSC efficaces, ce document est écrit pour lister différents problèmes à prendre en compte en choisissant le site et le système adapté au site, ainsi qu’en installant et mesurant le système.
Basés sur l’expérience, à partir de SSC mesurés, les problèmes suivants peuvent être anticipés :
– Les problèmes liés au système lui-même (composants, conception, etc.) – Les problèmes liés à l’interaction du SSC avec le bâtiment et le système de chauffage existant. Selon les projets SSC mesurés, la performance des SSC est souvent dégradée si les conditions du site d’installation ne sont pas favorables ou si le SSC n’est pas adapté au site. – Installation ou maintenance erronées et/ou insuffisantes
L’objectif du document est de circuler parmi les participants au projet « Altener Combisystems » et à l’IEA task 26.
Problèmes liés au système lui-même
Capteurs et boucle solaire:
– Mauvaise orientation ou inclinaison, ombres portées:
Une mauvaise orientation ou inclinaison des capteurs et des ombres portées diminuent le gain solaire du système.
Les orientations et inclinaisons suivantes sont conseillées pour l’Europe Centrale. Des écarts d’azimut de +/- 90° du sud pour les CESI, et de +/- 45° du sud pour les SSC sont acceptables. L’inclinaison des capteurs doit être la latitude du système +/- 20° pour les CESI et comprise entre la latitude-15° et la latitude+30° pour les SSC. A l’intérieur de ces intervalles il est généralement possible de compenser avec une surface de capteurs légèrement plus grande. L’intégration des capteurs en façade est aussi une bonne solution pour les SSC. Le gain solaire sera 20% moindre (selon la réflexion du sol) qu’avec une inclinaison idéale mais cela peut être compensé par plus de surface.
Bien sûr, les intervalles d’inclinaison et d’azimut raisonnables dépendent de la taille du système et de la fraction d’énergie qui doit être couverte par le système. Par exemple, en Europe du Nord, une inclinaison entre à la latitude-20° et la latitude pour un CESI et la latitude +/-20° pour un SSC est raisonnable.
Si des ombres sur les capteurs ne peuvent être évitées à certaines heures du jour, la boucle solaire doit être installée telle que le départ soit au soleil le plus longtemps possible et la ligne de retour à l’ombre.
– Surchauffe:
Comparés aux CESI, les SSC sont surdimensionnés en période estivale. Il peut donc y avoir des problèmes pendant l’été si aucune précaution n’est prise. Le refroidissement du stockage la nuit réduit le problème de surchauffe mais diminue l’efficacité globale du système et n’est donc pas conseillée. De bonnes solutions : – La technologie des capteurs auto-videurs – Des circuits solaires bien conçus avec un bon vidage (décrits dans les paragraphes suivants) ou des dispositifs de refroidissement dans la boucle solaire – Il est aussi possible d’installer une « boucle de décharge », qui est un tuyau de polyéthylène enterré dans le sol sous ou à côté de la maison, et dans lequel la chaleur en excès est dissipée pendant l’été. L’inconvénient de ce système est qu’il consomme de l’électricité pour alimenter un circulateur.
S’il est possible de laisser les capteurs bouillir, il faut prendre garde aux risques de dégradation du glycol, à la surpression et au bruit dans la boucle solaire, ainsi qu’au risque de dégradation des composants à haute température, etc.
-Surpression et bruit dans la boucle solaire:
Le risque de surpression et de bruit dépend beaucoup de la configuration de la tuyauterie dans le capteur lui-même et entre le capteur et le stockage. Les paragraphes suivants montrent deux exemples pour expliquer comment ils réagissent en cas de stagnation.
Configuration 1 : Surpression et bruit se produisent parce que les lignes de départ ou retour sont dirigées vers le haut à partir du capteur. Quand le capteur entre en stagnation, la vapeur formée dans le capteur est poussée vers le tuyau. Cela provoque de la surpression et des vibrations dans le système et cela devient bruyant. De plus, du liquide condensé revient dans le capteur où il s’évapore à nouveau. Cela produit des volumes de vapeur encore plus grands et cette configuration de tuyauterie provoque du bruit non seulement près du capteur mais aussi dans la pièce technique.
Configuration 2 : Surpression et bruit se produisent à cause d’une mauvaise configuration de la tuyauterie dans le capteur lui-même. Les absorbeurs sont connectés afin que le liquide s’écoule vers le haut puis vers le bas plusieurs fois. Quand le liquide s’évapore en cas de stagnation, le contenu entier du capteur devra être poussé quand la première évaporation se produit. Cela n’est pas possible dans cette configuration car il y a du liquide piégé dans la partie basse du capteur.
– Dégradation des composants:
Fuites : De hautes températures dans la boucle solaire (jusqu’à 210° en stagnation) peuvent provoquer des fuites aux jointures (chanvre ou produits d’étanchéité). Pour l’éviter, il ne doit y voir aucune vanne ou soupape avec des parties en plastiques près des capteurs ou dans la boucle solaire. Seuls des brasures résistantes à de hautes température doivent être utilisées.
Des fuites aux brasures dans la boucle solaire sont généralement dues à de mauvaises manipulations ou à l’usage de produits de brasage inadaptés. Un nettoyage soigneux des parties à braser est important car des surfaces sales diminuent la capillarité de la brasure (qui répartit le produit de brasage) et donc provoque des fuites. Il peut aussi arriver qu’une brasure soit oubliée à la construction du système. Avant de remplir le système, on doit vérifier l’absence de fuites sur toutes les brasures. Ceci est typiquement fait avec de l’air comprimé. N’utilisez pas d’eau car elle peut geler si le système n’est pas rempli avec de l’antigel directement après le test.
Des fuites se produisent souvent aux connexions des échangeurs de chaleur si du chanvre est utilisé à cause des hautes températures. De la pâte à sceller stable à haute température (par exemple 160°C à 6 bars) est disponible chez les détaillants spécialisés.
La dilatation des tuyaux dans le réseau de capteurs (à cause de différences de température allant jusqu’à 250°C) n’est souvent pas prise en compte à l’installation du système. Cette dilatation peut provoquer des fuites aux brasures ou même des bris de tuyaux. La dilatation des tuyaux doit être prise en compte dès la phase de conception en prévoyant des boucles de dilatation ou des joints mobiles.
Vannes : Des vannes avec un verre de visualisation peuvent ne pas supporter les températures et pressions de stagnation quand le caloporteur s’évapore. Au pire, cela peut provoquer des fuites voire le bris du verre. La qualité et les tolérances des composants (température et pression) doivent donc être examinés avec soin en choisissant les composants de la boucle solaire.
Purgeurs : Si des purgeurs sont utilisés dans la boucle solaire, les purgeurs automatiques doivent être évités. Les purgeurs automatiques évacuent la vapeur d’eau aussi bien que l’air en cas de stagnation et de production de vapeur. Le système perdra alors du caloporteur et le système pourrait être incapable de redémarrer. De plus les purgeurs automatiques sont pour la plupart inadaptés aux hautes températures et deviennent défectueux avec le temps.
Pour purger l’air de la boucle solaire, des purgeurs manuels avec un petit réservoir de séparation marche bien. Si les tuyaux de la boucle solaire sont calculés pour que la vitesse du caloporteur soit entre 0,4 et 1 m/s, l’air est poussé dans les tuyaux jusqu’au purgeur même si celui-ci n’est pas au point le plus haut du circuit.
Après le premier remplissage du circuit, le purgeur doit être ouvert à la main plusieurs fois à intervalles courts. Ensuite, les intervalles peuvent s’allonger. La purge doit se faire quand le système est chaud (mais PAS en stagnation), car à haute température, moins d’air peut être dissous dans l’eau et donc plus d’air peut être enlevé du système.
Vase d’expansion : Un problème typique est que le vase d’expansion devient défectueux avant Il y a plusieurs raisons possibles :
La taille du vase d’expansion n’est pas adaptée au système (généralement trop petite). Il doit être suffisamment volumineux pour couvrir non seulement la dilatation du caloporteur due à sa montée en température mais aussi le contenu du capteur et une partie des tuyaux (évaporation du capteur entier en cas de stagnation).
Un autre problème est la relation entre la pression du système et la pression de gonflage du vase. Les vases d’expansion sont souvent livrés avec une pression de gonflage usine qui n’est pas adaptée aux boucles solaires. Ou la pression de gonflage à la livraison n’est pas conforme au marquage usine. Dans tous les cas, la pression de gonflage doit être soigneusement calculée pour chaque système, puis vérifiée et corrigée si nécessaire avant l’installation.
La pression de gonflage du vase d’expansion doit être vérifiée tous les ans, car la valve de remplissage peut se dégrader ou fuir légèrement (ce sont les mêmes que pour les pneus de voiture).
De hautes températures sur la membrane peuvent aussi endommager le vase d’expansion. Pour protéger la membrane contre les hautes températures, la disposition des composants dans la salle technique est importante.
Le refroidisseur de stagnation montré sur la figure 3 doit être installé aussi haut que possible dans la salle technique pour éviter les risques de brûlure. En stagnation, il protège le vase d’expansion et les autres composants contre les hautes températures parce que la vapeur ne peut pas atteindre un niveau plus bas que le refroidisseur. L’énergie en excès est dissipée par convection naturelle. Le refroidisseur de stagnation doit avoir une grande surface de transfert. Par exemple, un radiateur est adapté à cet objectif.
– Position des sondes de température sur les capteurs:
Une mauvaise position des sondes de température sur le capteur peut provoquer des pertes significatives de gain solaire. Si la sonde n’est pas placée où la température est la plus élevée, la boucle solaire se mettra en route plus tard, s’arrêtera plus tôt que si la sonde est placée correctement. Cela implique que moins d’énergie sera transférée dans le stockage.
Un endroit sur le tuyau de sortie dans le dernier capteur est préférable. Monter la sonde à l’extérieur du capteur est aussi possible si la sonde peut être insérée profondément dans le tuyau de sortie afin qu’elle mesure la température dans le capteur.
– Dégradation des composants:
En choisissant le matériau d’isolation des tuyaux de la boucle solaire, on doit prendre en compte à la fois les hautes températures et les facteurs du climat extérieur comme les UV, le vent, la pluie et le gel. Ces facteurs peut dégrader l’isolation des tuyaux extérieurs et près des capteurs. Quelquefois, des animaux comme les oiseaux peuvent détruire le matériau d’isolation ou les fils électriques situés à l’extérieur.
Perte de chaleur
– Perte de chaleur des stockages:
– Perte des réservoirs:
Ce problème est spécialement important pour les SSC. Les SSC travaillent avec des réservoirs plus grands et dans la plupart des cas, ont beaucoup de tuyaux connectés. Un réservoir bien isolé n’est pas suffisant si le nombre de tuyaux connectés et leur isolation n’est pas examiné avec soin. Une isolation mauvaise ou mal installée induit de fortes pertes et une mauvaise efficacité du système de chauffage.
De plus, il doit y avoir le moins de ruptures possible dans l’isolation des tuyaux. Il est conseillé d’avoir des connexions au stockage qui partent vers le bas dans l’isolation et qui ressortent dans le bas. Une autre solution est de faire toutes les connexions au bas du stockage et d’utiliser des tuyaux à l’intérieur du stockage et des tubes de stratification pour déterminer les hauteurs d’entrée et de sortie. Si un stockage sans ce type connexions est utilisé, voir la méthode du paragraphe 2.2.1.2.1 pour éviter la convection naturelle aux connexions.
– Liaison des tuyauteries avec le stockage:
– Convection naturelle:
Attention au risque d’auto-circulation dans les tuyauteries connectées voire même à l’auto-circulation dans la boucle solaire entière. Pour éviter l’auto-circulation, les connexions doivent partir vers le bas (les fameux « thermo-siphons ») et souvent une soupape anti-thermosiphon doit être utilisée.
Un bloqueur thermosiphon est construit en Allemagne. C’est un tuyau fabriqué en usine qui contient un dispositif tel que le flux doit descendre légèrement.
Certains systèmes anciens reposent sur l’auto-circulation dans la boucle de chauffage. Dans ce cas, il est important de faire un compromis entre des pertes basses et une force d’entraînement suffisante.
NdT : Toutes les connexions partent horizontalement du stockage mais commencent par un thermo-siphon non isolé avant de remonter verticalement. Il est indiqué que la hauteur de garde du thermo-siphon doit être entre 8 à 12 fois le diamètre du tuyau. L’absence d’isolation refroidit l’eau dans le thermo-siphon et bloque donc sa remontée.
– Débit dans le réservoir de stockage:
Dans la plupart des stockages, la stratification sera perturbée si le débit d’entrée dans le réservoir est trop élevé. C’est aussi le cas si des dispositifs spécifiques ont été installés pour éviter le mélange (bien que le débit tolérable sera plus haut).
Des études danoises montrent que l’entrée doit être conçue afin que l’eau entre dans le réservoir horizontalement avec une vitesse ne dépassant pas 0,03 m/s. Dans les réservoirs de chauffage d’un grand district suédois, une vitesse horizontale inférieure à 0,04 cm/s est utilisée depuis des années, souvent créé par une entrée au centre entre deux disques avec un diamètre suffisant pour réduire la vitesse sous 0,04 m/s à la périphérie. Des mesures faites sur le tube de stratification Solvis ont montré qu’une vitesse jusqu’à environ 0,15 m/s à la sortie des tubes de stratification ne perturbe pas la stratification dans le réservoir (mais dans ce cas, le fluide sortant a déjà presque la même température que celle du niveau de sortie)
En considérant les débits et dimensions des conduites généralement en usage en relation avec les réservoirs de stockage solaires, les vitesses tolérables sont facilement atteintes si les tuyaux sont directement connectés au stockage sans précautions. Les solutions peuvent être de réduire le débit maximal atteignable par des vannes de régulation, etc. ou d’ajouter des dispositifs spécifiques pour augmenter l’ouverture d’entrée.
Surtout avec des chaudières à bois manuelles, on a observé que lorsque les gens se rendaient compte que le feu s’était éteint, le bâtiment avait une température plus basse que la consigne des thermostats des radiateurs. Cela signifiait que les thermostats étaient grand ouverts et que le débit était maximum. Dans la plupart des cas, cela perturbe la stratification et de plus augmente le temps nécessaire au bâtiment pour atteindre la température souhaitée, puisque la chaudière doit préalablement chauffer tout le stockage (puisque la stratification est perturbée).
– Circulations anormales:
Un objectif est de séparer toutes les boucles hydrauliques dans le système. Il doit y avoir des connexions séparées au stockage pour chaque boucle. Si une connexion au stockage est utilisée par plusieurs boucles, une partie des tuyaux sera maintenue à haute température par une boucle et cela générera de l’auto-circulation par convexion naturelle, et donc de grosses pertes. On a observé dans les projets surveillés que si un circulateur tournait dans une boucle, cela générait de la circulation dans d’autres boucles. La figure 5 montre un exemple extrème, à droite, où il y a seulement une paire de connexions au stockage pour les capteurs solaires, l’ECS, le chauffage et la chaudière auxiliaire.
[size=x-small]Figure 5 : Exemples de différents schémas hydrauliques (à gauche, c’est une bonne solution concernant un système limitant les pertes de chaleur par convection) [/size]
– Perte dans les tuyaux:
Une autre raison de pertes conséquentes est une isolation des tuyaux absente ou mal adaptée. En général, tous les tuyaux, vannes et autres composants doivent être bien isolés. Quelquefois, des isolations mal fabriquées comportent un espace entre le tuyau et l’isolation. Cela doit être évité pour éviter de perdre de la chaleur par convection dans cet espace. Pour minimiser les pertes par les tuyaux, chaque tuyau doit être isolé selon son diamètre. Les épaisseurs d’isolation suivantes sont conseillées par AEE-INTEC Autriche :
* Tuyau DN 15 : 20 mm
* Tuyau DN 20 : 30 mm
* Tuyau DN 25 : 30 mm
* Tuyau DN 32 : 40 mm
* Tuyau DN 40 : 40 mm
* Tuyau DN 50 : 50 mm
Ces valeurs sont à utiliser pour une isolation en laine minérale ou toute autre isolation.
Pour les tuyaux extérieur (avec de la mousse d’isolation plastique, par exemple Aeroflex) :
* Tuyau DN 20 : 40 mm
* Tuyau DN 25 : 40 mm
* Tuyau DN 32 : 40 mm
* Tuyau DN 40 : 50 mm
* Tuyau DN 50 : 60 mm
Une isolation inadaptée ou insuffisante dans la boucle solaire a été une observation générale pendant l’inspection des 60 systèmes effectuée en 1995 (voir réf. [4]).
– Perte par circulation:
La circulation ECS peut générer de grandes pertes de chaleur. Parce que les températures sont hautes ou parce que les pertes sont plus élevées que prévues, il peut être difficile de compenser la perte d’énergie par du solaire même en été, quand l’appoint doit être coupé.
L’économie de coupure estivale de la chaudière peut donc ne pas être obtenue.
Attention également que cette circulation ne mélange pas le stockage par une vitesse excessive du retour dans le stockage.
– Perte de chaleur par le vase d’expansion:
Le vase d’expansion doit toujours être connecté sur une partie froide du système, comme le fond du stockage ou le tuyau de retour de la boucle de chauffage. De plus, le vase d’expansion doit toujours être installé à l’endroit (connexion en haut). Sinon, la chaleur monte dans le vase d’expansion et provoque des pertes de chaleur. Des vases d’expansion à l’envers et des vases d’expansion qui sont connectés à la partie haute du stockage (comme il est courant en Suède pour les chaudières à bois manuelles) sont de mauvais exemples.
Conception du système
– Stratification du stockage:
Il est très important que le stockage soit bien stratifié. Cela peut être fait par des dispositifs de stratification, des entrées à faible vitesse et des hauteurs d’entrées bien adaptées pour les différentes boucles.
La boucle solaire doit en premier chauffer la partie haute du stockage à la température de consigne afin d’éviter que la chaudière d’appoint ne se mette en route. Si le stockage n’est pas stratifié, la boucle solaire doit chauffer tout le stockage et donc, même un jour ensoleillé, la température de consigne est atteinte bien plus tard. Donc la chaudière d’appoint se met en route pour chauffer le haut du stockage à la température de consigne.
– Hauteur des connexions au stockage:
Pour la performance du système, la séparation du stockage en zones de différentes températures est importante. Connecter la boucle solaire, la boucle chauffage, la boucle ECS et la chaudière d’appoint à la bonne hauteur est important pour garantir des gains solaires élevés et des pertes basses.
Boucle solaire
Un problème courant est que la boucle solaire ne fonctionne pas de manière optimale. La ligne allant aux capteurs est quelquefois connectée à la partie haute du stockage, ce qui fait que seul un volume réduit peut être chauffé par la boucle solaire. De plus, la température de retour est plutôt haute et l’efficacité du capteur est diminuée. La ligne de retour des capteurs doit toujours être connectée au bas du stockage.
Chaudière d’appoint
Quelquefois, la chaudière d’appoint est connectée au stockage de telle façon qu’une grande partie voire la totalité du stockage doit être maintenu à la température de consigne. Ceci conduit à des pertes inutiles dans le stockage et donc à une efficacité diminuée du capteur.
A la fin de la combustion dans les chaudières à bois, la température de départ baisse. La ligne de départ de ces chaudières ne doit donc pas être connectée au plus haut du stockage. Sinon la stratification sera détruite.
Comme exemples, deux solutions possibles de bonne conception hydraulique sont montrés sur les figures 7 et 8.
-Chaudière à bois:
Les chaudières à copeaux ou pellets de bois sont conçues pour fonctionner longtemps et chauffe donc la totalité du stockage. Ceci diminue l’apport solaire à cause de la température plus haute à l’entrée du capteur. La chaudière doit donc être optimisée pour les systèmes de chauffage solaire. Le plus important est que le stockage doit être assez volumineux et bien stratifié afin qu’il y ait toujours une couche froide au fond du stockage pour alimenter le départ de la boucle solaire.
Stratégie de régulation
Dans les paragraphes suivants sont documentés les problèmes typiques de régulation qui diminuent la performance du système.
– Contrôle de la boucle de chauffage:
Si le circulateur de chauffage tourne alors qu’il n’y a pas de demande de chauffage dans le bâtiment, la cause peut être une des mauvaises stratégies de régulation suivantes : – Le circulateur de chauffage tourne toute l’année. – Le circulateur de chauffage tourne dès que la température ambiante descend sous une certaine température (par exemple, 18°C). Cela signifie que même en été, le circulateur de chauffage tourne la plupart du temps. – Le circulateur de chauffage tourne si la température dans le stockage atteint une certaine température pour éviter la surchauffe des capteurs. – Un « shunt » existe dans la boucle de chauffage qui induit un écoulement même si tous les thermostats des radiateurs sont fermés.
– Contrôle de la boucle solaire:
Si par erreur le circulateur solaire tourne la nuit en hiver, l’eau peut geler dans le côté secondaire de l’échangeur de chaleur et endommager l’échangeur.
– Intégration de la chaudière d’appoint:
Une erreur fréquente est que le circulateur chaudière marche selon la température ambiante en même temps que le circulateur de chauffage. Cela veut dire que si la chaudière ne marche pas parce que la température du stockage est suffisante, le circulateur de la chaudière fonctionne quand même si la température ambiante est sous une certaine limite. De l’énergie est alors tirée du stockage et dissipée par la chaudière et les conduites.
– Perte de capacité de chauffe de la chaudière:
Une stratégie de régulation de la chaudière qui provoque de nombreux démarrages/arrêts avec un grand volume de caloporteur dans le circuit chaudière peut dégrader l’efficacité de la chaudière, surtout si elle n’est pas coupée en été.
Les pertes de la chaudière sont importantes à prendre en compte, un clapet anti-retour à la sortie d’échappement de la chaudière ou à la partie basse de la cheminée pour éviter l’auto-circulation de la chaleur dans la cheminée du ballon. Cela peut économiser beaucoup d’énergie (même plus que ce que le système solaire produit).
Problèmes liés à l’interaction du système solaire avec les demandes en chauffage du bâtiment et le chauffage existant
Demande de chauffage du bâtiment
En concevant un SSC, il est important d’avoir une estimation précise des besoins en ECS et en chauffage. Par exemple, le nombre d’occupants, le fait que le lave-linge ou lave-vaisselle fonctionnent à l’eau chaude, et que la circulation d’ECS soit utilisée est important pour déterminer le besoin en ECS. Le système peut ainsi être dimensionné de manière correcte. Si la demande en énergie est plus basse que prévue, le système est surdimensionné, ce qui conduit à des stockages à haute température et de la stagnation dans les capteurs en été, qui provoquent des pertes élevées.
Quand un immeuble existant est rénové avec un SSC neuf et efficace, on doit penser que l’ancien ballon chauffait peut être le sous-sol grâce à ses pertes de chaleur. Avec le nouveau système, des problèmes de condensation voire de gel peuvent se produire si aucun système de chaudière n’est installé.
Interaction avec la boucle de chauffage
– Température de départ:
Pour obtenir une bonne efficacité du système, une température basse dans la boucle de chauffage est importante. Cela réduit les pertes dans les tuyaux et dans le stockage, améliore l’efficacité des chaudières (surtout celles à condensation) et peut diminuer le temps de fonctionnement de la chaudière grâce à une température de consigne plus basse dans le stockage.
Une solution courante pour réduire la température de départ est une régulation qui mesure la température ambiante et contrôle la température de départ avec une vanne de mélange ou dans certains cas la température de consigne du stockage. Encore mieux, une régulation qui coupe le circulateur de chauffage si la température de la pièce est au dessus de la valeur de consigne.
– Température de retour:
Une température de retour chauffage basse est souhaitable dans un système solaire pour assurer une bonne efficacité des capteurs. Selon une étude danoise sur les SSC, une augmentation moyenne de température de retour des radiateurs de 10 K demandera 25 à 40% de surface de capteurs en plus afin d’obtenir la même performance (dépendant bien sûr du système et de l’efficacité du capteur).
Par conséquent, selon l’étude danoise, il est aussi important d’essayer de réduire la température de retour que d’optimiser le système de chauffage solaire.
La température de retour chauffage peut être réduite en utilisant des surfaces d’émission de chaleur plus grandes.
De plus, le fait que la boucle chauffage soit mono ou bitube induit une différence.
Les systèmes monotubes ont généralement des températures de retour plus élevées que les systèmes bitubes. Dans un système monotube, il est difficile de réduire la température de retour et il est très important de régler le débit correctement et de réduire la température de départ autant que possible. Ce type de chauffage n’est donc pas conseillé pour un système de chauffage solaire.
Un autre moyen d’obtenir une température de retour basse est d’avoir des vannes thermostatiques à la sortie de chaque étage.
Théoriquement, la température de retour d’un radiateur contrôlé par un robinet thermostatique placé à l’entrée du radiateur ne sera pas plus élevée si la température de départ est haute dans un système bitube. Cependant, il reste important de régler correctement tous les thermostats et de choisir avec soin la taille des radiateurs dans chaque pièce. Si la boucle de chauffage n’est pas bien équilibrée ou si la température dans une pièce (par exemple, une fenêtre ouverte) provoque l’ouverture large du thermostat, la température de retour montera surtout si la température de départ est élevée. Dans certains bâtiments, il a été nécessaire de monter un « shunt » à un endroit éloigné. Cela provoque aussi des températures de retour élevées.
Les collecteurs ne sont souvent pas thermiquement séparés. Ils agissent comme un échangeur de chaleur entre les lignes départ et retour. Cela contribue aussi à une température de retour plus élevée. Dans un système de chauffage solaire, les collecteurs doivent toujours être thermiquement séparés.
Installation erronée et/ou insuffisante
Boucle solaire
Des boucles solaires mal équilibrées peuvent diminuer les gains solaires. Les débits doivent être ajustés selon la disposition des capteurs.
Le liquide caloporteur doit contenir la bonne proportion de glycol. Il doit y avoir assez d’antigel dans le système pour protéger jusqu’à environ -25°C en Europe Centrale. Notez que l’antigel se dégrade dans le temps. On doit donc vérifier au moins une fois par an à l’automne si la protection antigel est suffisante pour éviter des dégâts dans les capteurs. S’il manque du caloporteur dans le système, il ne doit pas être complété avec de l’eau pure, mais avec un mélange eau-antigel aux proportions adaptées.
Boucle de chauffage
Les radiateurs doivent être bien réglés afin que les températures de départ et de retour soient conformes à la conception. A pleine charge, il doit y avoir 20 à 25 K entre l’entrée et la sortie de chaque radiateur. Si ce n’est pas le cas, le débit dans le radiateur doit être réglé.
Si la boucle de chauffage travaille à température plus haute que prévu, les capteurs solaires auront une moindre efficacité et on aura donc un gain solaire plus faible.
Installation & plomberie générale
connexions correctes dans la boucle solaire (attention aux inversions) vannes correctes montage du vase d’expansion et pression de gonflage corrects épaisseur de l’isolation et qualité du matériau d’isolation (surtout dehors) taille des conduites correctes, surtout dans la boucle solaire (0,4 m/s minimum pour aider la purge, 1 m/s maximum pour éviter la corrosion et la chute de pression) pression correcte du système débits corrects nombre suffisant et bon fonctionnement des vannes de coupure installation correcte des capteurs de température Installation correcte des lignes de départ et retour au stockage et aux échangeurs. Inverser départ et retour peut complètement détruire la stratification dans le stockage ou transformer un échangeur à contre-courant en échangeur à courant, ce qui produit des températures plus élevées. Bien regarder la direction du flot à travers les échangeurs. Utiliser les vannes de mélange ou d’inversion appropriées. Confondre ces vannes empêchera un bon fonctionnement du système. Vérifier le réglage de température des vannes de mélange.
Fonctionnement initial
Le mauvais fonctionnement des systèmes de chauffage solaire vient souvent d’un mauvais paramétrage dans la régulation. Une raison peut être l’absence ou l’insuffisance de documentation d’exploitation. La régulation doit être réglée selon les conditions du système par un professionnel qui devra former le propriétaire ou l’exploitant et expliquer comment le système fonctionne.
Après le montage, tous les paramètres de régulation et les sorties doivent être testés au fonctionnement initial. Pour le fonctionnement initial, la régulation travaille souvent en mode « manuel ». Ensuite, elle devra être mise en mode « automatique ».
References
[1] Robert Hausner & Christian Fink: Stagnation behaviour of Thermal Solar Systems (available on www.solenergi.dk/task26). [2] Experiences from monitoring on combisystems “Erfaringer fra målinger på kombinerede solvarme- og biobrændselsanlæg” By Line Louise Overgaard, Klaus Ellehauge, Arne Sæbye SolEnergiCentret, Teknologisk Institut, 2000 (Danish). [3] Combined solar heating plants and bio fuel plants, analyses and design proposals “Kombinerede solvarme og biobrændselsanlæg, Analyser og forslag til design” By Klaus Ellehauge, Arne Sæbye, SolEnergiCentret, Teknologisk Institut, December 2000 (Danish). [4] Solar heating systems for small houses – field investigations “Solvärmesystem i småhusen fältundersökning” By Bergquist, P SP Rapport 1995:09 (Swedish). [5] Hydraulischer Abgleich von Heizungsanlagen Impulsprogramm Haustechnik 1988 – Bundesamt für Konjunkturfragen 3003 Bern, April 1988; www.edmz.ch [6] Heizen mit der Sonne – Design Handbook for Solarcombisystems, 1997 Arbeitsgemeinschaft ERNEUERBARE ENERGIE, ISBN 3-901425-04-7 http://www.aee.at/warenkorb/thermische.html [7] Laboratory tests, Solvis GmbH &Co KG, Germany
Source: chaleurterre.com | CC