ECS solaire1

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ECS solaire1

Eau Chaude Solaire
Manuel pour la conception, le dimensionnement
et la réalisation des installations collectives
Avril 2002
ADEME
Agence de l’Environnement
et de la Maîtrise de l’Energie
Résumé
Ce manuel pour la conception, le dimensionnement et la réalisation des installations
solaires de production d’eau chaude sanitaire précise les règles simples, mais éprouvées,
tirées des expériences réalisées à ce jour et ayant fait l’objet d’un suivi des performances
en suivant cinq principes essentiels :
§ simplicité des installations,
§ sécurité d’utilisation,
§ intégration dans le cadre bâti,
§ performance et efficacité énergétiques,
§ suivi.
Un intérêt particulier est porté à la conception globale des installations, à l’intégration
architecturale des capteurs solaires dans les constructions et à l’évolution de la
réglementation sanitaire.
Le choix des composants, leur mise en œuvre selon les règles de l’art et les règles
professionnelles sont complétés par des recommandations et des commentaires détaillés
pour le dimensionnement des éléments de l’installation et le calcul des performances
prévisionnelles.
2
Sommaire
Eau Chaude Solaire ............................................................................................1
Résumé ............................................................................................................2
Sommaire .........................................................................................................3
1. Introduction...................................................................................................4
2. Principes généraux..........................................................................................5
2.1 Les données climatiques de base ....................................................................5
2.1.1 Le gisement solaire ..............................................................................5
2.1.2 La température de l'eau du réseau ..........................................................8
2.1.3 Le vent et la neige ............................................................................. 10
2.2 Les besoins d'eau chaude sanitaire ................................................................. 13
2.2.1 La température de distribution de l’eau chaude sanitaire ........................... 13
2.2.2 L’analyse des besoins ......................................................................... 14
2.3 Le chauffage de l’eau par l’énergie solaire ....................................................... 17
2.3.1 Le captage........................................................................................ 19
2.3.2 Le transfert de l’énergie et le stockage .................................................. 25
2.3.3 L’appoint .......................................................................................... 33
3. La démarche projet ....................................................Erre ur ! Signet non défini.
3.1 L’étude préalable .....................................................Erreur ! Signet non défini.
3.1.1 L’évaluation des besoins en eau chaude ..............Erreur ! Signet non défini.
3.1.2 L’exposition énergétique solaire du site...............Erreur ! Signet non défini.
3.1.3 L’étude d’implantation des capteurs ...................Erreur ! Signet non défini.
3.1.4 Les liaisons entre les capteurs ...........................Erreur ! Signet non défini.
3.1.5 Les tuyauteries ...............................................Erreur ! Signet non défini.
3.1.6 Le stockage et l’appoint ...................................Erreur ! Signet non défini.
3.2 L’étude détaillée ......................................................Erreur ! Signet non défini.
3.2.1 Le dimensionnement des équipements solaires ....Erreur ! Signet non défini.
3.2.2 Évaluation des performances d’une installation solaire ..... Erreur ! Signet non
défini.
3.2.3 Outils de calcul des performances d’un système solaire ECS ....Erreur ! Signet
non défini.
3.2.4 Méthodologie de définition et dimensionnement ...Erreur ! Signet non défini.
3.2.5 Pré-dimensionnement de l’installation.................Erreur ! Signet non défini.
3.2.6 Ajustement des données relatives aux capteurs et au stock.....Erreur ! Signet
non défini.
3.2.7 Dimensionnement de l’échangeur ......................Erreur ! Signet non défini.
3.2.8 Dimensionnement du circuit primaire : tuyauteries et pompes .Erreur ! Signet
non défini.
3.2.9 Dimensionnement des accessoires de sécurité .....Erreur ! Signet non défini.
3.3 L’évaluation du projet ...............................................Erreur ! Signet non défini.
3.3.1 L’évaluation technico-économique......................Erreur ! Signet non défini.
3.3.2 La Garantie de Résultats Solaires.......................Erreur ! Signet non défini.
3.3.3 L’impact environnemental ................................Erreur ! Signet non défini.
4. Exploitation et maintenance ........................................Erreur ! Signet non défini.
4.1 Remplissage ...........................................................Erreur ! Signet non défini.
4.2 Mise en service........................................................Erreur ! Signet non défini.
4.3 Réception de l’installation ..........................................Erreur ! Signet non défini.
4.4 Entretien périodique .................................................Erreur ! Signet non défini.
4.4.1 Périodicité et contenu des interventions d’entretien......... Erreur ! Signet non
défini.
4.4.2 Justification des contrôles et des opérations d’entretien ... Erreur ! Signet non
défini.
4.4.3 Limites de la prestation d’entretien ....................Erreur ! Signet non défini.
4.5 Le télésuivi .............................................................Erreur ! Signet non défini.
5. Pour en savoir plus ....................................................Erreur ! Signet non défini.
3
6. Exemples de réalisations d’installations collectives...........Erreur ! Signet non défini.
4
1. Introduction
Utiliser le soleil pour chauffer l’eau sanitaire est une idée qui paraît d’une logique
implacable. Le principe des chauffe-eau solaires est simple et la technique est aujourd’hui
fiable et éprouvée.
Non polluante et inépuisable à l’échelle humaine, l’énergie solaire permet de respecter
l’environnement et de préserver la santé. Elle permet de préserver les ressources
énergétiques, sans produire de déchets ni d’émissions polluantes, notamment du gaz
carbonique.
Au-delà des enjeux environnementaux et de l’impact sur la production de gaz à effet de
serre, l’eau chaude représente une part non négligeable de la facture énergétique d’un
bâtiment, qui peut être réduite grâce à l’utilisation de l’énergie solaire.
En constante amélioration depuis plus de 20 ans, les technologies du solaire thermique
sont arrivées à un haut niveau de maturité. Plus de 500.000 m2 de capteurs ont été
installés en France (métropole et DOM) et l’ensemble des applications dans lesquelles ils
sont utilisés dispose maintenant de références.
Des produits de haute qualité sont disponibles, les systèmes thermiques sont fiables, et
leur productivité peut être garantie. grâce :
§ aux procédures de qualification et de certification des équipements (Avis Technique,
marquage CSTBat),
§ aux outils de calcul et dimensionnement (SOLO, Polysun, TRNSys, logiciel PSD-Maison
individuelle…),
§ au contrôle et au suivi des opérations (télé contrôle).
Les conditions d’un bon fonctionnement durable ont été progressivement créées, et les
garanties ont été fiabilisées dans le cadre de contrats de "GRS" (Garantie de Résultat
Solaire) pour les applications collectives.
Avec le chauffage des piscines, qui ne concerne qu’environ 15 % de la surface de
capteurs installés à ce jour, la quantité d’énergie solaire captée pour la production d’eau
chaude ou le chauffage de bâtiments par des systèmes actifs représente près de 750
Térajoules (ou 208 GWh) pour l’ensemble du territoire français (hors départements
d’outre- mer).
5
2. Principes généraux
2.1 Les données climatiques de base
2.1.1 Le gisement solaire
Le soleil constitue une source d'énergie gratuite et non polluante, dont l’apport annuel
moyen sur le sol de la France est évalué à plus de 1 000 kWh/m2/an, ce qui représente
pour l’ensemble du territoire un potentiel énergétique annuel de plus de 50 000 millions
de tonnes équivalent pétrole (tep).
Rayonnement solaire global quotidien moyen en kWh/m2 pendant l'année.
(Orientation Sud avec pente égale à la latitude)
Source : Atlas européen du Rayonnement Solaire. Volume II : Surfaces inclinées. W.Palz,
Commission des Communautés Européennes; Direction Générale Science, Recherche et
Développement.
Le rayonnement solaire est un rayonnement thermique qui se propage sous la forme
d’ondes électromagnétiques. Il produit à la lisière, mais en dehors de l’atmosphère
terrestre, un éclairement énergétique à peu près constant et égal à 1 370 W/m2, appelé
de ce fait : constante solaire Ics.
Pour atteindre chaque point de la surface éclairable du globe terrestre, les rayons
solaires traversent l’atmosphère qui dissipe une partie de l’énergie provenant du soleil
par :
- Diffusio n moléculaire (en particulier pour les radiations U.V.)
- Réflexion diffuse sur les aérosols atmosphériques (gouttelettes d’eau,
poussières…)
- Absorption sélective par les gaz de l’atmosphère.
L’atténuation correspondante du rayonnement solaire dépend de l’épaisseur de
l’atmosphère traversée, celle-ci dépendant à son tour de la latitude du lieu considéré et
du temps.
6
Constante
solaire
1 370 W/m2
Rayonnement solaire absorbé ou diffusé
Rayonnement solaire sur la terre
Propagation du rayonnement solaire dans l’atmosphère
Avant son arrivée dans l’atmosphère terrestre, le rayonnement solaire est dirigé. Il se
présente sous la forme d’un faisceau à peu près parallèle. Seule une partie de ce
rayonnement direct traverse l’atmosphère et atteint le sol. Une autre partie du
rayonnement est diffusée et répartie à peu près uniformément dans toutes les directions
de l’espace.
Ce rayonnement diffus, lorsqu’il atteint le sol terrestre, semble ainsi provenir de
l’ensemble des directions de la voûte céleste.
A la surface de la terre, le rayonnement solaire global est la somme des rayonnements :
§ direct, ayant traversé l’atmosphère,
§ diffus, en provenance de toutes les directions de la voûte céleste.
Une surface exposée reçoit ainsi du rayonnement direct et diffus, mais elle reçoit en plus
une partie du rayonnement global réfléchi par les objets environnants, en particulier par
le sol, dont le coefficient de réflexion est appelé « albédo ».
7
Rayonnement réfléchi
Rayonnement diffus
Rayonnement direct
Rayonnement réfléchi
Le rayonnement solaire à la surface de la terre
8
2.1.2 La température de l'eau du réseau
En France, 70% de l'eau potable distribuée est puisée dans les nappes souterraines, par
forage ou aux sources. Le reste provient des eaux de surface : lacs et rivières. Tous ces
gisements sont renouvelables : la pluie et la neige contribuent à les remplir, à raison de
200 milliards de m3 par an.
La consommation d’énergie pour la production de l’eau chaude sanitaire dépend
doublement de la température de l’eau froide : plus l’eau est froide, plus il faut d’énergie
pour la porter à une température donnée (consigne du stockage par exemple), et plus il
faudra d’eau chaude, en volume, pour qu’au mitigeage on assure une température
constante.
9
Latitude
Jan
Fév
Mar
Abbeville
Lieu
50.13øN
6,6
6,9
8,3
Agen
44.18øN
8,6
9,2
11
Ajaccio
41.90øN
11
13
Ambérieu
45.98øN
6,1
6,9
Auxerre
47.80øN
6,7
7,1
Bastia
42.55øN
12
Batz (Ile de)
48.75øN
9,3
Beauvais
49.45øN
Besançon
47.25øN
Biarritz
43.50øN
11
Bordeaux
44.80øN
8,9
Bourges
47.05øN
Bréhat (Ile de)
48.85øN
Brest
12
Avr
Nov
Déc
11
13
14
14
13
11
8,5
7,1
12
14
16
17
17
15
13
11
14
15
17
18
18
18
16
14
9,7
Juin
Juil
Août
Sept
Oct
9
12
11
12
14
15
15
14
11
8,5
6,6
9,2
11
12
14
15
15
14
11
8,6
7,2
13
14
16
18
19
19
18
16
14
9,2
10
11
12
13
14
15
14
13
11
9,9
6,2
6,6
8,1
11
13
14
14
13
10
8,1
6,7
5,8
6,4
8,5
10
12
14
15
14
13
11
8,1
6,2
12
13
14
16
17
17
16
14
12
9,3
11
12
14
15
16
16
15
13
11
7,1
7,6
9,4
11
13
14
15
15
14
11
9,3
9,2
10
11
12
13
14
15
14
13
11
9,9
48.45øN
8,5
8,4
9,5
10
11
13
13
14
13
11
9,9
8,9
Caen
49.20øN
7,4
7,5
8,7
11
13
14
14
13
11
Carpentras
44.10øN
9,2
9,8
12
13
15
17
18
18
16
14
11
9,6
Cazaux
44.50øN
9,5
9,8
11
12
14
15
16
17
16
13
11
9,9
Chambéry
45.60øN
6,4
7,4
8,9
10
12
14
15
15
13
11
Château-Chinon
47.10øN
5,2
5,4
7,7
11
12
13
13
12
Clermont-Ferrand
45.80øN
6,9
7,4
9,2
12
14
15
15
14
Colmar
47.55øN
5,1
5,8
7,9
12
13
14
14
Dijon
47.38øN
6,7
8,9
13
14
15
Embrun
44.60øN
4,9
5,9
7,9
11
13
Gourdon
44.75øN
8,3
8,8
11
12
13
Grenoble
45.40øN
6,2
7,1
9,3
11
Langres
47.85øN
4,7
5,2
7,3
La Rochelle
46.15øN
9,3
9,6
11
Le Mans
47.95øN
7,5
7,8
9,4
Le Puy
45.05øN
5,1
5,7
7,4
Lille
50.55øN
6,2
6,5
8,1
Limoges
45.90øN
Lyon
45.70øN
6,9
Mâcon
46.30øN
6,4
Marignane
43.45øN
9,9
Metz
49.10øN
5,2
Millau
44.12øN
6
6,5
8,2
Mont de Marsan
43.90øN
9
9,4
11
12
Montpellier
43.60øN
9,8
12
Montélimar
44.58øN
8,5
9,2
11
Nancy
48.68øN
5,3
5,8
7,7
Nantes
47.20øN
8,3
8,5
9,9
11
Nevers
47.00øN
6,7
7,1
8,9
Nice
43.65øN
12
12
Nîmes
43.87øN
10
11
Odeillo
42.48øN
Orléans
47.90øN
Paris (Le Bourget)
48.97øN
Pau
43.38øN
Perpignan
42.70øN
12
Poitiers
46.60øN
7,6
Reims
49.30øN
6,1
6,5
8,3
Rennes
48.10øN
8,1
8,4
9,7
Rostronen
48.25øN
7,2
7,3
8,5
9,5
Rouen
49.40øN
6,8
7,1
8,6
9,9
Saint-Girons
43.00øN
8,5
10
Saint-Quentin
49.80øN
5,9
6,4
8,1
Strasbourg
48.55øN
5,3
5,8
7,7
Toulon
43.10øN
12
Toulouse
43.63øN
8,6
Tours
47.45øN
7,6
Trappes
48.80øN
6,4
6,7
8,4
Vichy
46.17øN
6,8
7,3
9,2
6
7
9
Mai
12
11
9,8
8,9
11
6,8
5,6
7,3
13
10
7,6
5,6
15
13
11
8,3
6,5
14
14
13
10
7,5
5,4
15
16
16
15
12
10
8,6
13
14
16
15
14
11
8,7
6,6
11
12
13
13
12
6,9
5,2
12
14
15
16
16
15
13
11
9,8
11
12
14
15
15
14
11
9,3
7,8
8,8
11
13
14
14
12
7,4
5,6
9,5
11
13
14
14
13
10
8,1
6,7
10
12
14
14
14
13
11
8,8
7,3
9,7
11
13
15
16
16
14
12
9,2
7,4
9,2
11
13
14
16
15
14
11
8,6
6,9
12
13
15
17
19
18
17
15
12
9,4
11
14
14
14
12
9,5
11
13
14
14
13
14
16
17
17
15
13
15
17
18
18
13
14
16
18
11
13
13
14
10
12
13
14
12
14
5,6
9,7
11
9,5
8,9
8
10
8
7,8
8,9
9
7
9
7,5
11
11
9,5
9,4
9,6
9,7
11
7,4
5,6
10
8,1
6,4
13
11
9,3
17
14
12
17
16
13
11
8,9
14
14
12
7,5
5,8
15
15
14
12
9,8
8,6
14
15
14
13
11
8,5
7,1
16
18
19
19
18
16
14
12
16
18
19
19
17
15
12
11
10
12
13
13
12
9,8
6,7
7,2
8,9
10
12
14
15
15
13
11
8,6
7,2
7
7,4
9,1
11
13
14
15
15
13
11
8,9
7,5
9
9,3
11
12
13
15
16
16
15
13
11
9,2
14
15
16
18
20
20
18
16
14
9,7
11
13
14
15
15
14
12
9,4
12
13
14
14
13
10
8,2
6,6
12
14
15
15
14
12
9,7
8,4
11
12
13
13
12
11
8,8
7,6
12
13
14
14
13
11
8,5
7,3
13
14
15
15
14
12
9,9
9,5
11
13
14
14
12
10
9,5
11
13
14
14
12
12
8
8
12
9,2
8
9,9
11
11
9,7
10
6,1
6,7
7,9
9,7
9
11
9,2
7,4
7,4
7,6
6
9,6
12
9,8
7,5
6
12
8
8,3
8
7,5
6,5
5,8
13
14
16
18
19
19
18
16
14
11
12
14
16
17
17
16
13
11
9,7
11
13
14
15
15
14
12
9,4
11
13
14
14
13
10
8,3
6,8
12
14
15
15
14
11
8,9
7,3
9,9
11
13
9
8
Température moyenne mensuelle de l’eau froide du réseau (Source : Tecsol)
10
2.1.3 Le vent et la neige
2.1.3.1 Le vent
Par convention, en météorologie, le vent moyen est un vent moyenné sur 10 minutes et
mesuré à une hauteur de 10 mètres. Les bulletins météorologiques français font toujours
référence au vent moyen. Les rafales peuvent dépasser de 50 % la valeur du vent
moyen.
F
r
é
q
u
e
n
c
e
Vitesse (m/s)
Figure 4 : histogramme des vitesses
La direction est une des deux grandeurs qui, avec la force, caractérisent le vent
horizontal. En météorologie, on donne toujours la direction d'où vient le vent, repérée
par rapport aux points cardinaux (nord, est, sud, ouest) ou par l'angle de cette direction
par rapport au Nord (par exemple, un vent de sud sera de secteur 180° ; un vent d'ouest
sera de secteur 270°).
Nord
Est
Ouest
Sud
Figure 5 : Rose des vents
11
2.1.3.2 La neige
La neige peut influer sur les constructions, et en particulier sur les toitures, de plusieurs
façons. Une forte accumulation de neige peut causer l'effondrement d’une toiture. La
formation de barrières de glace peut entraîner des fuites d'eau sous les bardeaux et sur
les solins. Des glissements de neige sur les toits en pente et les lanterneaux peuvent
créer un risque pour les piétons. De l'eau peut pénétrer à l'intérieur des bâtiments par
suite de l'infiltration de neige soufflée par le vent.
Les charges de neige sur les toitures varient selon les climats des diverses régions. Elles
varient aussi selon l'exposition au vent et selon la forme des toits.
Pas de vent
Vent
Neige poussée par le vent
Protection
Vent
Charge non équilibrée
Vent ou pas de vent
Neige ayant glissé
12
2.1.3.3 L’évaluation des charges climatiques
La neige et le vent sont deux facteurs naturels qui requièrent une conception appropriée
des bâtiments pour la sécurité et le confort des occupants.
Les Règles NV 65 définissent les effets de la neige et du vent sur les constructions.
La nouvelle édition (mars 2001) intègre les derniers modificatifs et permet d’établir la
correspondance entre les indications figurant dans les DTU 40 et 43 relatifs aux travaux
de couvertures et d’étanchéité et les dispositions des règles Neige et Vent en vigueur.
La carte des vents donnée dans ces règles est une carte de transition vers l'Eurocode qui
définit la vitesse du vent sur une base probabiliste : le vent « cinquantenal ».
13
2.2 Les besoins d'eau chaude sanitaire
2.2.1 La température de distribution de l’eau chaude sanitaire
Dans les installations de production d’eau chaude sanitaire par l’énergie solaire, un
complément d’énergie fourni par un équipement d’appoint est rendu nécessaire pour :
§ Le maintien d’un niveau de température permettant d’assurer les besoins en eau
chaude sanitaire, puisque les équipements solaires sont généralement dimensionnés
pour n’en couvrir qu’une partie.
§ Le maintien d’un niveau de température propre à éviter la prolifération de bactéries,
notamment de légionelles.
D’une manière générale, pour limiter le développement des bactéries, il est
recommandé d’éviter les situations de stagnation de l’eau, dans des bras morts ou
des canalisations borgnes. La température de l’eau chaude distribuée doit être au
minimum de 60 °C au départ des stockages, et dans le cas où l’installation comporte
une boucle de recirculation, la température de l’eau, au retour, doit être au minimum
de 50 °C.
Dans tous les cas, les utilisateurs doivent être protégés contre les risques de brûlures
aux points de puisage, où la température de l’eau puisée ne doit pas dépasser 50 °C.
Les circulaires DGS 97/131 du 24 avril 1997 et DGS 98/771 du 31 décembre 1998
définissent les règles de bonnes pratiques pour l’entretien des réseaux d’eau dans les
établissements de santé, la désinfection des circuits et les moyens de prévention dans les
installations à risques et dans celles des bâtiments recevant du public.
EC . 50°C
Bouclage
MA
M
MA
Ballon
Ballon
SOLAIRE
D'APPOINT
CIRCUIT
RECHAUFFEUR
DE BOUCLE
SOLAIRE
CHAUDIERE
Canne plongeante
Canne plongeante
EF
Manchette
Témoin
Vanne à boisseau sphérique
normalement ouverte
normalement fermée
M
Filtre à tamis
MA
Manomètre
Mitigeur
Circulateur
Clapet anti retour
Compteur volumétrique
à émetteur d'impulsions
Soupape de sécurité
Schéma n° 01
31-05-2001
André-JOFFRE
tecsol .fr
BP 434 - Technosud
Perpignan Cédex
Tel : 04-68-68-16-40
Fax : 04-68-68-16-41
Schéma d'appoint
Exemple d’appoint séparé par une chaudière, et distribution par
boucle de recirculation avec maintien en température par un réchauffeur
14
2.2.2 L’analyse des besoins
La production d’eau chaude est parmi les applications les plus performantes de l’énergie
solaire, en particulier dans les installations collectives des bâtiments résidentiels et
tertiaires caractérisés par des besoins d’eau chaude importants et réguliers. C’est le cas
en particulier des bâtiments de l’habitat collectif, des hôtels, et des établissements de
santé.
Les besoins modernes des collectivités (résidences, hôtels, hôpitaux..) conduisent à
utiliser l’eau chaude en quantité toujours croissante, non seulement pour e
l s usages
sanitaires mais aussi pour des travaux et des tâches domestiques. L’aptitude à l’emploi
d’une installation de production d’eau chaude est caractérisée entre autres choses par la
disponibilité de l’eau, en quantité suffisante à une température donnée, au moment voulu
et à un prix de revient aussi bas que possible.
Les besoins d’ECS en habitat collectif
Avec le chauffage, l’eau chaude constitue le premier poste de dépense des charges liées
au logement. En logement social, elle peut varier de 2.000 F à 5.000 F par an pour une
surface de 65 m2 .
Selon les régions, le recours à l’énergie solaire permet d’envisager des économies
d’énergie de l’ordre de 40 à 70 %.
On compte en France environ 10 millions de logements collectifs dont 3 millions sont des
logements sociaux.
Quelques valeurs indicatives
Dans le secteur résidentiel, les besoins énergétiques dans un immeuble, peuvent être
calculés par l’expression :
Becs =
Σ
1,16 . Vecs . ∆ T . lp
Avec :
Becs = somme au niveau de l’immeuble des consommations de chaque logement (Wh)
Vecs = 35 litres par jour et par occupant.
∆T
= 45 K
lp
= nombre de personnes vivant dans le logement
Nombre de pièces du logement
Consommation (litre/jour) à 60°C
1
40
2
55
3
75
4
95
5
125
Répartition mensuelle des consommations
Utilisation
Jan Fév Mars Avril Mai Juin Juil Août Sept Oct Nov Déc
1,25 1,20 1,10 1,05 1,00 0,80 0,50 0,60 0,90 1,05 1,15 1,40
(Source EDF : Eau chaude électrique Résidentiel et Tertiaire – Mars 1987)
Les valeurs suivantes ont été mesurées sur un par d’environ 700 logements
Jan
119
Fév
116
Mars
113
Avril
112
Mai Juin Juil
105 99
85
Août
75
Sept
100
Litres/jour/log.
à 55 °C
Oct Nov Déc
104 117 119
15
Les besoins d’ECS dans les hôtels
Selon la catégorie d’hôtel, la consommation journalière d’eau chaude est de 70 à 160
litres par chambre et d’environ 8 à 15 litres d’eau chaude en cuisine, par couvert.
La clientèle devient de plus en plus sensible à la protection de l’environnement et
l’installation d’équipements solaires dans un hôtel contribue à son image. En revanche,
l’intérêt des installations solaires dépend fortement du taux de remplissage de
l’établissement.
Quelques valeurs indicatives:
Type d’établissement
Hôtel 1 *
Observation
Consommation d’eau à 60°C
Douche collective
70 l / jour /chambre
(1 pour 4 chambres)
Hôtel 2/3 *
Baignoire
100 -140 l / jour /chambre
Hôtel 4/5 *
Baignoire + douche
Hôtel 2 * Neige
Baignoire
(Source : Calculs pratiques de plomberie sanitaire. Editions Parisiennes)
Besoins d’ECS en litres/jour/chambre à 60°C
Utilisation
Jan Fév Mars Avril Mai Juin
4 saisons
66
61
60
57
61
82
Vacances d’été
0
10
12
56
64
81
Vacances d’hiver
39
100
50
100
50
75
Juil
97
92
94
Août Sept
98
100
100
77
94
56
Oct
100
46
0
Nov
78
0
0
Déc
77
0
12
Coefficient correcteur à appliquer
Nombre d’étoiles
Sans
*
**
***
****
0,65
0,75
1,00
1,35
1,50
Lieu géographique
Montagne
Mer
Campagne
Ville
1,35
1,00
1,00
1,00
Présence d’une
Oui
Non
laverie
1,25
1,00
Les établissements de santé et les résidences pour personnes âgées
La France dispose d’un système hospitalier dense et diversifié. Les 1061 établissements
publics côtoient 2721 hôpitaux privés et cliniques, soit 3782 établissements au total,
représentant 667.000 lits et places.
En 1995, tous secteurs confondus, la France offrait un accueil des personnes âgées dans
9 550 établissements représentant 19 millions de m2 et environ 565 000 lits.
Ces établissements ont des besoins d‘eau chaude importants. Ils sont sensiblement
constants tout au long de l’année. La consommation journalière est d’environ 60 litres
par lit, auxquels s’ajoutent les besoins des cuisines (8 à 15 litres par repas) et ceux des
buanderies (6 litres par kg de linge).
Quelques valeurs indicatives:
Hôpital et clinique
Observation
Hors restauration et
60 l / jo ur /lit
buanderies
Maison de retraite
60 l / jour /lit
buanderies
16
Autres établissements
Foyers
(Chambres individuelles)
Ecole
Caserne et internat
Camping 4 *
Usine (Vestiaire)
Observation
Lavabo + douche
WC collectif
Cuisine collective
Majorité d’élèves en 1/2
pension
buanderie
Sanitaire collectif +
lavage vaisselle
Hors process, pour les
employés
5 l / jour /élève
30 l / jour /personne
60 l / jour /emplacement
Bureaux
Autres usages (A ajouter selon les cas)
Gymnases
Observation
Vérifier la nature des
30 l / utilisateur
sports pratiqués
(Football ou rugby : +
50 %)
Restaurant
Repas ordinaire
8 l / repas
Repas luxe
12 à 20 l / repas
Petit déjeuner
2 l / repas
Cantine
Cuisine de réchauffage
3 l / repas
Repas normal
5 l / repas
Buanderie
Hôtel 4/5 *
7 l / kg de linge
Cycle court
6 l / kg de linge
Cycle automatique
5 l / kg de linge
Répartition mensuelle du nombre de repas en restauration
Utilisation
Jan Fév Mars Avril Mai Juin Juil Août
4 saisons
0,85 0,78 0,77 0,73 0,78 1,05 1,24 1,25
Vacances d’été
0
0,23 0,27 1,24 1,43 1,8 2,05 2,23
Vacances d’hiver 0,70 1,79 0,9 1,79 0,9 1,34 1,68 1,68
(Source EDF : Eau chaude électrique Résidentiel et Tertiaire – Mars
Sept Oct Nov Déc
1,28 1,28 1,00 0,99
1,72 1,03
0
0
1,00
0
0
0,22
1987)
17
2.3 Le chauffage de l’eau par l’énergie solaire
Une installation de production d’eau chaude sanitaire par l’énergie solaire comporte en
général 5 sous-ensembles :
§ un sous ensemble de captage,
§ un sous-ensemble de transfert,
§ un sous-ensemble de stockage,
§ un sous-ensemble d ’appoint,
§ un sous-ensemble de distribution.
La réduction des consommations d’énergie par ra pport à une installation classique,
dépend du climat, du lieu d’implantation des capteurs solaires, du dimensionnement et
de la conception du système, ainsi que du choix des composants et de leur maintenance.
Il est donc nécessaire, lors de l’étude d’un projet, de rechercher le meilleur ajustement
économique de la taille des équipements solaires aux besoins à satisfaire, ainsi qu’une
conception optimale des sous-systèmes, de manière à :
§ optimiser le captage et le stockage de l’énergie solaire,
§ dissocier l’énergie solaire et l’énergie d’appoint,
§ consommer en priorité l’énergie solaire,
§ conserver à l’énergie d’appoint un caractère de stricte complémentarité.
Captage
Transfert
Régulation
Distribution
Stockage
Appoint
18
La régulation
Batterie de
Capteurs solaires
Le captage
L’appoint
RD
Vers Circuit
Appoint E.C.H
Stockage
TH
TH
RT
Le stockage
TH
MA
MA
Le transfert
Déflecteur
EF
MA
VE
Raccordement vidange
normalement ouverte
normalement fermée
MA
Manomètre
TH
Thermomètre
Vanne d'équilibrage
Sonde de régulation
Clapet anti retour
Vase d'expansion
Purgeur d'air automatique
La distribution
Manchette
Témoin
RD
Schéma n° 02
André-JOFFRE
Régulateur différentiel
Circulateur
31-05-2001
tecsol .fr
BP 434 - Technosud
Perpignan Cédex
Tel : 04-68-68-16-40
Fax : 04-68-68-16-41
Schéma de principe eau
chaude sanitaire
19
2.3.1 Le captage
Une installation de production d’eau chaude sanitaire par l’énergie solaire est
généralement constituée de capteurs solaires plans à circulation de liquide qui effectuent
la conversion du rayonnement électromagnétique émis par le soleil, en chaleur et
permettent le transfert de cette énergie calorifique en la cédant à un fluide caloporteur.
2.3.1.1 Principes de fonctionnement
Un capteur solaire plan est essentiellement constitué d’une surface absorbante exposée
au rayonnement solaire, qui échange avec un fluide caloporteur, les calories produites
par absorption du rayonnement incident, et émet en s’échauffant un rayonnement
thermique de plus grande longueur d’onde (Loi de Stefan-Boltzman).
Puissance émise
5800
Puissance émise
émise
K
450 °C
λ(µm)
0,5
1 solaire 2
Rayonnement
Visible
Infra Rouge
UV
0,4 0,8
Rayonnement solaire
3
150 °C
Rayonnement thermique
1
5
λ(µm)
8
10
Rayonnement thermique
Si cet absorbeur est en contact direct avec l’air environnant, en plus des pertes par
rayonnement, les pertes par convection peuvent être importantes. Il s’ établit alors un
équilibre thermique entre l’absorbeur et le milieu ambiant. On capte ainsi peu d’énergie.
Pour réduire les pertes par la face arrière du capteur, l’absorbeur est placé à l’intérieur
d’un coffre dont les parois internes sont recouvertes d’un isolant thermique (laine de
verre ou mousse synthétique, par exemple).
L’isolation thermique de la face avant est réalisée en interposant entre l’absorbeur et
l’air, un matériau opaque au rayonnement thermique, mais transparent au rayonnement
solaire.
Les verres et certains matériaux synthétiques sont transparents pour le rayonnement
solaire, et opaques pour le rayonnement infrarouge lointain. Ils sont donc utilisés en tant
que couvertures transparentes des capteurs solaires.
Dans un capteur équipé d’une couverture transparente, le rayonnement thermique émis
par l’absorbeur est absorbé par la couverture transparente qui s’échauffe et rayonne à
son tour par les deux faces. En première approximation, on peut considérer qu’une
moitié du rayonnement se disperse dans le milieu extérieur et que l’autre moitié, réémise vers l’absorbeur est à l’origine de l’effet de serre.
20
n
o
i
x
Fl
ux
in
ci
60
de
35 °C Couverture
nt
158
e
v
n
116
o
110
45
C
v
36
n
40
o.
1000
68
C
15 °C
R a y o nR . a y o n .
Pertes avant (347)
Pertes optiques
Pertes thermiques
(121)
(226)
819
60 °C
Absorbeur
(Flux en W/m2)
Flux utile 543
Pertes arrières
50
Les couvertures ont également pour rôle de limiter les pertes par convection, étant
donné que les échanges thermiques entre deux plaques séparées par une lame d’air
immobile, se font essentiellement par conduction et qu’il est connu que l’air immobile est
un bon isolant thermique.
Cet effet d’isolation croît avec l’épaisseur de la lame d’air séparant les deux surfaces,
tant que le phénomène de transfert reste conductif (2 à 3 cm d’épaisseur). Au –delà, les
effets de la convection naturelle viennent contrarier l’effet recherché.
1 : couverture
transparente
2 : ailette
3 : grille tubulaire
4 : isolant thermique
Coupe d’un capteur solaire plan
Une autre méthode pour réduire les pertes du capteur est la réalisation, sur la surface de
l’absorbeur, d’un revêtement sélectif, présentant un coefficient d’absorption le plus élevé
possible pour les longueurs d’onde du spectre solaire (inférieures à 2,5 µm) tout en ayant
21
une émissivité la plus faible possible dans le domaine de l’infrarouge correspondant au
rayonnement de l’absorbeur (longueurs d’onde supérieures à 2,5 µm).
De tels revêteme nts sélectifs sont réalisés par dépôt chimique ou par traitement
électrochimique de la surface absorbante.
Enfin les capteurs sous vide permettent de réduire les pertes par convection en plaçant
l’absorbeur à l’intérieur d’une enceinte en verre dans laque lle un vide d’air à été fait.
Tube en Pyrex
Tube sous vide
Vide
Tube en cuivre
Coupe d’un capteur sous vide
22
2.3.1.2 Bilan énergétique global
En régime permanent de fonctionnement, on obtient l’équation caractéristique d’un
capteur solaire plan en écrivant son bilan énergétique global.
Qu = Qa _ Qp
Expression dans laquelle :
§ Qu est la puissance cédée au fluide caloporteur,
§
§
Qa est la puissance solaire absorbée,
Qp est la puissance correspondant aux pertes thermiques.
Pour évaluer l’énergie absorbée par le capteur, il faut théoriquement distinguer dans
l’énergie incidente, les parts du rayonnement direct et du rayonnement diffus, en les
affectant de coefficients de transmission et d’absorption appropriés.
Toutefois, dans la pratique, on considère la composante normale au plan du capteur, du
rayonnement solaire global incident.
Dans ces conditions, la puissance absorbée, en Watts, est donnée par l’expression:
Qa = A . τs
. αs . G
Dans laquelle :
- A est la surface d’entrée du capteur en m2 ,
- τs et αs sont les valeurs moyennes des coeffic ients de transmission de la
couverture transparente et d’absorption de l’absorbeur sur l’ensemble du
spectre solaire,
- G est l’éclairement énergétique global en W/m2 (de surface d’entrée), mesuré
dans le plan du capteur.
Compte tenu de l’épaisseur relativement faible d’un capteur plan, on peut, en première
approximation, négliger les pertes par les parois latérales et ne considérer que les pertes
par les faces avant et arrière. La puissance correspondante est alors :
Qp = QAV + QAR
Ramenées à l’unité de s urface de l’absorbeur, toutes les pertes, qui sont des flux
thermiques du capteur vers l’extérieur, peuvent être exprimées en fonction de la
différence de température qui les provoque, par :
QAV / A = UAV (T m-Ta)
et QAR / A = UAR (Tm-Ta)
Soit :
QA / A = U (T m-T a)
Avec :
U = UAV + UAR
UAV = coefficient de déperditions thermiques par la face avant (W/m2. K)
UAR = coefficient de déperditions thermiques par la face arrière (W/m2. K)
T m = température moyenne de l’absorbeur
T a = température ambiante moyenne
23
L’équilibre thermique à un instant donné, entre le flux énergétique solaire reçu par le
capteur, le flux d’énergie utile que l’on peut en extraire et ses pertes thermiques propres,
permet d’écrire l’expression suivante du rendement instantané : η = η0 – U (T m-Ta) / G
Selon les principes retenus par la normalisation internationale (ISO) et européenne
(CEN), le rendement d’un capteur plan peut être caractérisé par trois coefficients
indépendants de la température :
η = η0 – a1T* - a2 G(T*)2
avec :
§ η0 : coefficient de conversion optique (%)
§ a1 : coefficient de déperditions thermiques par conduction (W/m2.K)
§ a2 : coefficient de déperditions thermiques par convection (W/m2.K2)
La figure suivante présente les variations du rendement instantané en fonction de la
température réduite T* = (T m-Ta) / G pour plusieurs types de capteurs.
Rendement instantané η
Simple vitrage
Double vitrage
Simple vitrage et revêtement sélectif
Tube sous vide
Sans couverture
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
T° (K.m 2.W -1)
0
0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,11
Pour des valeurs de T* inférieures à 0,07, on peut raisonnablement représenter ces
variations par des relations linéaires.
Le rendement s’écrit alors :
η = η’ – a’T*
Dans la norme française NF P50-501, les coefficients
respectivement :
§ Facteur optique du capteur (B)
§ Conductance thermique totale des pertes (K)
η’ et a’ sont nommés
24
Energie thermique utile
Pertes optiques
R
e
n
d
e
m
e
n
t
Pertes thermiques
Différence entre la température du capteur et l’ambiance (Degrés K)
Rendement global d’un capteur solaire
25
2.3.2 Le transfert de l’énergie et le stockage
2.3.2.1 Le stockage
Le stockage de l’énergie captée permet de pallier le caractère discontinu de l’énergie
solaire. L’accumulation de l’énergie dans le stockage se traduit par une élévation de sa
température.
Pour apprécier l’efficacité d’un système de stockage, il faut rappeler que le rendement
d’un capteur dépend essentiellement de la température moyenne du fluide qui le
traverse, donc de la température du fluide au retour du stockage. L’une de
caractéristiques essentielles de l’aptitude à l’emploi du stockage sera de fournir, à
l’entrée des capteurs, un fluide dont la température sera la plus basse possible.
Le transfert de chaleur des capteurs vers le ballon s’effectue de deux façons différentes :
§ par circulation forcée avec une pompe commandée par un dispositif de régulation,
§ par circulation naturelle ou thermosiphon.
Les systèmes fonctionnant par thermosiphon présentent l’avantage par rapport aux
systèmes habituels avec circulateurs de ne nécessiter aucun dispositif de régulation des
apports solaires, ni pompes de mise en circulation du fluide caloporteur. Cependant, dans
les faits, les installations en thermosiphon ne concernent généralement que certaines
fabrications de chauffe-eau individuels et restent l’exception pour les installations
collectives.
En raison des problèmes hydrauliques posés par les champs de capteurs de grandes
dimensions, et des contraintes architecturales posées par la disposition des capteurs sous
le stockage, la circulation du fluide caloporteur par thermosiphon est, sauf cas particulier,
mal adaptée aux installations collectives.
26
2.3.2.2 Les échangeurs de chaleur
Sur l’ensemble du territoire métropolitain, il est nécessaire de protéger les équipements
solaires contre les risques de gel. Dans la plupart des cas, les capteurs sont protégés par
un fluide non gélif, ce qui implique la présence d’un échangeur.
On distingue deux catégories d’échangeurs :
§ Les échangeurs intégrés au stockage.
§ Les échangeurs extérieurs au stockage.
Dans le cas où l’échangeur est situé à l’extérieur du stockage, l’échange se fait de part et
d’autre par convection forcée. Les surfaces d’échange sont en général réduites par
rapport à un échangeur intégré.
Echangeur à plaques
Echangeur intégré
Dans tous les cas, l’efficacité d’un échangeur ne dépend pas de la température des
fluides mais des caractéristiques géométriques de l’échangeur et des débits calorifiques.
Dans la pratique, l’efficacité des échangeurs est de l’ordre de 0,6 à 0,8.
Notons que si l’efficacité d’un échangeur est médiocre, non seulement le transfert de
chaleur sera faible, mais la température de retour du fluide dans le capteur sera élevée
et le rendement du capteur sera diminué.
DIMENSIONNEMENT THERMIQUE D'ECHANGEURS DE CHALEUR
fluide froid
liquide
fluide chaud
condenseur
coefficient de transfert global (W/m?/°C)
2,000.00
nom
eau
nom
R22
surface d'échange (m?)
10.00
chaleur spécifique (J/kg/°C)
chaleur spécifique (J/kg/°C)
1924.00
à saturation
1,199.00
pression (M.Pa)
type d'écoulement
0.01992
contre-courant
pression (M.Pa)
0.79413
conditions
conditions
température entrée (°C)
température entrée (°C)
60
delta T logarithmique (°C)
4.00
température sortie (°C)
60.00
rapport
5.99
de
NUT
efficacitéε
capacité
8.34
1.00
débit massique (kg/s)
puissance échangée (kW)
119.87
à saturation
10
débit massique (kg/s)
2.00
0.00
température sortie (°C)
59.99
ERREUR :
Outil simplifié de dimensionnement d’un échangeur : exemple de calcul (Source : Gret)
27
Lorsque l’échangeur est incorporé au stockage, il est disposé en partie basse du ballon.
Cette disposition permet, à condition que la surface d’échange soit suffisante, de
réchauffer de manière homogène le volume d’eau baignant l’échangeur, tant que la
température de celui-ci n’aura pas atteint à 3 ou 4 degrés près, la température de la
partie supérieure du ballon.
A chaque introduction d’eau froide dans le stockage au moment des soutirages, on évite
ainsi d’envoyer dans la partie haute du ballon, de l’eau insuffisamment réchauffée
(Stratification des températures).
Cette disposition permet de plus, d’alimenter les capteurs solaires avec un fluide dont la
température en sortie de l’échangeur est la plus faible possible compte tenu des
conditions de soutirage et de la stratification des températures. En outre, elle permet de
limiter les risques de pertes thermiques par circulation inverse dans les capteurs en cas
de mauvais fonctionnement du clapet anti-retour.
28
2.3.2.3 La régulation du circuit primaire
Principes
Le principe de base de la régulation d’une installation d’eau chaude collective est simple.
Une sonde est située dans les capteurs solaires, une autre dans le bas du ballon d’eau
chaude solaire (au 1/ 9 de la hauteur de la virole).
Dès que le capteur est plus chaud que le ballon solaire de quelques degrés, la pompe de
circulation est mise en service ; dès que les températures s’équilibrent, la pompe
s’arrête. Un simple régulateur différentiel suffit pour ces opérations.
Le rôle du dispositif de régulation est de commander le transfert de l’énergie captée,
seulement si la température du fluide caloporteur dans les capteurs est supérieure à celle
de l’eau contenue dans le ballon de stockage.
Pour des installations de taille inférieure à 40 m2, à circuits hydrauliques courts
(longueur inférieure à 50 m), et dont les capteurs sont relativement inertes, la régulation
de type différentiel par mesure des températures dans le ballon et les capteurs reste
applicable.
Batterie de
Capteurs solaires
RD
Vers Circuit
Appoint E.C.H
Stockage
TH
TH
RT
TH
MA
MA
Déflecteur
EF
MA
Manchette
Témoin
VE
normalement ouverte
normalement fermée
MA
Manomètre
TH
Thermomètre
Clapet anti retour
Vase d'expansion
Schéma n°02
31-05-2001
André-JOFFRE
RD
Circulateur
tecsol .fr
BP 434 - Technosud
Perpignan Cédex
Tel : 04-68-68-16-40
Fax : 04-68-68-16-41
chaude sanitaire
Régulation différentielle : principe (Source Tecsol)
29
Pour des opérations de taille plus importante (> 40 m2), on utilise un double différentiel,
avec une sonde supplémentaire située en chaufferie sur la canalisation du fluide primaire
chaud, qui mettra en service le circulateur du circuit secondaire. Ce montage permet un
démarrage en deux étapes. Une première étape où la boucle primaire est mise en
circulation avec homogénéisation des températures dans les capteurs solaires et dans les
canalisations, et une seconde étape où le circuit secondaire est mis en service avec
transfert d’énergie de la boucle primaire à la boucle secondaire.
Batterie de
Capteurs solaires
RD1
Vers Circuit
Appoint E.C.H
RD2
Stockage
TH
TH
TH
TH
Déflecteur
EF
VE
normalement ouverte
normalement fermée
MA
Manomètre
TH
Thermomètre
Clapet anti retour
Vase d'expansion
Manchette
Témoin
RD
Schéma n° 05
Circulateur
31-05-2001
André-JOFFRE
tecsol .fr
BP 434 - Technosud
Perpignan Cédex
Tel : 04-68-68-16-40
Fax : 04-68-68-16-41
chaude sanitaire
Régulation différentielle : principe du double différentiel (Source Tecsol)
Certains préconisent plutôt qu’un second différentiel, la mise en oeuvre d’un interrupteur
crépusculaire. Outre le fait qu’il convient de bien choisir le composant (circuit fermé
lorsque l’intensité lumineuse est supérieure à un certain seuil et non l’inverse comme
pour l’éclairage, plage de réglage avec seuil plus haut que pour de l’éclairage), nous ne
préconisons pas cette solution dans la mesure où le temps de fonctionnement du circuit
primaire est relativement important, par rapport à celui du circuit secondaire entraînant
des consommations électriques inutiles.
Dans ces deux solutions, il est impératif d’asservir le fonctionnement du circulateur
secondaire à celui du primaire, afin d’éviter que le circulateur secondaire ne tourne pour
rien.
30
Le réglage d’un régulateur différentiel
Ce mode de régulation est simple et d’un faible coût d’installation. Son bon
fonctionnement dépend essentiellement des réglages des différentiels de températures.
Réglages des différentiels
∆T1 grand
∆T2 grand
∆T1 grand
∆T2 petit
∆T1 ≈ ∆T2
Conséquences
Mise en service retardée le matin. Energie solaire non captée.
Mise en service retardée le matin . Arrêt retardé le soir :
déstockage de l’énergie captée pendant la journée.
Phénomène de pompage
Avec :
∆T1 : valeur ajustable du différentiel d’enclenchement du régulateur
∆T2 : valeur ajustable du différentiel d’arrêt du régulateur.
La circulation du fluide dans les capteurs s’établit quand Tcapteur > Tstockage + ∆T 1 .
Les pompes de circulations sont arrêtées quand Tcapteur < Tstockage + ∆T 2 .
Le phénomène de pompage est indésirable par l’effet d’usure des pompes qu’il entraîne
et la baisse du rendement de l’installation qui en résulte. Il se produit d’autant plus
facilement que l’écart entre les différentiels d’enclenchement et d’arrêt est faible.
TC
R
EC
De manière à assurer de bonnes conditions
de fonctionnement des installations, on
retient en général les valeurs suivantes :
∆T1 = 5 K – 8 K
∆T2 = 1 K – 3 K
TB
EF
Régulation différentielle
Lorsque l’inertie de la boucle primaire est plus importante, (longueur des tuyauteries
supérieure à 50 m), la régulation du circuit primaire est complétée pa r l’action du
régulateur sur une vanne de commutation. Lorsque la température TC des capteurs
devient supérieure à la valeur T C + ∆T1 de l’eau dans le ballon, le régulateur commande la
mise en service du circulateur.
La vanne Vc est ouverte en position de recyclage du fluide caloporteur sur les capteurs
(homogénéisation de la température du circuit primaire).
Bien que ce principe de régulation soit basé sur le fonctionnement par tout ou rien de la
vanne de commutation, il permet de réduire le risque de pompage du circulateur. Par
ailleurs, les performances thermiques de l’installation se trouvent améliorées, du fait
d’une mise en température plus rapide de la boucle primaire le matin.
TC
T1
R
EC
31
§ Si la température T1 du circuit primaire
est supérieure à la température T b de
l’eau dans le ballon (T 1 > Tb + ∆T 1 ), le
régulateur commande l’ouverture de la
vanne
de
commutation
vers
le
stockage. Il y a échange de chaleur
dans le ballon.
§ Si T1 < T b + ∆T 2 , la vanne de
commutation ferme le circuit du
stockage.
Le
fluide
caloporteur
recircule
directement
vers
les
capteurs. Dans ce cas, si Tc < T b , le
régulateur
commande
l’arrêt
du
circulateur.
Lorsque l’installation est équipée d’un échangeur extérieur, la mise en circulation de l’eau
sanitaire dans le circuit secondaire de l’échangeur nécessite la mise en oeuvre d’un
second circulateur.
En général, la régulation de l’installation est assurée par deux régulateurs différentiels R1
et R2 .
De manière à tenir compte de l’inertie du circuit primaire (la quan tité de fluide qu’il
contient peut être importante), on aura intérêt à temporiser le fonctionnement du
circulateur commandé par le régulateur R1 de manière à éviter des arrêts et des remises
en circulation intempestifs lors du démarrage de l’installation chaque jour.
TC
R1
R2
EC
T1
TB
Le circulateur du circuit primaire étant en
service (Tc > Tb + ∆T 1 ) :
§ Si (T1 > T b + ∆T 1 ), le régulateur R2
commande la mise en service du
régulateur du circuit secondaire.
§ Si (Tc < Tb + ∆T 2 ), la circulation de l’eau
sanitaire dans le circuit secondaire est
interrompue.
EF
Régulation différentielle. Echangeur extérieur
Pour des installations de taille importante, et de manière à éviter les erreurs de mesures
de températures résultant de défaut d’irrigation des batteries de capteurs, il est
32
envisageable de substituer une sonde d’ensoleillement à la mesure de température dans
le champ de capteurs.
Cette variante peut être justifiée lorsque l’homogénéisation du fluide dans le circuit
primaire est nécessaire compte tenu de la taille de l’installation, mais elle reste applicable
exclusivement aux installations équipées d’un échangeur extérieur aux ballons de
stockage. De plus, elle entraîne généralement une consommation d’énergie électrique
supérieure à celle des installations évoquées précédemment.
Lorsque la valeur de l’ensoleillement S est supérieure au seuil d’enclenchement S1 , le
régulateur R1 commande la mise en service du circulateur du circuit primaire.
S
R1
R2
EC
T1
TB
EF
Régulation différentielle. Sonde
d’ensoleillement
§ Si (T1 > T b + ∆T 1 ), le régulateur R2
commande la mise en service du
régulateur du circuit secondaire (phase
de stockage)
§ Si (T 1 < Tb + ∆T2 ), le circulateur du
circuit secondaire s’arrête (phase de
bipassage). Lorsque la valeur de
l’ensoleillement devient inférieure au
seuil d’arrêt S2 , le régulateur R1
commande l’arrêt du circulateur du
circuit primaire.
33
2.3.3 L’appoint
Suivant la nature des besoins et la configuration des bâtiments, on considère trois types
de systèmes d’appoint :
§ les installations avec appoint centralisé et distribution par boucle de circulation, sous
réserve que la longueur totale de canalisation entre la boucle et chaque point de
puisage ne dépasse pas 6 m en moyenne,
§ les installations de production décentralisée avec distribution directe ou par boucle.
La distribution est réalisée soit directement (distance ballons-points de puisages
inférieure à 8 m) soit par des boucles de distribution desservant des points de
puisages groupés (la longueur totale de canalisation entre la boucle et chaque point
de puisage doit être inférieure à 6 m).
§ les installations avec appoint individualisée et distribution directe, lorsque les points
de puisage ne sont pas éloignés de plus de 8 m des ballons de stockage, afin d’éviter
les pertes thermiques et des puisages d’eau froide. Dans le cas contraire, les
dispositifs d’appoint individuels sont alimentés par une boucle de circulation
maintenue en température.
Dans les installations avec appoint centralisé, la boucle de recirculation de l’eau chaude
sanitaire, lorsqu’elle existe, doit être conçue de telle sorte que le réchauffage de la
boucle pour compenser les pertes thermiques soit assuré par l’appoint.
Lorsque les appoints sont individualisés, la boucle d’eau sanitaire doit être maintenue en
température par un réchauffeur.
TC
R1
EC = 60 °C
R2
EC = 50 °C
T1
TB
EF
Exemple d’installation avec appojnt séparé et boucle de recirculation de l’eau chaude sanitaire
34

ECS solaire1

Transcription

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