Chauffage solaire : Première approche

Sommaire

Principe de fonctionnement du Chauffage solaire

Le chauffage solaire fonctionne sur le même principe que les chauffe-eau solaires, la récupération de la chaleur des panneaux étant réalisée par la pompe d’un groupe de transfert aussi appelé station solaire, piloté(e) par une régulation.

Travailler de préférence à basse température

C’est le premier secret d’une installation solaire efficace. Nous recommandons d’installer un chauffage sur des réseaux avec plancher chauffant basse température, alternativement avec un mur chauffant : en effet, le besoin de chauffage se faisant dans les périodes les moins ensoleillées et les plus froides, il est plus efficace de faire travailler les panneaux à basse température, donc en réchauffant un plancher ou un mur à moins de 30°c au lieu de réchauffer un radiateur à plus de 40°, voire jusqu’à 60 ou 70°c (on peut même dire qu’au-delà de 50°c, avec les ratios classiques dans une maison traditionnelle, ça devient mission impossible).

Néanmoins, certains de nos clients ont monté des chauffages sur des radiateurs basse température, ils sont a priori satisfaits, mais nous n’avons pas de retour chiffré du résultat obtenu. La solution est certainement efficace à la mi-saison, elle permet donc d’économiser de l’énergie, mais il faudra être attentif, ou motivé.

Le solaire basse température en parallèle d’une installation de chauffage en haute température

Lorsque l’on ne souhaite pas modifier l’installation de chauffage existante, on peut aussi monter une installation en parallèle : vous verrez bientôt sur nos pages le synoptique de fonctionnement en temps réel d’un système dans lequel on a installé un plafond chauffant et des murs chauffants dans un garage, puis isolé côté garage. Ainsi la chaleur collectée est injectée dans la maison, pas dans toutes les pièces, mais ce qui est pris est pris et n’est pas à fournir avec le système à radiateurs existant.

Positionner les panneaux pour qu’ils soient efficaces l’hiver

Le besoin se faisant sentir l’hiver, quand le soleil est bas dans le ciel, il est important que les panneaux soient inclinés suffisamment, 45° semblant un minimum, et jusqu’à 60° voire 70°, d’où les supports sol que nous avons fait développer spécialement pour cette utilisation, et qui ne se rencontrent avec de tels angles que chez nous apparemment. Si votre toit à une faible pente, il est vivement conseillé d’envisager une pose au sol, le long d’un mur ou en jardin.

Une forte inclinaison permet non seulement d’optimiser la collecte d’énergie l’hiver mais aussi de réduire les surchauffes d’été. Concernant les surchauffes du réseau solaire, leur principal impact, sur une installation en circulation forcée classique (non auto-vidangeable), est de contribuer au vieillissement du glycol si vous disposez de panneaux à revêtement sélectif, dont la température de stagnation est de l’ordre de 200° : référez-vous à la page concernant le glycol, rubrique Outils. Si vous disposez de panneaux peints, ou de panneaux de faible rendement, la surchauffe est faible, et n’a aucun effet négatif : à 130°, le Glycol est stable, et une température de 130° n’est pas en mesure de créer une dégradation des soudures du panneau, les régulations d’entrée de gamme suffisent, et votre système redémarrera en cas de demande dans la journée.

Pour tout savoir sur les surchauffes, dont on vous parle souvent pour vous décourager du solaire, voyez notre page dédiée : Gérer la surchauffe.

Choisir les panneaux adaptés

Pour une installation au sol, les panneaux ‘paysage’, horizontaux, permettent dans certains cas une meilleure intégration visuelle : pose en casquette, ou au sol, camouflés par une haie : la hauteur d’un tel champ au sol ne dépasse pas 1 mètre. Bien sûr, on compense en longueur.

Ce type de panneaux permet aussi de limiter la prise au vent. On peut facilement aussi casser le vent en montant un panneau de bois autoclave (séparation de jardin ) à l’arrière du support. Dans le cas d’une pose de panneaux portrait, les panneaux de 180×180 conviennent très bien. pour les panneaux paysage, on prendra les panneaux 100×180.

Utiliser l’inertie thermique du bâtiment ou la créer

Le deuxième secret (qui n’en est donc plus un) de l’efficacité du solaire thermique, c’est de travailler avec de l’inertie thermique.

Un ballon tampon de 1000 litres vous fournira une réserve d’inertie convenant en moyenne à une maison de 100 m² avec environ 6 panneaux de 2m². Si on conserve l’énergie contenue dans le ballon pour l’utiliser la nuit, on portera le ballon de 20 jusqu’à par exemple 45°c, c’est à dire que les panneaux seront plus chauds et moins efficaces que s’ils travaillaient à 25 ou 30°c.

Avec un plancher chauffant de 10 cm d’épaisseur, on dispose de 10 m3 de béton, soit l’équivalent de 4.6 m3 d’eau. De 20° au départ, on augmentera donc la température 4.6 fois moins , c’est à dire d’à peine plus de 5°c. Les panneaux travailleront donc en moyenne 10° plus froid et perdront donc moins d’énergie. Plus d’énergie rentrera dans la maison.

Il ne faut pas hésiter à utiliser tout l’inertie qui peut être rendue disponible : un mur de refend dans une vieille bâtisse. Par exemple 70cm sur 6m de long et en moyenne 4.5 m de haut = 18.9 m3 de pierre. En première approximation, disons que cela a l’inertie du béton : on a environ 9 m3 d’équivalent eau. Une cuve sous une terrasse : 40m3 d’eau, …

Qu’attendre d’un chauffage solaire ?

Un client du côté d’Avignon avait une cuve enterrée, non isolée, dans son local technique, une ancienne cave à vin. Ses 16 m3 chauffés avec 10 panneaux lui procurent 12 jours d’autonomie dans un maison ‘années 80’ de 130m²équipée de plancher chauffant. Le premier hiver, il n’a pas allumé la chaudière. En Bretagne, c’est sûr (je suis d’origine pur beurre), ça ne fera pas pareil , sauf les jours de beau temps !

Il y a quelques années, un client est revenu au bout de 7 ans : « Je viens vous acheter une installation photovoltaïque, car cette année, mes économies dues au chauffage solaire ont fini de rembourser mon installation ». C’est dans le Sud de la France. Je n’ai pas de retour d’information dans le Nord, le temps de retour doit être plus long, je dirai une douzaine d’année ; mais nos clients continuent de nous envoyer régulièrement leurs parents, voisins, amis, … C’est pourquoi nous n’avons pas de commerciaux, ni de démarche ‘proactive’ : nos clients sont nos meilleurs vendeurs. Les moteurs de recherche ne sont pas très loin non plus.

Si l’économie globale sur l’énergie est généralement plus faible en pourcentage que pour les chauffe-eau solaires, dans une maison traditionnelle (pas BBC), le chauffage solaire permet néanmoins d’éviter le démarrage de la chaudière pendant les jours ensoleillés des inter-saisons, et de diminuer leur fonctionnement en hiver (pour l’hiver surtout en plancher et murs chauffants, mais en radiateur, n’y comptez pas trop).

Il est difficile de chiffrer un temps de retour a priori, car le taux de couverture dépend de nombreux facteurs : nature et isolation du bâtiment, mode de vie (chauffage à 18 ou à 24°), dimensionnement du système par rapport à la surface à chauffer…

Pour les habitats en BBC, la question se pose différemment. La première question est : y a-t-il besoin de chauffage? Si oui, la priorité à mon avis est d’installer un plancher chauffant et/ou un mur chauffant hydraulique. Ensuite (le solaire peut se monter dans un second temps, quand on rénove il faut le prévoir, mais ce n’est pas forcément l’urgence), si la maison a suffisamment d’inertie, le solaire arrivera a couvrir dans certaines régions une partie importante des (faibles) besoins durant l’hiver.

Différentes variantes existent :

Le chauffage seul : en général, vous disposez déjà d’un chauffe-eau et souhaitez une installation de chauffage simple et séparée. Ce n’est pas forcément la manière la plus judicieuse de tirer profit du solaire, mais des contraintes d’implantation peuvent y conduire.
Un système couplé avec un ballon d’ECS et un ballon tampon/un PSD (plancher solaire direct), où l’on enverra le fluide de préférence vers l’utilisateur le plus froid (ballon d’eau chaude sanitaire si l’eau en bas de ballon est plus froide que le ballon tampon de chauffage ou que le plancher si l’on est en plancher solaire direct). Cela optimise le rendement du système solaire ; si vous avez déjà un ballon solaire, il sera économique de retenir cette solution et de faire une extension de l’installation existante si elle s’y prête.
Un système combiné, dans lequel le préparateur d’eau chaude se trouve immergé dans le ballon de chauffage, et se réchauffe donc ‘en bain marie’. Cette solution présente l’avantage de stocker l’énergie et de l’utiliser là où elle est nécessaire. Elle est techniquement très intéressante, car on fonctionne ‘au plus froid’, avec une régulation simple puisque le circuit solaire ne comporte pas de vanne directionnelle. Le schéma suit :

Une idée de dimensionnement

1m² de panneau pour 10m² de plancher chauffant, c’est bien, il n’en faut pas plus : les derniers panneaux sont ceux qui servent le moins. Donc pour une maison de 100m², 10m² de panneaux pour le chauffage plus 5 pour le chauffe-eau, c’est une approche raisonnable que l’on pourra adapter en fonction de son habitation, de sa région, et de son portefeuille.15m² de panneaux, cela fait 6 de nos panneaux grand modèle. Au prix des panneaux, on peut aller à 8! Mais avec les constructions BBC, le besoin diminue, dans ce cas on peut réduire les surfaces. Pour des calcules plus précis, voyez les onglets ‘dimensionnement’.

Pour le ballon de stockage (dans les régions/cas où l’on ne fait pas du chauffage direct dans le plancher), 100m2 de plancher représentent 7 à 10m3 de béton.

La capacité thermique d’1 m3 de béton est équivalente à celle de 462 litres d’eau.

NB technique, merci à Sylvain Courgeaud qui a pris le temps de rechercher les données et de calculer la valeur :

– Capacité thermique massique du béton : 880 J/(kg.°K), pour l’eau : 4186 J/(kg.°K) d’après l’encyclopedia universalis,

– la masse du béton est de 2.2 kg/l, d’où la capacité volumique du béton : 1936 J/(l.°K) )

– en comparant à l’eau : 1936/4186= 0.462

Avec un ballon de 1000 litres, on a donc 3 à 5 fois moins d’inertie, ce qui veut dire qu’on aura tendance à travailler plus chaud, donc avec un rendement un peu plus bas. Mais dans les régions froides, le plancher demandera toujours de l’énergie donc on n’aura pas le temps de monter en température.

Il existe de nombreuses variantes au niveau des ballons : le ballon tampon simple, avec son échangeur solaire, pour commencer. Le ballon solaire stratifié, plus réactif quand on travaille avec une dominante solaire: il retarde dès que possible le fonctionnement de la chaudière. Le ballon tampon à ECS instantanée, idéal pour éviter la problématique de la légionellose. Et finalement le ballon dit combiné ou ‘tank in tank’, où un ballon d’ECS est immergé dans le, ballon tampon. Chacun a ses avantages, et son prix. Il n’y a pas de meilleure solution, mais des solutions adaptées aux contraintes de l’installation et/ou aux choix et/ou aux enveloppes budgétaires disponibles.

Réguler un chauffage Solaire : Généralement, la partie solaire est très simple à réguler. Par contre, côté chauffage, on doit généralement gérer une vanne 3 voies, voire plusieurs, et des lois d’eau.

Si vous disposez d’un chaudière, la meilleure stratégie est d’insérer un système solaire en économiseur d’énergie :

Voyez aussi nos schémas de principe, dans l’onglet outils, la solution astucieuse de notre ami installateur Alban permet de fonctionner le plus simplement du monde, au plus froid, avec une régulation de base.

Et avec des radiateurs ? En principe, je ne suis pas un fan. Mais les principes ne sont pas forcément tous bons. Le problème, avec des radiateurs, c’est qu’il doivent être plus chauds que le plancher, donc les panneaux solaires thermiques doivent travailler plus haut en température. L’ADEME déconseillait il y a une dizaine d’année ce type de solution, en raison du faible taux de couverture et du coût des installations. Pour le coût, avec nos produits et en auto-installation, cela n’a plus rien à voir. Et quand vous n’êtes pas en phase de construction, pas moyen d’ajouter un plancher chauffant.

Donc, une fois posé le fait que le rendement ne sera pas aussi bon qu’avec un plancher, voici nos conseils :

Prendre des panneaux à revêtement sélectif et les dimensionner comme pour du chauffe-eau solaire, de cette manière, vous utilisez votre ballon tampon ( là, il en faut obligatoirement un pour stocker l’énergie solaire) au maximum. Et si possible utiliser des radiateurs basse température. En demi saison, vous risquez d’avoir un résultat satisfaisant et un démarrage de chaudière décalé dans le temps. Les demandes arrivent, les clients en veulent, ils ont trouvé sur les forums que cela fonctionnait, et sur les forums, on retrouve… nos clients. Probablement ma position de principe n’est donc pas la bonne !

Et des schémas pour quelques unes des configurations fréquentes : vous pouvez jeter un oeil à la rubrique Outils Solaires, qui comprend quelques schémas de base, des outils de dimensionnement, des modules de formation, logiciels de simulation, etc..

Nos régulations

pour les régulations, vous pouvez aussi aller visiter le site www.steca.fr. Pour chaque régulation, la fiche technique fournit une liste de configurations possible. Attention, les produits à choisir depuis Août 2015 sont des produits compatible avec les circulateurs haute efficacité (aussi appelés MLI -modulation de largeur d’impulsion- ou pwm -pulse wave modulation-) obligatoires en Europe. Il s’agit donc principalement de la gamme TRA : TRA501T pour un chauffe-eau solaire, TRA502TT et TRA503TTR.