CHAUFFE-EAU  SOLAIRE  INDIVIDUEL


Le  Chauffe-Eau  Solaire  Individuel  ( CESI )  permet  de  produire  généralement  entre  50  et  70%  de vos besoins annuels  en  eau  chaude  sanitaire,  et  jusqu’à  100%  l'été.

 

L'installation  solaire  thermique  ci-dessous  peut  se  décomposer  en  3  circuits :

  • le  circuit  solaire  rempli  d'eau  glycolée
  • le circuit  d'eau  sanitaire
  • le  circuit  d'appoint,  rempli  d'eau  de  chauffage

Le  CIRCUIT  SOLAIRE

Il  est  rempli  d'eau  glycolée,  afin  d'éviter  les  risques  de  gel  dans  les  capteurs  solaires    10   les  nuits  d'hiver.

 

Après  avoir  absorbé  l'énergie  solaire  dans  les  capteurs  thermiques,  l'eau  glycolée  est  emmenée  par  le  circulateur     1    ,  vers  l'échangeur  solaire  du  ballon  de  stockage,  à  travers  les  canalisations.

 

Dans  l'échangeur  solaire   12   ,  l'eau  glycolée  transmet  sa  chaleur  par  conduction,  sans  mélange,  à  l'eau  sanitaire. 

L'échangeur  solaire  doit  toujours  se  trouver  en  bas  du  ballon.  En  effet,  la  stratification  fait  que  l'eau  stockée  dans  le  ballon  sera  toujours  plus  froide  en  bas.  De  plus,  l'arrivée  d'eau  froide  se  trouve  également  en  bas  du  ballon.  Cela  permet  aux  capteurs  solaires  de  fonctionner  à  la  température  la  plus  basse  possible,  donc  d'obtenir  un  meilleur  rendement.


Un  vase  d'expansion  solaire      permet  d'absorber  le  volume  de  dilatation  de  l'eau  glycolée  lors  de  sa  montée  en  température.

Il  doit  aussi  être  capable  d'absorber  le  volume  d'eau  glycolée  contenu  dans  la  totalité  des  capteurs  solaires,  en  cas  de  vaporisation  pendant  une  période  de  stagnation.

 

Le  vase  d'expansion  doit  pouvoir  être  isolé  par  une  vanne  avec  purge      lors  du  contrôle  de  sa  pression  de  gonflage.  La  règlementation  exige  que  cette  vanne  ne  puisse  être  manipulée  qu'avec  un  outil.

 

La  soupape  de  sécurité    5    permet  d'éviter  les  risques  de  surpression  en  cas  de  défaillance  du  vase  d'expansion.  Les  soupapes  de  sécurité  solaires  sont  souvent  tarées  à  5  ou  6  bars. 

Avoir  une  pression  plus  élevée  que  dans  un  circuit  de  chauffage  central  permet  d'obtenir  une  température  d'évaporation  plus  élevée,  donc  de  limiter  les  risques  de  vaporisation  de  l'eau  glycolée  dans  les  capteurs.

 

Sur  un  circuit  solaire,  l'évacuation  de  la  soupape  de  sécurité  doit  obligatoirement  être  relié  à  un  récipient-collecteur  6   .   La  capacité  de  ce  récipient  doit  être  au  moins  égale  au  volume  du  fluide  contenu  dans  totalité  des  capteurs  solaires.  L'eau  glycolée  ne  doit  pas  être  rejetée  à  l'égout,  car  nocive  pour  l'environnement.  Elle  pourra  être  récupérée  et  ré-injectée  dans  l'installation.

 

Il  est  indispensable  de  mettre  un  clapet  anti-thermosiphon   2    au  refoulement  de  la  pompe.  Cela  évite  qu'une  circulation  par  thermosiphon  se  crée  entre  le  ballon  de  stockage  et  les  capteurs  solaires,  la  nuit,  lorsque  l'eau  glycolée  est  plus  chaude  dans  l'échangeur  solaire  que  dans  le  capteur.

 

Il  est  d'usage  de  mettre  un  purgeur  d'air  avec  une  vanne, en  haut  de  l'installation,  au  niveau  du  capteur  solaire.  Il  permet  de  purger  l'air  de  l'installation  lors  de  son  remplissage.

La  vanne  permet  d'isoler  le  purgeur  du  reste  de  l'installation,  une  fois  le  remplissage  terminé.  Sans  cela,  l'eau  glycolée  se  vaporisant  dans  le  capteur  lors  des  périodes  de  stagnation  pourrait  s'échapper  par  le  purgeur.

Le  purgeur  peut  éventuellement  être  démonté  en  fin  de  remplissage,  pour  être  mis  à  l'abri  des  conditions  extérieures.

 

Le  montage  de  purgeur  d'air  est  cependant  obsolète.

Il  est  préférable  de  faire  un  dégazage  initial  par  circulation  extérieure,  avec  une  station  de  remplissage  et  de  dégazage,  et  de  monter  un  séparateur  d'air   9     .

 

Le  séparateur  d'air  doit  être  placé  avant le circulateur :  la  diminution  de  la  pression  permet  aux  microbulles  d’air  de  se  développer  plus  facilement, à  cet  endroit.

"Automatique",  il  doit  également  se  trouver  en  sortie  de  l'échangeur  du  ballon,  sur  le  retour  capteur,  là  où  il  n'y  a  pas  de  risque  de  formation  de  vapeurs.

Si  la  purge  du  séparateur  se  fait  "manuellement",  sans  risque  d'évacuation  des  vapeurs,  il  sera  plus  judicieux  de  l'installer  à  l'entrée  de  l'échangeur,  du  côté  le  plus  chaud,  car  l'air  se  sépare  plus  facilement  de  l'eau  à  haute  température.

 

 Pour  effectuer  un  dégazage  initial,  un  groupe  de  remplissage  et  de  vidange   8   

composé  de  3  vannes,  doit  être  prévu  lors  de  la  conception  de  l'installation  solaire. 

Parfois,  le  débitmètre  est  intégré  à  ce  composant,  sur  lequel  une  des  3  vannes  permet  alors  de  régler  le  débit.

 

Le  débit  est  en  général  réglé  à  50 litres  par  heure  par  mètre  carré  de  capteur.

Pour  éviter  des  déperditions  par  effet  de  thermosiphon  laminaire  à  l'intérieure  des  canalisations,  il  est  également  recommandé  d'installer  une  lyre  anti-thermosiphon   11    à  l'entrée  de  l'échangeur  du  ballon  de  stockage.  Le  fluide  chaud  étant  plus  léger  que  le  fluide  froid,  le  fluide  contenu  dans  l'échangeur  ne  pourra  pas  descendre  dans  la  lyre.

La  canalisation  horizontale  basse  ne  devra  pas  être  calorifugée,  afin  d'être  plus  froide  et  d'augmenter  l'efficacité  de  la  lyre.

La  membrane  du  vase  d'expansion  est  généralement  conçue  pour  supporter  une  température  de  70°C.  Il  faut  le  placer  avant  le  circulateur,  de  préférence  à  l'endroit  le  plus  froid  possible.

 

Lorsque  la  longueur  des  canalisations  entre  les  capteurs  et  le  vase  n'est  pas  suffisante

pour  contenir  tout  le  fluide  contenu  dans  les  capteurs,  il  est  recommandé  de  rajouter  un  vase  intermédiaire   7    en  amont  du  vase  d'expansion. 

Cela  évite  une  température  excessive  dans  le  vase  d'expansion  en  cas  de  surchauffe. 

La  capacité  de  ce  vase  intermédiaire  doit  être  égal  au  volume  total  de  fluide que peuvent contenir  les  capteurs.

 

Pour  la  même  raison,  le  vase  d'expansion  et  sa  canalisation  de  raccordement  ne  doivent  en  aucun  cas  être  calorifugés.




Le  CIRCUIT  SANITAIRE

Lors  d'un  puisage  d'ECS,  l'eau  froide  sanitaire  arrive  dans  le  ballon  d'ECS    1     par  le  bas  et  pousse  l'eau  chaude  qui  va  sortir  par  le  haut  du  ballon  pour  aller  au  robinet.

 

Le  purgeur   2     permet  d'évacuer  l'air  qui  pourrait rester  prisonnier  en  haut  du  ballon.

 

L'eau  froide  entrée  en  bas  du  ballon  va  être  chauffée  par  l'échangeur  solaire    8   .  L'effet  de  stratification  permet  à  la  chaleur  de  monter  en  haut  du  ballon.  Cela  permet  de  chauffer  tout  le  volume  du  ballon,  lorsque  les  apports  solaires  sont  suffisants.


Lorsque  les  apports  solaires  sont  insuffisants,  un  autre  générateur  (chaudière, PAC, etc.. )  fournit  la  chaleur  à  l'échangeur  d'appoint    9     pour  chauffer  uniquement  le  haut  du  ballon.

 

 L'eau  sanitaire  peut  atteindre  80°C  à  90°C  dans  le  ballon.

Le  mitigeur  thermostatique    3    mélange  cette  eau  chaude  avec  de  l'eau  froide  afin  d'envoyer  au  robinet  de  l'eau  à  seulement  50°C.  

Le  mitigeur  est  obligatoire  en  individuel.

 

La  soupape  de  sécurité  sanitaire    7    permet  l'évacuation  de  l'eau  de  dilatation  lors  de  la  montée  en  température  de  l'ECS  dans  le  ballon.

 

Le  clapet  anti-retour   6    empêche  l'ECS  du  ballon  de  venir  réchauffer  l'eau  froide.

 

Le  compteur  d'eau    7    permet  de  relever  la  consommation  d'eau  froide  sanitaire.



La  RÉGULATION  SOLAIRE

Pour  gérer  la  régulation  du  CESI,  le  régulateur  a  besoin  de  connaître  deux  températures :

 - la  température  du  fluide  chaud  sortant  du  panneau  solaire,   Tc

 - la température de l’ECS stockée en bas du ballon,  Tb .

 

Il  contrôle  en  continu  l'écart  entre  ces  deux  températures,  appelé  " différentiel "

 En  fonction  de  la  valeur  de  ce  " différentiel ",  le  régulateur  commande  la  mise  en  marche  ou  à  l'arrêt  de  la  pompe  du  circuit  solaire.

Différentiel  de  démarrage  ( DD )

Le  seuil  d'enclenchement  de  la  pompe  est  appelé  " différentiel  de  démarrage  DD ".

Il  est  généralement  réglé  entre  5  et  10°C.

 

Lorsque  Tc  -  Tb   est  supérieur  à  DD,

alors  le  régulateur  met  en  marche  la  pompe.

 

L'écart  de  température  Tc  -  Tb   est  jugé  suffisant  pour  avoir  un  bon  échange  thermique  entre  le  fluide  caloporteur  et  l'eau  sanitaire  stockée  en  bas  du  ballon.

 

 

Différentiel  d'arrêt  ( DA )

Le  seuil  de  déclenchement  de  la  pompe  est  appelé  " différentiel  d'arrêt  DA ".

Il  est  généralement  réglé  entre  2  et  4°C.

 

Lorsque  Tc  -  Tb   est  inférieur  à  DA,

alors  le  régulateur  arrête  la  pompe.

 

L'écart  de  température  Tc  -  Tb   est  jugé  insuffisant  pour  avoir  un  bon  échange  thermique  entre  le  fluide  caloporteur  et  l'eau  sanitaire  stockée  en  bas  du  ballon.

Réglage  des  différentiels

Ces   réglages  doivent  tenir  compte  des  pertes  de  chaleur  dans  les  canalisations  du  circuit  solaire  entre  les  capteurs  et  le  ballon.

La  valeur  des  différentiels  doit  être  suffisante  pour  obtenir  un  bon  échange  thermique

L’installation  ne  doit  plus  fonctionner  lorsque  la  puissance  utile  récupéréé  dans  le  ballon  est inférieure  à  la  puissance  électrique  consommée  par  la  pompe  solaire.

 

 Généralement,  les  valeurs  de  réglage  sont  comprise  :

- entre  5  et  10°C  pour  le  différentiel  de  démarrage  DD

- entre  2  et  4°C  pour  le  différentiel  de  d'arrêt  DA

 

  Il  est  d'usage  de  régler  DD  à  6°C  et  DA  à  3°C  pour  un  CESI,

ou  DD  à  8°C  et  DA  à  4°C  pour  une  installation  solaire  collective, 

dès  qu'il  y  a  un  échangeur  à  plaques.

 

Un  différentiel  d'arrêt  DA  trop  faible  engendre  un  retard  à  l’arrêt  le  soir,  occasionnant  des  pertes d’énergies :

-  puissance  utile  récupérée  inférieure  à  la  puissance  électrique  consommée  par  la  pompe 

-  voire  pire,  fluide  arrivant  dans  l'échangeur  du  ballon  plus  froid  que  l'eau  sanitaire  qui y  est  stockée  (pertes  dans  les  canalisations)  et  qui  va  refroidir  le  ballon

 

Un  différentiel  de  démarrage  DD  trop  grand  engendre  un  retard  au démarrage  le matin et l’énergie solaire ne sera pas récupérée au mieux.

 

Des  valeurs  trop  proches  entre  DD  et  DA   (  DD - DA  trop  faible )  provoquent  un  phénomène  de pompage  du  circulateur :  il  va  se  mettre  en  marche  et  à  l'arrêt  trop  souvent,  à  intervalles  de  temps  trop  courts,  et  s'user  rapidement.

 

 

Température  maximale  admissible  dans  le  ballon

Ce  paramètre  protège  le  ballon  de  stockage  contre  les  surchauffes.  La  température  maximale  admissible  dans  le  ballon  est  indiquée  par  le  fabricant.

Si  la  seule  température  d'eau  prise  par  le  régulateur  est  celle  indiquée  par  la  sonde  placée  en  bas  du  ballon,  il  faudra  prendre  une  marge  de  sécurité.  A  cause  de  la  stratitication,  la  température  de  l'eau  en  partie  haute  du  ballon  est  toujours  plus  élevée  que  celle  mesurée  en  bas  du  ballon.

Ce  paramètre  est  généralement  réglé  à  80°C.

 

 

Température  maximale  capteurs

Ce  paramètre  protège  les  composants  hydrauliques  du  circuit  solaire  contre  les  surchauffes.  Lorsque  la  température  en  sortie  de  capteur  dépasse  la  valeur  réglée  sur  ce  paramètre,  la  pompe  solaire  est  mise  à  l'arrêt.  Il  faut  absolument  éviter  que  le  fluide  calporteur  puisse  circuler  à  l'état  vapeur  dans  le  circuit  solaire.

Ce  paramètre  est  généralement  réglé  à  120°C.

 

Pour  résumer ...

Les  régulateurs  solaires  offrent  la  possibilité  de  régler  de  nombreux  paramètres,  mais  seule  la  vérification  et  le  réglage  de  4  paramètres  est  indispensable  lors  de  la  mise  en  service  et  de  la  maintenance  d'un  CESI  :

1-  le  différentiel  de  démarrage  (DD)

2-  le  différentiel  d'arrêt  (DA)

3-  la  température  maximale  admissible  dans  le  ballon

4-  la  température  maximale  de  sécurité  capteurs

 

 

Autres  paramètres ...

Fonction " anti-gel",  fonction  "refroidissement  nocturne",

Vitesses  minimales  et  maximales  de  la  pompe  et  ΔT,  lors  de  la  présence  d'un  circulateur  à  vitesse  variable,

etc..



AUTRES  CONFIGURATIONS  COURANTES

CESI  avec  appoint  intégré  électrique

L'échangeur  d'appoint  peut  être  remplacé  par  une  résistance  électrique

Adaptation  CESI  à  une  production  ECS  par  chaudière

Dans  l'existant,  il  faut  être  capable  d'adapter  le  chauffe-eau  solaire  à  la  production  d'ECS  déjà  en  place.

 

Le  by-pass  avec  la  vanne  bidirectionnelle  sont  optionnels.  Ils  permettent  de  se  passer  du  ballon  d'appoint  (ou  du  chauffe-eau  électrique),  l'été,  lorsque  la  production  d'ECS  solaire  couvre  la  totalité  des  besoins.

ATTENTION  :  La  non  utilisation  du  ballon  d'appoint  l'été  nécessite  sa  montée  en  température  régulière  pour  éviter  le  développement  de  bactéries  (légionelles).

De  plus,  il  faudra  à  minima  vider  ce  ballon  à  la  fin  de  l'été  et  éventuellement  le  nettoyer.

Adaptation  CESI  à  une  production  ECS  par  chauffe-eau  électrique

Adaptation  CESI  à  une  production  ECS  instantanée

Sur  ce  système,  le  rôle  du  CESI  est  de  préchauffer  l'eau  sanitaire  avant  que  la  chaudière  instantanée  la  porte  à  la  température  souhaitée.  La  modulation  de  puissance  de  la  chaudière  permet  d'obtenir  cette  température  de  consigne  malgré  les  variations  du  débit  de  puisage  et  de  la  température  de l'eau  sanitaire  solaire.

Lorsque  la  température  de  l'eau  est  suffisante  dans  le  ballon,  le  thermostat  1    ordonne  à  la  vanne  bidirectionnelle  2    d'aiguiller  l'eau  chaude  directement  vers  le  point  de  puisage,  sans  passer  par  l'échangeur  à  plaques  de  la  chaudière.

En  raison  des  températures  élevées  que  peut  atteindre  l'eau  dans  un  ballon  solaire,  le  mitigeur  thermostatique  3    est  obligatoire  pour  abaisser  la  température  de  l'eau  partant  aux  points  de  puisage.

 

N. B. :  Avant  de  raccorder  un  CESI  à  une  chaudière  instantanée,  il  est  indispensable  de  vérifier  auprès  du  fabricant  que  ce  système  est  compatible  avec  sa  chaudière.



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