Installer un chauffage ou un chauffe-eau solaire : Guide

Ce document est la propriété exclusive de blaba cheria ([email protected]) - 26 Octobre 2009 à 11:47
De l’installation d’un simple chau e-eau solaire au système de chau age avec eau chaude
sanitaire, cet ouvrage pose les fondamentaux pour comprendre et s’approprier les connais-
sances techniques nécessaires à la réalisation d’une installation solaire thermique.
La partie théorie vous permettra de concevoir correctement votre installation (dimen-
sionnement, orientation des capteurs, transport et stockage des calories, régulation, etc.),
de choisir le matériel à utiliser, et d’évaluer le montant de l’économie rendue possible par
le solaire.
La partie pratique présente les réalisations et les témoignages de 5 autoconstructeurs.
Les choix techniques et la mise en œuvre de chaque chantier sont décrits dans le détail, de
même que leur rentabilité  nancière et les améliorations pouvant encore leur être apportées.
Les niveaux de di culté de ces réalisations di érent en fonction des compétences des auto-
constructeurs : d’une simple installation solaire en direct dans le plancher chau ant gérée par
une petite régulation solaire du commerce à l’utilisation d’un stockage intermédiaire dans un
ballon d’eau morte associée à une régulation par automate programmable du commerce, ou
même directement par ordinateur.
Ce livre s’adresse aux particuliers qui souhaitent se lancer dans l’auto-installation ou simplement
maîtriser le vocabulaire technique et comprendre les devis d’installateurs, ainsi qu’aux artisans
et installateurs voulant compléter leurs connaissances techniques et découvrir des exemples de
réalisations.
38€
Code éditeur : G12279
ISBN : 978-2-212-12279-4
97 8 2 2 1 2 1 2 2 7 9 4
Les auteurs sont tous membres
de l’association pour la promo-
tion des énergies renouvelables
(Apper). Issus d’horizons divers
(professionnels et simples particu-
liers), ils ont écrit ce livre pour faire
partager l’expérience acquise lors
de la réalisation de leurs propres
installations solaires thermiques.
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ÉDITIONS EYROLLES
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75240 Paris Cedex 05
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Relecture : Ghislaine Brindejonc
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En application de la loi du 11 mars 1957, il est interdit de reproduire intégralement ou partiellement le présent ouvrage, sur quelque
support que ce soit, sans l’autorisation de l’Éditeur ou du Centre français d’exploitation du droit de copie, 20, rue des Grands-Augustins, 75006
Paris.
© Groupe Eyrolles, 2008, ISBN : 978-2-212-12279-4
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V
Table des matières
Préface 
Partie théorie : les bases du chau age solaire 1
Dé nir ses besoins de chau age 2
Puissance et énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Les différentes unités de mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Applications pratiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Coûts de l’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Calcul des déperditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Le coeffi cient de déperdition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
La température extérieure de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Applications et résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Besoins énergétiques de chauffage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Calcul du besoin énergétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Les degrés jours unifi és . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Applications et résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Besoins énergétiques en eau chaude sanitaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
Calcul du besoin énergétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Applications et résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Capter la chaleur 8
L’énergie disponible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
L’orientation et l’inclinaison des capteurs, les masques . . . . . . . . . . . . . . . .9
L’orientation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
L’inclinaison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Le surdimensionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Le masque solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
Les différents types de capteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
Capteurs plans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Capteurs à tubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Capteurs plans autoconstruits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Comparaison entre les capteurs plans et les capteurs à tubes . . . . . . . .18
Quelques considérations de géométrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Quelques éléments de défi nition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Effi cacité des capteurs solaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Rendement d’un capteur par la méthode française . . . . . . . . . . . 21
Rendement d’un capteur par la méthode européenne . . . . . . . 23
Passage d’une méthode à l’autre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Autres façons d’utiliser les courbes de rendement . . . . . . . . . . . . 24
Défi nition d’un capteur idéal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Cas concret : comparaison de quatre capteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
Première évaluation : rendement des capteurs
avec DT = 30 °C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Deuxième évaluation : rendement des capteurs
dans différents montages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Troisième évaluation : capteurs à tubes horizontaux
ou verticaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
À retenir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Transporter la chaleur 33
Inventaire des composants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
Le circuit primaire de capteur solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Le circuit secondaire d’utilisation des calories
pour l’eau chaude sanitaire et le chauffage . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Le choix du fl uide caloporteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
Les propriétés du fl uide caloporteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Eau + antigel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
La circulation du fl uide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
Thermosiphon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Circulateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Le raccordement des capteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
Raccordement avec ajout d’une vanne
d’étranglement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Raccordement en série . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Boucle de Tickelman . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Montage classique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
La nature des tuyaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
Les propriétés attendues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Les matériaux les plus utilisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
La tenue en pression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Le raccordement des liaisons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
L’isolation de la tuyauterie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
Liaisons extérieures et liaison chaude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Liaisons intérieures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Le dimensionnement de la tuyauterie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
Les pertes de charge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Débit nécessaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Pertes dans les tuyaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Dimensionnement de la pompe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Cas particulier du thermosiphon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
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