2asder chauffe eau solaire indiv

8/16/2019 2ASDER Chauffe Eau Solaire Indiv

1/42

1

Le chau ffe-eau so laire

indiv iduel


2/42

2

Eau froideEau réchauffée

Fonctionnement en

thermosiphon

Monobloc


3/42

3

Implantation en

toiture

Eau

froide

Eau

réchauffée

Des systèmes simples et assez

performants. La contrainte

principale étant de pouvoir mettre

le ballon de stockage à une altitude

supérieure aux capteurs.

Les capteurs doivent être adaptés

au fonctionnement en

thermosiphon.

Chauffe-eau à éléments séparés

Convection naturelle ou

thermosiphon


4/424

Circulateur

Sonde de température

Régulation

Mitigeur

thermostatique

Echangeur de

chaleur

Eau froide

Eau chaudeEau mitigée

Chauffe-eau à éléments séparés

Convection forcée


5/425

Le kit De Dietrich « Dietrisol » Le kit Sonnenklar

Exemple de chauffe-eau solaires en kit


6/426

1

15

12

11

10

8

7

6

5

4

3

2

16

13

14

17

18

9

Les composants du chauffe-eau solaire « classique »


7/427

Le clapet anti-retour


8/428

Débit

H a u t e u

r m a n o m é t r

i q u e

Un circulateur à trois vitesses

permet de s’adapter plus facilement

au circuit hydraulique.

1

2

3

Pertes de charges dans le circuit

Courbes

caractéristiquesdu circulateur

Débit souhaité

Le circulateur fonctionnera en

vitesse 2.

Les circulateurs


9/429

Système

Buderus

Circulateur à débit

variable Grundfoss

Les circulateurs à débit variable


10/4210

Les systèmes autovidangeables (drain back)


11/4211

Azote

Vanne deremplissage

Membrane

Arrivée du liquide en

expansion

Lorsque le circuit

hydraulique est vide, la

pression d'azote comprime

la membrane contre les

parois du vase.

La pression de remplissage

du circuit hydraulique

comprime déjà la membranedu vase à l'état froid et le

vase est partiellement rempli

de liquide : c'est le volume

initial au remplissage.

Lorsque le liquide du

circuit s'échauffe, sonvolume augmente et

comprime fortement

la membrane qui

absorbe ainsi la

dilatation.

Le vase d'expansion


12/4212

Le ballon solaire

Ballon à deux

échangeurs


13/4213

Le « Conus500 » de Consolar.

Les ballons à stratification améliorée


14/42

14

Les injecteurs de stratification


15/42

15

Le manomètre indiquela pression du circuit.

Soupape

avec

manomètreintégré.

Soupape de sécurité et manomètre


16/42

16

Les vannes

Différentes vannes ¼ de tour


17/42

17

Purgeur manuelPurgeur automatique

Les purgeurs


18/42


19/42

19

Sonde placée dans un doigt degant mesurant la température du

fluide en sortie de capteur.

Sonde de température

placée au niveau del’échangeur du circuit

solaire.

Circulateur dont le

relais d’alimentation

est commandé par

un signal électrique

venant de la

régulation.

Câbleélectrique

La régulation


20/42

20

Tc : température de la sonde capteur.

Tb : température du ballon.

Tc

Tb

Tc > Tb + Se

Se : seuil d’enclenchement

Sd : seuil de déclenchement

Circulateur en marche

OUI

NONTc > Tb + Sd

NON Arrêt du

circulateur

Le capteur a atteint une

température suffisante pourfournir de l’énergie au ballon.

La température

du capteur

n’est plus

suffisante pourfournir de

l’énergie au

ballon.

Le circulateur reste en

marche.

OUI

Le capteur est en

régime permanent.

Fonctionnement de la régulation


21/42

21

L’échangeur à tube lisse estimmergé dans le ballon.

Echangeur annulaire,

utilisé en thermosiphon

Echangeur à plaques à

l’extérieur des ballons

Les échangeurs


22/42

22

Le cuivre reste le matériau le plus utilisé

Les canalisations

Canalisations

préfabriquées


23/42

23

Les isolants doivent résister à de hautes températures

L’isolation des canalisations


24/42

24

Arrivée eau

chaude

Arrivée eaufroide

Eau mitigé

Mitigeur thermostatique

I t ll ti d d ti d’ h d it i i t t


25/42

25

R R

Eau froide Eau froide

Eau à température de

consigne

Eau à température de

consigne

Production d’ECS électrique Production d’ECS par chaudière

Installation de production d’eau chaude sanitaire existante


26/42

26

Eau froide Eau réchauffée

Eau à température deconsigne

Adaptation sur production d’ECS par chaudière


27/42

27

Eau froideEau chaude

Eau à température deconsigne

Adaptation sur production d’ECS par cumulus

électrique

Calcul d’un chauffe eau solaire (données pour le calcul)


28/42

28

Consommation

En absence de données, on considérera que la consommation d’eauchaude sanitaire représente 50l/j/pers. Un suivi des installations

solaires réalisées entre 2000 et 2004 donnent un ratio moyen de 35

l/jour/pers.

Volume de stockageLe volume de stockage devra être suffisamment important

pour couvrir la consommation quotidienne.

Cependant si ce volume est trop important, les capteurs

auront du mal à le monter en température.

En première estimation, on prendra un volume de 40 à 60

l/pers.

Surface de capteurs

La surface de capteurs dépend bien évidemment de nombreux

paramètres, notamment l’orientation des capteurs et les masques

éventuels qui font de l’ombre.

On pourra partir sur une base de 1 m² pour 40 à 50 l de stockage.

Calcul d un chauffe eau solaire (données pour le calcul)

Volume

appoint

Volume

solaire

Calcul d’un chauffe eau solaire (autres paramètres)


29/42

29

Besoins

Pour calculer les besoins en ECS, il est nécessaire de connaître la

consommation d’eau chaude et la température d’eau froide.

Besoins = volume d’eau x chaleur spécifique x (T eau chaude- T eau froide)

En absence de données, on peut estimer la température moyenne annuelled’eau froide à la température annuelle moyenne de l’air.

Chaleur spécifique de l’eau = 1,16 kWh/m3/°C

Ensoleillement

L’ensoleillement incident sur la surface des capteurs se calcule en fonction

de l’ensoleillement global horizontal, de l’orientation et l’inclinaison descapteurs et des masques occultant une partie du rayonnement.

Des méthodes plus ou moins complexe sont intégrées dans les logiciels de

dimensionnement.

Calcul d un chauffe eau solaire (autres paramètres)

Variation des performances d’un chauffe-eau solaire type


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30

200 l / jour

4 m² de capteur

250 l

50 °C

3 Stations météo

45°

Su

d

Variation des performances d un chauffe-eau solaire type

Ensoleillement sur un capteur orienté plein sud à 45°


31/42

31

Strasbourg

Ambérieu

Nice

0

1

2

3

4

5

6

7

8

J F M A M J J A S O N D

(kWh/m².j)

5,07

3,543,68

Un capteur orienté plein sud et incliné à 45° reçoit en moyenne30% d’ensoleillement en plus à Nice qu’à Strasbourg.

?

Ensoleillement sur un capteur orienté plein sud à 45

?Température d’eau froide


32/42

32

15,1

9,710,7

Plus de 5°C d’écart en moyenne sur la température d’eaufroide entre le nord et le sud.

?Température d eau froide

0

5

10

15

20

25


(°C)

Strasbourg

Ambérieu

Nice

Besoins journaliers 200 l/jour à 50 °C


33/42

33

6

7

8

9

10

11


(kWh/j)

Des besoins journaliers donc plus importants au nord qu’ausud.

8,1

9,4

9,1

?

Besoins journaliers 200 l/jour à 50 C

Strasbourg

Ambérieu

Nice

Production des capteurs


34/42

34

La différence de production des capteurs n’est plus que de15% pour une différence d’ensoleillement de 30%.

1895

16101652

?

Production des capteurs

0

50

100

150

200

250


(kWh/mois)

Strasbourg

Ambérieu

Nice

Taux de couverture des besoins


35/42

35

64%

47%50%

Ce qui change, c’est le taux de couverture des besoins et non laquantité d’énergie produite.

?Taux de couverture des besoins

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%


Strasbourg

Ambérieu

Nice

Performances d’un chauffe-eau solaire type


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36

Bilan énergétique (kWh)

Consommation totale

2 500 à 2 600 (21)

2 400 à 2 500 (52)

2 300 à 2 400 (14)

2 200 à 2 300 (9)

Répartition

1 700

Economie due au solaire

Consommation d'appoint

Performances d un chauffe eau solaire type

Temps de retour d’un chauffe-eau solaire


37/42

37

(Subventions déduites, famille de 4 personnes, prix de l’énergie oct.2006)

0

5

10

15

20

25

Bois

déchiqueté

Bois bûche

performant

Bois granulé Gaz naturel Electricité

Heures

creuses

Fuel Gaz propane Electricité Appareil

individuel gaz

sur bouteille

a n

n é

e

s

Nice

Strasbourg

p

Quel est le chauffe-eau le plus performant ?


38/42

38

2600 kWh

200 l/j à 50°C

330 jours /an

2680 kWh

2300 kWh

200 l/j à 50°C

330 jours /an

2680 kWh

Celui qui consomme le moins d ’appoint !


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39

2600 kWh

2300 kWh

1870 kWh

1530 kWh

rendement ballon = 60 %

pertes = 1790 kWh

rendement ballon = 70 %

pertes = 1150 kWh

200 l/j à 50°C

330 jours /an

2680 kWh

200 l/j à 50°C

330 jours /an

2680 kWh

Prix du MWh solaire


40/42

40

Hypothèses : Cesi 5 m²Prix : 6000 €, Economie :2,5 MWh/an, durée de vie : 25 ans avec 500 € de

maintenance

Energie économisée pendant 25 ans = 25 x 2,5 = 62,5 MWhInvestissement sur 25 ans = 6 000 + 500 = 6 500 €

Coût de l’énergie produite sur 25 ans = 6 500 / 62,5 = 104 €/MWh

Un chauffe-eau solaire permet donc de produire de la chaleur à 104

€/MWh sans subvention sur 25 ans.

C’est à dire au prix de l’électricité ou du propane aujourd’hui, sans gaz à effet

de serre, ni production de déchets.

Le fioul sera-t-il encore longtemps moins cher ?

Quelle énergie peut garantir un prix sur 25 ans ?

Prix du MWh solaire

Chauffe eau solaire individuel (1)


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41

Capteur intégré en toiture

Capteur en surimposition de toiture

Chauffe eau solaire individuel (2)


42/42

42

Capteur sou vide en surimposition de toiture

Capteurs en allège de balcon

2asder chauffe eau solaire indiv

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