Edition septembre 2005 Imprimé sur papier recyclé - Reproduction interdite

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1 Communauté du Pays d Aix Direction Environnement et Cadre de vie Service Energie Hôtel de Boadès 8, place Jeanne d Arc / BP 322 / Aix-en-Provence Tél/ Cette opération a été réalisée avec l aide de : Edition septembre 2005 Imprimé sur papier recyclé - Reproduction interdite A4 Architecture / Crédit photos : AERE, CPA, Giordano, J.L. Marseille Energies, Lucciol, Maison Solaire, Solairpro, Viessmann, Systèmes Solaires, Wagner, XDR Guide POUR L INTEGRATION ARCHITECTURALE DES CAPTEURS SOLAIRES THERMIQUES

2 Maryse Joissains Masini Président de la Communauté du Pays d Aix, Député des Bouches-du-Rhône, Maire d Aix-en-Provence. EDITORIAL Le réchauffement de la planète est une réalité dont nous mesurons chaque jour davantage les effets. Les gaz à effet de serre en sont l une des principales causes. Dans notre région, l habitat, au même titre que les transports, produit 30% des émissions nocives. Il est urgent d intervenir si nous ne voulons pas compromettre l avenir de nos enfants et notre cadre de vie. La Communauté du Pays d Aix, grâce à la force de conviction de Jean-Pierre Saez, vice-président délégué à l environnement et au développement durable, a engagé de nombreuses actions notamment en faveur des énergies renouvelables. Nous avons réuni tous nos projets dans deux documents de référence : le Plan Local de l Energie et la Charte Environnement, signée le 2 juin 2005 en présence de Christian Frémont, Préfet de région. Dans le domaine spécifique du solaire, la marge de progression est considérable sur notre territoire. Tous les facteurs sont réunis pour amplifier ce mode d énergie : une technologie fiable ; un ensoleillement exceptionnel de 300 jours par an et une réelle prise de conscience des populations attentives aux énergies renouvelables. Depuis avril 2004, la Communauté du Pays d Aix aide les particuliers à l acquisition de chauffe-eau et de chauffages solaires. Cette décision communautaire en appellera d autres pour garantir une meilleure prise en compte de ce type d énergies. Dans ce guide, élaboré en étroite collaboration entre élus, services de la CPA et professionnels, des informations et conseils techniques vous sont apportés pour permettre une meilleure intégration de ces équipements solaires dans nos paysages. N hésitez pas à contacter les services et professionnels qui sauront vous conseiller. Chacun peut et doit agir pour préserver notre environnement.

3 Pourquoi utiliser l énergie solaire? Comment utiliser l énergie solaire? 3 A l échelle individuelle et pour le bien être de tous, il y a au moins cinq bonnes raisons d utiliser l énergie solaire : préserver les ressources énergétiques, faire des économies, valoriser une énergie locale et inépuisable, diminuer les pollutions liées aux combustions et déchets nucléaires, réduire les émissions de gaz à effet de serre km Parcourus 4m 2 Sur le territoire du Pays d Aix, un m 2 de capteur solaire, orienté plein sud et incliné de 43 par rapport à l'horizontale, reçoit quotidiennement l'équivalent énergétique d'un demi litre de fioul (valeur moyenne annuelle). La Provence fait partie des régions les plus ensoleillées de France km Parcourus / an = kg de CO kg de CO 2 Courbes d égal e n s o l e i l l e m e n t avec valeurs en k W h / m 2 par jour D'après "Atlas Européen du rayonnement solaire - Volume II - W. PALZ et Quelle est la manière la plus simple d'utiliser l'énergie solaire? Un chauffe-eau solaire individuel (C.E.S.I.) équipé de 4m 2 de capteurs solaires thermiques suffit à apporter les 2/3 de l'énergie nécessaire, en moyenne annuelle, au chauffage de l'eau sanitaire d'une famille de quatre personnes. L'installation peut être réalisée aussi bien dans le neuf que dans l'existant. Pour les constructions neuves, le C.E.S.I. est un des moyens qui contribue au respect de la réglementation thermique. Y-a-t-il d'autres applications domestiques de l'énergie solaire? Un système solaire combiné (S.S.C.), équipé d'une dizaine de m 2 de capteurs solaires thermiques, peut fournir la moitié de l'énergie nécessaire au chauffage et à l'eau chaude sanitaire d'une maison neuve de 130m 2. Enfin, un système photovoltaïque, raccordé au réseau public et équipé d'une vingtaine de m 2 de capteurs solaires photovoltaïques, suffit à compenser les consommations électriques d'une famille de quatre personnes (hors chauffage et eau chaude). Capteurs Photovoltaïques Schéma de fonctionnement du plancher solaire direct Comment intégrer les capteurs solaires dans le bâtiment? La conception, la mise en œuvre et le fonctionnement des systèmes solaires nécessitent plus de soins que les solutions habituelles. L'intégration des capteurs solaires dans le bâtiment doit être étudiée précisément, tant pour assurer une bonne efficacité énergétique des équipements que pour obtenir une qualité esthétique satisfaisante tout en respectant les règlements d'urbanisme. 4

4 Les démarches administratives Quelle autorisation de construire demander? Où installer les capteurs solaires? Pour obtenir les économies attendues, les capteurs solaires doivent être correctement exposés au rayonnement solaire. La pose de capteurs solaires peut se faire : en toiture, terrasse ou en pente, en façade, au sol, en garde corps, auvent... Ils participent de l'aspect bâti et architectural de la construction, donc nécessitent une autorisation de construire. L obtention* de cette autorisation est un préalable à toute installation. 5 Où se renseigner pour les démarches administratives? Suivant la nature de votre projet, l autorisation de construire sera : une Déclaration de Travaux (DT) imprimé cerfa n *01, accompagnée d un plan de situation, un plan de masse, et une représentation de l aspect extérieur des ouvrages. un Permis de Construire (PC) imprimé cerfa n *01 ou , accompagné d un plan de situation, un plan de masse, les plans de façades, les plans de niveaux et la notice paysagère avec insertion... 6 Ces formulaires ainsi que les règlements d urbanisme applicables à votre projet s obtiennent au Service Urbanisme de votre mairie. Le numéro de la parcelle et la section cadastrale sont nécessaires pour repérer quel règlement sera à respecter concernant l intégration architecturale des capteurs solaires. Les dispositions générales du PLU et l article 11 de la zone ( UA, NB...) indiquent les contraintes à respecter. Dans certains secteurs, des règlements plus contraignants existent (ZPPAUP, PRI...). Ils sont également à disposition au service Urbanisme. Dans tous les cas, l intégration architecturale de l'installation est à soigner. Des conseils peuvent vous être apportés par l Architecte des Bâtiments de France et l Architecte Conseil de la commune (CAUE) qui reçoivent sur rendez-vous à prendre en Mairie. Ainsi, le service Urbanisme de votre commune est votre interlocuteur privilégié pour tout projet. *Une autorisation est tacite sous réserve d une réponse écrite du Service Urbanisme PC : Permis de Construire DT : Déclaration de Travaux AST : Autorisation Spéciale de Travaux ABF : Architecte des Bâtiments de France ZAC : Zone d Aménagement Concerté PLU : Plan Local d Urbanisme PRI : Plan de Rénovation Immobilière ZPPAUP : Zone de Protection du Patrimoine Architectural Urbain et Paysager PSMV : Plan de Sauvegarde et de Mise en Valeur CAUE : Conseil en Architecture Urbanisme et Environnement

5 Les caractéristiques et spécificités techniques Absorbeur Sonde Capteur Quels sont les différents types de capteurs solaires utilisables? Trois types de capteurs solaires thermiques peuvent être utilisés pour les C.E.S.I. et S.S.C. : les capteurs plans ou capteurs coffres indépendants de la structure du bâtiment ; les capteurs plans à intégrer en toiture ou façade de bâtiment ; les capteurs à tubes sous-vide. Les capteurs solaires photovoltaïques sont quant à eux des convertisseurs de rayonnement solaire en électricité. Capteurs plan intégré en toiture Capteurs photovoltaïques Comment fonctionne un C.E.S.I.? 7 Régulation Isolation Echangeur Eau chaude Appoint électrique, gaz, fioul... Eau froide Quel que soit le type de C.E.S.I., il est alimenté en eau froide par le réseau d'eau sanitaire de la maison et alimente en eau chaude ou préchauffée le système de chauffage d'appoint. Capteur coffre Capteurs à tubes sous vide 8 Pompe Vase d'expansion Il assure un ensemble de fonctions : captage de l'énergie solaire et conversion du rayonnement en chaleur par les capteurs solaires thermiques, transfert de la chaleur des capteurs vers l'eau chaude sanitaire par une boucle fermée à circulation naturelle ou forcée, stockage de l'énergie dans le ballon solaire, distribution de l'eau chaude vers le système d'appoint et les points de puisage. Par ailleurs le C.E.S.I. doit être préservé des risques de gel et de détérioration par surchauffe. Ses différents composants doivent être optimisés pour limiter les pertes d'énergie captée et les consommations d'énergie d'appoint. Ainsi votre installation fonctionnera pendant de longues années. Ce type de capteur permet de diminuer la surface d absorbeur. Certains capteurs plans peuvent être munis de vitrages anti-reflets qui donnent un aspect mat au capteur. Comment dimensionner le C.E.S.I.? Pour une consommation quotidienne par personne de 50 à 60 litres d'eau chaude à 45 C le dimensionnement suivant est recommandé : Sur-dimensionner ou sous-dimensionner l'équipement conduit à diminuer la rentabilité. Sur-dimensionner conduit en outre à augmenter les risques de surchauffes et de vieillissement accéléré de l'équipement.

6 Quels résultats attendre d'un C.E.S.I.? Pour une consommation quotidienne de 200 litres d'eau chaude à 45 C, un C.E.S.I. équipé de 4m 2 de capteurs orientés plein sud et inclinés de 25 par rapport à l'horizontale permet : * Energie primaire : énergie brute, c'est-à-dire non transformée après extraction, que le C.E.S.I. a permis de préserver. Plus les consommations d'énergie primaire sont élevées plus les pollutions sont importantes et plus les ressources énergétiques s'épuisent. Quels principes respecter pour les liaisons entre capteurs et ballon solaire? Pour obtenir les économies attendues et les maintenir dans la durée, quelques principes de base doivent être respectés : Comment positionner les capteurs solaires? Une orientation plein sud et une inclinaison par rapport à l'horizontale proche de 45 sont idéales. L'ombrage des capteurs solaires par un autre bâtiment, par la végétation ou par un élément proche du capteur (par exemple une cheminée ou un acrotère), peut réduire fortement les performances de l'équipement. D'autres inclinaisons et orientations que les valeurs idéales peuvent donc être retenues pour éviter les ombres portées. En cas de doute sur l effet des ombres portées et sur l implantation des capteurs solaires, il est nécessaire de faire une étude de masques (à demander à l installateur et à l architecte). Ne pas oublier que les arbres poussent et que de nouveaux bâtiments peuvent être construits! Exemple de réduction de l'autonomie par la présence d'arbres au sud d'un capteur posé au sol, orienté plein sud et incliné à placer le ballon solaire le plus près possible des points de puisage d'eau chaude (limiter les longueurs de tuyauteries de distribution), limiter la distance entre capteurs et ballon solaire et bien isoler les tuyauteries, veiller à une bonne accessibilité de la sonde de température du capteur, de la purge d'air et des raccordements, de manière à faciliter la mise en service et l'entretien ; soigner les passages de câbles et tuyauteries à travers les couvertures, étanchéité, murs, etc. Quelles sont les précautions à prendre pour l installation? Lors de l installation de votre C.E.S.I., vous devez vérifier que : les traversées de toiture par les tuyauteries et câbles assurent une bonne étanchéité à l'eau, la vanne de purge des capteurs est ramenée en un endroit accessible (si possible à côté du ballon solaire), les capteurs sont facilement accessibles pour le contrôle et les réparations éventuelles (notamment la sonde de température), l'installateur a les compétences et assurances nécessaires si la pose de capteurs est prévue en "intégration de toiture", l'isolation thermique des tuyauteries est correctement protégée des effets du rayonnement solaire (risque de dégradation dans le temps) et des températures élevées. 10

7 L intégration architecturale des capteurs solaires Exemples d'intégrations architecturales Le capteur solaire thermique a pour fonction de transformer l énergie solaire en chaleur pour produire de l eau chaude sanitaire ou pour chauffer des locaux. Il est donc à placer sur un bâtiment comme une souche de cheminée, une fenêtre ou une porte... et se doit d être considéré comme un élément de composition architecturale. A ce titre le choix de son implantation, de sa taille, de son orientation, de sa technologie, de sa mise en oeuvre (intégrée ou pas en toiture) participe à son intégration architecturale dans l ordonnancement d une façade, d une toiture ou d un volume bâti... Comment obtenir un bon compromis entre performance énergétique et intégration architecturale? Implantation sur toiture en pente En neuf, il faut rechercher : une proportion satisfaisante entre la surface du pan de toiture et celle des capteurs, une cohérence de forme entre le pan de toiture et les capteurs, une implantation des capteurs en continuité des ouvertures, en toiture et en façade, en privilégiant la symétrie, des coloris, des éléments techniques en harmonie avec la couleur de la toiture, à éviter l effet de surbrillance et de reflet, à insérer les capteurs dans l épaisseur de la toiture Sur l existant, il faut parvenir à : limiter les contrastes entre les capteurs et la façade, implanter les capteurs à 50 ou 60 cm du faîtage, de l égout et des rives du pan de toiture pour limiter leur impact visuel, soigner la pose des tuyauteries... Inclinaison préférentielle des capteurs : 45 pour les chauffe-eau solaires individuels (C.E.S.I.) 60 pour les systèmes solaires combinés de chauffage (S.S.C.) Pour mémoire: 15 =27% 20 =36% 22 =40% 25 =47% Ce guide a pour objectif d améliorer l intégration architecturale des installations et non de juger celles déjà existantes. Les observations faites sont issues

8 Implantation en façade Implantation en toiture terrasse ou au sol Il faut rechercher : une cohérence de composition de façade avec les éléments : fenêtre, garde corps, auvent, loggia,... à recouvrir la totalité de la façade, à réaliser un calepinage régulier qui compose cette dernière, un équilibre entre l implantation des capteurs et une architecture bioclimatique.* Sur l existant, préférer : une implantation en toiture même faiblement inclinée, plutôt qu en façade. Il faut rechercher en toiture à : les mettre en place en composant une cinquième façade: alignement, proportion,... utiliser des habillages de capteurs, les mettre en oeuvre en continuité de la composition de la façade, derrière un acrotère, ou en prolongement... au sol : les adosser à un autre élément : talus, mur,... les positionner en cohérence avec le bâtiment, ses ouvertures, ses volumes 13 * Art de bâtir en composant avec le climat, le lieu de construction, la végétation,... et les occupants, de manière à créer un environnement intérieur sain et confortable tout en minimisant l usage des ressources non renouvelables (matériaux et énergies). 14 L intégration architecturale des capteurs solaires en façade est plus facile dans le cas de projet neuf que dans l existant. L implantation en façade ou en garde corps devrait être réservée à des applications de chauffage. Pour le C.E.S.I., si ce type de montage est réalisé, il est préférable d utiliser des capteurs à tubes sous vide horizontaux dont les surfaces absorbantes pourront être inclinées à 45. de groupes de travail réunis pour élaborer le guide. Ce guide a pour objectif d améliorer l intégration architecturale des installations et non de juger celles déjà existantes. Les observations faites sont issues de groupes de travail réunis pour élaborer le guide. Ce guide a pour objectif d améliorer

9 Implantation associée à une autre fonction En conclusion Il faut rechercher à : Le capteur solaire est un élément de composition architecturale à condition de tenir compte de : valoriser les supports disponibles : dépendances, garages,... limiter les contrastes entre les capteurs et la façade. composer leur implantation avec le volume bâti en jouant avec les symétries, proportions... en limitant l impression de rajout et de juxtaposition, utiliser les capteurs comme élément de composition à part entière. La forme La proportion L insertion La position L association L intégration architecturale des capteurs solaires est plus facile avec des architectures contemporaines qu avec l architecture néo-provençale dont la toiture en tuiles rondes reste une composante essentielle. Différentes technologies, dimensions et formes de capteurs existent et permettent diverses intégrations en association à une autre fonction : pergola, garde-corps, brise-soleil... l intégration architecturale des installations et non de juger celles déjà existantes.

10 Acompt erdu1ermai: -350 pourunchauf f eeaus ol ai r e -500 pouruns ys t èmedechauf f age+eauchaudes ol ai r e(dél i bér at i on ducons ei lcommunaut ai r edu6avr i l2006) Depui sl e1erj anvi er2006: -50%decr édi td' i mpôtpourl eséqui pement ss ol ai r est her mi ques

11 1,cour ss ext i us

12 De l intention à la réalisation LA CONCEPTION LA REALISATION Les Etapes Les Délais Les Intervenants Les Etapes Les Délais Les Intervenants L idée Utiliser le soleil pour se chauffer ou chauffer l eau Délai variable Utilisateurs, salons, foires, installateurs, Pouvoirs publics Consultation des installateurs Faire établir des devis par des installateurs et faire son choix. 1 mois Espace Info Energie, Architectes ou concepteurs du projet Installateurs Qualisol 17 Faisabilité - administrative: se renseigner sur les règlements applicables pour l implantation des capteurs solaires - technique: déterminer la surface des capteurs et le volume des ballons - financière: déterminer le budget et les délais. 2 mois Service Urbanisme Espace Info Energie, Installateurs, architectes ou concepteurs du projet Demande de subvention Etablir le dossier de demande de chèque énergies renouvelables à la Région PACA Réalisation de l installation - Faire exécuter les travaux. - Collecter des notices techniques et d utilisation du matériel pour assurer la maintenance et l entretien. - Collecter des factures acquittées nécessaires à l obtention des subventions et du crédit d impôt. Délai variable 2 semaines Espace Info Energie, Architectes ou concepteurs du projet Installateurs Qualisol Installateurs, Architectes ou concepteurs du projet 18 Conception de l installation - Dimensionnement - Implantation - Type de capteurs 2 semaines Architectes ou concepteurs du projet Installateurs Qualisol Demande de subvention à la CPA Etablir le dossier de demande de subvention à l Espace Info Energie Constitution du dossier fiscal Prévoir la déclaration annuelle de revenus (IRPP) Délai variable Espace Info Energie, Architectes ou concepteurs du projet Installateurs Qualisol Demande d autorisation de construire Etablir le dossier de demande d autorisation: - Permis de construire - ou déclaration de travaux 2 à 6 mois dont 2 à 3 mois d instruction de la demande Architecte ou concepteurs du projet, Architecte CAUE, Architecte des Bâtiments de France, Service Urbanisme Utilisation de l installation Surveiller régulièrement le bon fonctionnement de son équipement solaire. 2 fois par an Installateur, Utilisateur. Il faut compter au moins 6 mois avant de profiter de son intallation solaire