Énergie solaire thermique dans le bâtiment. Chauffe-eau solaires

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1 Énergie solaire thermique dans le bâtiment. Chauffe-eau solaires par André JOFFRE Ingénieur Arts et Métiers Président Directeur Général de Tecsol SA 1. Rayonnement solaire... BE Principes Tables d ensoleillement Autres données climatiques Température ambiante Température d eau froide Capteurs solaires thermiques Principes Capteur sans vitrage Capteurs vitrés Coffre Isolation thermique Absorbeur Couverture transparente Capteur sous vide Performances des capteurs Installation des capteurs En toiture terrasse ou au sol Sur toiture inclinée Chauffe-eau solaires individuels Différents types Chauffe-eau stockeur Chauffe-eau fonctionnant par thermosiphon Chauffe-eau à circulation forcée Dispositifs d appoint Chauffe-eau solaires collectifs Principaux cas d utilisation Eau chaude sanitaire Eau chaude industrielle Schémas types d installations Garantie de résultats solaire Télécontrôle des installations Conception des installations Calcul Détermination des besoins Calcul d une installation Impact environnemental Pour en savoir plus... Doc. BE Techniques de l Ingénieur BE

2 ÉNERGIE SOLAIRE THERMIQUE DANS LE BÂTIMENT. CHAUFFE-EAU SOLAIRES L es usages thermiques de l énergie solaire rencontrent un réel intérêt, moins pour des raisons économiques la filière solaire est encore en phase de développement que pour leurs capacités à réduire les émissions de gaz à effet de serre. Très sensibilisés à la protection de l environnement, les pays d Europe du Nord, avec aux premiers rangs d entre eux l Allemagne et l Autriche, se sont engagés depuis une quinzaine d années dans un développement massif du marché. Dans les pays du Sud, à l exception de la Grèce, cette prise de conscience, bien que récente, se traduit par une augmentation rapide des ventes. Dans ce contexte, les propositions techniques, nouvelles et «innovantes», se développent sous l impulsion d entreprises qui, attirées par un marché en forte croissance et soucieuses de se différencier de la concurrence, ont la fâcheuse tendance à proposer des solutions pas toujours éprouvées. Aussi est-il indispensable que le concepteur, avant d effectuer ses choix, revienne toujours aux règles de base qui sont décrites ici. Cette attitude évitera bien des déconvenues et contribuera au développement harmonieux de l énergie solaire. Aujourd hui, le secteur du bâtiment est responsable du quart des émissions de gaz à effet de serre. Peu à peu, la contribution de l énergie solaire devient indispensable pour atteindre les objectifs de réduction fixés par les différentes autorités. Sur le plan technique, c est tout d abord au niveau de l enveloppe des bâtiments qu il faut intervenir. Alliés à une bonne isolation et une maîtrise des pertes dues au renouvellement d air, les apports solaires directs par les ouvertures des bâtiments constituent une voie économique et sûre. Le deuxième axe d intervention consiste à utiliser des systèmes de production d eau chaude, de chauffage, voire de climatisation, qui utilisent l énergie solaire associée à une énergie conventionnelle. Quelques règles doivent toujours être présentes à l esprit du concepteur : choisir des systèmes simples, voire rustiques. Le monde du bâtiment s accommode mal de systèmes complexes qui, en théorie, sont plus performants, mais sont souvent plus fragiles et difficiles à entretenir ; bien évaluer les besoins énergétiques et lorsqu il s agit de bâtiments existants, ne pas hésiter à effectuer des mesures de consommation afin de dimensionner avec précision l installation solaire ; penser, dès la phase de conception, aux travaux de maintenance de l installation elle-même, mais aussi du bâtiment dans laquelle elle va être intégrée ; évaluer le fonctionnement des systèmes sur des longues périodes. Cette démarche permet de détecter les pannes qui peuvent survenir et y remédier, mais aussi de comptabiliser l énergie solaire produite et par conséquent les quantités de dioxyde de carbone dont l émission a été évitée. Les chercheurs ont parfois rêvé de bâtiments autonomes isolés, très peu consommateurs et capables de capter toute l énergie solaire nécessaire à leur fonctionnement. Le mythe du bâtiment «zéro énergie» a vécu, l avenir appartient à des constructions qui entretiendront les relations équilibrées avec les réseaux auxquels elles seront reliées. Ainsi les installations solaires de production d électricité produiront dans la journée une quantité d électricité équivalente à la consommation et le solaire thermique sera mis à contribution pour réduire les besoins de chauffage, d eau chaude et de climatisation. Ces nouveaux «bâtiments à énergie positive» s imposeront par la volonté des consommateurs, et donc des gouvernements qui intégreront cette démarche dans les réglementations régissant les nouvelles constructions. Cela se traduira par une plus grande fusion de l énergie solaire avec l architecture associée à une croissance des marchés et à une baisse continue des prix. L énergie solaire aura alors peut-être gagné son pari : stabiliser au niveau de 1990 les émissions de gaz à effet de serre lié au chauffage et à la production d eau chaude dans les bâtiments. BE Techniques de l Ingénieur

3 ÉNERGIE SOLAIRE THERMIQUE DANS LE BÂTIMENT. CHAUFFE-EAU SOLAIRES Notations et symboles Symbole Unité Définition A m 2 Surface d entrée du capteur solaire B Facteur optique du capteur solaire H j kwh m 2 j 1 Rayonnement solaire global K W j 1 Coefficient de déperdition global du capteur M kg Masse en eau du chauffe-eau solaire T a o C Température ambiante extérieure Énergie solaire (W m 2 nm 1 ) 2 1 Spectre solaire au-dessus de l atmosphère Spectre solaire au niveau de la mer par temps clair 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 Ultraviolet visible Infrarouge Longueur d ondes (µm) T ef o C Température d eau froide T m o C Température moyenne du capteur Figure 1 Spectre du rayonnement solaire V L Volume du ballon de stockage W W m 2 Puissance de l irradiation solaire η % Rendement du capteur λ W m 1 K 1 Conductivité 1. Rayonnement solaire 1.1 Principes Figure 2 Pyranomètre permettant de mesurer le rayonnement solaire, Tecsol Le soleil est une étoile dont la température de surface est d environ K. Situé à km de la Terre, le rayonnement électromagnétique émis sous forme de lumière et de chaleur met environ huit minutes pour nous parvenir. La Terre intercepte une très petite partie de ce rayonnement, qui au bord extérieur de l atmosphère terrestre est pratiquement invariable lorsque la Terre est à une distance moyenne du Soleil. Cette constante est de W m 2. Toute cette énergie n est pas récupérée au niveau du sol ; en effet, une partie importante du rayonnement solaire est réfléchie et diffusée par les particules en suspension. Par ciel clair, la puissance reçue par une surface perpendiculaire aux rayons du soleil est au maximum de W m 2. Le rayonnement solaire est une donnée essentielle pour calculer les performances d un système solaire. L énergie globale reçue par une surface est fonction des trois paramètres suivants (figure 1) : le rayonnement direct (qui provient du disque solaire) ; le rayonnement diffus (réfléchi par l atmosphère et les particules en suspension) ; le rayonnement réfléchi par le sol (appelé albédo). Ainsi, la quantité d énergie solaire reçue par unité de surface dépend de plusieurs facteurs : les données météorologiques du site ; la période de l année ; l orientation par rapport au sud ; l inclinaison ; la nature du sol (réflexion). Le plus souvent, les valeurs utilisées sont issues de mesures des irradiations globales et diffuses effectuées par les services météorologiques ou calculées à partir des durées d ensoleillement (figure 2). Il est également possible de déterminer l ensoleillement d un site donné à partir des images satellites. L analyse des images initialement destinées à l observation de la couche nuageuse (par exemple Météosat en Europe) permet de déterminer avec une bonne précision la quantité d énergie reçue au sol. Cette méthode permet de connaître l ensoleillement pour des lieux où les mesures au sol n existent pas. 1.2 Tables d ensoleillement Dans la plupart des cas, l utilisation de tables d ensoleillement est suffisante pour permettre le calcul d un système solaire. Les valeurs indiquées sur la carte de la figure 3 sont les irradiations globales moyennes annuelles (en kwh m 2 j 1 ) sur une surface orientée au sud et inclinée d un angle égal à la latitude du lieu. 1.3 Autres données climatiques Température ambiante La température ambiante dans l environnement immédiat des capteurs solaires est un des éléments qui détermine les performances de ceux-ci. En toute rigueur, les valeurs à prendre en compte Techniques de l Ingénieur BE

4 ÉNERGIE SOLAIRE THERMIQUE DANS LE BÂTIMENT. CHAUFFE-EAU SOLAIRES Figure 3 Carte de France de l ensoleillement sont les températures diurnes moyennes mensuelles. Ces données n étant pas toujours disponibles, ce sont les valeurs moyennes mensuelles qui sont généralement utilisées. Celles-ci sont reproduites pour chaque station météo dans le tableau B en annexe [Doc. BE 9 166] Température d eau froide Les températures d eau froide sont importantes dans la détermination des besoins énergétiques liés à la production d eau chaude sanitaire. Elles peuvent varier d une station à l autre et en fonction des saisons. Bien que facilement mesurables, ces informations ne sont pas toujours disponibles et il est pratique d utiliser une méthode empirique qui donne des résultats acceptables. La température d eau froide (T ef ) d un mois considéré est égale à la moyenne entre la température ambiante moyenne T a du mois et la température moyenne annuelle : T ef T a mois + T a année = 2 (1) 2. Capteurs solaires thermiques 2.1 Principes Les capteurs solaires thermiques constituent le cœur des installations destinées à transformer l énergie transmise par le soleil en chaleur. Le rayonnement solaire est absorbé par une surface noire, parcourue par un fluide caloporteur qui extrait l énergie thermique et la transfère vers son lieu d utilisation ou de stockage (figure 4). La plupart des capteurs sont munis d une couverture transparente qui laissent passer la plus grande partie du rayonnement solaire et évitent le refroidissement de l absorbeur. Les échanges par convection entre celui-ci et la couverture transparente sont réduits, de même que l émission du rayonnement infrarouge de l absorbeur. C est le principe de «l effet de serre». Une isolation thermique est disposée à l arrière et sur la périphérie du capteur pour limiter les déperditions par conduction. BE Techniques de l Ingénieur

5 ÉNERGIE SOLAIRE THERMIQUE DANS LE BÂTIMENT. CHAUFFE-EAU SOLAIRES Rayonnement solaire Entrée fluide caloporteur Absorbeur Sortie fluide caloporteur Figure 4 Capteur plan non vitré Figure 6 Piscine publique utilisant des capteurs souples, Jacques Giordano Industries Figure 5 Capteur plan non vitré, Jacques Giordano Industries Ces différentes configurations conduisent à des types de capteurs distincts, dont les performances varient en fonction des domaines d utilisation. 2.2 Capteur sans vitrage C est le modèle le plus rustique et également le plus économique. Il est généralement constitué d une simple plaque de métal ou de matière plastique (absorbeur) dans laquelle circule le liquide à réchauffer (figure 5). Le principal domaine d utilisation de ce capteur est le chauffage des piscines de plein air [BE 9 165]. Celles-ci sont le plus souvent utilisées en été, lorsque la température ambiante et le rayonnement solaire sont élevés. Le niveau de température de l eau des bassins est quant à lui inférieur à 30 o C. Dans ces conditions, l efficacité des capteurs est très bonne, et l utilisation de capteurs vitrés ne permettrait pas une meilleure collecte de l énergie solaire (voir 2.5 «performance des capteurs solaires»). L absence de gel pendant la période autorise la circulation directe de l eau de la piscine dans les capteurs. Afin d éviter des problèmes de corrosion et également pour des raisons économiques, les constructeurs de matériels utilisent souvent des matières plastiques (figure 6). Les capteurs sans vitrage peuvent également être utilisés pour des installations de production d eau chaude sanitaire. C est en particulier le cas dans des régions chaudes et fortement ensoleillées. La parfaite intégration architecturale qu autorise ce type de produit permet la mise en œuvre de surfaces plus importantes, pour compenser la différence d efficacité avec des capteurs vitrés, en particulier l hiver (figure 7). Figure 7 Installation de production d eau chaude sanitaire, Énergie Solaire SA W (éclairement énergétique dans le plan des capteurs) Rayonnement solaire Entrée fluide caloporteur T e (température entrée) Coffre du capteur T a (température ambiante) Figure 8 Coupe d un capteur vitré 2.3 Capteurs vitrés Réflexion Couverture transparente Absorbeur Isolation thermique Sortie fluide caloporteur T s (température sortie) Les capteurs munis d une couverture transparente, souvent appelés «capteurs vitrés», sont les plus utilisés, car ils correspondent au domaine d application le plus courant : le chauffage de l eau sanitaire. La température d utilisation est en général inférieure à 70 o C. Plus rarement, certains d entre eux, munis d une couverture transparente de type «double vitrage», permettent d atteindre des températures de fonctionnement de l ordre de 100 o C (figure 8). Techniques de l Ingénieur BE

6 ÉNERGIE SOLAIRE THERMIQUE DANS LE BÂTIMENT. CHAUFFE-EAU SOLAIRES Le capteur vitré est constitué de différents composants : le coffre ; l isolation thermique ; l absorbeur ; la couverture transparente Coffre Il assure la protection à l arrière du capteur et participe à sa rigidité. On peut distinguer deux grands principes de construction : les coffres monoblocs (par exemple en tôle pliée ou en matériaux composites) dont la géométrie assure la tenue mécanique de l ensemble du capteur ; les ensembles constitués de profilés périphériques (souvent en aluminium) sur lesquels est fixée une protection (feuille de métal ou de matière plastique) qui assure l étanchéité arrière. Les matériaux les plus utilisés, pour constituer le fond du coffre, sont le métal (tôle d acier prélaquée ou d aluminium) et les matières plastiques [ABS (poly(acrylonitrile-butadiène-styrène)), polyester]. Ils doivent présenter les caractéristiques suivantes : bonne tenue à la corrosion, faible prix de revient, transformation facile. Les points de fixation des capteurs sur leurs supports font partie le plus souvent du coffre du capteur. Ces éléments doivent permettre de résister aux efforts à l arrachement induits par le vent Isolation thermique L isolation thermique (arrière et latérale) évite les déperditions thermiques du capteur par conduction. Elle est constituée d un matériau isolant qui, dans certains cas, participe à la tenue mécanique du capteur. C est le cas pour les coffres de type «sandwich» dans lequel l isolant en mousse de polyuréthanne est injecté entre deux parois rigides. Dans un capteur solaire, l isolation thermique est soumise à de très fortes contraintes. En effet, lorsque le capteur est exposé à un fort ensoleillement sans circulation de fluide caloporteur, l absorbeur peut atteindre des températures très élevées, supérieures à 150 o C. Ce phénomène, s il se reproduit régulièrement, peut entraîner la destruction des isolants courants tels que les mousses de polyuréthanne. Le polystyrène expansé, dont la température limite d utilisation est nettement inférieure à 100 o C, est à proscrire totalement. Dans tous les cas, il est préférable d éviter un contact direct entre l absorbeur et l isolant. Les seuls isolants résistants à ces températures sont les mousses phénoliques, peu courantes et chères, et les laines minérales (laine de verre et surtout laine de roche qui présente l avantage de ne pas absorber l humidité). L isolation peut également être assurée par un complexe de deux composants (mousse de polyuréthanne recouverte d une couche de laine minérale en contact avec l absorbeur). Afin d éviter que des condensats ne soient absorbés par l isolant en laine minérale, il est judicieux de disposer, à la surface de celui-ci, une feuille d étanchéité dont le matériau doit résister à la température de stagnation de l absorbeur. Il importe également que sa matière soit compatible avec celle de l absorbeur afin d éviter des couples électrolytiques (éviter le contact aluminium-cuivre par exemple). Les coefficients de conductivité λ et les déperditions pour une épaisseur d isolant de 40 mm sont donnés tableau 1 pour les matériaux isolants les plus utilisés Absorbeur L absorbeur est le composant qui permet de transformer le rayonnement solaire en chaleur et de transférer l énergie thermique ainsi produite à un fluide caloporteur. Tableau 1 Caractéristiques des isolants les plus utilisés (épaisseur 40 mm) Matériau λ Déperdition (W m 1 K 1 ) (W m 2 ) Mousse de polyuréthanne... 0,030 0,75 Laine de verre ou de roche... 0,040 1,00 Plaque absorbante Figure 9 Absorbeurs sous forme d échelle et de serpentin e e Figure 10 Vue en coupe d une ailette L absorbeur est généralement constitué d un réseau de tubes soudés ou fixés mécaniquement sur une plaque conductrice (figure 9). Le matériau le plus utilisé est le cuivre, car il possède une bonne tenue à la corrosion et sa conductivité thermique est élevée. L absorbeur peut être considéré comme une juxtaposition d ailettes représentées sur la figure 10. Les paramètres e (épaisseur de l absorbeur), D 1 (diamètre extérieur du tube), (largeur de l ailette) et 1 (largeur de l ailette double) permettent de déterminer «l efficacité» de l ailette F qui influence le rendement global du capteur. L équation caractéristique d une ailette s écrit : th F 1 D K λ e = D K λ e avec K pertes globales du capteur, λ conductivité du matériau constituant l absorbeur. Plus rarement, on utilise l acier inoxydable. Dans ce cas, l absorbeur est constitué de deux feuilles planes qui, après déformation, sont soudées en leur périphérie et par points dans la partie centrale. Le fluide circule entre ces deux parois et évacue ainsi l éner- D 1 1 épaisseur de l absorbeur D 1 diamètre extérieur du tube 1 largeur de l ailette largeur de l ailette double BE Techniques de l Ingénieur

7 ÉNERGIE SOLAIRE THERMIQUE DANS LE BÂTIMENT. CHAUFFE-EAU SOLAIRES Flux incident Réflexion Flux transmis Émission infrarouge Figure 11 Circulation du fluide dans un capteur «à lame d eau», Énergie Solaire SA Figure 12 Facteurs énergétiques d un vitrage gie thermique. On désigne parfois ces absorbeurs par l appellation «à lame d eau» (figure 11). Lorsque l absorbeur fonctionne à des températures moyennes (vers 70 o C), les pertes par rayonnement deviennent importantes. Pour limiter celles-ci, l absorbeur est recouvert d un revêtement «sélectif», c est-à-dire qu il absorbe très bien le rayonnement solaire (coefficient d absorption α voisin de l unité) et possède un coefficient d émission ε (parfois appelé «émissivité» ou «émittance») très faible, de l ordre de 0,20. Les revêtements les plus utilisés sont des dépôts électrolytiques à base de «chrome noir», de «nickel noir» ou de titane. Il existe des absorbeurs dont le revêtement est réalisé à partir d une simple peinture noire. Dans ce cas, le coefficient d émission est voisin de l unité et on parle de capteur «non sélectif». L absorbeur est raccordé sur un réseau hydraulique et sa pression maximale de service est variable. En général, la pression maximale admise dans des installations sanitaires est de 7 bar ; c est également celle qui est utilisée, à quelques exceptions près, dans les capteurs solaires. La pression d épreuve à laquelle sont soumis les absorbeurs est égale à une fois et demie de la pression maximale de service, soit 10,5 bar Couverture transparente Elle a la double fonction de laisser passer le maximum de rayonnement solaire et d éviter le refroidissement de l absorbeur, en réduisant les phénomènes de convection de l air et en «bloquant» le rayonnement infrarouge (effet de serre). Les matériaux les plus utilisés sont le verre trempé (pour réduire les risques d accident en cas de bris). Les matériaux de synthèse (polycarbonate, fluorure de polyvinyle), qui ont été utilisés naguère, ont presque complètement disparu pour des raisons de prix et de tenue au vieillissement. Des travaux sont toujours en cours dans quelques centres de recherche, pour introduire à nouveau ce type de matériaux. Le vitrage est fixé sur le coffre du capteur soit de façon mécanique (joint d étanchéité et parclose), soit collé directement sur le coffre. C est cette dernière solution qui est mise en œuvre sur les capteurs de conception récente. La transmission énergétique correspond au pourcentage du flux d énergie solaire transmis directement à travers le verre. Une partie du rayonnement solaire est réfléchie par les parois du vitrage, tandis qu une autre partie est absorbée par celui-ci, transformée en chaleur en entraînant une augmentation de sa température. Le vitrage émet alors sur ses deux faces un rayonnement infrarouge. Le facteur solaire (ou transmission énergétique totale) représente la somme des transmissions optiques et infrarouges (figure 12). On notera également l utilisation de vitrages à basse teneur en oxyde de fer, ces vitrages présentent des caractéristiques optiques légèrement supérieures aux vitrages standards. (0) Tableau 2 Caractéristiques énergétiques des verres (épaisseur 4 mm) Nature Les valeurs indiquées dans le tableau 2 s entendent pour des vitrages d une épaisseur de 4 mm qui sont le plus souvent utilisés. 2.4 Capteur sous vide Transmission énergétique Réflexion énergétique Lorsque la température de fonctionnement du capteur est très élevée (> 100 o C) ou lorsque la température ambiante est faible (région de montagne), il est intéressant d utiliser un capteur solaire dit «sous vide», qui se présente sous la forme de tubes de faible diamètre (jusqu à une quinzaine de centimètres) dans lesquels sont disposés les absorbeurs, de conception identique à celle d un capteur plan. L intérieur du tube est vidé de l air qu il contient et des pertes par convection entre l absorbeur et la paroi vitrée du tube sont ainsi supprimées. Le capteur sous vide voit ainsi ses déperditions limitées au rayonnement infrarouge. Pour limiter les effets de celui-ci, la surface de l absorbeur possède un revêtement «sélectif» (figures 13 et 14). 2.5 Performances des capteurs Absorption énergétique Facteur solaire (%) (%) (%) (%) Verre clair Verre à basse teneur en oxyde de fer Chaque type de capteur «sans vitrage», «vitré standard», «vitré sélectif» et «sous vide» correspond à des domaines d utilisation particuliers. Pour caractériser les performances d un capteur, on effectue des essais normalisés qui donnent lieu à l établissement de la représentation graphique de la figure 15. Les essais sont réalisés selon la norme NF EN et l équation du rendement d un capteur est : η B K T m T a K T m T a 2 = W W Techniques de l Ingénieur BE

8 ÉNERGIE SOLAIRE THERMIQUE DANS LE BÂTIMENT. CHAUFFE-EAU SOLAIRES Figure 13 Détail d un capteur solaire sous vide, Fraunhofer Institut Freiburg Figure 16 Installation des capteurs indépendants sur supports Coupe AA Tube verre Plaque métallique A Enceinte sous vide Plaque absorbante Soudure verre/métal A Figure 14 Coupe d un capteur sous vide, Jacques Giordano Industries Rendement (%) 1 0,8 0,6 0,4 Capteur 0,2 sans vitrage Capteur standard 0 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2 Figure 15 Courbes caractéristiques des rendements des capteurs avec T m température moyenne de l absorbeur (en première approche, la moyenne entre la température d entrée et la température de sortie du capteur en o C), T a Capteur sélectif Capteur sous vide T m T a (K W 1 m 2 ) température ambiante dans l environnement du capteur (en o C), W puissance de l irradiation solaire mesurée dans le plan du capteur (en W m 2 ). Dans la pratique, le coefficient K étant très faible, il est souvent négligé et un capteur solaire est caractérisé par les coefficients B et K, représentant respectivement l ordonnée à l origine et la pente de la droite caractérisant le capteur. W Figure 17 Capteur posé sur toiture terrasse (dalles béton), Tecsol Ce sont ces deux coefficients qui sont utilisés pour calculer les installations utilisant des capteurs solaires. 2.6 Installation des capteurs L intégration des capteurs solaires dans le bâtiment constitue une des principales difficultés dans la conception d une installation solaire. L intégration «technique» (fixation des capteurs sur la structure du bâtiment) ne doit pas, en effet, nuire à l architecture générale d un bâtiment (figure 16). Plusieurs dispositions sont possibles : en toiture terrasse ou au sol ; sur toiture inclinée En toiture terrasse ou au sol Il s agit du cas le plus courant pour les installations collectives. Le capteur est fixé sur une dalle en béton, elle-même posée sur la terrasse, après interposition d une couche de matériau souple pour ne pas endommager l étanchéité. La dalle en béton doit être suffisamment épaisse pour permettre, par sa seule masse, la tenue de l ensemble malgré les effets du vent. En général, une dalle de 7 à 10 cm d épaisseur, sur toute la surface des capteurs, est suffisante (figure 17). BE Techniques de l Ingénieur

9 ÉNERGIE SOLAIRE THERMIQUE DANS LE BÂTIMENT. CHAUFFE-EAU SOLAIRES Figure 18 Capteur posé sur toiture terrasse (plots de fixation), Tecsol Figure 20 Capteur incorporé en toiture, Buderus Couverture transparente Absorbeur Isolation thermique Figure 19 Capteur indépendant sur support posé sur toiture, Jacques Giordono Industries a principe Sur des bâtiments neufs, il est possible de prévoir dans la structure du bâtiment, des plots sur lesquels viendront se fixer des armatures métalliques sur lesquelles sont fixés les supports des capteurs (figure 18). Dans certains cas, il peut être judicieux de disposer les capteurs au sol. Le principe de pose des capteurs est analogue à celui des capteurs installés en toiture terrasse Sur toiture inclinée Indépendants Les textes en vigueur (documents techniques unifiés) prévoient qu un espace suffisant doit être aménagé entre la toiture et l arrière du capteur pour permettre un écoulement des eaux sans risque d infiltration. Dans la pratique, cette disposition n est pas respectée et les avis techniques des différents capteurs solaires autorisent la pose de capteurs directement sur les éléments de couverture. Les capteurs sont fixés sur la charpente soit au travers de tuiles chatières, soit grâce à des «lanières» métalliques qui sont disposées entre les éléments de couverture (figure 19) Incorporés ou intégrés en toiture Tout comme pour une fenêtre de toit, le capteur est disposé dans la toiture, en lieu et place des éléments de couverture. Le capteur est équipé d une entrée d eau, en partie haute et d une sortie d eau b vue générale Figure 21 Capteurs intégrés en toiture ou «toiture solaire», Zénith dans la partie inférieure, des couloirs latéraux permettant d assurer la liaison entre les éléments de toiture et le capteur solaire (figure 20). Cette solution permet de limiter la hauteur du capteur au-dessus de la toiture et de réduire ainsi l impact visuel du capteur. Il est également possible d «intégrer» le capteur en toiture, appelé aussi «toiture solaire». Dans ce cas, c est le capteur qui assure la couverture du bâtiment et son étanchéité (figure 21). Techniques de l Ingénieur BE

10 ÉNERGIE SOLAIRE THERMIQUE DANS LE BÂTIMENT. CHAUFFE-EAU SOLAIRES 3. Chauffe-eau solaires individuels 3.1 Différents types Il existe différentes catégories de chauffe-eau solaires individuels, qui dépendent essentiellement des conditions climatiques des régions dans lesquelles ils sont utilisés Chauffe-eau stockeur a principe Le principe du chauffe-eau stockeur (ou autostockeur) est très ancien. Il est constitué d un réservoir disposé dans un coffre isolant et protégé par une couverture transparente (figure 22a ). Pendant la période d ensoleillement, la température du ballon, recouvert d un revêtement absorbant noir, s élève. Pour éviter que celle-ci ne diminue pendant la nuit, le revêtement est généralement du type «sélectif». Avant que ces revêtements n existent, il était courant de rencontrer des chauffe-eau munis d un double vitrage ou d un volet isolant qui était disposé sur le capteur, hors période d ensoleillement. b vue générale Figure 23 Chauffe-eau thermosiphon monobloc, Tecsol a principe Ce type de chauffe-eau (figure 22b ) est bien adapté aux régions où le risque de gel n existe pas et où la température ambiante nocturne est très élevée. C est, en particulier, le cas des régions tropicales Chauffe-eau fonctionnant par thermosiphon b vue générale Figure 22 Chauffe-eau «autostockeur», Tecsol Le chauffe-eau solaire est constitué d un capteur solaire et d un ballon situé au-dessus de celui-ci (figure 23). Sous l effet du rayonnement solaire, l eau contenue dans le capteur s échauffe et sa densité diminue, elle s élève dans le circuit et est remplacée par de l eau plus froide (et donc plus «lourde») en provenance du ballon. C est l effet thermosiphon. Ce système présente de très nombreux avantages : il ne comporte pas de pompes ni de régulation, et ne nécessite pas de raccordement au réseau électrique ; les risques de panne et de dysfonctionnement sont, par conséquent, très réduits. Les principaux inconvénients sont les suivants : lorsqu il existe un risque de gel, on peut utiliser un circuit à échangeur, ce qui pénalise les performances du système mais n évite pas les risques de gel du ballon et des canalisations de raccordement au réseau d eau sanitaire ; la disposition du ballon, qui doit être obligatoirement au-dessus du capteur, limite les possibilités d installation de ce type de chauffe-eau. BE Techniques de l Ingénieur

11 ÉNERGIE SOLAIRE THERMIQUE DANS LE BÂTIMENT. CHAUFFE-EAU SOLAIRES Les performances des chauffe-eau monobloc varient en fonction de leurs caractéristiques, du lieu et des conditions d installation. La modélisation mathématique d un système solaire fonctionnant en thermosiphon est extrêmement complexe et, dans la pratique, on a recours à des essais pour caractériser le fonctionnement d un chauffe-eau. Pour les chauffe-eau solaires monobloc, des avis techniques et des certificats de contrôle de qualité (CSTBat) sont délivrés par le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment. Chaque chauffe-eau solaire doit comporter un marquage sur lequel sont consignés : l identification du fabricant, le nom de l appareil, le numéro de l avis technique et du certificat, la date de fabrication et le numéro de série ; les caractéristiques du chauffe-eau doivent également être indiquées, en particulier : la superficie d entrée du capteur A (m 2 ), le volume du réservoir de stockage V (L), la masse utile en eau M (kg), le coefficient de déperdition thermique du chauffe-eau dans son ensemble D n (W K 1 ), le coefficient ABη ρ (m 2 ), le coefficient K/B [W/(m 2 K)]. Pour chaque modèle de chauffe-eau, on déduit de ces valeurs la productivité du système, c est-à-dire la quantité d énergie produite par le système (kwh/an), lorsque celui-ci est utilisé dans les conditions de l essai. On trouvera, l intégralité des avis techniques sur le site On distingue les chauffe-eau monoblocs et les systèmes à éléments séparés Chauffe-eau solaire monobloc Ce type de chauffe-eau est le plus courant grâce à la facilité de mise en œuvre. Le ballon est accolé au capteur solaire et disposé horizontalement (figure 23b ). La surface de capteur peut varier de 2 à 6 m 2 et le volume des ballons de 100 à 600 L. Dans ce dernier cas, la masse du chauffeeau en fonctionnement est élevée et il y a lieu de vérifier la solidité de la structure qui doit le supporter Chauffe-eau solaire à éléments séparés Dans ce cas, le capteur et le ballon sont dissociés. Cela permet une meilleure intégration architecturale, seul le capteur est placé à l extérieur alors que le ballon peut être logé sous le faîte du toit (figure 24). Il convient de vérifier quelques règles simples : le ballon doit être situé au-dessus du niveau des capteurs, le fonctionnement du chauffe-eau sera meilleur lorsque la différence de côte entre le capteur et le ballon sera grande ; le diamètre des canalisations doit être suffisant pour ne pas créer de perte de charge qui pourrait empêcher la bonne circulation de l eau. Dans la pratique, pour des systèmes individuels, le diamètre intérieur des canalisations ne devra pas être inférieur à 20 mm Chauffe-eau à circulation forcée Cette catégorie regroupe les chauffe-eau solaires qui font appel à un circulateur pour transférer l énergie depuis le capteur solaire vers le ballon de stockage. Contrairement aux chauffe-eau fonctionnant par thermosiphon, la disposition relative du ballon et du capteur est totalement libre (sauf dans le cas des chauffe-eau vidangeables). Plusieurs types de systèmes sont utilisés : systèmes directs ; systèmes à échangeur ; systèmes vidangeables. Figure 24 Chauffe-eau thermosiphon à éléments séparés, Tecsol Entrée eau froide Circulateur Vanne à boisseau sphérique normalement ouverte Vanne d équilibrage Clapet antiretour Purgeur d air automatique Figure 25 Principe du chauffe-eau solaire à circulation directe Systèmes directs C est un dispositif qui est utilisable dans les régions où il n existe pas de risque de gel ou dont l usage est saisonnier (maison de vacances, camping estival...). Dans ce cas, les parties extérieures de l installation devront être impérativement vidangées pendant les périodes hivernales (il est à noter que la température à l intérieur des capteurs peut-être inférieure de quelques degrés à la température extérieure). Éléments constitutifs Le chauffe-eau solaire est constitué des éléments suivants (figure 25) : un ou plusieurs capteurs solaires ; un réservoir de stockage ; une alimentation du ballon muni d une vanne d arrêt et d un groupe de sécurité et, selon les cas, d un clapet anti-retour, d un détendeur, d un filtre ; solaire Filtre eau potable Réducteur de pression Soupape de sécurité Sonde de régulation Régulateur différentiel Sortie eau chaude Techniques de l Ingénieur BE

12 ÉNERGIE SOLAIRE THERMIQUE DANS LE BÂTIMENT. CHAUFFE-EAU SOLAIRES solaire à échangeur Sortie eau chaude Échangeur noyé Partie de l installation pouvant être soumise au gel MA Entrée eau froide Partie intérieure de l installation Circulateur Vanne à boisseau sphérique normalement ouverte Vanne d équilibrage Clapet antiretour Purgeur d air automatique Filtre eau potable Vase d expansion Réducteur de pression Soupape de sécurité Sonde de régulation Régulateur différentiel R solaire à échangeur Sortie eau chaude Échangeur noyé Figure 26 Principe du chauffe-eau solaire échangeur un ensemble hydraulique comprenant un circulateur, des canalisations, un clapet anti-retour et des vannes d isolement ; un dispositif de régulation différentielle avec sondes. Principe de fonctionnement Lorsque, sous l effet du rayonnement solaire, la sonde de température, située dans le capteur, enregistre une température supérieure à celle du réservoir de stockage, la régulation commande la mise en route du circulateur. Lorsque la température du capteur devient équivalente à celle du réservoir, le régulateur commande l arrêt de la pompe. Le cycle se répète ainsi. Pour éviter que la température dans le ballon de stockage ne soit trop élevée, il existe parfois une sécurité qui arrête le fonctionnement de la pompe lorsque celle-ci atteint une température donnée (et cela même si la température du capteur est supérieure) Systèmes à échangeur C est certainement le type de chauffe-eau solaire à éléments séparés qui est le plus utilisé en Europe. La partie extérieure de l installation est protégée contre le gel, grâce à l utilisation d un fluide caloporteur approprié (figure 26). Éléments constitutifs La principale différence par rapport au modèle précédent réside dans la présence d un échangeur noyé dans le réservoir de stockage. Il est ainsi créé un circuit fermé qui, sous l effet de l élévation de température, voit son volume augmenter. Afin d éviter que la pression n augmente dans des proportions trop importantes, il est disposé sur ce circuit un vase d expansion pour absorber les variations de volume du fluide. Une soupape de sécurité est également mise en place pour éviter les pressions excessives accidentelles. Le fluide caloporteur mis en œuvre doit être agréé par le ministère de la Santé, pour pouvoir être utilisé dans un échangeur à simple paroi. Il s agit le plus souvent de mono-propylène-glycol. Principe de fonctionnement Le principe de fonctionnement est identique aux systèmes sans échangeur ( ). Entrée eau froide Circulateur Vanne à boisseau sphérique normalement ouverte Vanne d équilibrage Clapet antiretour Purgeur d air automatique Filtre eau potable Figure 27 Principe du chauffe-eau solaire vidangeable (à l arrêt et en fonctionnement) Systèmes vidangeables Réducteur de pression Soupape de sécurité Sonde de régulation Certains pays interdisent le chauffage de l eau par un fluide antigel au moyen d un échangeur à simple paroi. Dès lors, les systèmes décrits au paragraphe ne sont plus utilisables et c est de l eau qui est utilisée comme fluide caloporteur. Pour éviter que celle-ci ne gèle lorsque la température dans le capteur est négative, le choix s est porté sur des systèmes «vidangeables». Lorsque la régulation arrête la pompe (température des capteurs inférieure à la température des ballons), les capteurs se vident par gravité laissant la partie extérieure de l installation vide d eau et, par conséquent, sans risque de gel (figure 27). Cette disposition nécessite un certain nombre de conditions pour pouvoir fonctionner : les capteurs doivent être situés plus hauts que le ballon ; les canalisations extérieures ne doivent pas comporter de «points bas» susceptibles de geler. Les principaux inconvénients de ce type de chauffe-eau sont : la pompe de circulation doit avoir une puissance supérieure à celle d un circulateur pour un système équivalent à circulation forcée non vidangeable ; il peut se produire un léger bruit de fonctionnement lié à la circulation de l eau dans le circuit ; la mise en œuvre de l installation doit être de grande qualité afin de garantir une bonne vidange de la partie extérieure de l installation lors de l arrêt de la pompe. Vase d expansion Régulateur différentiel BE Techniques de l Ingénieur

13 ÉNERGIE SOLAIRE THERMIQUE DANS LE BÂTIMENT. CHAUFFE-EAU SOLAIRES Sortie eau chaude Appoint électrique Tableau 3 Volume du ballon (en litres) avec appoint intégré en fonction du type de logement Volume Type de logement T1 T2 T3 T4 T5 Volume de stockage total Échangeur noyé Volume électrique (non asservi)... Volume électrique (asservi heures creuses) MA Entrée eau froide Circulateur Vanne à boisseau sphérique normalement ouverte Vase d expansion Réducteur de pression Sortie eau chaude Vanne d équilibrage Clapet antiretour Purgeur d air automatique Soupape de sécurité Sonde de régulation Échangeur d appoint Filtre eau potable Régulateur différentiel Échangeur noyé Figure 28 Appoint électrique intégré MA Entrée eau froide Ce type de dispositif possède des avantages bien réels : l absence de fluide antigel constitue une légère économie ; les régulations des chauffe-eau prévoient, en général, l arrêt de la pompe lorsque la température maximale dans le ballon est atteinte. La surchauffe éventuelle du capteur (vide) ne risque pas de dégrader le fluide antigel, comme cela peut-être le cas dans un chauffe-eau non vidangeable. C est une solution à préconiser pour des installations qui ne sont pas utilisées pendant une partie de l année (par exemple des écoles) Dispositifs d appoint Si en climat tropical, il peut être envisagé d utiliser des chauffeeau solaires sans appoint, ce n est pas le cas en climat tempéré où la production d eau chaude ne peut être assurée toute l année par la seule énergie solaire. Deux types de dispositifs peuvent être envisagés : un appoint électrique ou un appoint hydraulique qui permet de chauffer l eau sanitaire au moyen d un fluide. L appoint peut être soit intégré dans le ballon solaire, soit disposé dans un autre ballon installé en série Appoint intégré dans le ballon L appoint est situé dans la partie supérieure du ballon. Lorsque la résistance électrique est alimentée de façon continue, les deux tiers inférieurs du ballon sont réservés au solaire et le tiers supérieur à l appoint électrique. Lorsque le fonctionnement de l appoint est asservi à certaines périodes tarifaires («heures creuses»), il est nécessaire de placer la résistance électrique en position centrale de façon à disposer d un volume d eau suffisant pour assurer la totalité des besoins d eau chaude. Le dispositif d alimentation de la résistance électrique doit être relié à un dispositif d asservissement tarifaire assurant les trois modes de fonctionnement suivants : fonctionnement automatique en heures creuses, marche forcée avec retour et arrêt. Le tableau 3 donne les volumes respectifs en fonction du type de logement. (0) Chaudière Circulateur Vanne à boisseau sphérique normalement ouverte Vanne d équilibrage Clapet antiretour Purgeur d air automatique Filtre eau potable Figure 29 Appoint hydraulique intégré Appoint hydraulique intégré Cette solution est bien adaptée lorsque l on dispose d une chaudière pour assurer les besoins de chauffage d un bâtiment. Il sera alors judicieux de prévoir un raccordement du ballon solaire sur la chaudière, par exemple au moyen d un échangeur noyé disposé en partie supérieure du ballon. En général, le fonctionnement de ce type d appoint est permanent et le volume chauffé par l appoint dépend du matériel choisi. Il existe également des chauffe-eau solaires avec appoints mixtes (électriques et hydrauliques). Ils permettent une utilisation de la chaudière comme appoint pendant la période de chauffage des locaux et de l électricité en dehors de cette période Appoint séparé Réducteur de pression Soupape de sécurité Sonde de régulation Dans le cas d équipement de logements existants, lorsque le chauffe-eau (électrique ou hydraulique) en place est en bon état, il pourra être judicieux de disposer un chauffe-eau solaire (sans appoint) en amont de l appareil existant. Vase d expansion Régulateur différentiel Techniques de l Ingénieur BE

14 ÉNERGIE SOLAIRE THERMIQUE DANS LE BÂTIMENT. CHAUFFE-EAU SOLAIRES 4. Chauffe-eau solaires collectifs 4.1 Principaux cas d utilisation Des systèmes collectifs de production d eau chaude, associés à des dispositifs d appoint utilisant des énergies conventionnelles, se rencontrent dans de nombreux secteurs (tertiaire, résidentiel, équipements sportifs...). La production peut être assurée soit de façon collective avec un appoint centralisé et une répartition de l eau chaude au niveau de chaque point de consommation, soit produite de façon décentralisée tant au niveau du dispositif solaire que de l appoint Eau chaude sanitaire La consommation d eau chaude est un élément essentiel de la détermination du chauffe-eau solaire. Elle doit être connue avec le plus de précision possible et, lorsqu il s agit d un établissement existant, on procédera autant que possible à des mesures de consommation préalables. Pour des projets neufs, on utilisera les consommations indiquées dans les tableaux 4, 5, 6 et 7. On notera que, pour ce qui concerne la performance future du système solaire, il est préférable de sous-estimer les consommations plutôt que de les surestimer. Les valeurs indiquées sont des consommations unitaires d eau chaude à 60 o C. (0) Tableau 4 Consommation d eau chaude sanitaire dans le secteur résidentiel : logement Type de logement T1 T2 T3 T4 T5 Occupation (personnes) et 4 5 Consommation (L/jour) Tableau 5 Consommation d eau chaude sanitaire dans le secteur résidentiel : hôtellerie (en litres par chambre) Type hôtel Pas d étoile 1* 2* Avec buanderie Plaine Mer/ montagne * Sans buanderie Plaine Mer/ montagne * Tableau 6 Consommation d eau chaude sanitaire dans le secteur tertiaire : restaurants (en litres par repas) Rapide Traditionnel Gastronomique (0) (0) (0) Tableau 7 Consommation d eau chaude sanitaire dans le secteur tertiaire : santé-sport Maisons de retraite Hôpitaux Piscines Gymnase (L/lit) (L/lit) (L/baigneur) (L/personne) Eau chaude industrielle L énergie solaire peut être utilisée pour assurer les besoins d eau chaude sanitaire dans le secteur industriel. Si le niveau de température est élevé, il s agira le plus souvent d apporter, grâce à l énergie solaire, un préchauffage de l eau. Lorsque les besoins d eau chaude sont importants, il sera nécessaire de bien connaître les profils de consommation journaliers et hebdomadaires afin de calculer avec précision le volume de ballons de stockage. 4.2 Schémas types d installations Principe de fonctionnement Le circulateur primaire solaire est mis en fonctionnement par un interrupteur crépusculaire. Cette sonde alimente également un régulateur différentiel qui actionne le circulateur secondaire (circuit sanitaire) lorsque la température du circuit solaire à l entrée de l échangeur est supérieure à la température du bas du stockage solaire. Lorsque la température du stockage atteint la température du circuit solaire, le circuit sanitaire s arrête. Le réseau d eau froide alimente le bas du ballon solaire. En partie supérieure du réservoir est disposée la canalisation de départ vers le dispositif d appoint (figure 30). Pour les installations de grande taille, il peut être nécessaire de mettre en place plusieurs ballons. Dans ce cas, le raccordement entre ceux-ci sera effectué comme indiqué par la figure 31. Dispositifs d appoint Dans les climats tempérés, il est presque toujours nécessaire de mettre en place un dispositif d appoint, pour apporter l énergie nécessaire à la satisfaction des besoins d eau chaude, lorsque l ensoleillement est insuffisant. La disposition la plus courante consiste à installer le ballon d appoint, alimenté par une énergie conventionnelle, en série avec le chauffe-eau solaire (figure 32). S il existe un réseau de distribution, il est nécessaire que le retour de bouclage s effectue sur le ballon d appoint. En effet, si le retour de bouclage était raccordé sur le ballon solaire, il existerait un risque de voir celui-ci réchauffé par l énergie d appoint ce qui dégraderait les performances du système solaire. 4.3 Garantie de résultats solaire En moyenne annuelle, l irradiation solaire d un site météorologique est à peu près constante. La principale conséquence de cette donnée est la possibilité de prédire avec une assez bonne précision la quantité d énergie produite par un chauffe-eau solaire collectif, pour autant que les consommations d eau chaude soient identiques. La garantie de résultats solaire est une démarche qui part de ce constat et apporte au maître d ouvrage l assurance que l économie prévue lors de la conception de l installation sera bien vérifiée. Un contrat est signé entre le maître d ouvrage et un groupement technique constitué de l installateur, du fabricant de capteurs solaires, de l exploitant et du bureau d étude qui rejoint le groupement après la réception des travaux. Le groupement technique BE Techniques de l Ingénieur

15 ÉNERGIE SOLAIRE THERMIQUE DANS LE BÂTIMENT. CHAUFFE-EAU SOLAIRES Capteurs Départ eau chaude vers l appoint Circulateur Vanne NO Clapet antiretour Vanne NF IC solaire Déflecteur Soupape de sécurité Cellule d éclairement Régulateur différentiel Échangeur extérieur Arrivée eau froide IC Interrupteur crépusculaire Sonde de régulation Purgeur d air automatique Compteur volumétrique émetteur d impulsions Figure 30 Schéma de principe d une installation de production d eau chaude sanitaire solaire avec un seul ballon Capteurs Départ eau chaude vers l appoint Circulateur Vanne NO Clapet antiretour Vanne NF IC n 2 Déflecteur n 1 Déflecteur Soupape de sécurité Cellule d éclairement Régulateur différentiel Arrivée eau froide IC Interrupteur crépusculaire Sonde de régulation Purgeur d air automatique Compteur volumétrique émetteur d impulsions Figure 31 Schéma de principe d une installation de production d eau chaude sanitaire solaire avec deux ballons Capteurs Circulateur Départ eau chaude Vanne NO Clapet antiretour Vanne NF IC solaire Déflecteur d appoint Déflecteur Circuit chaudières IC Soupape de sécurité Cellule d éclairement Régulateur différentiel Interrupteur crépusculaire Sonde de régulation Arrivée eau froide Purgeur d air automatique Compteur volumétrique émetteur d impulsions Figure 32 Schéma de principe d une installation de production d eau chaude sanitaire solaire avec appoint à accumulation Techniques de l Ingénieur BE

16 ÉNERGIE SOLAIRE THERMIQUE DANS LE BÂTIMENT. CHAUFFE-EAU SOLAIRES Capteurs TEE Télécontrôleur solaire Déflecteur TSS C1 d appoint Déflecteur TEF TSA Départ eau chaude Circuit chaudières Arrivée eau froide C1 Compteur eau froide à émetteur d impulsions (1 litre/impulsion) TEF Température eau froide sanitaire (Pt ou Ni 1000) TSS Température eau chaude départ ballon solaire (Pt ou Ni 1000) TSA Température eau chaude départ appoint (Pt ou Ni 1000) TEE Température d arrivée des capteurs à l échangeur (Pt ou Ni 1000) Figure 33 Schéma de principe du télécontrôle des installations collectives s engage, quels que soient les aléas climatiques ou techniques qui puissent survenir, à ce que l installation solaire produise annuellement une quantité d énergie préalablement définie. Pendant la première année dite de «vérification», le groupement technique a la possibilité de modifier l installation (par exemple en ajoutant des capteurs solaires) pour que la production d énergie corresponde à la valeur prévue. À l issue de la période contractuelle, généralement de cinq ans, il est procédé à une comptabilité de l énergie cumulée et, le cas échéant, s il apparaît un déficit énergétique, celui-ci fait l objet d un dédommagement, calculé en fonction du prix de l énergie d appoint. Le marché initial doit inclure la prise en charge de la maintenance pendant la période de garantie, ainsi que la mise en place de moyens de comptage d énergie (simple compteur d énergie pour les chauffe-eau solaires utilisant moins de 50 m 2 de capteurs, et dispositifs de télécontrôle au-delà de cette surface). 4.4 Télécontrôle des installations Le télécontrôle vise un double objectif : assurer la comptabilisation de l énergie solaire produite afin de vérifier le respect de la garantie de résultats solaires. Les mesures nécessaires sont la température d eau froide, la température de sortie du ballon solaire et le volume de consommation d eau chaude ; mesurer les autres paramètres (ensoleillement, températurecircuit primaire, température d appoint, temps de fonctionnement des pompes...) qui permettent de calculer le taux de couverture solaire et détecter les anomalies de fonctionnement et les pannes. La figure 33 donne un exemple de localisation des différentes sondes. Les données sont enregistrées sur un appareil local qui peut également assurer quelques premiers calculs simples (énergie solaire et d appoint). Cet appareil est raccordé sur une ligne téléphonique et interrogé périodiquement par une unité centrale où sont traitées les données. Les appareils les plus récents peuvent également envoyer des courriels vers l unité de traitement. 5. Conception des installations 5.1 Calcul Détermination des besoins La détermination des besoins d eau chaude sanitaire constitue une étape primordiale de la conception d une installation solaire. Il sera donc nécessaire pour des bâtiments existants de procéder à des campagnes de mesures pour cerner au plus près les consommations d eau chaude et les températures. Pour les projets nouveaux, on pourra utiliser les valeurs de consommation d eau chaude données dans les tableaux 4, 5, 6 et 7. Dans le doute on minimisera les consommations, afin de ne pas aboutir à une installation solaire surdimensionnée, dont le fonctionnement ne serait pas satisfaisant Calcul d une installation Méthode de calcul On distingue deux grands types de méthode de calcul : Les méthodes de simulations permettent de calculer, à partir des caractéristiques des différents composants de l installation, des données météorologiques et des besoins d eau chaude, les performances d un chauffe-eau solaire. Généralement, le pas de temps de calcul est horaire. La méthode la plus utilisée au niveau international est TRNSYS produite par le «Solar Energy Laboratory» de l Université du Wisconsin et diffusée en France par le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment Ce dernier édite la méthode SIMSOL qui utilise des algorithmes de calcul de TRNSYS. La méthode est téléchargeable gratuitement sur le site suivant : puis «Logiciels» et «énergie solaire». Les méthodes de calcul simplifiées peuvent être facilement utilisées pour calculer une installation correspondant aux cas les plus courants. Sont à ranger dans cette catégorie la méthode F-Chart, ainsi que la méthode SOLO, dont une version en ligne est disponible à l adresse suivante : BE Techniques de l Ingénieur