Les Chauffe-Eau Solaires Collectifs (CESC)

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1 Les Chauffe-Eau Solaires Collectifs (CESC) Cette fiche décrit la façon de renseigner dans Clima-Win les éléments constitutifs d une installation solaire collective de production d ECS. Date 1 3/ 12/2012 Version 1 Page 1

2 Principes Description Il existe de nombreux schémas de CESC (chauffe-eau solaires collectifs). Nous ne traiterons pas des CESC comportant un seul ballon avec échangeur primaire et appoint intégré. En effet, dans ce cas le schéma hydraulique et les composants sont identiques à ceux du CESI (Chauffe-Eau Solaire Individuel) et la déclaration dans Clima-Win est décrite dans la fiche CESI. Les composants principaux sont : Un champ de capteurs solaires Un circuit primaire de tuyauterie comprenant une pompe de circulation Un échangeur externe Un ou plusieurs ballons collectifs de stockage solaire alimentés en énergie par le circuit solaire. Un ou plusieurs ballons d appoint collectifs alimentés en énergie par une source dite d appoint (chaudière ou résistance électrique) Schéma extrait du «guide de conception des installations ECS solaire collective» ADEME. Date 1 3/ 12/2012 Version 1 Page 2

3 Fonctionnement Sur les installations alimentant en ECS des immeubles avec des besoins importants d ECS (> 1500 l par jour), pour des raisons pratiques, du fait de la hauteur limitée des chaufferies par exemple, le stockage solaire et le stockage d appoint sont répartis sur plusieurs ballons raccordés en série. Du point de vue réglementaire on considérera un seul ballon solaire et un seul ballon d appoint dont le volume sera égal à la somme des volumes des ballons respectifs. Par exemple pour une installation comprenant quatre ballons solaires de 1500 l chacun et deux ballons d appoint de 2000 l, on décrira une installation avec un ballon solaire de 6000 l et un ballon d appoint de 4000 l. Date 1 3/ 12/2012 Version 1 Page 3

4 Modélisation dans la méthode Th-BCE Pour la méthode Th-BCE (RT 2012), un ballon de stockage est divisé en quatre zones : La zone 1 comporte l arrivée d eau froide et l échangeur du générateur de base. La zone 2 comporterait un échangeur raccordé au circuit de chauffage dans le cas d un système solaire combiné. La zone 3 intègre, dans le cas d un ballon à appoint intégré, l échangeur ou la résistance électrique d appoint. La zone 4 est celle de la sortie d eau chaude. Modèle Th-BCE du ballon à deux sources Date 1 3/ 12/2012 Version 1 Page 4

5 Saisie dans Clima-Win Description 1. Bâtiment L exemple choisi est celui d un immeuble comprenant 21 logements. La SHON RT est de 2410 m². Localisation Charente-Maritime zone H2b, altitude inférieure à 400 m. Trois niveaux 2. Génération Le chauffage et l appoint ECS sont assurés par une chaudière gaz à condensation. Le CESC est composé d une boucle solaire alimentant un ballon de stockage solaire et d un ballon d appoint séparé. Le dimensionnement optimal des différents éléments (surface du champ de capteurs, volume des ballons solaire et appoint) peut être recherché à l aide d un logiciel spécifique comme Transol PRO distribué par BBS Slama (BBS Slama n en assure pas l assistance technique). Attention : Les résultats obtenus pour la production solaire et le taux de couverture des besoins sont souvent très différents. Les bases de calcul des logiciels réglementaires sont en effet des bases conventionnelles qui peuvent être éloignées des hypothèses faites lors du calcul de dimensionnement. Saisie de la génération Elle s effectue en quatre étapes : 1. création de la génération 2. création du composant générateur «chaudière» 3. création du composant boucle solaire «boucle solaire» 4. création du composant ballon de stockage «ballon solaire-stockage» Date 1 3/ 12/2012 Version 1 Page 5

6 1. La génération Donnée d entrée Exemple Commentaires Mode de fonctionnement Raccordement générateurs entre eux Raccordement aux réseaux de distribution Emplacement de la production Gestion de la température en chauffage 2. Le composant «chaudière» En cascade Permanent Permanent Hors volume chauffé À température moyenne des réseaux de distribution Ce mode est obligatoire dès qu il y a présence d un ballon. Le mode «avec possibilité d isolement» n a d intérêt que lorsqu il y a plusieurs groupes. La chaudière et les ballons sont dans un local chaufferie, non adjacent au bâtiment. Donnée d entrée Exemple Commentaires Indice de priorité 1 Indice de priorité en ECS 2 Il s agit ici de l indice de priorité de ce générateur pour la fonction chauffage. Le générateur étant unique, il est de priorité 1. Le ballon de stockage est toujours prioritaire sur la chaudière, elle est donc de priorité 2 pour la production d ECS. Date 1 3/ 12/2012 Version 1 Page 6

7 3. La boucle solaire Donnée d entrée Exemple Commentaires Référence du produit XXXX Le capteur a été choisi dans la base de données EDIBATEC. Superficie capteurs 35 m² Il faut indiquer ici la surface d entrée totale. Par défaut lors de l extraction de la base EDIBATEC du produit le champ indique la surface d entrée d un capteur. Dans notre exemple nous avons considéré 15 capteurs. Azimut capteurs 0 O correspond à plein sud, les angles sont notés dans le sens des aiguilles d une montre. Inclinaison capteurs 45 Régulation boucle solaire Sur la température Deux options sont possibles : Sur la température, la pompe fonctionne si la température entre la sortie capteur et la sortie de l échangeur du ballon (ou la partie inférieure du ballon s il n y a pas d échangeur) par défaut ΔT 3K. Sur l irradiance, dans ce cas, par convention, la pompe fonctionne si l ensoleillement Isr * 300 W/m 2. Dans la plupart des cas on utilise la régulation sur la température. La régulation sur l irradiance est utilisée notamment dans le montage CESCI où il n y a pas de température unique de ballon. Date 1 3/ 12/2012 Version 1 Page 7

8 Statut du rendement optique Certifié Deux options sont possibles : Rendement optique certifié. Rendement par défaut, dans ce cas il vous sera demandé de préciser la nature des capteurs (plan non vitré, plan vitré ou tubulaire sous vide) pour leur affecter les coefficients par défaut. Les données par défaut sont très pénalisantes. Rendement optique : 0.6. Pertes du premier ordre : 20 W/(m².K) pour les capteurs non vitrés, 6 W/(m².K) pour les capteurs vitrés et 3 W/(m 2.K) pour les capteurs sous vide. Pertes de pertes du second ordre : 0 W/(m 2.K 2 ). Rendement optique du capteur solaire 80% Ces données figurent dans les avis techniques du CSTB ou les avis Solar Keymark. Coefficient pertes du premier ordre (a1) 3.94 W/m².K Coefficient pertes du second ordre (a2) Pertes boucle solaire (partie extérieure) Pertes boucle solaire (partie intérieure) 0.01 W/m².K² 26 W/K Coefficient de pertes des tuyauteries en contact avec la température extérieure. Il s exprime en W/K, il faut donc pour l obtenir multiplier le coefficient U de pertes de la tuyauterie par la longueur de tuyauterie concernée. 0 W/K Coefficient de pertes des tuyauteries en contact avec la température intérieure. Il faut donc pour l obtenir multiplier le coefficient U de pertes de la tuyauterie par la longueur de tuyauterie concernée. Présence d un échangeur Avec Il s agit ici de spécifier si le ballon de stockage est équipé d un échangeur externe «avec échangeur» ou d un échangeur interne «sans échangeur». Facteur angle d incidence 86% Le facteur d angle (IAM=Incident Angle Modifier) décrit l influence de l incidence solaire sur le rendement. Ce coefficient n est pas présent sur les avis techniques du CSTB. Il figure par contre sur les avis Solar Keymark. Puissance nominale de la pompe 100 W Il s agit de la puissance de la pompe de la boucle solaire. Date 1 3/ 12/2012 Version 1 Page 8

9 4. Le ballon de stockage 4.1. Déclaration d un composant «ballon de stockage / ballon solaire» Données d entrée Exemple Commentaires Type de composant Ballon de stockage/ballon solaire Lien catalogue Stockage solaire ECS Dans le catalogue des générateurs du projet nous avons déclaré un ballon «Stockage solaire ECS». Source ballon Boucle solaire Le ballon «Stockage solaire ECS» est alimenté en énergie par la boucle solaire. Appoint Appoint dans stockage séparé Le ballon d appoint est physiquement indépendant du ballon solaire. Ballon appoint Stockage ECS CESC Dans le catalogue des générateurs du projet nous avons déclaré un ballon de stockage «Stockage ECS CESC». Source appoint Chaudière gaz Chauf+ ECS Indiquer ici la source d énergie. Indice de priorité en ECS 1 Le ballon solaire est de priorité 1 pour la production d ECS. Date 1 3/ 12/2012 Version 1 Page 9

10 4.2. Description des ballons dans le catalogue des générateurs Ballon solaire Données d entrée Exemple Commentaires Type de ballon solaire Ballon (CESI/CESC) Appoint intégré Sans appoint intégré Type de pertes thermiques Valeur certifiée La valeur des pertes peut être soit : Certifiée Justifiée, dans ce cas la valeur prise pour le calcul est augmentée de 10 %. Par défaut ; dans ce cas la valeur prise pour le calcul est déterminée d après la norme NF EN pour un ballon solaire U=0.16 V 0.5 tot, soit pour un ballon de 300 l, 2.77 W/K. Pertes thermiques ballon W/K Cette valeur dépend du ballon que vous mettez en place. Elle est donnée par le fabricant du ballon. Lorsque le fabricant donne la valeur de la constante de refroidissement Cr du ballon : U=Cr*V/24 Ici par exemple pour un ballon de 2000 l avec une constante de refroidissement de Cr=0.16 Wh/(l.K.jour), U=11.66 W/K. Temp. max ballon 90 C Gestion du thermostat ballon Chauffage permanent Cette variable n est pas utilisée dans le calcul dans le cas d un ballon solaire. Base : hystérésis thermostat ballon 2 C Cette variable n est pas utilisée dans le calcul dans le cas d un ballon solaire. Lorsqu un ballon est alimenté par une boucle solaire, la pompe de charge de la boucle démarre conventionnellement lorsque la différence e température entre la sortie des capteurs et la sortie de l échangeur, ou le bas du ballon lorsqu il n y a pas d échangeurs, est supérieure à 3 K. Date 1 3/ 12/2012 Version 1 Page 10

11 Base : hauteur de l échangeur 10 % C est le rapport entre la hauteur de l échangeur de base et la hauteur totale du ballon. Cette valeur dépend de l architecture du ballon. Vous devez la déterminer à partir des caractéristiques fournies par le fabricant. Base : n zone régulation 1 Le numéro se réfère au modèle du ballon de stockage Th- BCE. C est un nombre compris entre 1 et 4. Ballon d appoint Données d entrée Exemple Commentaires Appoint intégré Sans appoint intégré Type de pertes thermiques Valeur certifiée La valeur des pertes peut être soit : Certifiée Justifiée, dans ce cas la valeur prise pour le calcul est augmentée de 10 %. Par défaut ; dans ce cas la valeur prise pour le calcul est déterminée d après la norme NF EN pour un ballon solaire U=0.16 V 0.5 tot, soit pour un ballon de 300 l, 2.77 W/K. Pertes thermiques ballon W/K Cette valeur dépend du ballon que vous mettez en place. Elle est donnée par le fabricant du ballon. Lorsque le fabricant donne la valeur de la constante de refroidissement Cr du ballon : U=Cr*V/24 Ici par exemple pour un ballon de 2000 l avec une constante de refroidissement de Cr=0.16 Wh/(l.K.jour), U=11.66 W/K. Temp. max. ballon 80 C Date 1 3/ 12/2012 Version 1 Page 11

12 Gestion du thermostat ballon Base : hystérésis thermostat ballon Chauffage permanent Vous avez le choix entre : chauffage permanent chauffage de nuit. D après la définition de la méthode Th-BCE, le chauffage de nuit fonctionne entre 23h et 5h uniquement. 2 C Le système de chauffage sera sollicité si l écart entre la température mesurée par la sonde et la température souhaitée est inférieur à l hystérésis 55-2=53 C. Base : hauteur échangeur 10 % C est le rapport entre la hauteur de l échangeur de base et la hauteur totale du ballon. Cette valeur dépend de l architecture du ballon. Vous devez la déterminer à partir des caractéristiques fournies par le fabricant. Base : n zone régulation 2 Le numéro se réfère au modèle du ballon de stockage Th- BCE. C est un nombre compris entre 1 et 4. Appoint : n zone élément chauff. 1 Dans la méthode RT 2012, pour un ballon d appoint séparé, la zone du ballon dans laquelle se trouve le générateur d appoint est une entrée utilisateur. Il importe donc de l indiquer. Date 1 3/ 12/2012 Version 1 Page 12