individuel (CESI): les points clés pour une installation de qualité

pathologie Prévention Chauffe-eau solaire individuel (CESI): les points clés pour une installation de qualité Non polluant, le utilise l énergie gratuite du soleil pour chauffer, à moindre coût, l eau chaude sanitaire domestique. En plein essor, cette technologie spécifique change les habitudes de travail et réclame des précautions particulières. La plaquette d informations CESI: chauffe-eau solaire individuel de l AQC. Un équipement solaire réduit les émissions de CO2 dans l atmosphère et apporte une réponse appropriée à l augmentation du coût des énergies fossiles. Le CESI produit de l eau chaude sanitaire (ECS) avec ou sans énergie d appoint. Si la production d eau chaude sanitaire est possible sur tout le territoire, son rendement dépend de l ensoleillement et du dimensionnement de l installation. «Selon la région et pour un dimensionnement correct, un chauffe-eau solaire individuel couvre entre 40 et 60 % des besoins annuels en ECS, signale Antoine Chevalier, expert énergie et thermique chez Promotelec. Les 40 % concernent le Nord et les 60 % le Sud, le système étant dimensionné pour obtenir une couverture proche de 100 % de la consommation couverte par la production solaire en été.» Les 3 familles de CESI Les fabricants proposent des offres globales sous forme de kit prêt à monter. Un kit comprend des capteurs solaires et un ballon de stockage avec, entre les deux, un circuit primaire calorifugé. Ce dernier assure la circulation du liquide caloporteur des capteurs solaires vers le ballon de stockage où l échangeur solaire réchauffe l eau. Les besoins annuels en repères Quelques chiffres Pour une famille de quatre personnes, il faut compter 4 m 2 de capteurs et un ballon de 300 litres. Couvrant la moitié des besoins d'ecs de la famille, l'installation d'un CESI réduit les émissions de CO 2 de près d'une tonne par an. ECS sont assurés par un dispositif d appoint : le ballon est équipé d une résistance électrique (appoint électrique) ou d un échangeur raccordé à une chaudière (appoint hydraulique) qui prend le relais si nécessaire. Régulateur, sondes, vase d expansion complètent le système. La circulation peut être naturelle ou forcée. On distingue : la circulation forcée avec circuit fermé. Un petit moteur électrique commandé par une régulation «force la circulation» du liquide caloporteur lorsqu il devient plus chaud que l eau chaude sanitaire du ballon qu il vient réchauffer et la coupe quand il est plus froid. C est la technique la plus utilisée ; la technologie du thermosiphon. Ce dernier n a besoin ni de circulateur ni de régulation, car le liquide caloporteur circule grâce à sa différence de densité avec l eau du ballon. Tant qu il est plus chaud, et donc moins dense que l eau, il s élève par thermo-circulation. Dans ce type d installation, le ballon doit être placé au-dessus des capteurs afin de profiter du phénomène de thermosiphon. Il est donc préféré dans les pays chauds où il est possible de le placer à l extérieur, par exemple en toiture-terrasse: pourtour méditerranéen, Dom- Tom «En France, explique Jacques Le Bart, gérant de la société Eigrene, il peut s utiliser dans une résidence secondaire d été et dans certains cas où il est possible de poser le ballon à l intérieur et plus haut que les capteurs. Sa conception et son installation réclament alors un bon savoir-faire.» «Le liquide caloporteur comporte ou non, selon les systèmes, un antigel, explique Antoine Chevalier. L intérêt de l eau sans antigel est d obtenir un meilleur fluide caloporteur.» Cependant, dans nos régions, le risque de gel nécessite de faire appel à des liquides caloporteurs utilisant des antigels à moins d utiliser des systèmes autovidangeables ; 22 Qualité Construction N 110 septembre-octobre 2008

l autovidangeable. Apparu récemment, il permet d éviter le gel en hiver et les surchauffes en été. «Surchauffes qui n ont pas lieu d être si le système a été bien dimensionné, insiste Jacques Le Bart. Lorsqu il n y a pas de soleil ou si le ballon n a plus besoin de chaleur, la circulation du fluide s arrête et toute l eau contenue dans le capteur se vide dans le ballon.» L absence de pression dans le circuit et donc de vase d expansion réduit aussi les risques de fuites. Attention, les pentes obligatoires de la boucle primaire doivent être respectées pour assurer l autovidange des capteurs. Attention au dimensionnement 1. La conception «Un chauffe-eau solaire individuel n est rentable que s il est bien dimensionné, commente Antoine Chevalier. Les critères déterminants sont la région d installation et la consommation d ECS journalière, basée sur le nombre d occupants et leurs habitudes: douches, bains Ensuite, il faut prendre en considération le taux Illustration AQC annuel d occupation de la maison. Est-elle occupée toute l année ou seulement en été? Cette étape préalable permet de définir le volume de stockage du ballon. Le volume du ballon et la région vont déterminer ensuite une surface de capteurs solaire en m 2. L appoint dépend de l équipement existant pour le chauffage (gaz, fioul, électricité, bois). En neuf, le choix de l énergie d appoint reste libre.» 2. Les risques du surdimensionnement Si le sous-dimensionnement est rare, le surdimensionnement du CESI est fréquent, surtout en région ensoleillée. «Rien ne sert de surdimensionner l installation, insiste Jacques Le Bart. Des vendeurs indélicats ont pu faire croire aux clients qu il suffisait de poser plus de capteurs et de ballons pour avoir un taux de couverture solaire de 100 %. Or c est faux! Quand il n y a pas de soleil, le capteur est inopérant.» Le taux de couverture solaire annuel plafonnant à 70 %, chercher à obtenir plus risque d obliger à surdimensionner la surface des capteurs ou le volume de stockage avec les risques inhérents : p À noter Il existe deux types de capteurs Le capteur plan est le plus utilisé dans nos régions. En le traversant, le liquide caloporteur s'échauffe sous l'action des rayons solaires. Bien connu, il est simple, esthétique, présente une très bonne durée de vie et répond à pratiquement tous les besoins. Le capteur à vide décline plusieurs technologies (à flux direct, caloduc, thermos ). Il se compose de tubes en verre transparent contenant, chacun, un absorbeur pour capter le rayonnement solaire, et d'un échangeur pour assurer le transfert de l'énergie thermique. Des réflecteurs posés sous les tubes optimisent les surfaces d'absorption tandis que les tubes mis sous vide évitent les déperditions thermiques. Insensible aux conditions climatiques (vent, froid, gel), il trouve son intérêt en altitude. En outre, son rendement très élevé permet un gain de place sur un toit. Mais un tube qui n'est plus totalement hermétique devient inefficace et doit être changé pour préserver la performance de l'ensemble du capteur, ce qui complique la maintenance. «Il existe actuellement une espèce de guerre entre ces deux technologies qui n'aurait pas lieu d'être, commente Jacques Le Bart. L'installateur, qui est neutre, a tendance à poser le capteur plan qui remplit bien son office. Je dirais qu'il y a plus de risques et d'abus avec le capteur à vide qui arrive d'asie par conteneurs entiers. Certains sont de bonne qualité, d'autres non et c'est ce qui explique la réticence de la profession à les encourager aujourd'hui.» Qualité Construction N 110 septembre-octobre 2008 23

Photo Sonnenkraft: Les capteurs solaires doivent être manipulés à l'aide d'équipements adéquats: engins de levage, etc. Leur installation fait davantage appel à un savoir-faire de couvreur qu'à celui de plombier. Intégrés à la toiture, ils tombent sous le coup d'une garantie décennale. le surdimensionnement des capteurs par rapport à la capacité de stockage risque de provoquer des surchauffes estivales avec des risques de brûlure. «En été, lorsque les occupants sont partis en vacances, le système continue de fonctionner et le stockage du trop plein d énergie va user prématurément l installation», remarque Jacques Le Bart ; le surdimensionnement du ballon par rapport aux capteurs engendre des surcoûts d appoint tout au long de l année. «Si le ballon fait 500 litres, alors qu un 300 litres suffirait, explique Jacques Le Bart, l eau sera tiède et l appoint devra chauffer plus de volume d eau que nécessaire. Le bilan annuel est donc meilleur avec une installation plus petite. Il faut vraiment optimiser le dimensionnement sur les besoins réels.» En général, il vaut mieux optimiser le dimensionnement quitte à avoir un rendement annuel théorique un peu moindre. «La bonne adéquation entre surface de capteurs et volume de stockage se situe entre 45 et 70 litres par m 2 de capteurs suivant la zone climatique», souligne Antoine Chevalier. L idéal étant de dimensionner l installation à l aide de logiciels dédiés. Par ailleurs, «S il est important de bien analyser les besoins des utilisateurs, la difficulté est de se projeter dans l avenir, observe Jacques Le Bart. Le cas typique est celui d un couple de personnes âgées qui a une maison assez grande. Faut-il adapter le CESI à leurs besoins actuels ou à ceux d un couple avec trois enfants susceptibles de leur acheter cette maison le jour où ils voudront la vendre?» La position des capteurs et du ballon Pour ne pas réduire l efficacité des capteurs solaires, il faut, suivant la zone géographique et son ensoleillement, respecter quelques points fondamentaux : l orientation optimale est plein sud. «Une déviation par rapport au sud aura pour conséquence de dégrader le rendement de l installation», remarque Antoine Chevalier ; l inclinaison idéale se situe entre 30 et 45 selon la latitude. Sur les toits en faible pente du midi, ils seront posés à moins de 30. Pour une intégration architecturale réussie, les capteurs suivront la pente de la toiture et, si possible, s intégreront dedans ; 24 Qualité Construction N 110 septembre-octobre 2008

la localisation des capteurs peut se faire sur un toit, en auvent, en toiture-terrasse, en toiture de véranda et éventuellement au sol près de la maison sans ombre portée de la végétation, de la cheminée ou d autres bâtiments. Penser à anticiper la croissance des arbres et le développement urbain ; les distances entre les capteurs et le ballon, ainsi qu entre le ballon et le point de puisage (robinets) doivent être minimisées afin d éviter les pertes thermiques. Il faut absolument calorifuger le circuit primaire à l intérieur sous peine de diminuer le rendement de l installation. Cela évite aussi le risque de brûlure, les tuyaux pouvant atteindre 80 C ; le ballon doit être installé dans un local chauffé ou au moins isolé pour avoir le moins de déperditions possibles. Seul le ballon du thermosiphon peut se poser à l extérieur et audessus des capteurs comme on peut le voir sur les toituresterrasses de Grèce ou de Turquie ; le choix de la résistance d appointélectrique doit tenir compte de la nature de l eau. Avec une eau dure, elle sera en stéatite pour se protéger de la calcification. Une résistance blindée suffit avec une eau un peu calcaire. «La position dans le ballon de la résistance électrique d appoint est importante, explique Antoine Chevalier. Si elle est placée trop haut, le volume d eau chauffé par l appoint sera insuffisant. Elle sera donc préférée à mi-hauteur dans le ballon solaire à appoint électrique.» Points sensibles en toiture et assurance L installation d un CESI gagne à être réalisée par des professionnels labellisés QualiSol. Ils possèdent les compétences et les assurances nécessaires à la mise en œuvre d un système solaire. «Ce dernier point est capital, souligne Jacques Le Bart. En effet, si les capteurs solaires sont posés en toiture, l installateur doit être assuré pour des travaux de couverture. Il doit une garantie d étanchéité de dix ans, au même titre qu un couvreur. Or, ce sont souvent des plombiers-chauffagistes qui installent les CESI. Ils n ont ni l habitude des problématiques de couverture, ni les assurances qui vont avec. Et pour fixer les capteurs et les connecter au ballon, ils doivent intervenir sur la toiture Autre difficulté: les notices des fabricants qui sont étrangers à 95 % ne sont pas toujours adaptées à nos modes de construction. Le percement des tuiles, par exemple, est autorisé en Allemagne mais pas en France. La raison est simple: en Allemagne, les tuiles n assurent pas l étanchéité de la couverture comme chez nous, cette dernière est réalisée en dessous. La simple traduction de ces notices de pose peut induire l installateur en erreur.» Il est donc fortement conseillé de se reporter aux Avis Techniques du CSTB pour la fixation des capteurs solaires Photo Paradigma : Paradigma est le premier à proposer un CESI dont le circuit ne fait appel qu'à de l'eau potable. Ce qui, selon le fabricant, simplifie considérablement l'installation et augmente le rendement. L'industriel est l'un des rares en Europe à proposer des collecteurs à base de tubes sous vide : moins de surface à puissance égale, température plus élevée, installation facilitée puisque l'orientation optimale est donnée par le réflecteur réglable dans chaque tube et non par l'angle du panneau. Photo Sonnenkraft : Sonnenkraft a très tôt mis l'accent sur les ballons solaires et leur architecture hydraulique intérieure. Avec la régulation qui pilote la pompe de charge solaire et gère la relève par une autre énergie, ils constituent le cœur d'un CESI. Leur architecture, c'est-à-dire l'emplacement des piquages, la stratification de la température, etc., participe de manière importante au rendement de l'installation. intégrés à la toiture. Afin de ne pas nuire à l étanchéité de la couverture, l installation des capteurs solaires doit être exécutée conformément au DTU 65.12. Des accessoires (tuiles à douille ou chatière) assurent le passage des canalisations. Des crochets spécifiques en tôle permettent la fixation des capteurs directement sur la charpente recouverte de tuiles plates ou d ardoises. Attention à l étanchéité des vis-rondelles spécifiques, réalisée au mastic silicone. Ce dernier risque de se dégrader au bout de quelques années. p Les professionnels labellisés QualiSol sont formés aux techniques particulières d'installation de CESI. Ils possèdent les compétences (plomberiesanitaire et/ou couverture) et les assurances nécessaires (responsabilité civile et décennale) à la mise LES PROS DU SOLAIRE en œuvre d'un système solaire. L'entreprise s'engage à respecter les 10 points de bonnes pratiques et de qualité du service rendu au client. Leur prestation permet de bénéficier d'aides financières et fiscales. Fondée en 2006, l'association Qualit'EnR gère l'appellation QualiSol et assure la formation, l'accompagnement et le contrôle des installateurs labellisés. Liste des installateurs QualiSol sur le site Internet www.qualisol.org. Qualité Construction N 110 septembre-octobre 2008 25

Ce qu il faut faire et ne pas faire Illustration AQC À faire : calorifuger les canalisations extérieures avec des matériaux résistants aux UV; protéger la mousse calorifuge des rongeurs et oiseaux par des protections métalliques; calorifuger tout le circuit intérieur; utiliser des joints graphites haute température sur le circuit primaire; souder au brasage dur; utiliser des raccordements bicones ou des écrous prisonniers avec joint spécial; une fois l'an contrôler le ph de l'eau glycolée, la concentration de glycol et son pouvoir antigel; installer un mitigeur en sortie de ballon d'eau chaude: c'est obligatoire ; assurer la mise en conformité électrique de l'installation ; respecter les consignes d'entretien et de maintenance. À ne pas faire : percer les tuiles ; utiliser des tubes ou des raccords zingués en présence de glycol ; utiliser des joints sanitaires. Le liquide caloporteur Le fluide caloporteur est un mélange d eau et d antigel à base de glycol. Seul un antigel spécial (qualité alimentaire, haute tenue en température ) peut être utilisé dans les installations solaires et assure une bonne longévité du système. Lorsqu elle existe sur le circuit primaire, la soupape de sécurité doit être raccordée au bidon ayant contenu le fluide antigel. Ce bidon doit comporter une étiquette permettant d identifier la marque et le produit utilisé. Le but : éviter le mélange de deux fluides différents, ce qui causerait des dégâts sur l installation. Comme l eau additionnée de glycol subit des variations de températures importantes, elle se dégrade au fil du temps. Le bureau d études de De Dietrich rappelle les points forts de l entretien du liquide caloporteur : contrôle du ph une fois l an ; contrôle de la concentration de glycol une fois par an; vérification du pouvoir antigel avec un testeur de protection antigel, une fois l an, de préférence en automne. La purge et le remplacement du liquide caloporteur s imposent dans trois cas : lorsqu il y a de l air dans le système ; ou si le ph ou la concentration du fluide caloporteur sont insuffisants. Concernant le purgeur du système à circulation forcée, il convient d éviter les points hauts (en sortie de capteur solaire). «Le message que nous voulons faire passer auprès des installateurs, souligne Jacques le Bart, est qu il faut éviter de faire des zigzags dans les circuits afin de rester le plus possible ascendant. Mais en général, on ne peut pas éviter au moins un point haut.» Certains systèmes permettent de se passer de purgeur moyennant un remplissage adapté (vitesse et pressions fortes). Sinon, on doit trouver près du capteur un purgeur manuel ou automatique avec vanne manuelle d isolement fermée. Il est interdit avec le thermosiphon et l autovidangeable. Attention aux joints : la présence de Glycol (abrasif) et les hautes températures ( 180 C) obligent à prendre des précautions particulières et à changer d habitude. Le plombier-chauffagiste doit oublier les joints sanitaires. Pour assurer l étanchéité au niveau des capteurs, «il faut utiliser des joints graphite haute température», précise Éric Paulin, chargé d affaires chez Atlantic. Marie-Pierre Jouan Pour en savoir plus Norme NF P50-601 (DTU 65.12) Réalisation des installations de capteurs solaires plans à circulation de liquide pour le chauffage et la production d'ecs (octobre 2000). Cahiers des prescriptions techniques (CPT) du CSTB: n 1612 Recommandations générales de mise en œuvre de capteurs solaires semi-incorporés, incorporés ou intégrés sur une couverture par éléments discontinus; n 1827 Capteurs solaires plans à circulation de liquide faisant l'objet d'un Avis Technique; n 1614 Règles générales de mise en œuvre de capteurs solaires indépendants sur une couverture par éléments discontinus. Norme NF P84-204 (DTU 43.1) Étanchéité des toitures-terrasses et toitures inclinées avec éléments porteurs en maçonnerie en climat de plaine (novembre 2004). DTU série 40 (Couverture). Norme NF C15-100 Installations électriques à basse tension (décembre 2002, complétée avec la mise à jour de juin 200). Norme NF DTU 60.5 Canalisations en cuivre Distribution d'eau froide et chaude sanitaire, évacuation d'eaux usées, d'eaux pluviales, installations de génie climatique (janvier 2008). Norme NF P40-201 (DTU 60.1) Plomberie sanitaire pour bâtiments à usage d'habitation (octobre 2000). La plaquette de l'aqc CESI: chauffe-eau solaire individuel, téléchargeable sur le site www.qualiteconstruction.com. Fiche Chauffe-eau solaire individuel de l'ademe disponible sur www.ademe.fr. Liste des installateurs Qualisol sur le site www.qualisol.org. 26 Qualité Construction N 110 septembre-octobre 2008

Photo Sonnenkraft Le point de vue Le point de vue L'entreprise de pose: «Il existe un vrai besoin d'informations.» Jacques Le Bart, gérant de la société Eigrene (31). «Les pionniers du solaire se sont formés tranquillement et ont une bonne expérience du métier mais comme le marché est en train d'exploser, il s'ouvre aujourd'hui aux plombiers-chauffagistes traditionnels. Ces derniers ont vraiment besoin d'informations adaptées aux spécificités des systèmes solaires. Comme il faut monter sur le toit, il existe des consignes de sécurité à respecter. Les températures plus hautes que dans un système classique obligent à prendre des précautions particulières. En abordant tous ces points sensibles, la plaquette que vient d'éditer l'aqc, CESI : chauffeeau solaire individuel, répond à leurs attentes. C'est un outil simple avec quelques trucs de base qu'il est bon de rappeler à tous ceux qui sont sur les chantiers. Les particuliers vont aussi y trouver des informations sérieuses, fiables et claires tant sur la technique que sur le choix d'un professionnel qualifié.» Qualit EnR: «Le chauffe-eau solaire individuel est en train de se banaliser.» Richard Loyen, délégué général de Qualit EnR. «La plaquette de l'aqc constitue un outil pertinent alors que les CESI sont en voie de diffusion pour aller vers la banalisation. Ces technologies qui peuvent être plus ou moins complexes doivent s'intégrer dans le bâtiment. Il est donc pertinent que l'aqc rappelle les Règles de l'art et les points cruciaux d'une installation solaire de qualité. Il est important qu'une agence officielle puisse donner le la, tout en mettant en avant le bel ouvrage réalisé par nos installateurs.» La Capeb: «C'est un outil clair qui alerte sur les points clés d'un CESI.» Pierre Mas, conseiller professionnel auprès de l'una- CPC (Couverture-plomberie-chauffage) de la Capeb. «L'intérêt de cette plaquette est qu'elle rassemble un maximum d'informations en un minimum de place. Elle peut être utilisée sur le chantier. Comme il y a beaucoup de schémas, les artisans sont alertés d'un seul coup d'œil sur les points sensibles des installations solaires. Pour les plombiers-chauffagistes qui ont suivi une formation au solaire, elle constitue un bon aide-mémoire. En revanche, pour ceux qui n'ont pas encore été formés, elle met en évidence les situations où il faut faire attention comme les points hauts, les fixations, les raccordements En tant qu'artisan, j'aurais aimé avoir cette plaquette à ma disposition quand j'ai commencé à m'intéresser au solaire.» Propos recueillis par Marie-Pierre Jouan Qualité Construction N 110 septembre-octobre 2008 27