Le chauffage solaire actif
Le rayonnement solaire est un apport énergétique dispensé quotidiennement, dont l'intensité varie selon le lieu, l'heure du jour, la saison et les conditions climatiques. Même dans des zones à faible ensoleillement comme en Europe du Nord, le gisement solaire est considérable.
Les systèmes de chauffage solaire actif emploient des capteurs solaires et une source d'électricité supplémentaire pour actionner des pompes ou des ventilateurs qui distribuent l'énergie solaire. L'élément central du capteur est un absorbeur noir qui convertit l'énergie solaire en chaleur. Celle-ci est acheminée vers un autre endroit, où elle sera utilisée immédiatement ou stockée en vue d'un usage ultérieur. Le transfert de la chaleur s'effectue au moyen d'un fluide caloporteur, qui est de l'eau, de l'antigel ou de l'air. Les systèmes de chauffage solaire actif ont plusieurs applications: chauffage des piscines, chauffage de l'eau domestique, ventilation et chauffage de l'air et de l'eau industrielles dans des installations commerciales telles que buanderies, lave-autos et centres de conditionnement physique.
L'énergie solaire peut être convertie en chaleur dans diverses gammes de températures :
- basse température : jusqu'à 150-200°C, grâce aux capteurs plans ;
- température moyenne : jusqu'à 350-400°C, grâce à des systèmes à concentration moyenne, miroirs cylindro-paraboliques par exemple ;
- haute température : jusqu'à 4500°C, grâce à de fortes concentrations.
L'énergie solaire disponible comprend le rayonnement direct et le rayonnement diffus. Le rayonnement direct est celui qui provient en ligne droite du soleil par temps clair ; le rayonnement diffus résulte de la diffraction de la lumière par les nuages et les molécules diverses en suspension dans l'atmosphère, et de sa réfraction par le sol.
Le chauffe-eau solaire
Un chauffe-eau solaire est un système qui produit de l'eau chaude à partir du rayonnement solaire. Il ne consomme pas de combustible, mais capte l'énergie solaire et la transmet à l'eau contenue dans un réservoir.
Il se compose des éléments suivants :
- d'un capteur solaire pour collecter l'énergie solaire,
- d'un réservoir de stockage permettant d'accumuler les calories solaires,
- d'accessoires assurant le bon fonctionnement du système (circulateur ou pompe, régulation thermique…).
Un chauffe-eau solaire est toujours accompagné d'un chauffage d'appoint. En toute circonstance, le chauffage d'appoint permet de garantir une eau à la température voulue. Qu'il assure de manière autonome la production d'eau chaude ou qu'il préchauffe l'eau, le chauffe-eau solaire permet de réelles économies sur la consommation de combustible.
- Pour une famille de 4 personnes, un chauffe-eau solaire comprend 4m² à 5 m² de capteurs (soit deux capteurs) et un ballon de 200 litres avec appoint séparé ou de 300 litres avec appoint intégré (dans le tiers supérieur du ballon solaire).
- L'inclinaison optimum pour avoir de l'eau chaude sur toute l'année (lorsqu'il y a du soleil) est de 45 degrés. L'inclinaison minimum ne devrait pas être en dessous de 35 degrés
- Un chauffe-eau solaire peut apporter en moyenne sur toute l'année environ 70% d'économie (60 à 90% selon la région).
- Il est recommandé d'alimenter le lave-linge et le lave-vaisselle avec l'eau chaude, car il est absurde de chauffer de l'eau froide à l'électricité alors que l'on possède de l'eau chaude solaire.
Pour un lave-vaisselle le raccordement se fait directement sur le circuit d'eau chaude.
Pour le lave-linge, il est nécessaire de prévoir l'installation d'un mitigeur thermostatique (pour obtenir une température variable entre 40 et 60°C), et de vannes permettant le choix entre l'eau chaude, tiède ou froide.
Le plancher solaire direct
Le chauffage par plancher solaire direct associe un capteur à eau et un chauffage basse température (27°C maximum) par le sol, type de chauffage qui répond le mieux aux besoins physiologiques du corps humain.
- La sensation de paroi froide disparaît.
- L'émission uniforme évite la création de zones froides ou chaudes.
- L'air n'est pas desséché.
- L'excellente répartition de la chaleur permet d'abaisser la température des pièces de 2°C par rapport à d'autres modes de chauffage pour une sensation de confort supérieure.
Le PSD (plancher solaire direct) doit être réalisé lors de la construction, les tuyauteries d'eau étant mises en place dans la maçonnerie. Cette technique utilise des composants classiques : circulateur, vase d'expansion, vannes, purges, régulation... Si l'ensoleillement est insuffisant, des thermostats d'ambiance déclenchent le système d'appoint.
En été, lorsque les besoins en chauffage sont satisfaits (beau temps), la chaleur produite peut être utilisée pour chauffer l'eau sanitaire (ECS) ou une piscine.
Pour fournir un chauffage relativement constant tout au long de la journée, malgré l'intermittence du rayonnement solaire, le PSD utilise l'inertie et la capacité de stockage de la dalle en béton du plancher. D'une épaisseur comprise entre 10 et 15 cm, celle-ci permet de restituer avec un déphasage la chaleur du jour et de "lisser" les apports solaires. Un système mixte (chauffage + eau chaude sanitaire) bien régulé peut fournir, selon l'ensoleillement, de 30 à 70 % des besoins d'eau chaude sanitaire et de chauffage.
Un plancher solaire à appoint intégré, à cause de sa régulation sophistiquée, coûte deux fois plus cher qu'un chauffage traditionnel. Il faut donc absolument que l'économie d'exploitation de 30 à 70 % puisse être garantie à ceux qui ont accepté ce surcroît d'investissement. C'est aussi pourquoi on n'examinera cette possibilité qu'après que les aspects plus fondamentaux de la question du chauffage du bâtiment auront été réglés : conception bioclimatique et isolation optimale.
- Pour une surface habitable de 100 m², il faut installer entre 15 m² et 20 m² de capteurs solaires thermiques à eau chaude.
- En décembre la puissance fournie par les capteurs thermiques de ma maison atteint 12 kW pendant plus de 3 heures, ce qui permet le chauffage et le stockage dans les 14 tonnes de planchers.
- Pour les pièces sans plancher chauffant vous pouvez installer des radiateurs chaleur douce qui pourront être alimentés par l'installation solaire ou par une chaudière.
- Un SSC (Système Solaire Combiné) est une installation solaire thermique à eau chaude qui combine le chauffage et l'eau chaude sanitaire.
Ces systèmes, appelés SSC par L'ADEME, permettent la production d'eau chaude sanitaire et le chauffage de planchers, de murs ou de radiateurs.
S : Capteurs solaires
P : Plancher chauffant
B : Stockage d'eau chaude sanitaire
U : Stockage fluide caloporteur
A : Appoint d'énergie
C : Groupe de transfert
F : Chauffage de la piscine
Chauffage des piscines
Un système de chauffage solaire actif peut assurer la régulation de la température de l'eau et ainsi prolonger la période d'utilisation des piscines. La quantité d'énergie solaire pouvant être captée de la mi-printemps à la mi-automne est considérable. Pour les piscines extérieures, un chauffe-eau solaire d'une puissance adéquate peut remplacer avantageusement un appareil de chauffage traditionnel; en plus de réduire considérablement leur facture d'énergie, les propriétaires pourront profiter de leur piscine pendant une plus grande partie de l'année. Les piscines intérieures utilisées à longueur d'année sont généralement équipées d'un appareil de chauffage traditionnel d'appoint. L'emploi d'une toile solaire est fortement recommandé, peu importe le mode de chauffage de la piscine. Chauffer une piscine sans toile équivaut à chauffer une maison sans toit; la perte de chaleur est instantanée. En outre, les toiles solaires atténuent la perte, par évaporation, des produits chimiques coûteux que l'on met dans l'eau des piscines.
Dans un chauffe piscine solaire type, les capteurs solaires sont montés sur un toit situé à proximité et reliés à la pompe filtrante déjà en place. Dans la plupart des cas, on utilise des capteurs sans vitrage ayant un bon rapport coût efficacité. L'eau de la piscine est pompée jusqu'aux capteurs, chauffée et ramenée dans la piscine. En règle générale, la surface des capteurs doit être égale à 50-75% de celle de la piscine.
