Le Chauffage solaire

Concevoir sa maison en économisant 50% d’énergie pour le chauffage

Le Système Solaire Combiné (SSC) produit de l’eau chaude sanitaire et du chauffage. Alors que le chauffe -eau solaire fonctionne aussi bien dans les bâtiments individuels que collectifs le chauffage solaire est généralement plus approprié pour l’habitat individuel. Pour le chauffage solaire thermique, un chauffage d’appoint s’avère nécessaire pour assurer le complément. Il peut être relié à l’installation solaire (appoint intégré) ou non (appoint séparé). Les systèmes solaires représentent une économie de 30 à 60% des besoins annuels d’énergie pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire. Il doit bien entendu s’intégrer dans une approche énergétique globale de l’habitat, qui prendra impérativement en compte l’importance de l’isolation.
 

  Un Système Solaire Combiné se compose :

• de capteurs solaires, qui transforment l’énergie du soleil en chaleur. Une maison individuelle nécessite en moyenne une surface de capteurs d’environ 10% à 13 % de la superficie du plancher chauffant. Ces capteurs sont souvent disposés en toiture.

• La chaleur fournit par le soleil par l’intermédiaire des capteurs est stockée dans un réservoir d’eau tampon par le biais d’un échangeur de chaleur. Ce réservoir est généralement appelé ballon tampon. Cette eau ainsi réchauffée est utilisée pour le chauffage des bâtiments à l’aide d’émetteurs.

• des émetteurs basse température, radiateurs ou planchers chauffants, dans laquelle circule le fluide caloporteur chauffé par les capteurs,

• d’un groupe de transfert, qui gère le chauffage du bâtiment, la production d’eau chaude sanitaire et éventuellement le chauffage de l’eau d’une piscine en été.

Le chauffage à appoint intégré : c’est un système de chauffage intégré au système de production de chaleur solaire (chaudière gaz, fioul, chaudière automatique au bois...), qui viendra automatiquement assurer le relais, en cas de déficience du solaire. La chaleur produite par l’appoint sera directement stockée dans le ballon tampon (SSCI) ou dans la dalle (PSD). Ce type de système, plus onéreux en terme d’investissement de départ, offrira un plus grand confort pendant son utilisation du fait de son automaticité.

Le chauffage à appoint séparé : c’est un système de chauffage séparé du système de production de chaleur solaire (poêle, cheminée, convecteur, chaudière à bûches...) qui viendra assurer un complément de chaleur en cas de déficience du solaire. La chaleur produite par cet appoint est indépendante du système de production de chaleur solaire et va permettre d’émettre de la chaleur « localement » dans la maison. Ce type de système, moins onéreux en terme d’investissement de départ, peut s’avérer un peu plus contraignant que l’appoint intégré du fait son caractère non automatique et d’une production de chaleur décentralisée (ex : cheminée).
 

Dans tous les cas, plus une maison est bien isolée, plus les besoins de chauffage sont faibles, plus la couverture solaire est importante et plus l’investissement dans un Système Solaire Combiné Individuel est rentable.

Un système à part : Le Plancher Solaire Direct

La différence fondamentale avec les autres Systèmes Solaires Combinés Individuels réside dans le fait qu’il n’y a pas de stockage de chaleur dans un ballon tampon. C’est la dalle qui va stocker la chaleur captée par les capteurs solaires.

Le fonctionnement des Plancher Solaire Direct (PSD) est relativement simple : le rayonnement solaire est transformé en chaleur par les capteurs solaires. L’eau chaude des capteurs solaires est directement envoyée dans des planchers de 12 à 30 cm d’épaisseur qui la stockent et en réemettent une partie sous forme de rayonnement. Des études récentes ont démontré qu’une épaisseur de dalle de 12 à 15 cm était optimale.
 

La technique du PSD est développée en France depuis une quinzaine d’années. Elle a été mis au point par l’école supérieure d’ingénieurs de Marseille (ESIM). Le PSD apporte tout le confort souhaitable : chauffage par rayonnement, excellente répartition de la chaleur, basse température du plancher (20 à 25°C). Le PSD est constitué d’un tube noyé dans une dalle de béton dans lequel s’écoule un fluide qui, en circulant, transmet la chaleur à la dalle. Chaque boucle ou nappe est reliée à un collecteur, qui distribue le fluide dans les différentes pièces du bâtiment. Un bon emplacement du collecteur (de manière à avoir des nappes de longueur équivalente) permet d’avoir un système général bien équilibré. Il n’y a pas de ballon de stockage tampon entre les capteurs et le PSD. La suppression des intermédiaires augmente le rendement des capteurs, qui peuvent fournir de l’énergie pour le chauffage même par une froide journée d’hiver ensoleillée. En hiver, la majeure partie de l’énergie solaire est dirigée dans la dalle. A la mi-saison, une partie va dans la dalle et le reste dans l’eau chaude. En été, toute l’énergie solaire sert à produire de l’eau chaude sanitaire. L’installation du PSD est plus particulièrement réservée aux constructions neuves, pour faciliter son installation. Le PSD se pose comme tout autre plancher chauffant, le montage des capteurs est relativement simple et les raccordements hydrauliques entre les différents éléments relèvent de la plomberie traditionnelle. Le dimensionnement des PSD s’effectue par étude thermique, et le calcul doit permettre que :

• la densité des tuyaux soit suffisante pour combler les déperditions de la pièce (à évaluer)
• la température du sol n’excède pas 28°C
• la température du fluide n’excède pas 50°C
• les pertes de charge ne soient pas trop élevées On estime que 1m2 de capteurs permet de chauffer 7à 10m2 de dalle.

La dalle chauffante est un élément à part entière du système de chauffage solaire. Elle assure les rôles d’émission de la chaleur, de déphasage et de réduction des pics de puissance. La face intérieure de la dalle doit être isolée, afin d’éviter les déperditions de chaleur vers le bas. L’isolant utilisé doit résister aux phénomènes de compression. Il est conseillé d’ajouter une couche de polyane (plastique fin) avant de couler la dalle, pour éviter que le béton s’infiltre dans l’isolant. L’importance des propriétés thermiques du béton (conductivité et chaleur massique) joue sur le délais que met la chaleur à être perceptible à la surface du sol. Ainsi, la chaleur emmagasinée au moment le plus chaud de la journée sera restituée dans la soirée, au coucher du soleil.

Une dalle épaisse stockera mieux l’énergie qui y est injectée, mais au détriment de la capacité de régulation de la puissance injectée, notamment lors de l’utilisation de l’appoint. Des études récentes ont démontré qu’une épaisseur de dalle de 12 à 15 cm était optimale.

Pour une installation réussie...

L’inclinaison des panneaux : la hauteur du soleil dans le ciel est différente en été et en hiver. Lorsque l’on fait du chauffage solaire, on cherche à bénéficier d’un maximum de rayonnement solaire en hiver. Ainsi pour les installations de chauffage solaire, il est préférable (lorsque cela est possible) d’approcher les 60° d’inclinaison qui permettent une bonne réception du flux solaire en hiver, et offre une inclinaison suffisante en été pour les simples besoins d’eau chaude sanitaire en évitant les problèmes de « surchauffe ».

Les phénomènes de « surchauffe l’été » : Pour éviter ces phénomènes, il est necessaire de respecter une inclinaison appropriée et veiller à ce que l’installation soit équipée d’une boucle de décharge, d’un grand vase d’expansion suffisamment dimensionné, ou d’une boucle primaire à haute pression, d’un système drainback ou d’un refroidissement nocturne.

La Productivité solaire est le rapport entre la quantité d’énergie solaire produite et la surface de panneaux installée. Pour qu’une installation soit bien dimensionnée, il faut que cette productivité soit la meilleure possible c’est à dire que la surface de panneaux ne soit :

• ni trop faible car dans ce cas là on n’assurait qu’une petite partie des besoins d’ECS.
• ni trop élevé car au-delà d’un certain seuil, augmenter la surface de panneaux n’augmente que très peu la production solaire.
   
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Peut-on mettre en place un chauffage solaire dans de l’ancien ?

 Dans la plupart des cas, la réponse est non. En effet sur une maison ancienne, généralement mal isolée et qui possederait déjà un système de chauffage par radiateurs (classiques), la solution du SSCI n’est pas conseillée. Dans ce cas là, il est préférable de se tourner vers une chaudière automatique au bois qui permet de conserver le système de chauffage (émetteurs de chaleur) en l’état.
 En revanche dans le cadre d’une rénovation lourde, la solution solaire pour le chauffage est envisageable :

Publié le 29 septembre 2006.