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Solaire thermique

Le chauffage solaire permet de produire jusqu’à 50% des besoins de chauffage et d’eau chaude sanitaire d’un bâtiment avec l’énergie solaire. Cet article aborde le principe de fonctionnement, le choix de son appoint, le plancher solaire direct, l’intégration du chauffage solaire dans l’existant et enfin les quelques pistes à respecter pour réussir son installation.

Le Système Solaire Combiné (SSC  ) produit de l’eau chaude sanitaire et du chauffage.

Principe d’un chauffage solaire - Ademe
Principe d’un chauffage solaire
Ademe

Il se compose de :

  • capteurs solaires, qui transforment l’énergie du soleil en chaleur. Afin de capter suffisamment d’énergie en hiver il est nécessaire d’avoir une surface assez importante entre 10 et 30 m2 de panneaux.
  • La chaleur fournie 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 lesquelles 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.
Couverture apportée par un chauffage solaire - INES
Couverture apportée par un chauffage solaire
INES

Ce système permet de couvrir la totalité des besoin en eau chaude sanitaire en été et en hiver de couvrir de 30 à 50 % des besoins de chauffage et d’eau chaude sanitaire.

Comme pour le chauffe-eau solaire il est donc toujours nécessaire d’avoir recours à un appoint

Choisir son appoint

Pour palier aux déficits d’ensoleillement, une source d’énergie d’appoint est nécessaire.On distingue deux grandes familles

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 : poêle).

Maison BBC équipée d’un système solaire combiné - Maison Eau et Soleil
Maison BBC équipée d’un système solaire combiné
Maison Eau et Soleil

Un système à part : Le Plancher Solaire Direct

Le plancher solaire directe - Clipsol
Le plancher solaire directe
Clipsol

La différence fondamentale avec les autres Systèmes Solaires Combinés Individuels (SSCI) 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 Planchers Solaire Direct (PSD) est 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 réémettent une partie sous forme de rayonnement. Une épaisseur de dalle de 12 à 15 cm est 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 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. À 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.

Pour les maisons au chauffage solaire, 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.

Dalle chauffante - Ademe
Dalle chauffante
Ademe

Pour la pose d’un plancher chauffant il faut prendre en compte les propriétés thermiques du béton (conductivité et chaleur massique) qui 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. Une épaisseur de dalle de 12 à 15 cm est optimale.

Mettre en place un chauffage solaire dans l’existant

PSD à Saint Maurice sur Dargoire - Hespul
PSD à Saint Maurice sur Dargoire
Hespul

Sur une maison ancienne, généralement mal isolée et qui posséderait déjà un système de chauffage par radiateurs à haute température (classiques), la solution du Système Solaire Combiné (SSC) 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, deux règles indispensables à respecter :

  • Isoler “bien” :
  • dans un premier temps il est nécessaire d’isoler au maximum sa maison en éradiquant autant que possible les “fuites thermiques”
  • Chauffer “doux” :
  • comme nous l’avons expliqué ci dessus, il est nécessaire d’utiliser des émetteurs basse température pour avoir un Système Solaire Combiné efficace et rentable. Il est donc possible, après une isolation performante, de mettre en place un système de plancher chauffant, ou des radiateurs basse température, ou d’utiliser les radiateurs installés initialement qui sont devenus trop puissants : “ils sont surdimensionnés”. Il est donc possible de faire circuler de l’eau moins chaude pour répondre aux besoins de chauffage de la maison car la surface d’échange de chaleur est dimensionnée pour les besoins avant isolation. Ainsi dans ce cas et dans ce cas uniquement, il est envisageable d’utiliser le solaire pour répondre à des besoins de chauffage dans de l’ancien.

Quelques pistes 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 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 » :

  • L’été la surface de panneaux est trop importante, on voit alors apparaître le phénomène de « surchauffe » : le circuit stagne à des températures élevées ce qui à terme peut être nuisible pour la longévité de l’installation. Pour éviter ces phénomènes, plusieurs stratégies peuvent être adoptées :
  • Avoir une inclinaison approchant les 60°
  • Avoir un vase d’expansion sur-dimensionné supportant la dilatation voire l’évaporation du fluide caloporteur
  • Régulation de l’installation gérant la surchauffe en faisant circuler le fluide lorsque le capteur est à trop haute température, en journée ou en nocturne
  • Capteur auto-vidangeables

La Productivité solaire

  • C’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.

Choisir un spécialiste référencé QUALISOL COMBI :

  • La réalisation d’un chauffage solaire est généralement plus complexe que pour un simple chauffe eau. Il est indispensable de se tourner vers un professionnel référencé par l’organisme Qualit’ENR  , ayant l’agrément Qualisol Combi et ayant déjà de l’expérience dans l’installation d’un tel système.

Pour aller plus loin