Une installation solaire : du projet au bilan
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Projet

La conception de la maison s'est basée sur l'intention d'y intégrer une installation de chauffage solaire.
Les principes suivants ont été appliqués :
- sur-isolation thermique : pas de pont thermique, huisseries épaisses et étanches, 24 cm d'isolation périphérique, 6 cm d'isolation dans la dalle flottante, volets roulants, rideaux épais.
- forme du bâtiment la plus compacte possible, espaces tampon (vérandas, appentis), peu d'ouvertures au nord.
- masse thermique importante dans la pièce à vivre, inertie faible pour les pièces chauffées par intermittence.
- pente de toit plein sud proche de la latitude (50 degrés) favorable au captage thermique plus que photovoltaïque, on ne peut tout avoir...
- plancher chauffant à basse température et à forte inertie thermique
- complément de chauffage au bois, butane ou électricité.

Réalisation

La maison comporte :
- un sous-sol non chauffé (température toujours supérieure à 7 °C)
- un rez-de chaussée de 70 m² dont 56 m² de dalle chauffante.
- un étage de 50 m² non chauffé (2 ch + SdB avec convecteurs)
- un étage de 20 m² non chauffé.
La forme du bâtiment est celle d'un demi-cube dont deux faces forment le toit.
Les murs se composent de :
- bardage bois ep. 15 mm.
- lame d'air 20 mm.
- agglos ep 200 mm.
- lame d'air 20 mm .
- laine de verre 200 mm.
- polystyrène expansé 40 mm
- placo BA13 ou carreau de plâtre 70 mm ou brique pleine en terre cuite ep. 110 mm.
Le coefficient B calculé est de 0,35 W/m3.°C

Fonctionnement sans apport solaire

La consommation annuelle d'énergie pour le chauffage a pu être évaluée sur plusieurs années avant la mise en service du sytème de chauffage. Elle s'établit en moyenne à :
- 7 stères de bois à 250 F/stère (1750 F)
- gaz butane pour radiateur à catalyse (650 F)
- électricité pour convecteurs programmés, chambres et salle de bain (350 F)
total : 2750 F.

Fonctionnement aprés mise en service des capteurs

Sur 5 ans d'exploitation on peut dégager une tendance :
- moins de 6 stères de bois (1500 F)
- appoints de chauffage au butane plus rares (100 F)
- pratiquement plus d'utilisation de convecteurs dans les chambres (70 F)
total : 1670 F

Cas de l'eau chaude sanitaire (ECS)

Normalement 2 chauffe-eau de 50 l fonctionnent en permanence. Ils sont très proches des points d'utilisation, les pertes sont très faibles. La mesure de consommation totale a donné 2300kWh/an pour l'ECS seule.
En pratique l'installation solaire fournit la quasi totalité de l'ECS du 15/5 au 15/9 et la moité des besoins en avril et octobre, soient 5 mois pleins.
L'économie réalisée est donc de 2300*5/12 = 958 kWh (environ 670 F/an à 0,7 F/kWh)
En réalité un confort supplémentaire non chiffrable est apporté par la grande quantité d'ECS disponible en été.

Bilan (effectué en 2000)

L'investissement total est d'environ 46000 F
La subvention de l'ADEME : 20000 F
Total investissement 46000-20000=26000 F.
L'économie annuelle réalisée est de :
- sur le chauffage : 2750-1670 = 1080 F
- sur l'ECS 670 F
total : 1750 F

Le temps de retour de l'investissement est de 26000/1600 = 15 ans
(voir plus loin le bilan corrigé en 2004)

Conclusion

Malgré l'excellente qualité du matériel il n'est pas sûr qu'il soit encore en état au bout de 15 ans.
Le principal intérêt d'une telle installation est d'ordre technique : conception, installation, mise au point et suivi.

Quelques exemples

Une journée d'hiver : 11/2/2000
température extérieure 5°C, ciel légérement nuageux, vent S-E faible.
résultats à 14 heures : 300l d'ECS à 40°C, entrée dalle +25°C.

Une journée d'été : 26/08/2001
température extérieure 28°C, ciel bleu
résultat à 14 heures : 400l d'ECS à 70°C

Une journée d'automne en détail : 27/09/2001

Belle journée d'automne, les besoins en chauffage sont faibles, une petite flambée le matin aurait quand même été nécessaire. Vent faible d'ouest, ciel voilé, nuageux le matin. Rayonnement régulier à partir de 11h30.
Dans le tableau ci-dessous les températures sont exprimées en degrés C.

heure : heure locale Europe de l'ouest
T°int : température intérieure au rez-de chaussée de l'habitation, chauffée par le PSD
T°ext : température extérieure
nuages : couverture nuageuse de 0 à 8 (2/8 = 25% du ciel couvert)
PSD entrée : température à l'entrée du plancher chauffant
PSD sortie : température à la sortie du plancher chauffant
ECS : température à l'intérieur du ballon d'eau chaude
Sortie capteur : température à la sortie des capteurs, témoin du rayonnement solaire.

 heure T°int T°ext nuages PSD entrée PSD sortie  ECS  Sortie capteurs
 10h00 21 12 4/8 28 21 19 25
 10h30 21 12 3/8 28 21 20 26
11h00 22 13  3/8 30 22 22 29
11h30 22 14 2/8 30 22 26 42
 12h00 22 15 1/8 27 22 32 47
12h30 23 15 1/8 27 22 35 48
13h00 23 16 1/8 33 22 40 30
13h30 23 17 1/8 33 25 38 32
14h00 23 17 1/8 33 25 37 32
14h30 23 17 1/8 33 26 37 32
15h00 23 18 1/8 32 26 37 30
15h30 23 19 1/8 30 26 37 30
16h00 23 18 1/8 30 26 36 29
16h30 23 18 1/8  30 26 36 28
17h00 24 18 1/8  28 25 34 28
17h30 24 18 1/8 28 25 34 28
18h00 24 17 1/8 28 25 33 26
18h30 24 17 1/8 25 24 32 24
19h00 24 16 1/8 22 23 31 22

Fonctionnement du plancher chauffant

La baisse de température entre 11h30 et 12h30 correspond à la période de fonctionnement quasi exclusif en production d'eau chaude (voir graphe ECS). On peut remarquer aussi l'influence de l'inertie de la dalle en béton matérialisée sur le graphe par le décalage dans le temps de la courbe PSD-sortie avec la courbe PSD-entrée.
La température intérieure continue à augmenter en soirée, la dalle restituant son énergie avec une certaine inertie. A minuit ce jour-là la température intérieure était encore de 24 degrés.


Fonctionnement du chauffage de l'ECS (eau chaude sanitaire)

En été, la période de production d'eau chaude sanitaire correspond au moment de plus fort ensoleillement, entre 11h et 14h. Toutefois, comme le PSD était en service, la production d'ECS s'est interrompue entre 12h30 et 13h00, comme en témoigne la chute de la température à la sortie des capteurs, chute due au "pompage" par la dalle de l'énergie produite. La température en sortie du capteur dépend de la température en entrée. Lorsque le PSD est en service la température à l'entrée du capteur est de l'ordre de 23°C, par conséquent la température en sortie du capteur est inférieure à la température en sortie du ballon d'ECS. Le système de régulation donne la priorité à l'ECS mais le PSD s'impose dés que le plafond est atteint pour l'ECS.


8 ans plus tard, bilan de 2004

Aujourd'hui, 6 octobre 2004, examinons l'installation :
1) capteurs, face extérieure :
- Etat général excellent.
- De la mousse s'est développée sur la lisse inférieure, elle n'affecte pas le capteur.
- Un couvre-joint en alu laqué a une petite écaille de peinture (8x3mm)
- Quelques insectes qui ont réussi à pénétrer dans le capteur gisent dans la partie inférieure de celui-ci
2) capteurs, face inférieure.
- un rongeur a grignoté le tube de mousse isolant le tuyau de sortie, la sonde s'est détachée et le système s'est arrêté. La surchauffe a provoqué le fonctionnement du limiteur de pression et environ 1 litre de liquide caloporteur a débordé de la pompe de mise en pression.
3) arbre hydraulique
- quelques efflorescences de "sels grimpants" au niveau de certains raccords vissés
- très peu de perte de liquide (à ce rythme, le surplus de fluide caloporteur que j'ai gardé en réserve devrait être épuisé en 2204 après JC)
4) régulation électronique
- ce "bricolage" tient le coup. Aucune intervention, à part la recherche de la panne provoquée par la chute de la sonde de sortie de capteur (voir §2)

Sur le plan financier, l'investissement de 4000 euros en 1996 permet en 2004 d'économiser 350 euros (le bois et le gaz ont nettement augmenté) ce qui ramène le temps de retour sur investissement à 11,5 ans (par un calcul un peu discutable, il est vrai...)