UNE INSTALLATION SOLAIRE EN DEUX TEMPS
Eric Collin Ensuès la Redonne 13eric.ensues chez wanadoo.fr
La maison:
La maison a été construite en 1994, et fait 100m². Elle est orientée sud +15° sur une colline à 180m d'altitude, face à la mer (2,5 km à vol d'oiseau) à 20km de Marseille. Nous y habitons à trois.
L' isolation est classique pour une
maison des années 90 (hourdis polystyrène sur le vide sanitaire,
10cm de polystyrène sur les murs, laine de verre projetée dans les
combles). L'isolation dans les combles est à refaire, c'est prévu
mais seulement une fois l'installation solaire terminée ainsi que
d'autres bricoles dans les combles, afin de ne pas écraser tout de
suite l'isolant.
Le chauffage est un chauffage
central avec radiateurs. La chaudière est un modèle très basique,
au fioul, avec 2 circulateurs dont un pour maintenir la chaudière
assez chaude et une régulation Landys et Gir qui régule la
température de l'eau envoyée aux radiateurs en fonction de la
température extérieure, via une vanne 3 voies motorisée. Un
thermostat d'ambiance coupe le circulateur lorsque la consigne est
atteinte dans la pièce principale. La consommation de fioul est
d'environ 750 litres par an. J'ai aussi une cheminée à foyer fermé
qui sert surtout aux inter saisons quand une flambée le soir permet
de maintenir une température correcte le matin, j'utilise environ ½
stère de bois par an.
L'eau chaude sanitaire (ECS) a toujours été électrique.
Première partie: un CESI
Depuis quelques années,
j'envisageais l'installation d'un CESI (chauffe eau solaire individuel), mais je
n'avais pas vraiment pris la peine de me renseigner
sérieusement et je ne me décidais pas à me lancer.
L'installation d'un chauffage solaire ne m'était par contre pas
venue à l'idée.
Au printemps 2008, mon chauffe eau électrique tombe en panne, je le répare provisoirement mais il faut le remplacer. En faisant le tour des grandes surfaces de bricolage, je tombe sur un kit en promotion pour un CESI, le vendeur me donne de la documentation concernant le montage, je l'épluche et me décide.
Le kit comprenait un ballon de 300l et 2 panneaux de 2m² plus les accessoires, il était très complet car il manquait simplement:
Au printemps 2008, mon chauffe eau électrique tombe en panne, je le répare provisoirement mais il faut le remplacer. En faisant le tour des grandes surfaces de bricolage, je tombe sur un kit en promotion pour un CESI, le vendeur me donne de la documentation concernant le montage, je l'épluche et me décide.
Le kit comprenait un ballon de 300l et 2 panneaux de 2m² plus les accessoires, il était très complet car il manquait simplement:
- le cuivre pour les liaisons entre les panneaux et la station solaire
- le cuivre pour les liaisons entre la station et le ballon
- l'isolant pour les tuyaux
- les raccords coté ballon
J'ai d'abord installé le ballon à la place de l'ancien,
il a donc fonctionné quelques temps uniquement avec la
résistance électrique. Celle-ci est située
à mi hauteur afin de ne faire l'appoint que sur la moitié
supérieur du ballon en cas de manque de soleil.
J'ai posé les panneaux sur le toit, inclinaison 20°, orientation sud +15°. J'ai ensuite réalisé le circuit primaire en cuivre 16x18 (les raccords étaient prévus pour ce diamètre) et je l'ai isolé avec de la laine de verre de 7cm d'épaisseur. Les 2 flexibles en inox préisolés avec de l'armaflex m'ont permis de faire facilement la jonction entre l'arrivée du cuivre (dans les combles) et les panneaux via 2 tuiles chatières.
J'ai posé les panneaux sur le toit, inclinaison 20°, orientation sud +15°. J'ai ensuite réalisé le circuit primaire en cuivre 16x18 (les raccords étaient prévus pour ce diamètre) et je l'ai isolé avec de la laine de verre de 7cm d'épaisseur. Les 2 flexibles en inox préisolés avec de l'armaflex m'ont permis de faire facilement la jonction entre l'arrivée du cuivre (dans les combles) et les panneaux via 2 tuiles chatières.
L'installation s'est faite sans trop
de problèmes notamment grâce au prêt d'une cintreuse
arbalète (j'en ai acheté une depuis). Après avoir
tourné 2 ou 3 jours avec de l'eau afin de vérifier qu'il
n'y avait pas de fuite, j'ai fait le remplissage avec l'antigel fourni.
La régulation est assurée par une deltasol bs, la plus basique donc. Elle ne commande qu'un seul relais: le circulateur, elle peut recevoir 4 sondes de température (T°) mais 2 seulement sont vraiment utiles (dans les panneaux et en bas du ballon).
Pour éviter les brulures, j'ai installé un mitigeur thermostatique en sortie du ballon ECS, il est réglé à 55°.
Nous avons été autonomes en ECS de la mise en service en avril 2008 jusqu'au 15 octobre environ, puis de nouveau, hormis quelques rares journées, de fin février 2009 jusqu'au démontage des panneaux (voir plus bas la 2ème partie) fin aout 2009. Lors des belles journées de décembre ou janvier, le ballon atteignait facilement les 40/45°. Avec 300l, nous avions de l'eau chaude pour 2 jours. Au delà d'une journée sans soleil, la résistance électrique faisait l'appoint.
Quitte à avoir de l'eau chaude à profusion, autant l'utiliser pour tout ce qui en nécessite dans la maison. J'ai donc fait le nécessaire pour alimenter le lave vaisselle et le lave linge en eau chaude. Pour le lave vaisselle une vanne 3 voies manuelle permet de basculer simplement de l'eau chaude à l'eau froide, pour le lave linge en plus d'une vanne 3 voies j'ai ajouté un mitigeur thermostatique de douche réglé à 40°.
J'ai
rapidement été confronté à un
problème auquel je ne m'attendais pas: le risque de surchauffe.
Dès le mois de mai, des T° de 75° étaient
atteintes dans le ballon et je commençais à
m'inquiéter pour l'été. J'ai mis en place les
possibilités de lutte contre la surchauffe que me permet la
régulation, à savoir:
Nous avons passé 2 étés comme ça, avec un ballon toujours très chaud et avec toujours au moins une personne à la maison (du moins le soir) pour réagir au cas où. Mes craintes principales étaient la coupure d'électricité en plein été et les absences prolongées.
Je me suis décidé à chercher quelles pouvaient être les vraies bonnes solutions pour remédier au problème. j'ai fini par tomber sur le site et le forum Apper, une vraie mine d'informations sur le solaire thermique, et j'ai compris plusieurs choses:
Deuxième partie: un SSC
J’ai déjà le ballon ECS, je m’oriente donc vers un système à 2 ballons: un pour l’ECS, l’autre pour le chauffage uniquement. N’étant pas capable de fabriquer moi-même une cuve ou un ballon, je choisis un ballon simple serpentin du groupement d'achat. Ce ballon sera malheureusement installé assez loin du ballon ECS et de la chaufferie à cause de sa hauteur.
Le nouveau matériel à peine livré et le ballon tout nu.
J’en profite aussi pour déplacer la chaudière et ses accessoires, ils seront plus près du système solaire et le conduit d’évacuation sera plus court. Je change aussi le radiateur de la salle de bain car l’existant sous dimensionné, nous oblige à fréquemment utiliser un petit radiateur électrique soufflant.
On voit tout de suite que l’installation et la régulation ne seront pas simples avec 2 champs de capteurs d’inclinaisons différentes et 2 ballons.
Les panneaux sur le toit sont inclinés à 50°, ceux en façade à 70°.
Le logiciel calsol me donne une couverture d'environ 50% (chauffage+ECS), ce qui me parait correcte.
Pour le ballon, je tape dans la fourchette haute soit 1000l, pour plusieurs raisons:
La régulation est assurée par une deltasol bs, la plus basique donc. Elle ne commande qu'un seul relais: le circulateur, elle peut recevoir 4 sondes de température (T°) mais 2 seulement sont vraiment utiles (dans les panneaux et en bas du ballon).
Pour éviter les brulures, j'ai installé un mitigeur thermostatique en sortie du ballon ECS, il est réglé à 55°.
Nous avons été autonomes en ECS de la mise en service en avril 2008 jusqu'au 15 octobre environ, puis de nouveau, hormis quelques rares journées, de fin février 2009 jusqu'au démontage des panneaux (voir plus bas la 2ème partie) fin aout 2009. Lors des belles journées de décembre ou janvier, le ballon atteignait facilement les 40/45°. Avec 300l, nous avions de l'eau chaude pour 2 jours. Au delà d'une journée sans soleil, la résistance électrique faisait l'appoint.
Quitte à avoir de l'eau chaude à profusion, autant l'utiliser pour tout ce qui en nécessite dans la maison. J'ai donc fait le nécessaire pour alimenter le lave vaisselle et le lave linge en eau chaude. Pour le lave vaisselle une vanne 3 voies manuelle permet de basculer simplement de l'eau chaude à l'eau froide, pour le lave linge en plus d'une vanne 3 voies j'ai ajouté un mitigeur thermostatique de douche réglé à 40°.
- Casser le rendement des capteurs en les faisant fonctionner à haute T° et en baissant la consigne de chauffage maxi du ballon à 40°. Ainsi dès que la consigne est atteinte, le circulateur s'arrête jusqu'à ce que les panneaux atteignent 110°, l'eau circule à nouveau et refroidit les capteurs, le circulateur s'arrête. Il se remet en route dès que les panneaux atteignent 110° et ainsi de suite.
- Refroidir le ballon en faisant circuler l'eau dans les panneaux la nuit, mais cela ne baisse que la T° du bas du ballon (difficilement car les panneaux sont bien isolés) et consomme bêtement de l'électricité.
Nous avons passé 2 étés comme ça, avec un ballon toujours très chaud et avec toujours au moins une personne à la maison (du moins le soir) pour réagir au cas où. Mes craintes principales étaient la coupure d'électricité en plein été et les absences prolongées.
Je me suis décidé à chercher quelles pouvaient être les vraies bonnes solutions pour remédier au problème. j'ai fini par tomber sur le site et le forum Apper, une vraie mine d'informations sur le solaire thermique, et j'ai compris plusieurs choses:
- Mes panneaux ne sont pas assez inclinés, je récolte trop de calories en été et moins que s'ils étaient correctement inclinés en hiver.
- S'il n'y a pas d'autre solution que de les laisser à plat sur le toit, il serait préférable d'avoir moins de surface de capteurs.
- On peut installer une boucle de décharge, par exemple un radiateur à l'extérieur, mais ma régulation ne sait pas la gérer.
- Il est possible de masquer un des deux panneaux en été, le toit est facilement accessible, il faut juste prendre des précautions vis à vis du vent. C'est une idée que j'ai rapidement eue en tête.
Avec du recul, je me suis rendu compte
que les capteurs plans saturent quand on les fait travailler à
très haute température et qu'ils auraient certainement eu
du mal à faire monter le ballon à plus de 90° (T°
limite du ballon). Mais vis à vis de la durée de vie du
ballon ce n'est pas une solution notamment à cause du calcaire
qui précipite d'autant plus que l'eau est chaude.
Après lecture du site, du forum et du livre Apper,
je décide de ne pas simplement palier les problèmes de
surchauffe mais de réaliser un système solaire
combiné (SSC) à savoir toujours de l'ECS mais aussi et
surtout du chauffage, moyennant bien sur une extension de
l'installation.
Deuxième partie: un SSC
Pourquoi?
- L'énergie solaire est gratuite, ne participe pas à l’effet de serre, il suffit juste de l’apprivoiser.
- Le prix de l’énergie est en constante augmentation et pour le prix d’une pompe à chaleur ou d’une chaudière à condensation (2 solutions que j'ai envisagées), je peux avoir une installation solaire, par contre pour rester dans cette même gamme de prix je dois faire moi-même l’installation.
Choix du matériel, choix des emplacements.
Je n’ai pas la possibilité d’installer les capteurs au sol, la seule solution qui me reste est donc d’installer les panneaux sur le toit. Afin de leur donner une inclinaison correcte, de limiter la prise au vent et pour des raisons esthétiques, je m’oriente très vite vers les LM1240 du groupement d’achat d’Apper. Ces panneaux de seulement 0.6m de haut sont idéals dans ce genre de situation. Par contre je souhaite conserver mes panneaux existants, ils ont à peine 1 an. Après avoir envisagé diverses possibilités, je les ai mis en façade sous une terrasse. Un murier platane situé juste devant leur fait de l’ombre, c’est gênant uniquement au mois d’octobre, avant ce masque participe à éviter la surchauffe et début novembre le murier est taillé.J’ai déjà le ballon ECS, je m’oriente donc vers un système à 2 ballons: un pour l’ECS, l’autre pour le chauffage uniquement. N’étant pas capable de fabriquer moi-même une cuve ou un ballon, je choisis un ballon simple serpentin du groupement d'achat. Ce ballon sera malheureusement installé assez loin du ballon ECS et de la chaufferie à cause de sa hauteur.
Le nouveau matériel à peine livré et le ballon tout nu.
J’en profite aussi pour déplacer la chaudière et ses accessoires, ils seront plus près du système solaire et le conduit d’évacuation sera plus court. Je change aussi le radiateur de la salle de bain car l’existant sous dimensionné, nous oblige à fréquemment utiliser un petit radiateur électrique soufflant.
On voit tout de suite que l’installation et la régulation ne seront pas simples avec 2 champs de capteurs d’inclinaisons différentes et 2 ballons.
Les panneaux sur le toit sont inclinés à 50°, ceux en façade à 70°.
Dimensionnement.
Sans me lancer dans de grands calculs, je pars sur une base de 10% (livre Apper) de la surface à chauffer soit 10m². Je commande 6 LM1240 (soit 7m² + les 4m² déjà en ma possession.)Le logiciel calsol me donne une couverture d'environ 50% (chauffage+ECS), ce qui me parait correcte.
Pour le ballon, je tape dans la fourchette haute soit 1000l, pour plusieurs raisons:
- On peut faire évoluer une installation solaire, mais il est impossible d’augmenter le volume du ballon sans le changer.
- Je peux par contre si besoin ajouter 2 ou 3 panneaux.
- Je vais refaire l’isolation des combles donc diminuer la température de départ du chauffage.
- Je peux aussi si besoin changer et/ou ajouter quelques radiateurs dans la maison dans le même but.
Schéma hydraulique.
Après la lecture du livre Apper et des différents comptes rendus (CR) sur le site je décide d’adopter le principe utilisé par Yves Guern pour la partie chauffage. J'ai en effet mis un bon moment à comprendre comment intégrer le solaire à mon chauffage.
Le
ballon ECS étant à 2 échangeurs, je rajoute la
possibilité de faire l’appoint ECS en hiver par la
chaudière. Hors période de chauffage le ballon de
chauffage pourra aussi faire l’appoint ECS si nécessaire.
Pour la partie solaire, le schéma est classique hormis le fait qu’il y a 2 champs de capteurs.
Pour la partie solaire, le schéma est classique hormis le fait qu’il y a 2 champs de capteurs.
Note: Les 2 champs solaires produisent à un chouïa
près (le matin et le soir) en même temps (mais pas à la même puissance). J'aurais donc
pu, sans grosse perte, gérer les 2 champs comme un seul et
utiliser un seul circulateur, ce qui aurait simplifié beaucoup et la
régulation et le montage.
L’automate a besoin de cartes convertisseurs (interfaces) pour que l’on puisse y connecter les sondes de températures, celles proposées par Crouzet étants très chères, j’ai donc opté pour 4 cartes de Patrick07, les sondes sont des PT1000, elles servent dans les capteurs et pour la température extérieure.
N’ayant pas assez de 6 sondes, j’ai aussi opté pour la carte multiplexeur (toujours de Patrick07) qui permet de brancher 8 sondes sur une seule entrée analogique de l’API. Les sondes sont des KTY10 et sont utilisées dans la chaufferie. Ces cartes ont été faites par un ami Denis.
J’ai préféré protéger toutes les sorties du M3 par des relais et chaque organe est protégé par un fusible différent.
Les cartes convertisseurs des sondes extérieures sont protégées selon ce montage.
Par moment un seul des 2 panneaux est ombragé. Si c’est le panneau qui a la sonde qui sert à la régulation, le circulateur ne fonctionne pas et la T° s’élève dangereusement dans le second. J’ai donc mis une sonde dans chaque panneau et je fais une moyenne des 2 T° .
Dans les 2 modes, les circulateurs solaires se mettent en route indépendamment si la T° dans les capteurs dépasse de 10° le bas du ballon concerné et s’arrêtent quand l’écart n’est plus que de 4°.
J’ai mis en place aussi une possibilité de refroidissement nocturne où les circulateurs solaires se mettent en route de 0h à 5h pour refroidir le bas du ballon de chauffage et ainsi limiter la surchauffe.
Petite particularité: la vanne 3 voies V3V2 qui dirige le fluide soit vers le ballon de chauffage soit vers la décharge est à 3 positions. Il existe donc une position intermédiaire où une partie du fluide est dirigée vers la décharge et l’autre partie vers le ballon. J’utilise cette position pour le refroidissement nocturne, les panneaux étants bien isolés, ils dissipent mal la chaleur, en passant par les radiateurs de décharge cela va beaucoup plus vite.
Note: pendant l’été 2010, la sur-isolation des ballons n’était pas faite, et les conduites n’étaient pas encore toutes isolées, la décharge a peu servie et le refroidissement nocturne pas du tout, je verrai à l’avenir s’il est nécessaire de conserver toutes ces fonctions.
La décharge et autres futilités n’ont aucun intérêt dans ce mode.
Pour la régulation du chauffage, j’ai pour le moment gardé mon ancienne régulation Landis et Gyr, elle régule la T° de départ vers les radiateurs, en fonction de la T° extérieure, via la vanne 3 voies mélangeuse V3V chauffage. Le reste est géré par l’automate. Un thermostat d’ambiance situé dans la pièce principale commande la mise en route ou l’arrêt du circulateur de chauffage, le circulateur chaudière (cf schéma) assure un retour suffisamment chaud à la chaudière, il tourne en même temps que le circulateur de chauffage si la chaudière est en route.
2 vannes 3 voies directionnelles permettent d’utiliser ou pas l’énergie stockée dans le ballon, V3V3 permet d’ envoyer le retour des radiateurs soit vers la chaudière, soit vers le ballon, V3V4 permet d’envoyer l’eau venant du ballon soit vers la chaudière soit directement dans les radiateurs.
Le circuit chauffage avait été réalisé à l’époque en 18x20, ce standard n’existant plus, les partie à refaire ont été faites en 20x22.
Circuit chauffage, ça parait compliqué, mais c'est surtout dû au manque de place.
On y voit les 3 circulateurs: chauffage, chaudière et appoint ecs
ainsi que les V3V 3,4 et chauffage.
Pour le circuit solaire, les parties communes aux 2 champs sont en 20x22, les parties non communes en 16x18.
Le circuit solaire coté ballon ECS
avec les circulateurs solaires et V3V1.
Les circuits solaire et chauffage coté ballon de chauffage avec V3V2.
Les radiateurs de décharge derrière le ballon de chauffage.
Les V3V 1 et 3 et 4 sont des vannes tout ou rien (TOR) bistables (elles ne consomment de l’électricité que pour basculer d’une position à l’autre et non en permanence dans une des 2 positions) étanches en 1 pouce.
V3V2 est vanne à bille à 3 positions raccords cuivre 22 (ce qui n’est pas une bonne idée pour la maintenance!)
La vanne chauffage est une vanne mélangeuse, elle était déjà présente avant le solaire.
Les circulateurs de chauffage et chaudière ont été changés pour des modèles électroniques sensés consommer moins et s’adapter aux variations de pertes de charges du circuit lorsque les robinets thermostatiques des radiateurs se ferment, en pratique sur le modèle avec affichage de la puissance (grundfos alpha2) je n’observe pas de différences de puissance consommée.
Ayant besoin d’un 2ème circulateur pour le 2ème champ solaire, j’ai aussi essayé un circulateur électronique. Ca marche bien du moins avec le modèle que j’avais (Laing écocirc), en effet plus besoin de vanne de réglage pour régler le débit dans les panneaux, le réglage de la vitesse du circulateur suffit. Mais il est tombé en panne au bout de quelques mois et j’ai remis par prudence une pompe classique.
Pour le 2ème champ solaire, des clapets anti retour (CAR), une vanne de réglage et un débitmètre (compteur d’eau chaude) ont été ajoutés pour faire l’équivalent de la station solaire du 1er champ. Un vase d’expansion « solaire » de 25 litres a été ajouté à l’existant. Coté chauffage c’est en tout 100 litres de vase d’expansion qui ont été installés pour absorber la dilatation des 1000 litres d’eau du ballon.
J’ai conservé les purgeurs manuels sur les anciens panneaux, de plus ils sont accessibles de la terrasse lors des phases de purge, j’ai par contre mis des purgeurs automatiques pour les panneaux sur le toit c’est plus pratique. Après la purge, les purgeurs automatiques sont isolés via une vanne pour éviter la perte d’une partie du liquide caloporteur (sous forme gazeuse) lors d’une surchauffe accidentelle.
Les doigts de gant pour les prises de températures sont tous faits maison, les raccords sur les panneaux, pour des raisons pratiques ont été fait avec des croix.
Les LM1240 (capteurs en échelle) ont été montés en 2 groupes de trois, je n’ai pas eu d’équilibrage à faire entre les 2 groupes (T° identique). J’ai mis aussi les fameux diaphragmes de Yves Guern le but étant de rééquilibrer la perte de débit dans le panneau du milieu. Utilisant les raccords interpanneaux du groupement d’achat, je n’ai pas trop su comment faire exactement les calculs, après divers calculs et sachant que les rondelles doivent être plus petites que les raccords (15mm environ) j’ai mis des rondelles de 12mm. C’est un peu empirique et non mesurable in situ.
Les SFK21 (capteurs en série) ont été montés en Tickelman, c’est peut être du luxe.
Hervé, un ami, m’a fait les supports des SFK21 et en a profité pour m’apprendre à souder, j’ai donc pu faire les supports et les pattes pour les LM1240.
Pour les SFK21 les 2 supports ont été faits avec du U de 40mm, les panneaux venant s’y accrocher comme avec les supports d’origine. Ils sont fixés au mur avec des scellements chimiques.
Pour les LM1240 sur le toit, j’ai fait 2 supports de 6m de long (1 par groupe de 3 panneaux), pour des raisons pratiques, ils font 2 fois 3m et sont boulonnés au milieu. Ils sont réalisés avec de la cornière de 40mm et du U de 40mm pour les renforts verticaux et sont recouverts de calandrite pour éviter les phénomènes d’électrolyse entre le fer et l’alu. Je n’ai pas eu confiance (le mistral !!!) aux rainures de fixation, je les ai donc fixés avec des cornières + petites pattes, à refaire j’utiliserais les rainures! Les pattes sont faites en cornière de 40mm et fer plat de 50mm, 1 point d’ancrage pour celles du bas et 2 pour celles du haut. L’étanchéité est faite avec de la calendrite et du mastic sika.
Le ballon de chauffage est maintenant sur-isolé avec 20cm de laine de roche en plus des 10cm de mousse d'origine. Le ballon ECS le sera bientôt.
Le ballon de chauffage sur-isolé.
Le fluide caloporteur est pour le moment de l’eau avec donc une gestion antigel faite par la régulation, je passerai à un mélange eau + antigel (monopropylène glycol, l’éthylène glycol étant un poison) dosé faiblement quitte à garder une gestion antigel vers -10° car il fait rarement moins de -5° sur la Côte Bleue.
J’ai eu quelques petites surprises avec le programme de l’API car on ne voit pas tout en mode simulation mais rien de grave.
L’appoint ECS par la chaudière fonctionne mal car celle-ci ne fournit de l’eau qu’à 55-65°, difficile dans ces conditions de faire l’appoint à 60°. Pour m’en servir je crois qu’il va falloir que ce soit l’automate qui gère la T° de la chaudière.
L’utilisation de 2 régulations m’a aussi posé quelques problèmes. En effet le M3 ne fait que lire la T° de départ vers les radiateurs (T° gérée par la régul Landis et Gyr) et plusieurs fois le système a tourné en boucle sur le solaire sans rebasculer sur la chaudière. J’ai réglé le problème en augmentant le deltaT entre le T° en haut du ballon et celle du départ chauffage (compromis entre utilisation maxi de l'eau chaude solaire et bon fonctionnement ) afin que V3V4 bascule plus rapidement vers la chaudière. J’hésite (mais j'y songe!) à tout gérer par le M3 car je pense que la régulation de la vanne mélangeuse sera moins fine, à voir plus tard.
Le système reste simple à utiliser même pour ceux qui ne l’ont pas conçu, juste quelques interrupteurs:
2300 kwh par an d'économisés sur la facture EDF grâce au solaire, au changement de quelques ampoules, au changement du réfrigérateur (classe A++) et à l'arrêt de l'utilisation du petit radiateur électrique dans la salle de bains.
Pour le fioul: 250 litres économisés sur l'hiver 2009/2010 malgré une installation terminée mi-janvier et l'isolation non faite.
Pour l'hiver 2010/2011: arrêt de la chaudière le 16 mars, moins de 250 litres de fioul consommés et environ 1/2 stère de bois. Bref ça marche!!
Je voudrais remercier aussi tous les Apperiens qui m'ont aidé directement ou indirectement sur le forum ou par leurs contributions sur le site (ils se reconnaitront), avec une mention spéciale pour ceux déjà cités dans ce compte rendu.
Hervé pour son aide, ses conseils toujours avisés, la fabrication des supports des panneaux en façade et ses leçons de soudures qui m'ont permis de réaliser les supports des panneaux sur le toit.
Denis qui m'a réalisé les cartes de Patrick 07.
Rémi, Jean Louis et Jean Pierre pour leurs aides (parfois à brûle pourpoint!!!)
Ma femme, ma fille pour leur patience et leurs visites malgré elles du paysage vu du toit!
Les schémas ont été faits sous Open Office, merci à Yves Br pour le tutoriel.
Eric
Régulation.
Comme beaucoup d’autres auto-installateurs, je me suis décidé pour un automate programmable industriel (API) Millénium3 (M3) de Crouzet disposant de 6 entrées analogiques indispensables pour y connecter les sondes de températures. Ils permettent de faire à peu près ce qu’on veut, et avec 2 champs et 2 ballons, j’ai besoin de souplesse. La programmation en est assez aisée grâce à l’aide précieuse qu’apportent les tutoriaux de P_Bricoleur, André Bayle et Pasquall. Le M3 a aussi été acheté grâce à un groupement d’achat, celui-ci a été initié par André Bayle et est géré maintenant par Pasquall. J'utilise aussi le logiciel Smart App de Pasquall (encore!) qui permet d'avoir une supervision en temps réel de l'installation, mais ne souhaitant pas laisser un ordinateur branché en permanence sur le M3, je m'en sers pour vérifier de temps en temps le bon fonctionnement de l'installation (très utile à la mise en service) et puis c'est beau!L’automate a besoin de cartes convertisseurs (interfaces) pour que l’on puisse y connecter les sondes de températures, celles proposées par Crouzet étants très chères, j’ai donc opté pour 4 cartes de Patrick07, les sondes sont des PT1000, elles servent dans les capteurs et pour la température extérieure.
N’ayant pas assez de 6 sondes, j’ai aussi opté pour la carte multiplexeur (toujours de Patrick07) qui permet de brancher 8 sondes sur une seule entrée analogique de l’API. Les sondes sont des KTY10 et sont utilisées dans la chaufferie. Ces cartes ont été faites par un ami Denis.
J’ai préféré protéger toutes les sorties du M3 par des relais et chaque organe est protégé par un fusible différent.
Les cartes convertisseurs des sondes extérieures sont protégées selon ce montage.
Détails des sondes:
- 1er champ de capteurs panneau 1
- 1er champ de capteurs panneau 2
- 2ème champ de capteurs
- Température (T°) extérieure (pour info ne participe pas pour le moment à la régulation)
- T° bas ballon ECS
- T° haut ballon ECS
- T° bas ballon chauffage
- T° haut ballon chauffage
- T° départ chauffage
- T° retour chauffage
- T° arrivée circuit solaire (en provenance des capteurs) pour info ne participe pas à la régulation
- T° retour circuit solaire (vers les capteurs) pour info ne participe pas à la régulation
Par moment un seul des 2 panneaux est ombragé. Si c’est le panneau qui a la sonde qui sert à la régulation, le circulateur ne fonctionne pas et la T° s’élève dangereusement dans le second. J’ai donc mis une sonde dans chaque panneau et je fais une moyenne des 2 T° .
Régulation partie solaire.
2 modes : priorité ECS ou priorité chauffage.Dans les 2 modes, les circulateurs solaires se mettent en route indépendamment si la T° dans les capteurs dépasse de 10° le bas du ballon concerné et s’arrêtent quand l’écart n’est plus que de 4°.
En priorité ECS (en été donc).
On chauffe le ballon ECS jusqu'à 58° (moins de 60° pour éviter de précipiter trop de calcaire), puis le ballon de chauffage jusqu’à 75°, puis on dirige le fluide caloporteur vers la décharge en fonctionnement dégradé pour casser au maximum le rendement des panneaux (plus ils sont chauds, plus il y a de déperdition malgré leurs bonnes isolations donc le rendement s’écroule). Le circulateur solaire du champ concerné ne se met en route que lorsque les capteurs ont atteint 95° et s’arrêtent à 85° et ainsi de suite.J’ai mis en place aussi une possibilité de refroidissement nocturne où les circulateurs solaires se mettent en route de 0h à 5h pour refroidir le bas du ballon de chauffage et ainsi limiter la surchauffe.
Petite particularité: la vanne 3 voies V3V2 qui dirige le fluide soit vers le ballon de chauffage soit vers la décharge est à 3 positions. Il existe donc une position intermédiaire où une partie du fluide est dirigée vers la décharge et l’autre partie vers le ballon. J’utilise cette position pour le refroidissement nocturne, les panneaux étants bien isolés, ils dissipent mal la chaleur, en passant par les radiateurs de décharge cela va beaucoup plus vite.
Note: pendant l’été 2010, la sur-isolation des ballons n’était pas faite, et les conduites n’étaient pas encore toutes isolées, la décharge a peu servie et le refroidissement nocturne pas du tout, je verrai à l’avenir s’il est nécessaire de conserver toutes ces fonctions.
En priorité chauffage.
On chauffe en priorité le ballon de chauffage et quand le soleil n’en est pas capable on en profite pour chauffer le ballon ECS car celui-ci est toujours plus froid. En pratique sur une journée classique, le matin c’est le ballon ECS qui commence à être chauffé, puis le ballon de chauffage la majeure partie de la journée puis en fin d’après midi de nouveau le ballon ECS.La décharge et autres futilités n’ont aucun intérêt dans ce mode.
Régulation partie chauffage.
Appoint ECS: 3 solutions possibles- Par la résistance électrique située au milieu du ballon.
- Par la chaudière si elle est en route via le circulateur appoint ECS.
- Par le ballon de chauffage si on est en priorité ECS via le circulateur appoint ECS.
Pour la régulation du chauffage, j’ai pour le moment gardé mon ancienne régulation Landis et Gyr, elle régule la T° de départ vers les radiateurs, en fonction de la T° extérieure, via la vanne 3 voies mélangeuse V3V chauffage. Le reste est géré par l’automate. Un thermostat d’ambiance situé dans la pièce principale commande la mise en route ou l’arrêt du circulateur de chauffage, le circulateur chaudière (cf schéma) assure un retour suffisamment chaud à la chaudière, il tourne en même temps que le circulateur de chauffage si la chaudière est en route.
2 vannes 3 voies directionnelles permettent d’utiliser ou pas l’énergie stockée dans le ballon, V3V3 permet d’ envoyer le retour des radiateurs soit vers la chaudière, soit vers le ballon, V3V4 permet d’envoyer l’eau venant du ballon soit vers la chaudière soit directement dans les radiateurs.
- Si le ballon est plus froid que le retour radiateur, V3V3 est mis sur la position A et le chauffage est 100% fioul
- Si le ballon est plus chaud que le retour radiateur, mais plus froid que le départ vers les radiateurs V3V3 sera sur B et V3V4 sur B le chauffage est partiellement solaire.
- Si le ballon est plus chaud que le départ radiateurs V3V3 sera sur B et V3V4 sur A le chauffage est 100% solaire.
La plomberie.
Toute les soudures ont été réalisées à l’étain, les joints soit avec de la filasse soit par joints plats solaires (résistants à des plus hautes T°). Les soudures à l’étain sont plus laborieuses (poncer, étamer…) mais à la portée de tous et sans matériel particulier.Le circuit chauffage avait été réalisé à l’époque en 18x20, ce standard n’existant plus, les partie à refaire ont été faites en 20x22.
Circuit chauffage, ça parait compliqué, mais c'est surtout dû au manque de place.
On y voit les 3 circulateurs: chauffage, chaudière et appoint ecs
ainsi que les V3V 3,4 et chauffage.
Pour le circuit solaire, les parties communes aux 2 champs sont en 20x22, les parties non communes en 16x18.
Le circuit solaire coté ballon ECS
avec les circulateurs solaires et V3V1.
Les circuits solaire et chauffage coté ballon de chauffage avec V3V2.
Les radiateurs de décharge derrière le ballon de chauffage.
Les V3V 1 et 3 et 4 sont des vannes tout ou rien (TOR) bistables (elles ne consomment de l’électricité que pour basculer d’une position à l’autre et non en permanence dans une des 2 positions) étanches en 1 pouce.
V3V2 est vanne à bille à 3 positions raccords cuivre 22 (ce qui n’est pas une bonne idée pour la maintenance!)
La vanne chauffage est une vanne mélangeuse, elle était déjà présente avant le solaire.
Les circulateurs de chauffage et chaudière ont été changés pour des modèles électroniques sensés consommer moins et s’adapter aux variations de pertes de charges du circuit lorsque les robinets thermostatiques des radiateurs se ferment, en pratique sur le modèle avec affichage de la puissance (grundfos alpha2) je n’observe pas de différences de puissance consommée.
Ayant besoin d’un 2ème circulateur pour le 2ème champ solaire, j’ai aussi essayé un circulateur électronique. Ca marche bien du moins avec le modèle que j’avais (Laing écocirc), en effet plus besoin de vanne de réglage pour régler le débit dans les panneaux, le réglage de la vitesse du circulateur suffit. Mais il est tombé en panne au bout de quelques mois et j’ai remis par prudence une pompe classique.
Pour le 2ème champ solaire, des clapets anti retour (CAR), une vanne de réglage et un débitmètre (compteur d’eau chaude) ont été ajoutés pour faire l’équivalent de la station solaire du 1er champ. Un vase d’expansion « solaire » de 25 litres a été ajouté à l’existant. Coté chauffage c’est en tout 100 litres de vase d’expansion qui ont été installés pour absorber la dilatation des 1000 litres d’eau du ballon.
J’ai conservé les purgeurs manuels sur les anciens panneaux, de plus ils sont accessibles de la terrasse lors des phases de purge, j’ai par contre mis des purgeurs automatiques pour les panneaux sur le toit c’est plus pratique. Après la purge, les purgeurs automatiques sont isolés via une vanne pour éviter la perte d’une partie du liquide caloporteur (sous forme gazeuse) lors d’une surchauffe accidentelle.
Les doigts de gant pour les prises de températures sont tous faits maison, les raccords sur les panneaux, pour des raisons pratiques ont été fait avec des croix.
Les LM1240 (capteurs en échelle) ont été montés en 2 groupes de trois, je n’ai pas eu d’équilibrage à faire entre les 2 groupes (T° identique). J’ai mis aussi les fameux diaphragmes de Yves Guern le but étant de rééquilibrer la perte de débit dans le panneau du milieu. Utilisant les raccords interpanneaux du groupement d’achat, je n’ai pas trop su comment faire exactement les calculs, après divers calculs et sachant que les rondelles doivent être plus petites que les raccords (15mm environ) j’ai mis des rondelles de 12mm. C’est un peu empirique et non mesurable in situ.
Les SFK21 (capteurs en série) ont été montés en Tickelman, c’est peut être du luxe.
Les supports.
C’était une grosse inquiétude pour moi car je n’avais jamais fais de soudure à l’arc.Hervé, un ami, m’a fait les supports des SFK21 et en a profité pour m’apprendre à souder, j’ai donc pu faire les supports et les pattes pour les LM1240.
Pour les SFK21 les 2 supports ont été faits avec du U de 40mm, les panneaux venant s’y accrocher comme avec les supports d’origine. Ils sont fixés au mur avec des scellements chimiques.
Pour les LM1240 sur le toit, j’ai fait 2 supports de 6m de long (1 par groupe de 3 panneaux), pour des raisons pratiques, ils font 2 fois 3m et sont boulonnés au milieu. Ils sont réalisés avec de la cornière de 40mm et du U de 40mm pour les renforts verticaux et sont recouverts de calandrite pour éviter les phénomènes d’électrolyse entre le fer et l’alu. Je n’ai pas eu confiance (le mistral !!!) aux rainures de fixation, je les ai donc fixés avec des cornières + petites pattes, à refaire j’utiliserais les rainures! Les pattes sont faites en cornière de 40mm et fer plat de 50mm, 1 point d’ancrage pour celles du bas et 2 pour celles du haut. L’étanchéité est faite avec de la calendrite et du mastic sika.
Mise en route.
L’installation partielle avec uniquement les SFK21 a tourné à partir de septembre 2009 et uniquement en priorité ECS. L’installation complète fonctionne depuis mi-janvier 2010, les résultats pour le moment semblent prometteurs malgré cet hiver très peu ensoleillé même dans le sud de la France et malgré l’absence d’isolation des canalisations car j’ai préféré m’assurer qu’il n’y avait plus de fuites. Les ballons n’étants pas sur-isolés, je perdais beaucoup la nuit ce que j’avais gagné le jour. Le ballon avait du mal à dépasser les 50°. La chaudière a malgré tout été arrêtée le 17 mars 2010 (le jour ou j’ai fait renter du fioul!), et à part 3 ou 4 petites flambées le soir, la saison de chauffe s’est terminée avec le solaire. Grand luxe, nous avons continué à chauffer la salle de bain le matin en mai et en début d'automne. La chaudière a été remise en route le 25 novembre, quelques petites flambées le soir ont aidé le solaire jusqu'à cette date.Le ballon de chauffage est maintenant sur-isolé avec 20cm de laine de roche en plus des 10cm de mousse d'origine. Le ballon ECS le sera bientôt.
Le ballon de chauffage sur-isolé.
Le fluide caloporteur est pour le moment de l’eau avec donc une gestion antigel faite par la régulation, je passerai à un mélange eau + antigel (monopropylène glycol, l’éthylène glycol étant un poison) dosé faiblement quitte à garder une gestion antigel vers -10° car il fait rarement moins de -5° sur la Côte Bleue.
J’ai eu quelques petites surprises avec le programme de l’API car on ne voit pas tout en mode simulation mais rien de grave.
L’appoint ECS par la chaudière fonctionne mal car celle-ci ne fournit de l’eau qu’à 55-65°, difficile dans ces conditions de faire l’appoint à 60°. Pour m’en servir je crois qu’il va falloir que ce soit l’automate qui gère la T° de la chaudière.
L’utilisation de 2 régulations m’a aussi posé quelques problèmes. En effet le M3 ne fait que lire la T° de départ vers les radiateurs (T° gérée par la régul Landis et Gyr) et plusieurs fois le système a tourné en boucle sur le solaire sans rebasculer sur la chaudière. J’ai réglé le problème en augmentant le deltaT entre le T° en haut du ballon et celle du départ chauffage (compromis entre utilisation maxi de l'eau chaude solaire et bon fonctionnement ) afin que V3V4 bascule plus rapidement vers la chaudière. J’hésite (mais j'y songe!) à tout gérer par le M3 car je pense que la régulation de la vanne mélangeuse sera moins fine, à voir plus tard.
Le système reste simple à utiliser même pour ceux qui ne l’ont pas conçu, juste quelques interrupteurs:
- Un pour la priorité ECS ou chauffage.
- Un pour la mise en route de la chaudière.
- Le chauffage se déclenche uniquement par le thermostat d’ambiance, il suffit donc de le mettre en route ou de l’arrêter, le chauffage peut donc fonctionner en priorité ECS (exemple: chauffage de la salle de bain en mai) mais le M3 bloque la chaudière.
- Appoint ECS fioul ou électrique.
- Raz des alarmes et des T° enregistrées.
Bilan:
La grosse erreur: l'installation en 2 parties, coût plus élevé, plus de travail pour la mise en œuvre, 2 types de panneaux différents donc 2 champs séparés. Il aurait mieux valu tout faire en une seule fois, bien réfléchir à ce qu'on veut faire avant de se lancer. A refaire: un seul champ avec uniquement des LM1240 sur le toit.2300 kwh par an d'économisés sur la facture EDF grâce au solaire, au changement de quelques ampoules, au changement du réfrigérateur (classe A++) et à l'arrêt de l'utilisation du petit radiateur électrique dans la salle de bains.
Pour le fioul: 250 litres économisés sur l'hiver 2009/2010 malgré une installation terminée mi-janvier et l'isolation non faite.
Pour l'hiver 2010/2011: arrêt de la chaudière le 16 mars, moins de 250 litres de fioul consommés et environ 1/2 stère de bois. Bref ça marche!!
Remerciements.
Je voudrais remercier tout d'abord Pierre Amet pour son sens du partage, la création de l'association Apper et tout ce qui en découle.Je voudrais remercier aussi tous les Apperiens qui m'ont aidé directement ou indirectement sur le forum ou par leurs contributions sur le site (ils se reconnaitront), avec une mention spéciale pour ceux déjà cités dans ce compte rendu.
Hervé pour son aide, ses conseils toujours avisés, la fabrication des supports des panneaux en façade et ses leçons de soudures qui m'ont permis de réaliser les supports des panneaux sur le toit.
Denis qui m'a réalisé les cartes de Patrick 07.
Rémi, Jean Louis et Jean Pierre pour leurs aides (parfois à brûle pourpoint!!!)
Ma femme, ma fille pour leur patience et leurs visites malgré elles du paysage vu du toit!
Les schémas ont été faits sous Open Office, merci à Yves Br pour le tutoriel.
Eric