Un SSC
Le Solaire Sans Compromis
Version 1
Par Richard Delmelle (Richardel) Verviers Belgique (province de Liège)
richard.delmelle chez skynet.be
Le Solaire Sans Compromis
Version 1
Par Richard Delmelle (Richardel) Verviers Belgique (province de Liège)
richard.delmelle chez skynet.be
Pourquoi ce titre ?
Parce que ceux qui veulent du simple vont être déçus.
Je voulais une installation solaire performante car la situation géographique (EST de la Belgique) n’est pas inondée de soleil et que les (trop) rares rayons doivent être mis en valeur.
Certains prétendent que l’installation doit être onéreuse et ils ont raison. Mais je pense que faire un investissement limité et avoir une installation peu performante est un très mauvais calcul surtout dans nos régions. Bien sur, il est possible d’investir moins que moi et d’avoir une installation performante mais il faut savoir ce qui est essentiel et ce qui peut être sacrifié.
C’est un peu le rôle de ce compte rendu. Pour connaitre ces « essentiels », j’ai voulu faire une installation « sans compromis ». C’est un peu une sorte de prototype. A la fin du document, un chapitre est consacré à ce qui me parait important et ce qui me parait inutile permettant, à chacun, de se faire son idée.
J’ai mis en pratique des petits systèmes sensés améliorer la production ou l’utilisation de l’eau chaude (produite par le solaire ou par la chaudière). Certains m’ont surpris, d’autres m’ont déçu. Ca a été l’occasion de tester, de me faire une idée et de partager mon expérience avec vous.
J’ai fait un SSC (système combiné avec soutien chauffage) parce que mon chauffage central au gaz le permettait. Je pense qu’un système SSC, même s’il est plus cher, est plus vite amorti qu’un chauffe eau solaire simple. En effet, la quantité d’énergie récupérable pour le chauffage est bien plus importante que l’énergie d’une douche quotidienne. En réalité, l’amortissement sera d’autant plus rapide que l’installation solaire produira de l’énergie… d’où l’importance de sa performance.
Lors de ma réalisation, une grande vérité m’est apparue. Peu importe la température de l’eau réchauffée, ce qui est important, c’est le nombre de Kwh récupérés… Pour avoir un certain confort, on a besoin d’un certain nombre de Kwh. Plus le solaire en produit gratuitement, moins la facture est élevée.
Le système contribuera à tous les postes d’eau chaude de la maison. Le sanitaire, bien sur, le chauffage mais aussi le préchauffage (60°) de l’eau de la machine à laver et du lave vaisselle.
Le numéro de la version du document est mentionné car, quand j’aurais un peu plus d’expérience, je compléterais ce document en créant une seconde version pour vous faire profiter des derniers « rebondissements ».
Le titre est un peu pompeux car j’ai fait le moins de compromis possible mais certains ont été obligatoires. Si vous le voulez bien, voyons cela… Et tout commence par…
Je voulais une installation solaire performante car la situation géographique (EST de la Belgique) n’est pas inondée de soleil et que les (trop) rares rayons doivent être mis en valeur.
Certains prétendent que l’installation doit être onéreuse et ils ont raison. Mais je pense que faire un investissement limité et avoir une installation peu performante est un très mauvais calcul surtout dans nos régions. Bien sur, il est possible d’investir moins que moi et d’avoir une installation performante mais il faut savoir ce qui est essentiel et ce qui peut être sacrifié.
C’est un peu le rôle de ce compte rendu. Pour connaitre ces « essentiels », j’ai voulu faire une installation « sans compromis ». C’est un peu une sorte de prototype. A la fin du document, un chapitre est consacré à ce qui me parait important et ce qui me parait inutile permettant, à chacun, de se faire son idée.
J’ai mis en pratique des petits systèmes sensés améliorer la production ou l’utilisation de l’eau chaude (produite par le solaire ou par la chaudière). Certains m’ont surpris, d’autres m’ont déçu. Ca a été l’occasion de tester, de me faire une idée et de partager mon expérience avec vous.
J’ai fait un SSC (système combiné avec soutien chauffage) parce que mon chauffage central au gaz le permettait. Je pense qu’un système SSC, même s’il est plus cher, est plus vite amorti qu’un chauffe eau solaire simple. En effet, la quantité d’énergie récupérable pour le chauffage est bien plus importante que l’énergie d’une douche quotidienne. En réalité, l’amortissement sera d’autant plus rapide que l’installation solaire produira de l’énergie… d’où l’importance de sa performance.
Lors de ma réalisation, une grande vérité m’est apparue. Peu importe la température de l’eau réchauffée, ce qui est important, c’est le nombre de Kwh récupérés… Pour avoir un certain confort, on a besoin d’un certain nombre de Kwh. Plus le solaire en produit gratuitement, moins la facture est élevée.
Le système contribuera à tous les postes d’eau chaude de la maison. Le sanitaire, bien sur, le chauffage mais aussi le préchauffage (60°) de l’eau de la machine à laver et du lave vaisselle.
Le numéro de la version du document est mentionné car, quand j’aurais un peu plus d’expérience, je compléterais ce document en créant une seconde version pour vous faire profiter des derniers « rebondissements ».
Le titre est un peu pompeux car j’ai fait le moins de compromis possible mais certains ont été obligatoires. Si vous le voulez bien, voyons cela… Et tout commence par…
Introduction
Préface
C’est un véritable roman… Il vous
faudra bien du courage pour lire toute cette brochure d’un trait. En
fait, ce n’est pas le but de cette description.
J’y raconte la réalisation de mon installation, mon expérience, la raison de mes choix, les problèmes rencontrés (parfois) et les solutions apportées (heureusement, souvent). Vous trouverez une description de ma première installation solaire car c’est la modification de celle-ci qui est l’objet de cette description. Une rapide description de la maison et du chauffage sera faite car les caractéristiques de ces deux ensembles expliqueront certains choix.
J’ai agrémenté ce document d’anecdotes et de quelques photos dont le but est de le rendre (un peu moins) indigeste.
Si vous n’avez pas le temps de tout lire (ce que je conçois aisément), vous trouverez une table des matières qui vous guidera directement vers le sujet qui vous intéresse.
J’y raconte la réalisation de mon installation, mon expérience, la raison de mes choix, les problèmes rencontrés (parfois) et les solutions apportées (heureusement, souvent). Vous trouverez une description de ma première installation solaire car c’est la modification de celle-ci qui est l’objet de cette description. Une rapide description de la maison et du chauffage sera faite car les caractéristiques de ces deux ensembles expliqueront certains choix.
J’ai agrémenté ce document d’anecdotes et de quelques photos dont le but est de le rendre (un peu moins) indigeste.
Si vous n’avez pas le temps de tout lire (ce que je conçois aisément), vous trouverez une table des matières qui vous guidera directement vers le sujet qui vous intéresse.
Mes remerciements
Je voudrais remercier
particulièrement Totoche et Besson François pour leur participation
active au post ayant permis de peaufiner le schéma de ma
future installation.
Mais ils sont loin d’être les seuls… En fait, je voudrais associer TOUS les participants du forum de l’apper qui m’ont permis, au cours des années, d’approfondir mes connaissances, de m’intéresser à des techniques que je ne maitrisais pas et qui ont fini par déboucher sur cette réalisation.
Je leur dois bien de faire un « petit » descriptif afin d’apporter, à mon tour, une pierre à l’édifice et je le fais avec plaisir. Si cette réalisation n’est pas copiée, j’espère qu’elle apportera des idées constructives qui amélioreront les installations des un et des autres.
J’aimerais, aussi, remercier les auteurs de quelques articles et thèses qui m’ont guidé dans les choix pratique. Je voudrais citer, entre autres :
Mais ils sont loin d’être les seuls… En fait, je voudrais associer TOUS les participants du forum de l’apper qui m’ont permis, au cours des années, d’approfondir mes connaissances, de m’intéresser à des techniques que je ne maitrisais pas et qui ont fini par déboucher sur cette réalisation.
Je leur dois bien de faire un « petit » descriptif afin d’apporter, à mon tour, une pierre à l’édifice et je le fais avec plaisir. Si cette réalisation n’est pas copiée, j’espère qu’elle apportera des idées constructives qui amélioreront les installations des un et des autres.
J’aimerais, aussi, remercier les auteurs de quelques articles et thèses qui m’ont guidé dans les choix pratique. Je voudrais citer, entre autres :
- Kévyn JOHANNES et sa thèse Optimisation des installations solaires collectives d’eau chaude sanitaire : application des techniques « des faibles débits » et «du stockage divisé»
- David Blandin et sa thèse : Modélisation et validation expérimentale de nouveaux concepts de ballons solaire à forte stratification : dont la première partie m’a conforté dans mes choix et dont je ferais souvent référence. Les autres parties, plus mathématique, dépassant largement mes possibilités.
Généralités
Mon expérience solaire
Ca pourrait commencer par « il était une fois… une grande explosion que l’on appela, plus tard, le big bang… » Mais je crains que le nombre de pages n’atteigne des sommets et je ne suis pas sûr que décrire la naissance du soleil apporte quelque chose… Pour ceux que cela intéresse, une petite recherche sur internet devrait les combler.Je commencerais, donc, dans les années 1980 où je situerais ma première approche avec les énergies douces. A cette période, j’ai eu l’occasion de suivre un stage consacré à ce type d’énergie et donné à Malmédy par une ASBL. Les exposés abordaient la conception des capteurs solaires (une partie pratique a permis la réalisation de mes premiers capteurs), l’orientation, le rendement des capteurs et la régulation électronique. L’éolien avait aussi sa place mais mes compétences mécaniques limitées ne me permettaient de suivre cela que d’assez loin.
Nous avons eu droit à des visites d’installations tant solaires qu’éolienne.
Pour la petite anecdote, lors de ces visites, nous nous sommes rendu chez une personne prénommée Joseph du coté de Eynatten (près de la frontière allemande). Nous avons été surpris de découvrir son premier capteur solaire « amateur » constitué de bouteilles d’eau plastique « enfilées » sur des tuyaux socarex pour créer l’effet de serre. Et ça fonctionnait...
Convaincu par les résultats obtenus, cette personne a construit un absorbeur plus adapté et nous l’avons aidé à le hisser sur le toit. Quelques photos ont immortalisé ce moment.
Quelques années plus tard, cette personne est devenue un de mes collègue de travail et il a été très surpris de découvrir les photos de cette époque à tel point que je les lui ai donné.
Joseph a changé de métier… il est passé des télécommunications à la Région Wallonne ou il est devenu, aujourd’hui, un incontournable des énergies douces.
Comme dit ci-dessus, lors de ce stage, j’ai eu l’occasion de construire mes deux premiers capteurs solaires. Honte à moi, ces capteurs n’ont jamais été raccordés. Mes (trop) faibles connaissances en plomberie ont stoppé net la mise en service. Ah, si internet avait existé à cette époque…
Au niveau des capteurs, il faut noter que la technique n’a pas énormément évolué.
Bien sur, le coffre de Malmedy était constitué de plaques de polyuréthane collées et renforcées avec de la fibre de verre alors qu’actuellement, les bacs sont en alu embouti (pour les meilleurs capteurs) ce qui assure une excellente tenue des performances dans le temps.
A l’époque, les plaques de polycarbonate avaient la cote (malgré leur jaunissement) par rapport au verre. On privilégiait l’isolation par rapport à l’optique. Actuellement, on est revenu au verre.
L’absorbeur, lui, était déjà constitué d’ailettes serties sur des tuyaux en cuivre et le noir était obtenu par action chimique… comme actuellement.
Je parle des capteurs plans car il existe, aussi, des capteurs « sous vide » que l’on peut qualifier de révolutionnaires. Du coté pratique, cependant, on ignore toujours si cette révolution est technique ou marketing. Le débat est (et restera) ouvert longtemps.
La maison
Photo 1 coté sud de la maison avec le photovoltaïque et le thermique (déjà à 20m² sur la photo).
En 1995, j’ai fait construire une
maison 4 façades avec une toiture orientée est/sud-est et de grandes
baies vitrées pour augmenter l’effet du solaire passif.
Les pièces de vie sont, évidemment, au sud et un débordement de toit savamment calculé limite l’entrée du soleil en été. Cette disposition est efficace. Dés que le soleil se manifeste, le living accuse facilement 25 à 26° (le record, début décembre 2011, les 30° ont été atteint car, à cette période, le soleil entre profondément dans la pièce).
Comme le thermostat est dans le living, le chauffage est évidemment coupé.
Notez bien que cette température record n’est pas une bonne nouvelle car elle témoigne d’un manque d’inertie flagrant. Malgré cette température, vers 20h, le chauffage démarre car la pièce s’est refroidie. J’aurais préféré plafonner vers 23-24° et profiter d’une masse qui rayonne toute la soirée.
A la construction, j’aurais voulu 30cm d’isolant dans les murs. L’architecte m’a convaincu que ce n’était pas utile et qu’il n’y avait que les premiers centimètres qui comptaient (sic). Le jour où je croise son épouse, je me suis promis de le lui demander…
Soit, j’ai fait confiance à l’homme de métier… Mal m’en a pris car depuis 15 ans j’ai la boule au ventre quand je vois ma consommation et j’en regrette mon ancienne demeure. Depuis, il a admis son erreur mais il refuse toujours de me payer le surplus de chauffage.
Les deux gaines techniques prévues au départ et qui vont de la cave au grenier, m’ont déjà bien servi (ne fut-ce que pour le solaire thermique et photovoltaïque) et si le plan mentionne deux garages, un seul a été construit en 1995. L’agrandissement (dont on voit une partie à droite sur la photo 1) a été effectué fin 2007 et a, du reste, permis de se rendre compte des nombreuses malfaçons de la pose de l’isolation.
Au niveau chauffage, il y a un chauffage sol pour le living, la cuisine et le hall d’entrée. Des radiateurs équipent toutes les pièces (y compris celles ou il y a du chauffage sol) et ont été calculés pour avoir une température d’eau de 60 à 65° maximum. Les radiateurs sont deux fois plus imposants mais ils offrent le rendement et le confort de la « basse température ». Cette qualité les prédestinent au solaire.
Les pièces de vie sont, évidemment, au sud et un débordement de toit savamment calculé limite l’entrée du soleil en été. Cette disposition est efficace. Dés que le soleil se manifeste, le living accuse facilement 25 à 26° (le record, début décembre 2011, les 30° ont été atteint car, à cette période, le soleil entre profondément dans la pièce).
Comme le thermostat est dans le living, le chauffage est évidemment coupé.
Notez bien que cette température record n’est pas une bonne nouvelle car elle témoigne d’un manque d’inertie flagrant. Malgré cette température, vers 20h, le chauffage démarre car la pièce s’est refroidie. J’aurais préféré plafonner vers 23-24° et profiter d’une masse qui rayonne toute la soirée.
A la construction, j’aurais voulu 30cm d’isolant dans les murs. L’architecte m’a convaincu que ce n’était pas utile et qu’il n’y avait que les premiers centimètres qui comptaient (sic). Le jour où je croise son épouse, je me suis promis de le lui demander…
Soit, j’ai fait confiance à l’homme de métier… Mal m’en a pris car depuis 15 ans j’ai la boule au ventre quand je vois ma consommation et j’en regrette mon ancienne demeure. Depuis, il a admis son erreur mais il refuse toujours de me payer le surplus de chauffage.
Les deux gaines techniques prévues au départ et qui vont de la cave au grenier, m’ont déjà bien servi (ne fut-ce que pour le solaire thermique et photovoltaïque) et si le plan mentionne deux garages, un seul a été construit en 1995. L’agrandissement (dont on voit une partie à droite sur la photo 1) a été effectué fin 2007 et a, du reste, permis de se rendre compte des nombreuses malfaçons de la pose de l’isolation.
Au niveau chauffage, il y a un chauffage sol pour le living, la cuisine et le hall d’entrée. Des radiateurs équipent toutes les pièces (y compris celles ou il y a du chauffage sol) et ont été calculés pour avoir une température d’eau de 60 à 65° maximum. Les radiateurs sont deux fois plus imposants mais ils offrent le rendement et le confort de la « basse température ». Cette qualité les prédestinent au solaire.
Photo 2 Chauffage sol du salon.
La chaudière gaz est de marque Radson
sans veilleuse (allumage électronique). Elle accepte la basse
température mais n’est pas à condensation. Sa caractéristique
principale est sa faible inertie (6 litres d’eau et un alliage
d’aluminium-silicium pour le corps de chauffe (pas de fonte)).
Photo 3 de la chaudière Radson
Son comportement est assez curieux.
En régime établi, elle s’allume une quinzaine de secondes (si si,
secondes) puis s’éteint 40 à 45 secondes. C’est curieux mais ça
fonctionne bien. Seul problème, la détection de flamme rate parfois ce
qui fait passer la chaudière en sécurité. Ce n’est pas grave en soi
mais avec 60 allumages par heure, il est rare de passer un hiver sans 2
ou 3 mise en sécurité (mais c’est solutionné depuis ma première
installation solaire… nous y reviendrons).
Au printemps 2007, la société a installé 10m² de panneaux plans et une cuve Solus 560L qui était la seule à pouvoir passer dans l’escalier de la cave. J’avais déjà en vue l’extension du deuxième garage et j’avais appris que les tuiles que j’avais choisies à la construction, n’étaient plus fabriquées. C’était gênant car le deuxième garage est dans le prolongement du premier et le toit est une prolongation du toit existant. Mettre un autre type de tuile allait modifier sérieusement l’esthétique surtout coté rue (Nord), ce qui était dommage. J’ai donc demandé l’intégration des panneaux en toiture ce qui permettait de récupérer les tuiles et de m’en servir, pour l’extension.
L’installation est une installation sanitaire avec aide au chauffage (SSC).
La cuve Solus est une cuve contenant de l’eau morte (eau de chauffage). Elle constitue la pièce centrale de l’installation. La chaudière y est raccordée et vient chauffer l’eau. Les circuits sol et radiateurs partent de la cuve. Une partie des 560 litres sert donc de tampon. Je dis bien une partie (que j’estime à 200 litres) car la partie inférieure est réservée au solaire (grâce à un échangeur interne posé a plat dans le fond de cuve) et la partie supérieure est destinée à chauffer l’eau sanitaire via un échangeur direct.
Traiter différentes utilisations au sein de la même cuve est possible (et fonctionne bien) mais il faut que la cuve stratifie… ce qu’elle fait parfaitement.
Comme la chaudière doit chauffer 200 litres, elle s’active pendant une quinzaine de minutes et s’arrête 40 à 45 minutes. Ca limite le nombre d’allumages de la chaudière et, donc, le risque de mise en sécurité due à la détection de flamme que j’ai abordé plus haut.
Bien entendu, le circuit sol et radiateur passe chacun par une vanne 3 voies commandée par la régulation « control 701 » pour envoyer la température adéquate vers le sol et les radiateurs..
Du côté sanitaire, un serpentin placé dans le haut de la cuve chauffe l’eau lors de son passage à l’utilisation (pas de réserve d’eau chaude d’où protection contre la légionnelle). L’eau de chauffage se trouvant à proximité du serpentin cède ses calories et est alors guidée vers le bas de cuve (près de l’échangeur solaire) grâce à une gaine de convection qui évite tout mélange avec l’eau chaude. Notons, au passage, que l’arrivée d’eau froide sanitaire prend ses premières calories dans la gaine de convection ce qui accélère le mouvement de l’eau de stockage refroidie.
La température faible de l’eau descendante assure un excellent rendement des capteurs thermiques.
Ma première installation solaire
Du commercial, du Consolar
Travaillant dans les télécom, j’ai eu l’occasion de dépanner un client du côté de Walhorn. Je n’ai pu rater les panneaux solaires sur le toit de son bungalow. Après le dépannage, j’ai orienté la conversation vers les panneaux solaires et j’ai eu droit à une description détaillée de son installation. C’est le premier qui m’a parlé de Consolar, il m’a conseillé d’aller sur leur site et d’analyser leur cuve. Me sachant technicien, Il m’a assuré qu’après avoir compris le fonctionnement de leur cuve, je ne voudrais rien d’autre… et il avait raison.Au printemps 2007, la société a installé 10m² de panneaux plans et une cuve Solus 560L qui était la seule à pouvoir passer dans l’escalier de la cave. J’avais déjà en vue l’extension du deuxième garage et j’avais appris que les tuiles que j’avais choisies à la construction, n’étaient plus fabriquées. C’était gênant car le deuxième garage est dans le prolongement du premier et le toit est une prolongation du toit existant. Mettre un autre type de tuile allait modifier sérieusement l’esthétique surtout coté rue (Nord), ce qui était dommage. J’ai donc demandé l’intégration des panneaux en toiture ce qui permettait de récupérer les tuiles et de m’en servir, pour l’extension.
L’installation est une installation sanitaire avec aide au chauffage (SSC).
La cuve Solus est une cuve contenant de l’eau morte (eau de chauffage). Elle constitue la pièce centrale de l’installation. La chaudière y est raccordée et vient chauffer l’eau. Les circuits sol et radiateurs partent de la cuve. Une partie des 560 litres sert donc de tampon. Je dis bien une partie (que j’estime à 200 litres) car la partie inférieure est réservée au solaire (grâce à un échangeur interne posé a plat dans le fond de cuve) et la partie supérieure est destinée à chauffer l’eau sanitaire via un échangeur direct.
Traiter différentes utilisations au sein de la même cuve est possible (et fonctionne bien) mais il faut que la cuve stratifie… ce qu’elle fait parfaitement.
Comme la chaudière doit chauffer 200 litres, elle s’active pendant une quinzaine de minutes et s’arrête 40 à 45 minutes. Ca limite le nombre d’allumages de la chaudière et, donc, le risque de mise en sécurité due à la détection de flamme que j’ai abordé plus haut.
Bien entendu, le circuit sol et radiateur passe chacun par une vanne 3 voies commandée par la régulation « control 701 » pour envoyer la température adéquate vers le sol et les radiateurs..
Du côté sanitaire, un serpentin placé dans le haut de la cuve chauffe l’eau lors de son passage à l’utilisation (pas de réserve d’eau chaude d’où protection contre la légionnelle). L’eau de chauffage se trouvant à proximité du serpentin cède ses calories et est alors guidée vers le bas de cuve (près de l’échangeur solaire) grâce à une gaine de convection qui évite tout mélange avec l’eau chaude. Notons, au passage, que l’arrivée d’eau froide sanitaire prend ses premières calories dans la gaine de convection ce qui accélère le mouvement de l’eau de stockage refroidie.
La température faible de l’eau descendante assure un excellent rendement des capteurs thermiques.
Photo 4 la cuve 560L de chez Consolar.
Du coté solaire, c’est un serpentin
posé à plat dans le fond de cuve et un système de conduit amène l’eau
réchauffée dans le haut de la cuve sans mélange.
Les accessoires
Une station solaire (contenant le circulateur, un ébulleur, deux thermomètres et deux doigts de gants) contient les principaux éléments. Un groupe de sécurité fait aussi partie de cette station solaire. Si elle contient un débitmètre « hydraulique », un autre (électronique) est placé extérieurement à cette station. Associées aux deux sondes de température, le débitmètre électronique permet de déterminer la quantité de kwh mis en cuve.
Photo 5 station solaire et débitmètre
A droite, la station solaire (non
encore raccordée… le débitmètre électronique prendra place en-dessous).
A l’extrême gauche, la cuve Solus.
Au centre de la photo, il y a le circuit sanitaire. L’eau passe par deux vannes de sécurité thermostatique réduisant la température à 60° max. Une boucle sanitaire a été montée pour alimenter la salle de bain car elle est située à l’autre extrémité de la maison. Pour limiter les pertes énergétiques de la boucle sanitaire, celle-ci ne s’active que sur demande par action sur un poussoir (c’est une possibilité offerte par la régulation).
Une autre possibilité est d’activer la boucle à certaines périodes (quelques minutes toutes les 15 minutes). J’ai préféré la première solution.
La régulation utilisée est une « Control 701 » qui est une régulation très complète (outre la gestion solaire, elle intègre une régulation chauffage très complète avec sonde extérieure), son paramétrage permet de l’adapter à un grand nombre de configurations et elle possède nombre d’astuces lui permettant, par ex, la commande de la boucle sanitaire par poussoir ou par horloge (je viens d’en parler).
Lorsqu’en été, l’appoint doit être activé pour le sanitaire, on peut lui définir un horaire qui fait que si on prend son bain à 18h, on active l’appoint que vers 17h permettant, ainsi, de profiter de quelques rayons de soleil salutaires. Des sorties « utilisateur » lui permettent de s’adapter à des extensions particulières.
Son prix est assez élevé mais elle le vaut. En tant qu’électronicien, c’est la seule qui ne m’ait jamais déçu. Je n’ai relevé que deux petits points faibles mineurs. C’est avec un petit pincement au cœur qu’elle sera enlevée pour la future installation car, malgré ses qualités, elle n’est pas prévue pour les spécificités de la nouvelle installation. Mais vous aurez compris, la future régulation s’inspirera des possibilités de la control 701.
Au centre de la photo, il y a le circuit sanitaire. L’eau passe par deux vannes de sécurité thermostatique réduisant la température à 60° max. Une boucle sanitaire a été montée pour alimenter la salle de bain car elle est située à l’autre extrémité de la maison. Pour limiter les pertes énergétiques de la boucle sanitaire, celle-ci ne s’active que sur demande par action sur un poussoir (c’est une possibilité offerte par la régulation).
Une autre possibilité est d’activer la boucle à certaines périodes (quelques minutes toutes les 15 minutes). J’ai préféré la première solution.
La régulation utilisée est une « Control 701 » qui est une régulation très complète (outre la gestion solaire, elle intègre une régulation chauffage très complète avec sonde extérieure), son paramétrage permet de l’adapter à un grand nombre de configurations et elle possède nombre d’astuces lui permettant, par ex, la commande de la boucle sanitaire par poussoir ou par horloge (je viens d’en parler).
Lorsqu’en été, l’appoint doit être activé pour le sanitaire, on peut lui définir un horaire qui fait que si on prend son bain à 18h, on active l’appoint que vers 17h permettant, ainsi, de profiter de quelques rayons de soleil salutaires. Des sorties « utilisateur » lui permettent de s’adapter à des extensions particulières.
Son prix est assez élevé mais elle le vaut. En tant qu’électronicien, c’est la seule qui ne m’ait jamais déçu. Je n’ai relevé que deux petits points faibles mineurs. C’est avec un petit pincement au cœur qu’elle sera enlevée pour la future installation car, malgré ses qualités, elle n’est pas prévue pour les spécificités de la nouvelle installation. Mais vous aurez compris, la future régulation s’inspirera des possibilités de la control 701.
Photo 6 la régulation control 701 et ses thermostats
Comme déjà dit, cette régulation
inclus une régulation chauffage avec sonde extérieure et, pour un plus
grand confort d’utilisation, elle peut se connecter sur 3 thermostats
(1 par circuit commandé). Grâce à son interface série, il est possible
de modifier les paramètres de la régulation à partir du thermostat.
Sur une consommation de gaz de 2000m³ par an (sans solaire), l’installation m’a permis de descendre vers 1700m³ avec 10 m² de panneaux et 560L d’eau.
Début 2008, je suis passé à 20m² de capteurs mais avec la même cuve. Ma consommation annuelle est tombée vers les 1500 m³.
Ma cuve de 560 litres est restée la même. Inutile de dire que c’était la galère… Par une journée ensoleillée d’été et une cuve à 30° le matin, l’installation passait en stagnation (cuve à 90°) avant les 12 coups de midi.
A ce moment là, la régulation arrête le circulateur (elle n’a plus de possibilités pour stocker les calories), laisse s’évaporer le caloporteur et laisse la température des capteurs monter et atteindre des sommets (160° mesurés). C’est ce qu’on appelle la stagnation.
Mes capteurs thermiques sont prévus pour supporter la stagnation mais je ne peux m’empêcher de penser à un vieillissement prématuré si ces conditions sont trop souvent répétées.
La seule solution provisoire, mettre le chauffage en route pour dissiper le surplus de calories. C’est dur quand il y a déjà 28° dans la pièce.
Ca permet d’éviter la stagnation mais ça ne résout qu’une partie du problème car tout l’apport solaire espéré l’après midi est perdu.
C’est l’exemple typique d’une mauvaise installation qui donne une eau très chaude mais en quantité anormalement faible (perte de la production de tout l’après midi).
Autre inconvénient… La cuve Solus étant prévue pour 10m², l’échangeur interne est trop peu puissant et ne permet pas de transférer la puissance des 20m². Cela se manifeste par une eau trop chaude sur le retour vers les capteurs… ce qui diminue le rendement de la captation.
Il est très clair que la quantité d’eau de stockage doit être augmentée, c’est la première évidence. Pour 20m² de capteurs, une cuve de 2200 litres semble être la bonne dimension. C’est en surveillant une installation ayant ces caractéristiques et située à quelques km de chez moi que j’ai pu tirer ces conclusions.
Mais vu que, en quelques années, la largeur des escaliers de la cave n’a pas évolué, il n’y a pas moyen d’amener une cuve de 2000 litres. Soit je trouve un autre emplacement, soit je démolis l’escalier, soit je renonce à amener une cuve toute faite. C’est la dernière solution que j’ai choisie avec la seule alternative possible « faire souder la cuve sur place ».
Malheureusement, c’est renoncer à une cuve Consolar et son système de stratification. Ils ne vendent pas de cuves « en kit ». J’ai essayé de commander un échangeur seul que j’aurais placé dans la cuve à souder mais la réponse a été négative… dommage.
Autre problème. Le principe de la cuve soudée sur place est de construire une virole, de la sangler pour que son diamètre permette la descende par les escaliers, de relâcher la sangle une fois en cave puis de l’assembler sur place. Une cuve de 2200 Litres sanglée de la sorte risque de se croquer lorsqu’on doit la réduire à 70cm de diamètre. De plus, le rapport hauteur/diamètre d’une cuve de 2200 litres est faible (vu la hauteur de ma cave) ce qui ne favorise pas la stratification.
Du coup, la construction de deux cuves devenait inévitable. Le choix s’est porté sur deux cuves de 900 litres de 80cm de diamètre et d’1m90 de haut. Le rapport hauteur/diamètre atteint 2.37 ce qui n’est pas trop mauvais pour la stratification.
L’installation se composera donc :
J’ai refusé de copier le système de stratification de la solus car l’utilisation de matière composite et les formes du système le mette hors de portée de l’amateur.
Un maître mot, LA STRATIFICATION.
Avoir une eau bien chaude coté utilisation et une eau bien froide en bas pour récolter un maximum de calories solaires est un aspect essentiel pour le rendement d’une installation.
D’après une thèse intitulée « Modélisation et validation expérimentale de nouveaux concepts de ballons solaires à forte stratification », on peut lire p14 :
Un ballon idéalement stratifié est annuellement de 11,5 à 18,5 % plus performant qu’un ballon complètement brassé (WUE85). Pour une installation solaire, les collecteurs solaires fonctionnent avec un meilleur rendement lorsque la température d’entrée diminue (DUF80). La stratification a donc un double intérêt dans le cas d’une installation solaire, une augmentation des performances de 37 % est alors reportée par Hollands et Lightstones (HOL89).
Avec 37% d’amélioration, pas étonnant que la conception des cuves à été basée sur ce principe.
Et ça commence mal… En effet, j’ai du choisir une cuve en acier.
L’acier ayant une conductibilité thermique meilleure que l’eau, elle va créer de légers mouvements de convection le long de la paroi qui auront tendance à dé stratifier l’ensemble avec le temps. Cet effet aura tendance à augmenter l’épaisseur de la thermocline (zone séparant l’eau chaude de l’eau froide). Je pense, cependant, que cet effet reste limité et nous compenserons ce choix par un rapport hauteur/diamètre de la cuve plus important et une isolation de cuve assez poussée.
Une amélioration aurait probablement pu être apportée par un recouvrement intérieur plus isolant (fibre de verre par exemple) mais je ne sais comment elle aurait réagit avec le soudage. Peut-être que le recouvrement de la partie supérieure (la plus chaude) préalablement soudée de la cuve aurait été une bonne chose… En tout cas, ça n’aurait pas fait de tort.
De façon théorique, le PVC aurait mieux convenu pour limiter ce phénomène mais j’ai rejeté ce choix à cause de la tenue à la température et à la pression du matériau. De mes expériences précédentes, l’eau à 90° est fréquente. J’ai connu, en 2008, des inondations à cause d’un tuyau d’évacuation bouché, pas envie de recommencer avec une cuve trop fragile.
De plus, un rapport hauteur/diamètre important est difficile à trouver et puis, la souder sur place est impossible ce qui repose le problème d’accessibilité par les escaliers.
C’est la société REMA des Hauts sarts (Liège) qui a accepté de se lancer dans mon projet.
Ils m’ont été recommandés par quelqu’un ayant fait réaliser une cuve solaire de 1000 litres.
Ce seront deux cuves en tôle d’acier de 3mm d’épaisseur et dont les dimensions seront de 1m90 de haut et 80cm de diamètre. La tôle d’acier ordinaire a été choisie car ces cuves stockeront de l’eau morte (eau de chauffage) ce qui devrait limiter la corrosion. Il est à noter que j’ai du vidanger l’installation de chauffage lors de l’installation de la première installation solaire et l’eau récoltée était à peine brunâtre ce qui prouve une oxydation raisonnable malgré certains raccords pas tout à fait hermétique (a l’air, en tout cas) et plus de dix ans de chauffage.
Les cuves seront cylindriques pour une meilleure tenue à la pression.
Sur le dessus, un purgeur (identique à ceux prévus sur les radiateurs) est vissé. Ca permet de remplir la cuve sans avoir « une poche d’air emprisonnée ». Elle ne servira probablement plus par la suite car elle sera recouverte par l’isolation.
Au point le plus bas, une petite vanne permet la vidange (pour peu qu’elle bouge encore quand on en aura besoin).
Photo 7 et 8 la cuve HT et BT
Photo 9 des plaques parallèles horizontales et du montage
Photo10 intérieur cuve
Photo 11 plaque carrée
Photo 12 plaque verticale
Si, par ex, on a 70° en haut de cuve et 50 en bas, on remarquera, dans l’après midi à un moment précis, le soleil ne sera plus capable de monter l’eau à 70°. Elle plafonnera à 65° (c’est un exemple). Il est donc normal que cette eau va se stabiliser à une strate intermédiaire et va, la puissance diminuant, uniformiser la température de la cuve. C’est un phénomène tout à fait normal et bénéfique au stockage des calories. Les gradients de température prouvent l’efficacité de la stratification mais quand la puissance d’entrée varie, il est normal qu’elle s’uni formalise.
Le but premier de la stratification est que si l’on a 30 minutes de soleil, l’eau chaude produite est disponible à la plus haute température possible ( en « faible quantité ») et non pas un mélange d’eau tiède plus important.
Ces sondes ont 3 utilités :
Les 2 viroles ont donc été sanglées avec « force » pour ramener leur diamètre au passage de l’escalier.
Photo 13 une des deux viroles ainsi arrivée en cave encore sanglée
Photo 14 Une des viroles désanglée trouve sa place avant d’être ré ajustée et soudée
Photo 15 Les coupoles supérieures (on voit bien le pas de vis qui va accueillir le purgeur radiateur)
et les coupoles inférieures ayant déjà leurs pieds sont sur place
Photo 16 La cuve en cours de fabrication avec les doigts de gants et deux des disques horizontaux
Photo 17 Ici, on voit bien la plaque parallèle verticale avec un coté soudé
et les entretoises qui permettent à l’eau de rejoindre la cuve.
Photo 18 Ici, on peut voir, à l’intérieur de la cuve, la plaque carrée destinée à conserver la stratification
Photo 19 Contact…
Photo 20 Elle est pratiquement terminée. Reste le test d’étanchéité …
Photo 21 Et l’ensemble terminé
Photo 22 Maintenant, c’est à mon tour de jouer…
les sondes de température sont placées ainsi que les bandes de néoprène…
reste juste l’isolation (qui vaut bien un chapitre)
Au départ, je ne savais pas trop comment faire et les conseils du forum
m’ont bien aidés.
L’isolation est un point capital dans une installation solaire. A quoi cela sert-il d’optimiser la captation solaire si c’est pour voir sa cuve perdre 10° en une nuit ?
Que peut-on attendre d’une cuve bien isolée ?
Quelques mesures sommaires faites sur ma Solus 560L accuse une perte de 4° en 24h avec une eau stockée d’environs 60°.
Si l’eau est à 90°, la perte approche les 8° sur le même temps.
Il y a deux manières de perdre de la température
Attention, pour être efficace, une isolation doit être parfaite. Il ne peut être question de tolérer le moindre point faible. Les calories sont malignes, s’il y a le moindre passage, elles s’échapperont.
Pour fixer les idées, je me suis laissé dire qu’un mur ayant une isolation permettant d’avoir une résistance thermique de 5 mais présentant une fente de seulement 1mm sur 1 mètre de long, voyait sa résistance thermique divisée par 10.
Cela prouve à quel point le travail de l’isolation doit être parfait.
Même s’il s’agit du bas de cuve (point réputé le moins chaud), il ne faut pas oublier qu’il peut monter à 50 ou 60° quand même. Et quand l’air de la cave est à 15°, on peut imaginer les pertes possibles.
Pour ma part, avant le placement des cuves, j’ai placé, au sol, une plaque de polyuréthane de 35mm d’épaisseur. C’est une plaque destinée à l’isolation de sol (sous chape) qu’il me restait après les travaux d’extension. J’ai posé dessus un panneau de contre-plaqué de 18mm. Ce panneau est destiné à répartir le poids de la cuve (1 tonne quand elle est remplie) sur le polyuréthane en gardant une isolation correcte. Les pieds de la cuve présentent une surface importante ce qui répartit bien la charge sur le bois.
Photo 23 l’endroit prêt à accueillir les cuves
Sur une consommation de gaz de 2000m³ par an (sans solaire), l’installation m’a permis de descendre vers 1700m³ avec 10 m² de panneaux et 560L d’eau.
Début 2008, je suis passé à 20m² de capteurs mais avec la même cuve. Ma consommation annuelle est tombée vers les 1500 m³.
Ma future installation
Premier jet
Comme déjà spécifié, fin 2007, j’ai ajouté une annexe à la maison mais les tuiles que j’avais choisies en 1995 n’étaient plus fabriquées. Pour garder l’homogénéité du bâtiment, il était important de retrouver les mêmes tuiles. J’y avais déjà pensé début 2007 en demandant l’intégration des 10m² à la toiture. La quantité de tuiles récupérées étant un peu faible et ayant l’intention de pousser l’expérience un peu plus loin, je suis passé à 20m² de capteurs.Ma cuve de 560 litres est restée la même. Inutile de dire que c’était la galère… Par une journée ensoleillée d’été et une cuve à 30° le matin, l’installation passait en stagnation (cuve à 90°) avant les 12 coups de midi.
A ce moment là, la régulation arrête le circulateur (elle n’a plus de possibilités pour stocker les calories), laisse s’évaporer le caloporteur et laisse la température des capteurs monter et atteindre des sommets (160° mesurés). C’est ce qu’on appelle la stagnation.
Mes capteurs thermiques sont prévus pour supporter la stagnation mais je ne peux m’empêcher de penser à un vieillissement prématuré si ces conditions sont trop souvent répétées.
La seule solution provisoire, mettre le chauffage en route pour dissiper le surplus de calories. C’est dur quand il y a déjà 28° dans la pièce.
Ca permet d’éviter la stagnation mais ça ne résout qu’une partie du problème car tout l’apport solaire espéré l’après midi est perdu.
C’est l’exemple typique d’une mauvaise installation qui donne une eau très chaude mais en quantité anormalement faible (perte de la production de tout l’après midi).
Autre inconvénient… La cuve Solus étant prévue pour 10m², l’échangeur interne est trop peu puissant et ne permet pas de transférer la puissance des 20m². Cela se manifeste par une eau trop chaude sur le retour vers les capteurs… ce qui diminue le rendement de la captation.
Il est très clair que la quantité d’eau de stockage doit être augmentée, c’est la première évidence. Pour 20m² de capteurs, une cuve de 2200 litres semble être la bonne dimension. C’est en surveillant une installation ayant ces caractéristiques et située à quelques km de chez moi que j’ai pu tirer ces conclusions.
Mais vu que, en quelques années, la largeur des escaliers de la cave n’a pas évolué, il n’y a pas moyen d’amener une cuve de 2000 litres. Soit je trouve un autre emplacement, soit je démolis l’escalier, soit je renonce à amener une cuve toute faite. C’est la dernière solution que j’ai choisie avec la seule alternative possible « faire souder la cuve sur place ».
Malheureusement, c’est renoncer à une cuve Consolar et son système de stratification. Ils ne vendent pas de cuves « en kit ». J’ai essayé de commander un échangeur seul que j’aurais placé dans la cuve à souder mais la réponse a été négative… dommage.
Autre problème. Le principe de la cuve soudée sur place est de construire une virole, de la sangler pour que son diamètre permette la descende par les escaliers, de relâcher la sangle une fois en cave puis de l’assembler sur place. Une cuve de 2200 Litres sanglée de la sorte risque de se croquer lorsqu’on doit la réduire à 70cm de diamètre. De plus, le rapport hauteur/diamètre d’une cuve de 2200 litres est faible (vu la hauteur de ma cave) ce qui ne favorise pas la stratification.
Du coup, la construction de deux cuves devenait inévitable. Le choix s’est porté sur deux cuves de 900 litres de 80cm de diamètre et d’1m90 de haut. Le rapport hauteur/diamètre atteint 2.37 ce qui n’est pas trop mauvais pour la stratification.
L’installation se composera donc :
- Une cuve dénommée HT dont le contenu sera principalement destiné aux radiateurs.
- Une cuve dénommée BT dont le contenu sera principalement destiné au chauffage sol.
- La cuve solus existante principalement destinée au sanitaire.
- Une cuve de préchauffage sanitaire de 150L qui fait partie d’un perfectionnement ultérieur mais comme les schémas en font mention, autant la signaler.
Conception des cuves
Habitué à la cuve Solus et ayant pu constater, en pratique, les bienfaits de la stratification, j’avais une grosse angoisse de perdre cet avantage avec les nouvelles cuves. J’ai donc pris toutes les précautions nécessaires et je n’ai pas hésité à inclure, dans les cuves, plusieurs dispositifs de stratification pour mettre le plus de chance possible de mon côté.J’ai refusé de copier le système de stratification de la solus car l’utilisation de matière composite et les formes du système le mette hors de portée de l’amateur.
Un maître mot, LA STRATIFICATION.
Avoir une eau bien chaude coté utilisation et une eau bien froide en bas pour récolter un maximum de calories solaires est un aspect essentiel pour le rendement d’une installation.
D’après une thèse intitulée « Modélisation et validation expérimentale de nouveaux concepts de ballons solaires à forte stratification », on peut lire p14 :
Un ballon idéalement stratifié est annuellement de 11,5 à 18,5 % plus performant qu’un ballon complètement brassé (WUE85). Pour une installation solaire, les collecteurs solaires fonctionnent avec un meilleur rendement lorsque la température d’entrée diminue (DUF80). La stratification a donc un double intérêt dans le cas d’une installation solaire, une augmentation des performances de 37 % est alors reportée par Hollands et Lightstones (HOL89).
Avec 37% d’amélioration, pas étonnant que la conception des cuves à été basée sur ce principe.
Et ça commence mal… En effet, j’ai du choisir une cuve en acier.
L’acier ayant une conductibilité thermique meilleure que l’eau, elle va créer de légers mouvements de convection le long de la paroi qui auront tendance à dé stratifier l’ensemble avec le temps. Cet effet aura tendance à augmenter l’épaisseur de la thermocline (zone séparant l’eau chaude de l’eau froide). Je pense, cependant, que cet effet reste limité et nous compenserons ce choix par un rapport hauteur/diamètre de la cuve plus important et une isolation de cuve assez poussée.
Une amélioration aurait probablement pu être apportée par un recouvrement intérieur plus isolant (fibre de verre par exemple) mais je ne sais comment elle aurait réagit avec le soudage. Peut-être que le recouvrement de la partie supérieure (la plus chaude) préalablement soudée de la cuve aurait été une bonne chose… En tout cas, ça n’aurait pas fait de tort.
De façon théorique, le PVC aurait mieux convenu pour limiter ce phénomène mais j’ai rejeté ce choix à cause de la tenue à la température et à la pression du matériau. De mes expériences précédentes, l’eau à 90° est fréquente. J’ai connu, en 2008, des inondations à cause d’un tuyau d’évacuation bouché, pas envie de recommencer avec une cuve trop fragile.
De plus, un rapport hauteur/diamètre important est difficile à trouver et puis, la souder sur place est impossible ce qui repose le problème d’accessibilité par les escaliers.
C’est la société REMA des Hauts sarts (Liège) qui a accepté de se lancer dans mon projet.
Ils m’ont été recommandés par quelqu’un ayant fait réaliser une cuve solaire de 1000 litres.
Ce seront deux cuves en tôle d’acier de 3mm d’épaisseur et dont les dimensions seront de 1m90 de haut et 80cm de diamètre. La tôle d’acier ordinaire a été choisie car ces cuves stockeront de l’eau morte (eau de chauffage) ce qui devrait limiter la corrosion. Il est à noter que j’ai du vidanger l’installation de chauffage lors de l’installation de la première installation solaire et l’eau récoltée était à peine brunâtre ce qui prouve une oxydation raisonnable malgré certains raccords pas tout à fait hermétique (a l’air, en tout cas) et plus de dix ans de chauffage.
Les cuves seront cylindriques pour une meilleure tenue à la pression.
Sur le dessus, un purgeur (identique à ceux prévus sur les radiateurs) est vissé. Ca permet de remplir la cuve sans avoir « une poche d’air emprisonnée ». Elle ne servira probablement plus par la suite car elle sera recouverte par l’isolation.
Au point le plus bas, une petite vanne permet la vidange (pour peu qu’elle bouge encore quand on en aura besoin).
Photo 7 et 8 la cuve HT et BT
Tous les tuyaux sortant de la cuve
(hormis au niveau du bas de cuve) sont inclinés de 45° vers le bas. Ca
provoque une difficulté lors de la pose de l’isolation mais ça
constitue un frein thermique efficace. En effet, la chaleur a tendance
à monter et l’eau chaude ne descend pas naturellement dans ces tuyaux.
Avec une eau stockée de 80°, on peut aisément tenir le tuyau à une
quinzaine de cm de la cuve (et je suis assez sensible au chaud). Cette
idée a été « chipée » à ma cuve Solus.
Au niveau des tuyaux, j’ai choisis des ½ pouce ce qui est une grosse erreur. Ce choix se justifie pour diminuer le volume d’eau en transit mais présente l’inconvénient d’accélérer la vitesse du fluide ce qui favorise le brassage de l’eau dans la cuve et perturbe, donc, la stratification.
Le reste de l’installation ayant été réalisée en 1 pouce (28mm), j’aurais du garder cette section pour les tuyaux de la cuve.
Comme déjà dit, les dimensions de la cuve ont été choisies pour favoriser la stratification.
L’étude déjà citée précise que le rapport hauteur/diamètre doit idéalement se situer entre 2 et 4. Il n’y a plus d’amélioration de stratification significative au-dessus de 4 alors que le coût augmente fortement.
Vu la hauteur de cave et la quantité d’eau, j’ai choisi un rapport de 2.37, ce qui est dans la norme et, manifestement, efficace.
Trois systèmes ont été ajoutés dans la cuve pour accentuer cet effet :
Au niveau des tuyaux, j’ai choisis des ½ pouce ce qui est une grosse erreur. Ce choix se justifie pour diminuer le volume d’eau en transit mais présente l’inconvénient d’accélérer la vitesse du fluide ce qui favorise le brassage de l’eau dans la cuve et perturbe, donc, la stratification.
Le reste de l’installation ayant été réalisée en 1 pouce (28mm), j’aurais du garder cette section pour les tuyaux de la cuve.
Comme déjà dit, les dimensions de la cuve ont été choisies pour favoriser la stratification.
L’étude déjà citée précise que le rapport hauteur/diamètre doit idéalement se situer entre 2 et 4. Il n’y a plus d’amélioration de stratification significative au-dessus de 4 alors que le coût augmente fortement.
Vu la hauteur de cave et la quantité d’eau, j’ai choisi un rapport de 2.37, ce qui est dans la norme et, manifestement, efficace.
Trois systèmes ont été ajoutés dans la cuve pour accentuer cet effet :
1- un système extérieur (à la cuve)
permettant d’injecter l’eau réchauffée à des niveaux différents afin
d’amener l’eau chaude à un endroit proche de sa destination tout en
limitant le brassage.
J’aurais pu faire appel à des cheminées
internes mais vu que certaines fonctionnent et d’autre pas, je n’ai pas
voulu prendre le risque et j’ai préféré un autre système.
Cinq entrées ont été réparties sur la
hauteur de la cuve. Chacun de ces points d’entrée est commandé par une
vanne motorisée.
Photo 9 des plaques parallèles horizontales et du montage
Dans la cuve, ces tuyaux d’entrée
arrivent près du centre de la cuve, sont recourbés vers le bas (coude
de 90°) et arrive au centre de deux disques époxy espacés de 15 à 20mm
(voir photo 9 ci-dessus). Le plus petit disque fait 40cm de diamètre
(en acier pour pouvoir souder le tuyau) et le plus grand (en époxy)
fait 60cm. Pour les entrées, le petit disque est placé au-dessus afin
de favoriser le déplacement de l’eau vers le haut. A noter que le type
d’époxy a été sélectionné pour tenir à une température de 145° ce qui
le met à l’aise pour supporter 90-95°. L’utilisation d’époxy se
justifie pour les caractéristiques d’isolation thermique mais je ne
suis pas sur que c’est indispensable. Il est probable que l’acier
aurait pu convenir « presque » aussi bien.
En bas de cuve, un tuyau identique permet l’extraction de l’eau. Sur ce tuyau, le petit disque se trouve en dessous afin de favoriser l’extraction de l’eau le plus froide située dans le bas de cuve.
Il est à noter que les disques devraient participer à l’isolation des strates. Cet effet n’est pas probant, en pratique. Je pense que le centrage des différents disques en est la cause et qu’une disposition « en quinconce » aurait été plus efficace.
En bas de cuve, un tuyau identique permet l’extraction de l’eau. Sur ce tuyau, le petit disque se trouve en dessous afin de favoriser l’extraction de l’eau le plus froide située dans le bas de cuve.
Il est à noter que les disques devraient participer à l’isolation des strates. Cet effet n’est pas probant, en pratique. Je pense que le centrage des différents disques en est la cause et qu’une disposition « en quinconce » aurait été plus efficace.
Photo10 intérieur cuve
On remarque les renforts obliques sur
les tuyaux des disques (pour diminuer l’effort sur la soudure) et les
doigts de gants (à droite) pour les sondes de température.
2- Une plaque époxy disposée horizontalement au tiers inférieur de la cuve diminue la surface de contact entre strates. Elle est plus grande que les disques et est de forme carrée de 55cm de coté (ça permet de la fixer à la paroi de la cuve).
De simples équerres métalliques seront soudées à la cuve et les plaques y seront fixées par boulons (un petit coup d’arc sur le filet évitera l’auto-dévissage)
Cette plaque est assez efficace et on constate régulièrement une différence de 5° entre le dessous et le dessus de cette plaque.
2- Une plaque époxy disposée horizontalement au tiers inférieur de la cuve diminue la surface de contact entre strates. Elle est plus grande que les disques et est de forme carrée de 55cm de coté (ça permet de la fixer à la paroi de la cuve).
De simples équerres métalliques seront soudées à la cuve et les plaques y seront fixées par boulons (un petit coup d’arc sur le filet évitera l’auto-dévissage)
Cette plaque est assez efficace et on constate régulièrement une différence de 5° entre le dessous et le dessus de cette plaque.
Photo 11 plaque carrée
3- Une plaque parallèle à la paroi de
cuve (verticale) qui devrait agir comme une cheminée.
J’espérais une grande efficacité de ce dispositif. Malheureusement, les essais ne sont pas très concluants. Après analyse et discussion sur le forum, j’en suis arrivé à détecter quelques erreurs de conception probablement à l’origine de l’échec.
a- j’ai placé une plaque parallèlement à la paroi. A mon avis, c’est une première erreur. En effet, la plaque est cintrée (puisque parallèle à la paroi). il vaut mieux des plaques « plates » plus susceptible d’arrêter « le jet » de l’arrivée de l’eau tandis qu’une plaque arrondie va le dévier et favoriser le brassage.
b- le tuyau d’amenée de l’eau (dans mon cas, le retour chauffage sol et radiateurs) sont oblique de 45° comme décrits ci-dessus. Cela propulse l’eau vers le haut favorisant aussi le brassage. A refaire, je mets deux plaques plates (et donc un peu éloigné de la paroi) et le tuyau joignant la paroi aux plaques serait horizontal et en 1 pouce.
Sur la photo ci dessous, on voit bien la plaque. Sur le bas de la photo, la plaque est pliée à 90° et un cordon de soudure empêche le passage de l’eau sur toute la hauteur de la plaque. Sur le haut de la photo, des petites entretoises sont soudées entre la cuve et la plaque pour garder l’intervalle et permettre à l’eau de regagner la cuve.
J’espérais une grande efficacité de ce dispositif. Malheureusement, les essais ne sont pas très concluants. Après analyse et discussion sur le forum, j’en suis arrivé à détecter quelques erreurs de conception probablement à l’origine de l’échec.
a- j’ai placé une plaque parallèlement à la paroi. A mon avis, c’est une première erreur. En effet, la plaque est cintrée (puisque parallèle à la paroi). il vaut mieux des plaques « plates » plus susceptible d’arrêter « le jet » de l’arrivée de l’eau tandis qu’une plaque arrondie va le dévier et favoriser le brassage.
b- le tuyau d’amenée de l’eau (dans mon cas, le retour chauffage sol et radiateurs) sont oblique de 45° comme décrits ci-dessus. Cela propulse l’eau vers le haut favorisant aussi le brassage. A refaire, je mets deux plaques plates (et donc un peu éloigné de la paroi) et le tuyau joignant la paroi aux plaques serait horizontal et en 1 pouce.
Sur la photo ci dessous, on voit bien la plaque. Sur le bas de la photo, la plaque est pliée à 90° et un cordon de soudure empêche le passage de l’eau sur toute la hauteur de la plaque. Sur le haut de la photo, des petites entretoises sont soudées entre la cuve et la plaque pour garder l’intervalle et permettre à l’eau de regagner la cuve.
Photo 12 plaque verticale
Une fausse anomalie sur la stratification de la cuve
Il y a des fois ou je remarque une stratification pratiquement nulle (différence de 1° entre le haut et le bas de cuve en fin de journée). C’est assez décevant, vu les précautions prises mais c’est tout à fait normal car la puissance solaire n’est pas régulière. Lorsqu’on injecte de l’eau suffisamment chaude, la stratification fonctionne correctement. L’après midi, la puissance décroit progressivement jusqu'à devenir nulle. Ca se remarque dans la température de l’eau qui diminue progressivement.Si, par ex, on a 70° en haut de cuve et 50 en bas, on remarquera, dans l’après midi à un moment précis, le soleil ne sera plus capable de monter l’eau à 70°. Elle plafonnera à 65° (c’est un exemple). Il est donc normal que cette eau va se stabiliser à une strate intermédiaire et va, la puissance diminuant, uniformiser la température de la cuve. C’est un phénomène tout à fait normal et bénéfique au stockage des calories. Les gradients de température prouvent l’efficacité de la stratification mais quand la puissance d’entrée varie, il est normal qu’elle s’uni formalise.
Le but premier de la stratification est que si l’on a 30 minutes de soleil, l’eau chaude produite est disponible à la plus haute température possible ( en « faible quantité ») et non pas un mélange d’eau tiède plus important.
Les doigts de gant pour les sondes de températures
J’ai prévu 9 sondes par cuve (soit 100 litres par sonde). Celles-ci sont placées dans des doigts de gants soudés à la fabrication de la cuve.Ces sondes ont 3 utilités :
- Connaître la quantité d’énergie disponible, il peut être utile de mesurer la température à différents niveau de la cuve.
- Connaître la température à proximité des conduits d’entrée pour sélectionner la bonne entrée.
- Permettre de voir le comportement de la cuve au niveau stratification.
- Le tuyau d’amenée supérieur (cuve HT) est couplé avec le départ radiateur. Le couplage n’est qu’une simple cornière en U bouchée à une extrémité ce qui oblige l’eau a passer à proximité du départ radiateur avant de rejoindre la cuve. Ce dispositif a pour but d’avoir de l’eau chaude dans les radiateurs même si la cuve est froide et qu’on vient de démarrer la chaudière (retour de vacances d’hiver par ex).
- La cuve HT a deux tuyaux supplémentaires pour le chauffage (on peut, en effet, connecter le chauffage sol sur la cuve HT).
Anomalies constatées
1- Je remarque qu’il y a (dans les deux
cuves HT et BT) une sorte de zone morte au dessus de cuve ou la
température est toujours plus élevée. Exactement comme si il y avait un
espace ou l’eau est chauffée mais pas utilisée.
En analysant la situation je pense avoir cerné le problème.
2- Ceci n’est pas une anomalie mais une amélioration… les plaques horizontales des disperseurs sont centrées dans la cuve. Leur rôle est de diriger l’apport d’eau mais peut, aussi, servir de plaques d’isolation entre strates. Dans cette optique, il peut être plus intéressant de les monter en quinconce pour entraver, au mieux, le contact entre strates.
En analysant la situation je pense avoir cerné le problème.
a- le tuyau qui extrait l’eau chaude
pour les radiateurs (près de la cornière en U) est trop bas et
n’utilise donc pas la partie supérieure. On pourrait envisager de
monter ces deux tuyaux (lui et son voisin) « plus haut »… Ce
n’est qu’un demi mal mais…
b- Sur le schéma, le tuyau du départ
sol monte jusqu’au sommet de la cuve. Je pense que ce détail a été
oublié lors de la réalisation. Cela empêche d’utiliser cette bulle
d’eau chaude. Comme quoi il faut être attentif, on a vite oublié un
détail.
2- Ceci n’est pas une anomalie mais une amélioration… les plaques horizontales des disperseurs sont centrées dans la cuve. Leur rôle est de diriger l’apport d’eau mais peut, aussi, servir de plaques d’isolation entre strates. Dans cette optique, il peut être plus intéressant de les monter en quinconce pour entraver, au mieux, le contact entre strates.
Fabrication des cuves
Pas grand-chose à dire sur cette étape. Juste de quoi montrer quelques photos et les hommes de métier à l’œuvre.Les 2 viroles ont donc été sanglées avec « force » pour ramener leur diamètre au passage de l’escalier.
Photo 13 une des deux viroles ainsi arrivée en cave encore sanglée
Photo 14 Une des viroles désanglée trouve sa place avant d’être ré ajustée et soudée
Photo 15 Les coupoles supérieures (on voit bien le pas de vis qui va accueillir le purgeur radiateur)
et les coupoles inférieures ayant déjà leurs pieds sont sur place
Photo 16 La cuve en cours de fabrication avec les doigts de gants et deux des disques horizontaux
Photo 17 Ici, on voit bien la plaque parallèle verticale avec un coté soudé
et les entretoises qui permettent à l’eau de rejoindre la cuve.
Photo 18 Ici, on peut voir, à l’intérieur de la cuve, la plaque carrée destinée à conserver la stratification
Photo 19 Contact…
Photo 20 Elle est pratiquement terminée. Reste le test d’étanchéité …
Photo 21 Et l’ensemble terminé
Photo 22 Maintenant, c’est à mon tour de jouer…
les sondes de température sont placées ainsi que les bandes de néoprène…
reste juste l’isolation (qui vaut bien un chapitre)
L’isolation est un point capital dans une installation solaire. A quoi cela sert-il d’optimiser la captation solaire si c’est pour voir sa cuve perdre 10° en une nuit ?
Que peut-on attendre d’une cuve bien isolée ?
Quelques mesures sommaires faites sur ma Solus 560L accuse une perte de 4° en 24h avec une eau stockée d’environs 60°.
Si l’eau est à 90°, la perte approche les 8° sur le même temps.
Il y a deux manières de perdre de la température
- Par transmission à travers l’isolant (d’où l’intérêt d’en augmenter l’épaisseur).
- Par le renouvellement d’air (d’où l’intérêt de l’herméticité).
Attention, pour être efficace, une isolation doit être parfaite. Il ne peut être question de tolérer le moindre point faible. Les calories sont malignes, s’il y a le moindre passage, elles s’échapperont.
Pour fixer les idées, je me suis laissé dire qu’un mur ayant une isolation permettant d’avoir une résistance thermique de 5 mais présentant une fente de seulement 1mm sur 1 mètre de long, voyait sa résistance thermique divisée par 10.
Cela prouve à quel point le travail de l’isolation doit être parfait.
Le soubassement
Un des points souvent négligé est le contact entre la cuve et le solMême s’il s’agit du bas de cuve (point réputé le moins chaud), il ne faut pas oublier qu’il peut monter à 50 ou 60° quand même. Et quand l’air de la cave est à 15°, on peut imaginer les pertes possibles.
Pour ma part, avant le placement des cuves, j’ai placé, au sol, une plaque de polyuréthane de 35mm d’épaisseur. C’est une plaque destinée à l’isolation de sol (sous chape) qu’il me restait après les travaux d’extension. J’ai posé dessus un panneau de contre-plaqué de 18mm. Ce panneau est destiné à répartir le poids de la cuve (1 tonne quand elle est remplie) sur le polyuréthane en gardant une isolation correcte. Les pieds de la cuve présentent une surface importante ce qui répartit bien la charge sur le bois.
Photo 23 l’endroit prêt à accueillir les cuves
Ainsi
posée, (pieds sur la planche en bois), le bas de cuve se trouve a
quelques cm du bois. Juste assez pour y glisser un rond de laine de
roche de 6 cm d’épaisseur.
Photo 24 l’isolation du sol supportant les cuves et du bas de cuve
Il semblerait que le lambda d’un volume d’air immobile tourne autour de 0.025 (celui de la laine de roche est proche de 0.035). La lame d’air immobile isole donc mieux que la laine de roche d’épaisseur équivalente.
Photo25 les joints de néoprène posés sur cuve
Cette couche d’alu est assez rigide ce qui met le joint de néoprène à rude épreuve. C’est pour cela qu’il n’est pas inutile de choisir un joint de néoprène qui comble des espaces de 5 cm.
Il ne faut pas oublier de trouer l’alu et l’isolant pour faire passer les 3 fils des sondes de température. La connexion des sondes sera prise en sandwich entre la première et la deuxième couche d’isolant donnant, ainsi, une difficulté supplémentaire aux calories éprises de liberté.
Si elles passent par le trou fait pour la sonde, elles butent sur la deuxième couche d’isolant.
Photo 26 les sondes température a travers isolant
Photo 24 l’isolation du sol supportant les cuves et du bas de cuve
Avant la pose de l’isolation
Chacun le sait, l’air est un excellent isolant pour peu qu’il soit immobile. Par conséquent, j’ai placé des joints de néoprène horizontalement sur le pourtour de la cuve. Ce sont des bandes autocollantes affublées de néoprène (sorte de mousse). Compressée, cette mousse ne fait que quelques mm mais libérée, elle peut atteindre plus d’1,5 cm (voir 5 cm pour certains modèles que je conseille) et compenser, ainsi, toute irrégularité. J’ai été surpris par la rigidité de l’aluminium de l’isolant. Du néoprène de 5cm n’est pas un luxe. Sur la hauteur de la cuve, j’ai placé 6 bandes créant, ainsi, 5 « volumes » d’air immobile (immobile quand l’isolant sera posé).Il semblerait que le lambda d’un volume d’air immobile tourne autour de 0.025 (celui de la laine de roche est proche de 0.035). La lame d’air immobile isole donc mieux que la laine de roche d’épaisseur équivalente.
Photo25 les joints de néoprène posés sur cuve
La première couche d’isolant
Il s’agit de laine de roche (irritant mais 100 fois moins que la laine de verre). La laine de roche choisie fait 6cm d’épaisseur et les bandes font 60cm de large. Cette laine de roche est recouverte d’une couche d’aluminium. Cette couche d’aluminium est tournée vers la cuve pour profiter d’un effet de rayonnement redirigé vers la cuve. C’est un argument des vendeurs d’isolant à couche mince mais bon… des fois ou ce serait vrai…Cette couche d’alu est assez rigide ce qui met le joint de néoprène à rude épreuve. C’est pour cela qu’il n’est pas inutile de choisir un joint de néoprène qui comble des espaces de 5 cm.
Il ne faut pas oublier de trouer l’alu et l’isolant pour faire passer les 3 fils des sondes de température. La connexion des sondes sera prise en sandwich entre la première et la deuxième couche d’isolant donnant, ainsi, une difficulté supplémentaire aux calories éprises de liberté.
Si elles passent par le trou fait pour la sonde, elles butent sur la deuxième couche d’isolant.
Photo 26 les sondes température a travers isolant
La
présence des tuyaux oblige à cranter l’isolant ce qui constitue un
point faible. Il faudra veiller, dans l’avenir, à colmater ces
échappatoires de calories avec des déchets de laine de roche (nous y
reviendrons). De plus, pour les couches suivantes, on veillera à ce que
les crans soient décalés par rapport aux couches précédentes pour
éviter la superposition des points faibles.
Une fois la hauteur de la cuve recouverte (pour ma part avec 3 bandes de 60 cm de haut), j’ai saucissonné la cuve avec une corde de façon à maintenir l’isolant en place (moi j’ai fait 6 ou 7 tours de corde). Il faut serrer la corde mais pas trop.
Photo 27 saucissonnage première couche et chapeau
Une fois la hauteur de la cuve recouverte (pour ma part avec 3 bandes de 60 cm de haut), j’ai saucissonné la cuve avec une corde de façon à maintenir l’isolant en place (moi j’ai fait 6 ou 7 tours de corde). Il faut serrer la corde mais pas trop.
Photo 27 saucissonnage première couche et chapeau
Une fois l’ensemble bien immobilisé,
j’ai découpé le « chapeau » de la cuve et je l’ai placé.
Maintenant, armé de morceaux de laine de roche, je comble le moindre interstice.
De l’eau bien chaude stockée dans la cuve, permet, à la main, de détecter aisément toute perte évidente de calories. Une caméra thermique infra-rouge serait plus efficace mais aussi, beaucoup plus cher…la filière location, peut-être.
Photo28 montrant le plastique (le chapeau est posé provisoirement)
Maintenant, armé de morceaux de laine de roche, je comble le moindre interstice.
De l’eau bien chaude stockée dans la cuve, permet, à la main, de détecter aisément toute perte évidente de calories. Une caméra thermique infra-rouge serait plus efficace mais aussi, beaucoup plus cher…la filière location, peut-être.
La deuxième couche
Nous n’avons que 6 cm d’isolant…beaucoup trop peu. Avant la deuxième couche, j’ai posé un carré de plastique sur le dessus de la cuve et rabattu l’excédant sur le coté. Même si le plastique est moins isolant que la laine de roche, il empêche l’air de s’échapper.Photo28 montrant le plastique (le chapeau est posé provisoirement)
La deuxième couche fait appel à de la
laine de roche de 8cm d’épaisseur démunis d’aluminium. La largeur de la
bande fait 1m.
Une fois le deuxième chapeau posé, on peut placer la laine de roche sur la périphérie de la cuve. On veillera à cranter l’isolant pour laisser passer les tuyaux. On veillera à ce que ces crans ne soient pas à la même place que sur la première couche. De même, la jointure de deux bandes d’isolant devra être décalée par rapport aux jointures de la première couche.
Comme pour la première couche, on répétera l’étape de la corde et celle du « bourrage des points faibles ».
Comme pour les couches précédentes, on veillera à ne pas superposer les joints des différents lés d’isolant. Enfin, on recouvrira d’aluminium autocollant tous les joints d’aluminium externe pour assurer l’herméticité de l’ensemble.
Photo 29 couteau électrique
Une fois le deuxième chapeau posé, on peut placer la laine de roche sur la périphérie de la cuve. On veillera à cranter l’isolant pour laisser passer les tuyaux. On veillera à ce que ces crans ne soient pas à la même place que sur la première couche. De même, la jointure de deux bandes d’isolant devra être décalée par rapport aux jointures de la première couche.
Comme pour la première couche, on répétera l’étape de la corde et celle du « bourrage des points faibles ».
La troisième et dernière couche
Le troisième et dernier chapeau est placé. Pour la troisième couche, on fait appel à la même laine de roche que pour la première couche. Cette fois, cependant, l’aluminium sera placé du coté extérieur. Ceci n’a pas d’importance car il n’y a pas d’humidité à maitriser. On peut donc mettre un pare-vapeur côté froid. C’est pour une simple question d’esthétique.Comme pour les couches précédentes, on veillera à ne pas superposer les joints des différents lés d’isolant. Enfin, on recouvrira d’aluminium autocollant tous les joints d’aluminium externe pour assurer l’herméticité de l’ensemble.
Un petit truc
Que ce soit pour l’isolation de la maison ou pour isoler des cuves, quand vous avez de la laine de roche (ou laine de verre) en matelas, envisagez l’achat d’un couteau à viande électrique. Ca permet de couper le matelas de façon impeccable et avec une rapidité et une facilité remarquable. C’est une idée de mon architecte et s’il avait été aussi ingénieux dans l’élaboration de l’isolation de la maison, aucun doute, j’aurais eu une maison passive avant que ça n’existe.Photo 29 couteau électrique
C’est prometteur
La météo généreuse de cette fin de septembre 2011 a monté la température de la cuve HT à 79° à 16h00. Elle affichait 77° 17 heures après. Comme je n’affiche pas les décimales, on peut dire qu’au pire, j’ai perdu 3 degrés en 17 heures soit 4.2° sur 24h. C’est prometteur car la cuve n’a que 6 cm d’isolant. Seul le chapeau fait 14 cm (le deuxième chapeau de 8 cm n’étant que posée sur le premier)… le soin de pose est payant.
Ne pas oublier que la qualité de la pose de l’isolant est important, aussi, pour la stratification.
Il faut, cependant relativiser car comparer, en degrés, la perte d’une cuve de 900L avec celle d’une cuve de 560L ne veut pas dire grand-chose. En effet, une perte de 1° sur 900 litres représente presque deux fois plus de calories qu’une perte de 1° sur 500 litres. Cette « mesure » reste donc approximative. Ca donne une idée mais ça ne peut justifier une isolation moins performante… au contraire.
Toujours dans la même période (septembre), en quelques jours, le soleil a chauffé mes 2300 litres à plus de 80° (ce qui a permis de lever un petit bug informatique dans la régulation). Ce sera difficile de se passer d’un système de refroidissement en été. Ce sera nécessaire surtout si on s’absente. C’est prévu sur le schéma mais pas encore équipé. Qui m’a dit que 2200 litres pour 20m² de capteurs, c’était trop… ?
J’ai donc dessiné mes trois cuves sur mon tableau blanc (idéal pour lever les points noirs) et j’ai commencé à les relier en fonction des utilisations que je désirais faire. Au fil des jours, le schéma se compliquait au point que, non seulement je n’arrivais plus à m’y retrouver mais je ne suis pas sur que l’eau, elle-même, aurait eu plus de chances… J’ai vraiment eu un gros doute le jour ou je me suis aperçu que j’avais dessiné deux tuyaux placés bêtement… en parallèle. Je n’étais vraiment pas à l’aise avec ce genre de raccordements.
J’ai donc décidé de laisser mes neurones se reposer (ils en ont besoin, ils ne sont pas très nombreux). Le schéma était toujours sur le tableau situé dans mon petit labo d’électronique.
Un jour, j’ai reçu la visite d’un électronicien bien attaché à la technique de l’analogique et la conversation en est venue sur les bus d’ordinateur. Quand j’ai voulu lui expliquer la manière dont ça fonctionnait, j’ai du faire de la place sur le tableau et là, le flash… « Pourquoi ne pas appliquer la technique des bus informatique à mon installation solaire ? ».
L’idée était lancée. Après le départ du copain, il m’a fallu quelques minutes pour la première ébauche et… beaucoup plus pour fignoler.
Pour les non-initiés, je vais tenter d’expliquer en prenant l’exemple d’un building avec 6 appartements.
Si on admet que chaque locataire peut rendre visite à un autre, une technique consisterait à placer un escalier qui relie l’appartement 1 vers l’appartement 2. De même, un second escalier partant de l’appartement 1 vers l’appartement 3 et ainsi de suite jusque l’appartement 6. Il y aurait donc 5 escaliers qui partiraient de l’appartement 1. (Schéma 30 ci après)
Le même raisonnement peut se faire à partir de l’appartement 2 (là, il faudra 4 escaliers puisque celui pour aller vers l’appartement 1 existe déjà).
Pour les 6 appartements, il ne faudrait pas moins de 15 escaliers.
Notez que si deux locataires ne s’entendent pas, on pourrait faire l’économie d’un escalier…
Schéma 30 x escaliers entre appartements et schéma 31 solution avec cage d’escalier
La météo généreuse de cette fin de septembre 2011 a monté la température de la cuve HT à 79° à 16h00. Elle affichait 77° 17 heures après. Comme je n’affiche pas les décimales, on peut dire qu’au pire, j’ai perdu 3 degrés en 17 heures soit 4.2° sur 24h. C’est prometteur car la cuve n’a que 6 cm d’isolant. Seul le chapeau fait 14 cm (le deuxième chapeau de 8 cm n’étant que posée sur le premier)… le soin de pose est payant.
Ne pas oublier que la qualité de la pose de l’isolant est important, aussi, pour la stratification.
Il faut, cependant relativiser car comparer, en degrés, la perte d’une cuve de 900L avec celle d’une cuve de 560L ne veut pas dire grand-chose. En effet, une perte de 1° sur 900 litres représente presque deux fois plus de calories qu’une perte de 1° sur 500 litres. Cette « mesure » reste donc approximative. Ca donne une idée mais ça ne peut justifier une isolation moins performante… au contraire.
Toujours dans la même période (septembre), en quelques jours, le soleil a chauffé mes 2300 litres à plus de 80° (ce qui a permis de lever un petit bug informatique dans la régulation). Ce sera difficile de se passer d’un système de refroidissement en été. Ce sera nécessaire surtout si on s’absente. C’est prévu sur le schéma mais pas encore équipé. Qui m’a dit que 2200 litres pour 20m² de capteurs, c’était trop… ?
Principe de raccordement
Encore fallait-il établir un schéma de raccordement des cuves répondant à mes attentes. Bien entendu, j’ai regardé les schémas du forum et les nombreux « schémas type » glanés sur internet mais mon installation est assez atypique et, si j’ai pu m’inspirer de certains schémas, il restait pas mal de « points noirs ».J’ai donc dessiné mes trois cuves sur mon tableau blanc (idéal pour lever les points noirs) et j’ai commencé à les relier en fonction des utilisations que je désirais faire. Au fil des jours, le schéma se compliquait au point que, non seulement je n’arrivais plus à m’y retrouver mais je ne suis pas sur que l’eau, elle-même, aurait eu plus de chances… J’ai vraiment eu un gros doute le jour ou je me suis aperçu que j’avais dessiné deux tuyaux placés bêtement… en parallèle. Je n’étais vraiment pas à l’aise avec ce genre de raccordements.
J’ai donc décidé de laisser mes neurones se reposer (ils en ont besoin, ils ne sont pas très nombreux). Le schéma était toujours sur le tableau situé dans mon petit labo d’électronique.
Un jour, j’ai reçu la visite d’un électronicien bien attaché à la technique de l’analogique et la conversation en est venue sur les bus d’ordinateur. Quand j’ai voulu lui expliquer la manière dont ça fonctionnait, j’ai du faire de la place sur le tableau et là, le flash… « Pourquoi ne pas appliquer la technique des bus informatique à mon installation solaire ? ».
L’idée était lancée. Après le départ du copain, il m’a fallu quelques minutes pour la première ébauche et… beaucoup plus pour fignoler.
Pour les non-initiés, je vais tenter d’expliquer en prenant l’exemple d’un building avec 6 appartements.
Si on admet que chaque locataire peut rendre visite à un autre, une technique consisterait à placer un escalier qui relie l’appartement 1 vers l’appartement 2. De même, un second escalier partant de l’appartement 1 vers l’appartement 3 et ainsi de suite jusque l’appartement 6. Il y aurait donc 5 escaliers qui partiraient de l’appartement 1. (Schéma 30 ci après)
Le même raisonnement peut se faire à partir de l’appartement 2 (là, il faudra 4 escaliers puisque celui pour aller vers l’appartement 1 existe déjà).
Pour les 6 appartements, il ne faudrait pas moins de 15 escaliers.
Notez que si deux locataires ne s’entendent pas, on pourrait faire l’économie d’un escalier…
Schéma 30 x escaliers entre appartements et schéma 31 solution avec cage d’escalier
Cette
façon de faire semble absurde mais elle ressemble étrangement aux
différents schémas que j’ai vu (et que j’ai voulu faire). Si on veut
préchauffer une cuve, on la raccorde à la chaudière avec deux tuyaux et
si on veut préchauffer une deuxième cuve, on ajoute 2 tuyaux
supplémentaires entre la deuxième cuve et la même chaudière… les tuyaux
étant, ici, l’équivalent de l’escalier.
Mais ce n’est pas comme ça que l’on fait en pratique. Dans chaque building, Il y a une cage d’escalier qui contient 5 escaliers. Un escalier relie l’appartement 1 au 2, un autre entre le 2 et 3 etc.
5 escaliers au lieu de 15… ça vaut la peine d’y réfléchir.
C’est cette technique que j’ai décidé d’appliquer (elle est similaire aux « bus » informatiques).
Vous avez la cage d’escalier qui, au niveau hydraulique, correspond à deux tuyaux parcourant l’installation (l’aller et le retour). Tous les appartements du building sont connectés à la cage d’escalier via des portes d’entrées (Schéma B). Au niveau hydraulique, toutes les cuves et générateurs de chaleur (chaudière, solaire) sont raccordés aux tuyaux « bus » via des vannes électriques.
Tout est ainsi interconnecté et tous les mouvements de fluides sont théoriquement possibles tout comme il est possible, dans notre exemple, à un locataire d’aller rendre visite à n’importe quel autre.
Il n’y a pas d’autres mystères à cette technique qui permet une simplification notable
Il y a juste quelques limitations liées typiquement à l’hydraulique :
Mais ce n’est pas comme ça que l’on fait en pratique. Dans chaque building, Il y a une cage d’escalier qui contient 5 escaliers. Un escalier relie l’appartement 1 au 2, un autre entre le 2 et 3 etc.
5 escaliers au lieu de 15… ça vaut la peine d’y réfléchir.
C’est cette technique que j’ai décidé d’appliquer (elle est similaire aux « bus » informatiques).
Vous avez la cage d’escalier qui, au niveau hydraulique, correspond à deux tuyaux parcourant l’installation (l’aller et le retour). Tous les appartements du building sont connectés à la cage d’escalier via des portes d’entrées (Schéma B). Au niveau hydraulique, toutes les cuves et générateurs de chaleur (chaudière, solaire) sont raccordés aux tuyaux « bus » via des vannes électriques.
Tout est ainsi interconnecté et tous les mouvements de fluides sont théoriquement possibles tout comme il est possible, dans notre exemple, à un locataire d’aller rendre visite à n’importe quel autre.
Il n’y a pas d’autres mystères à cette technique qui permet une simplification notable
Il y a juste quelques limitations liées typiquement à l’hydraulique :
- Un escalier sert à la fois pour monter et descendre. En hydraulique, deux tuyaux sont nécessaires (aller et retour). Pour mieux simuler, disons que les escaliers sont remplacés par des escalators (un qui monte et l’autre descend).
- Comme en hydraulique, l’eau peut être à des températures différentes, on ne peut pas tout mélanger et, donc, un seul générateur de chaleur peut avoir accès au « bus » à la fois. C’est un peu comme si, dans notre cage d’escalier, on admettait une seule personne à la fois. Et cette occupation peut être longue… si, en informatique, on parle en microsecondes et dans les escaliers, on parle de la minutes, ici, ce sera plutôt de l’ordre du quart d’heure, voire de l’heure. Etant donné qu’il n’est pas possible d’arrêter le soleil, cette situation conduira à une petite astuce au niveau solaire mais nous y reviendrons.
- Vu que l’eau doit être mue, il faut prévoir des circulateurs et certains anti-retours. Ces accessoires viennent un peu perturber la simplicité du principe de bus mais ça reste raisonnable.
Le schéma simplifié
Je suis conscient que cette manière
de raccorder les cuves doit en dérouter plus d’un.
Lorsque j’ai proposé cette idée sur le forum, j’ai eu droit à un long silence à tel point que j’ai recommencé le post en simplifiant le schéma à l’extrême. Là, j’ai eu droit à un timide… « J’y comprends rien… tu peux expliquer ? »… ouf, le forum n’était pas mort.
Ce genre de réflexion est parfaitement légitime et pourtant, je vous assure que cette manière de voir les choses est ultra simple, ça peut simplifier pas mal de schémas et, en pratique, ça fonctionne parfaitement.
Ca vaut vraiment la peine de s’y attarder.
Dans le cadre de ce compte rendu, il est important de comprendre le principe (et si vous avez compris le principe de la cage d’escalier, le plus gros est déjà fait).
Pour expliquer simplement, j’ai fait un schéma simplifié sur lequel on peut raisonner.
Sur ce schéma, on peut remarquer, au centre, les deux tuyaux verticaux qui constituent le bus.
Le tuyau rouge constitue l’amenée de l’eau chaude et le bleu, l’eau moins chaude.
A droite, on remarque les cuves HT, BT et sanitaire dont les entrées sont connectées au bus (rouge) via les vannes V1_4, V2_3 et V3. L’eau sortant des cuves est connecté au bus « retour » (tuyau bleu) via les vannes V1_0 et V2_0. Le retour de la cuve sanitaire se fait sans vanne.
Du côté des générateurs de chaleur (chaudière et l’échangeur à plaques du solaire), ils sont visibles sur la gauche du schéma. La sortie de la chaudière est raccordée sur le bus (tuyaux rouge) via un clapet anti-retour pour éviter les refoulements non désirés. L’entrée de la chaudière est raccordée sur le tuyau bleu via le circulateur qui permet a l’eau de se mouvoir.
Admettons que la chaudière chauffe l’eau de la cuve HT
On allume la chaudière, on active le circulateur C3 et puisque on désire chauffer l’eau de HT, on ouvre la vanne V1_4 et V1_0. A ce moment, l’eau chauffée sort de la chaudière, passe l’anti-retour, parcourt le tuyau rouge du bus et puisque la seule vanne ouverte est V1_4, l’eau pénètre dans la cuve HT. Notons, au passage, que l’eau ne peut pas remonter dans l’échangeur à plaques car elle vient buter sur l’anti-retour.
Pour que le système fonctionne, il faut que l’eau qui entre dans la cuve HT soit compensé par la même quantité d’eau qui en sort. C’est ce qui se passe puisque l’eau ressort de la cuve dans le tuyau bleu du bus via la vanne V1_0. Cette eau n’a d’autre choix que de retourner vers la chaudière ou elle sera réchauffée.
La boucle est bouclée.
Et si c’est la cuve BT que l’on veut chauffer avec la chaudière ? Rien de plus simple, au lieu d’ouvrir les vannes V1_4 et V1_0, il suffit d’ouvrir V2_3 et V2_0 (bien sur, C3 doit être activé).
Comme vous le voyez, il n’y a vraiment rien de sorcier. Allez, petit exercice…
Admettons qu’il y a du soleil et que vous désirez chauffer le ballon ECS. Quel(s) circulateur(s) et quelle(s) vanne(s) allez-vous activer ? Réponse…C1, C2 et V3.
Notez que sans un seul élément de plus, votre chaudière pourra chauffer soit la cuve HT, soit la cuve BT, soit la cuve ECS en fonction des vannes activées. Notez que si le soleil est généreux, il sera aussi possible de chauffer les 3 cuves via l’échangeur à plaques… simple n’est-ce pas ?
Et si vous désirez modifier ce schéma et y inclure un bouilleur (avec son thermovar) ? Il suffit de raccorder la sortie du bouilleur sur le tuyau rouge du bus via un clapet anti-retour et l’entrée du bouilleur sur le tuyau bleu via un circulateur (s’il n’est pas inclus dans le bouilleur) et c’est tout…
Le bouilleur aura accès, lui aussi, à toutes les cuves sans qu’il soit nécessaire d’ajouter un seul artifice.
Alors, vous êtes sur le point de devenir un adepte de cette technique ?
Il y a, cependant, une limite. 2 générateurs d’eau chaude ne peuvent accéder au bus en même temps. En effet, un mélange d’eau à des températures différentes n’est pas le meilleur moyen de récolter des calories. Bien sur, ça ne représente aucun danger si ça arrive mais ce serait contraire aux bonnes pratiques. En fait, ça pose un petit problème car si on sait arrêter une chaudière, il n’en est pas de même pour le soleil. Du coup, il faudra prévoir un petit dispositif pour détourner les calories solaire sans utiliser le bus si la chaudière fonctionne. On y reviendra.
Tant qu’on est sur le schéma simplifié, localisons quelques éléments.
Sur la droite au dessus, on peut voir les vannes de réglage (C9 et V9, C10 et V10) qui ajuste la température vers les radiateurs et le chauffage sol. Le circuit radiateur est connecté à la cuve HT et la chauffage sol est raccordé sur la cuve BT.
En dessous, à droite, on trouve la sortie sanitaire et une vanne thermostatique limitant la température à 60°. Le circulateur C8 ne devrait pas être sur ce schéma.
Les petits carrés verts sont, en fait, l’emplacement des sondes de température.
Comme on peut s’en apercevoir, on localisera aisément les éléments du schéma simplifié.
On remarquera, cependant, quelques différences que nous allons, maintenant, expliquer.
En premier lieu, au dessus et à gauche, on aperçoit un radiateur de décharge raccordé sur le bus. Son but est de dissiper les calories lorsque les cuves sont pleines. On peut dissiper les calories provenant des capteurs mais on pourrait, aussi, refroidir une cuve. Admettons que l’on veuille refroidir la cuve BT. On s’aperçoit vite qu’il n’y a pas de circulateur près de BT. Il faudra donc ajouter le circulateur C6 pour permettre la circulation de l’eau et l’évacuation des calories.
On remarque, aussi, que la sortie radiateurs de la cuve HT a été modifiée. Comme défini dans l’explication des cuves, ça permet d’alimenter le chauffage en eau chaude avant le stockage en cuve.
Lorsque j’ai proposé cette idée sur le forum, j’ai eu droit à un long silence à tel point que j’ai recommencé le post en simplifiant le schéma à l’extrême. Là, j’ai eu droit à un timide… « J’y comprends rien… tu peux expliquer ? »… ouf, le forum n’était pas mort.
Ce genre de réflexion est parfaitement légitime et pourtant, je vous assure que cette manière de voir les choses est ultra simple, ça peut simplifier pas mal de schémas et, en pratique, ça fonctionne parfaitement.
Ca vaut vraiment la peine de s’y attarder.
Dans le cadre de ce compte rendu, il est important de comprendre le principe (et si vous avez compris le principe de la cage d’escalier, le plus gros est déjà fait).
Pour expliquer simplement, j’ai fait un schéma simplifié sur lequel on peut raisonner.
Sur ce schéma, on peut remarquer, au centre, les deux tuyaux verticaux qui constituent le bus.
Le tuyau rouge constitue l’amenée de l’eau chaude et le bleu, l’eau moins chaude.
A droite, on remarque les cuves HT, BT et sanitaire dont les entrées sont connectées au bus (rouge) via les vannes V1_4, V2_3 et V3. L’eau sortant des cuves est connecté au bus « retour » (tuyau bleu) via les vannes V1_0 et V2_0. Le retour de la cuve sanitaire se fait sans vanne.
Du côté des générateurs de chaleur (chaudière et l’échangeur à plaques du solaire), ils sont visibles sur la gauche du schéma. La sortie de la chaudière est raccordée sur le bus (tuyaux rouge) via un clapet anti-retour pour éviter les refoulements non désirés. L’entrée de la chaudière est raccordée sur le tuyau bleu via le circulateur qui permet a l’eau de se mouvoir.
Admettons que la chaudière chauffe l’eau de la cuve HT
On allume la chaudière, on active le circulateur C3 et puisque on désire chauffer l’eau de HT, on ouvre la vanne V1_4 et V1_0. A ce moment, l’eau chauffée sort de la chaudière, passe l’anti-retour, parcourt le tuyau rouge du bus et puisque la seule vanne ouverte est V1_4, l’eau pénètre dans la cuve HT. Notons, au passage, que l’eau ne peut pas remonter dans l’échangeur à plaques car elle vient buter sur l’anti-retour.
Pour que le système fonctionne, il faut que l’eau qui entre dans la cuve HT soit compensé par la même quantité d’eau qui en sort. C’est ce qui se passe puisque l’eau ressort de la cuve dans le tuyau bleu du bus via la vanne V1_0. Cette eau n’a d’autre choix que de retourner vers la chaudière ou elle sera réchauffée.
La boucle est bouclée.
Et si c’est la cuve BT que l’on veut chauffer avec la chaudière ? Rien de plus simple, au lieu d’ouvrir les vannes V1_4 et V1_0, il suffit d’ouvrir V2_3 et V2_0 (bien sur, C3 doit être activé).
Comme vous le voyez, il n’y a vraiment rien de sorcier. Allez, petit exercice…
Admettons qu’il y a du soleil et que vous désirez chauffer le ballon ECS. Quel(s) circulateur(s) et quelle(s) vanne(s) allez-vous activer ? Réponse…C1, C2 et V3.
Notez que sans un seul élément de plus, votre chaudière pourra chauffer soit la cuve HT, soit la cuve BT, soit la cuve ECS en fonction des vannes activées. Notez que si le soleil est généreux, il sera aussi possible de chauffer les 3 cuves via l’échangeur à plaques… simple n’est-ce pas ?
Et si vous désirez modifier ce schéma et y inclure un bouilleur (avec son thermovar) ? Il suffit de raccorder la sortie du bouilleur sur le tuyau rouge du bus via un clapet anti-retour et l’entrée du bouilleur sur le tuyau bleu via un circulateur (s’il n’est pas inclus dans le bouilleur) et c’est tout…
Le bouilleur aura accès, lui aussi, à toutes les cuves sans qu’il soit nécessaire d’ajouter un seul artifice.
Alors, vous êtes sur le point de devenir un adepte de cette technique ?
Il y a, cependant, une limite. 2 générateurs d’eau chaude ne peuvent accéder au bus en même temps. En effet, un mélange d’eau à des températures différentes n’est pas le meilleur moyen de récolter des calories. Bien sur, ça ne représente aucun danger si ça arrive mais ce serait contraire aux bonnes pratiques. En fait, ça pose un petit problème car si on sait arrêter une chaudière, il n’en est pas de même pour le soleil. Du coup, il faudra prévoir un petit dispositif pour détourner les calories solaire sans utiliser le bus si la chaudière fonctionne. On y reviendra.
Tant qu’on est sur le schéma simplifié, localisons quelques éléments.
Sur la droite au dessus, on peut voir les vannes de réglage (C9 et V9, C10 et V10) qui ajuste la température vers les radiateurs et le chauffage sol. Le circuit radiateur est connecté à la cuve HT et la chauffage sol est raccordé sur la cuve BT.
En dessous, à droite, on trouve la sortie sanitaire et une vanne thermostatique limitant la température à 60°. Le circulateur C8 ne devrait pas être sur ce schéma.
Explications du schéma
Maintenant que le principe de “bus” est compris, voyons ce que nous réserve le schéma réel.Les petits carrés verts sont, en fait, l’emplacement des sondes de température.
Comme on peut s’en apercevoir, on localisera aisément les éléments du schéma simplifié.
On remarquera, cependant, quelques différences que nous allons, maintenant, expliquer.
En premier lieu, au dessus et à gauche, on aperçoit un radiateur de décharge raccordé sur le bus. Son but est de dissiper les calories lorsque les cuves sont pleines. On peut dissiper les calories provenant des capteurs mais on pourrait, aussi, refroidir une cuve. Admettons que l’on veuille refroidir la cuve BT. On s’aperçoit vite qu’il n’y a pas de circulateur près de BT. Il faudra donc ajouter le circulateur C6 pour permettre la circulation de l’eau et l’évacuation des calories.
On remarque, aussi, que la sortie radiateurs de la cuve HT a été modifiée. Comme défini dans l’explication des cuves, ça permet d’alimenter le chauffage en eau chaude avant le stockage en cuve.
On
remarquera, ensuite, le circulateur C7 et les deux clapets anti-retour.
Ce circulateur permet de transvaser de l’eau chaude de HT pour la
transférer vers la cuve ECS. C’est juste pour parer un épuisement de la
cuve sanitaire accompagné d’une pénurie solaire sévère.
Les entrées de cuve HT et BT ont, en fait, 5 entrées sur chaque cuve avec une vanne deux voies de commande
A voir aussi, la vanne V0 qui permet de boucler le bus. Elle est située a l’extrémité du bus. Ce sera utilisé pour amener l’eau chaude près des cuves sans perturber celles-ci.
Coté chauffage (partie droite au dessus), on reconnait les départs radiateurs et sol avec, pour chacun, un ensemble circulateur (c9 et c10) et vanne 3 voies (v9 et v10) destinés à envoyer la bonne température d’eau indépendamment de celle régnant dans les cuves.
On remarque que l’ensemble radiateur est connecté sur la cuve HT.
Du coté chauffage sol, c’est un peu plus complexe. En effet, on peut le connecter sur la cuve BT mais aussi sur HT et même sur la cuve sanitaire (cette dernière liaison est existante mais l’expérience prouve que l’autonomie des deux cuves de 900L est largement suffisante).
Il faut savoir que les pièces de vie sont chauffées par le sol et par des radiateurs (ces derniers ne fonctionnant que pour compenser l’inertie du chauffage sol). Il est donc tout à fait possible que la cuve HT soit chaude et que les radiateurs soient arrêtés pour le reste de la journée. C’est surtout dans cette configuration que la commutation du chauffage sol sur HT est effectuée quand BT est épuisé… ne laissons pas dormir des calories.
Coté inférieur droit. Il faut savoir que la cuve Solus a (entre autre) deux particularités.
1- Elle chauffe l’eau sanitaire au passage lors de son utilisation. Il n’y a donc pas de stockage d’eau sanitaire chaude.
2- Elle utilise la basse température de l’eau sanitaire entrante pour accélérer le transit de l’eau morte de stockage refroidie vers l’échangeur solaire (placé à plat dans le fond de la cuve). Préchauffer l’eau sanitaire entrante n’est donc pas une bonne idée.
Mais pourquoi la préchauffer si on a assez d’autonomie ?
Ben pour récolter des calories…
En fait, j’ai remarqué que l’eau de distribution arrivait, en plein hiver, avec une température de 8 à 10°. C’est une température très basse, (bien plus basse qu’un retour de chauffage sol (25 à 35°)). Il y a donc moyen de stocker des calories à l’eau de distribution puisqu’il suffit que les capteurs atteignent les 15° pour pouvoir démarrer.
Il peut donc être intéressant de placer un petit réservoir (qui serait le seul à stocker de l’eau sanitaire) et qu’on pourrait élever à 15, 20 ou 25° en fonction du bon vouloir de l’astre solaire. Cette eau froide étant moins « glacée », elle diminuerait la quantité d’eau soutirée à la solus qui conserverait, ainsi, de précieuses calories.
Pour garder la température basse a l’entrée de la cuve Solus (voir plus haut), la sortie de ce ballon préchauffé est raccordée à l’entrée froide du premier mitigeur thermostatique. Un deuxième mitigeur thermostatique est placé en série et raccordé à l’eau froide pour garantir de ne pas dépasser 60° au cas où le ballon de préchauffage serait accidentellement à une température trop élevée (été par ex). C8 est le circulateur de boucle.
Ce ballon de préchauffage est prévu mais pas encore opérationnel (mais tout est prêt pour l’accueillir).
Pour le circuit primaire solaire, le schéma ne reprend pas le détail de tout. Il est assez classique avec son vase d’expansion, sécurité, ébulleur etc… seul C1 (circulateur primaire) est représenté. Le caloporteur parcourt l’échangeur à plaques, l’échangeur interne de la solus et l’échangeur interne de la cuve de préchauffage. Les vannes V6, V7 et V8 autorisent ou court-circuite chaque échangeur. Quand toutes ces vannes sont au repos, on peut préchauffer la boucle primaire sans pertes de calories.
C’est ici que se situe l’astuce. Quand la chaudière occupe le bus, les calories solaires sont envoyées vers l’échangeur interne de la cuve sanitaire (ou le préchauffage) et contribue, ainsi, à la récolte des calories sans utiliser le « bus ».
Photo 33 circuits échangeurs à plaques.
L’arrivée/retour solaire est en haut à droite,
les deux échangeurs sont visibles en dessous (ainsi que le circulateur (bouton rouge)).
Deux des trois vannes sont bien visibles (la troisième est à droite).
Désolé pour le tuyau vert qui est provisoire
Les entrées de cuve HT et BT ont, en fait, 5 entrées sur chaque cuve avec une vanne deux voies de commande
A voir aussi, la vanne V0 qui permet de boucler le bus. Elle est située a l’extrémité du bus. Ce sera utilisé pour amener l’eau chaude près des cuves sans perturber celles-ci.
Coté chauffage (partie droite au dessus), on reconnait les départs radiateurs et sol avec, pour chacun, un ensemble circulateur (c9 et c10) et vanne 3 voies (v9 et v10) destinés à envoyer la bonne température d’eau indépendamment de celle régnant dans les cuves.
On remarque que l’ensemble radiateur est connecté sur la cuve HT.
Du coté chauffage sol, c’est un peu plus complexe. En effet, on peut le connecter sur la cuve BT mais aussi sur HT et même sur la cuve sanitaire (cette dernière liaison est existante mais l’expérience prouve que l’autonomie des deux cuves de 900L est largement suffisante).
Il faut savoir que les pièces de vie sont chauffées par le sol et par des radiateurs (ces derniers ne fonctionnant que pour compenser l’inertie du chauffage sol). Il est donc tout à fait possible que la cuve HT soit chaude et que les radiateurs soient arrêtés pour le reste de la journée. C’est surtout dans cette configuration que la commutation du chauffage sol sur HT est effectuée quand BT est épuisé… ne laissons pas dormir des calories.
Coté inférieur droit. Il faut savoir que la cuve Solus a (entre autre) deux particularités.
1- Elle chauffe l’eau sanitaire au passage lors de son utilisation. Il n’y a donc pas de stockage d’eau sanitaire chaude.
2- Elle utilise la basse température de l’eau sanitaire entrante pour accélérer le transit de l’eau morte de stockage refroidie vers l’échangeur solaire (placé à plat dans le fond de la cuve). Préchauffer l’eau sanitaire entrante n’est donc pas une bonne idée.
Mais pourquoi la préchauffer si on a assez d’autonomie ?
Ben pour récolter des calories…
En fait, j’ai remarqué que l’eau de distribution arrivait, en plein hiver, avec une température de 8 à 10°. C’est une température très basse, (bien plus basse qu’un retour de chauffage sol (25 à 35°)). Il y a donc moyen de stocker des calories à l’eau de distribution puisqu’il suffit que les capteurs atteignent les 15° pour pouvoir démarrer.
Il peut donc être intéressant de placer un petit réservoir (qui serait le seul à stocker de l’eau sanitaire) et qu’on pourrait élever à 15, 20 ou 25° en fonction du bon vouloir de l’astre solaire. Cette eau froide étant moins « glacée », elle diminuerait la quantité d’eau soutirée à la solus qui conserverait, ainsi, de précieuses calories.
Pour garder la température basse a l’entrée de la cuve Solus (voir plus haut), la sortie de ce ballon préchauffé est raccordée à l’entrée froide du premier mitigeur thermostatique. Un deuxième mitigeur thermostatique est placé en série et raccordé à l’eau froide pour garantir de ne pas dépasser 60° au cas où le ballon de préchauffage serait accidentellement à une température trop élevée (été par ex). C8 est le circulateur de boucle.
Ce ballon de préchauffage est prévu mais pas encore opérationnel (mais tout est prêt pour l’accueillir).
Pour le circuit primaire solaire, le schéma ne reprend pas le détail de tout. Il est assez classique avec son vase d’expansion, sécurité, ébulleur etc… seul C1 (circulateur primaire) est représenté. Le caloporteur parcourt l’échangeur à plaques, l’échangeur interne de la solus et l’échangeur interne de la cuve de préchauffage. Les vannes V6, V7 et V8 autorisent ou court-circuite chaque échangeur. Quand toutes ces vannes sont au repos, on peut préchauffer la boucle primaire sans pertes de calories.
C’est ici que se situe l’astuce. Quand la chaudière occupe le bus, les calories solaires sont envoyées vers l’échangeur interne de la cuve sanitaire (ou le préchauffage) et contribue, ainsi, à la récolte des calories sans utiliser le « bus ».
Les circuits annexes
L’échangeur à plaques
Photo 33 circuits échangeurs à plaques.
L’arrivée/retour solaire est en haut à droite,
les deux échangeurs sont visibles en dessous (ainsi que le circulateur (bouton rouge)).
Deux des trois vannes sont bien visibles (la troisième est à droite).
Désolé pour le tuyau vert qui est provisoire
J’ai
réuni sur un support en bois (fixé au mur) l’échangeur à plaques et les
éléments associés (éboueur, filtre) ainsi que le circulateur C2 et les
3 vannes V6 V7 et V8.
Concernant le circulateur, j’ai choisi un wilo classe A avec variation de vitesse commandé par un signal 0-10v. Actuellement, cette option n’est pas encore activée.
L’éboueur est un système destiné à stocker toutes les déchets qui pourraient être transporté par l’eau de chauffage. Mon modèle comporte un aimant destiné à piéger les déchets métalliques. Un filtre le complète afin d’éviter d’obstruer l’échangeur à plaques. Le même système est placé sur le primaire (circuit solaire) qui a peu de chances de servir mais comme une installation est partie pour 20 ou 30 ans, ce n’est pas cette protection supplémentaire qui va me ruiner.
L’échangeur en lui-même est annoncé pour 22KW. Mais comme il travail à basse température, on peut diviser cette donnée par deux soit 11Kw. Une information dans un prospectus solaire donnait un échangeur de 8KW pour 20m² de panneaux. Comme le prix des échangeurs brasés était de 80€ (isolation comprise), j’en ai pris 2 et je les ai montés tous les deux.
Le résultat donne un écart de 7° (retour vers capteurs – eau fond de cuve). Un peu élevé à mon gout mais mieux qu’avec la Solus et les 10m² de capteurs (la différence était de 10°) et beaucoup mieux qu’avec la même solus et les 20m² de capteurs (qui donnait près de 20° à cause de l’échangeur sous-dimensionné). Soyons clair, la solus 560L n’est pas du tout prévue pour 20m² de capteurs (10m² max). Ce n’est pas un défaut, c’est l’utilisation faite qui est une erreur.
L’échangeur à plaques reste quand même un petit point faible de l’installation. On peut considérer que l’eau qui retourne vers les capteurs est 7° trop élevé ce qui diminuera, d’autant, le rendement des capteurs. Bien entendu, imaginer que l’eau sera réinjectée à la température du bas de cuve est illusoire mais on peut espérer s’en approcher beaucoup plus.
J’ai donc deux échangeurs de 22Kw placés en série. La surface d’échange est donnée pour 0.33m² par échangeur ce qui la porte à 0.66m². Il est facile d’imaginer que pour avoir une eau moins chaude qui retourne aux capteurs, il faut lui donner l’occasion de céder d’avantage de calories vers les cuves. Cela ne peut se faire qu’en augmentant la surface d’échange.
Mais comment dimensionner l’échangeur ?
C’est la bonne question et je n’ai trouvé, sur internet, aucune information précise. Il y a bien des programmes de simulation mais il n’est pas facile de les paramétrer.
Le choix d’un échangeur à plaques est un compromis entre sa puissance, sa surface d’échange, son poids (inertie) et… son prix. Attention au prix… on est vite à 500 ou 700 €. Une recherche sur internet permet de trouver des échangeurs neufs pour la moitié de ce prix. Le marché de l’occasion existe aussi.
Il n’empêche que c’est quand même un prix et qu’il est utile de le faire précéder d’un filtre destiné à le protéger des limailles et autre déchets qui peuvent être véhiculés par l’eau.
Pour ma part, je considère que les 0.66m² sont « acceptables ». Pour améliorer, si je choisis une surface d’échange double, ça devrait être ok. Mais je sais que je suis difficile et puis l’échangeur, une fois acheté, devrait durer le même temps que l’installation (probablement plus) alors, au diable l’avarice, prenons un rapport de 3 et cherchons un échangeur dont la surface d’échange approche les 2 m². J’hésite entre un modèle de 330Kw (1.8m²) de 10kg et un modèle de 440Kw (2.4m²) de 13Kg. Le prix est de l’ordre de 350€ mais comme il n’en faut qu’un pour les 3 cuves… Il est par contre important de s’assurer qu’une coque d’isolation est disponible. De plus, les dimensions se prêtent bien pour remplacer les deux « anciens » échangeurs.
Après contact e-mail, les coques d’isolation ne sont pas disponibles. Vu que le prix est attrayant, je vais probablement me laisser tenter et fabriquer la coque avec une plaque de polyuréthane ou de la mousse isolante qui devra tenir 100 – 110°.
L’achat est en cours, les résultats dans la version 2 de ce document.
Photo 34 avec thermostatiques et circulateur de boucle. A gauche, vers l’échangeur solus.
Au dessus et de gauche à droite, départ eau chaude de la boucle,
arrivée eau froide, et retour de boucle via circulateur.
Concernant le circulateur, j’ai choisi un wilo classe A avec variation de vitesse commandé par un signal 0-10v. Actuellement, cette option n’est pas encore activée.
L’éboueur est un système destiné à stocker toutes les déchets qui pourraient être transporté par l’eau de chauffage. Mon modèle comporte un aimant destiné à piéger les déchets métalliques. Un filtre le complète afin d’éviter d’obstruer l’échangeur à plaques. Le même système est placé sur le primaire (circuit solaire) qui a peu de chances de servir mais comme une installation est partie pour 20 ou 30 ans, ce n’est pas cette protection supplémentaire qui va me ruiner.
L’échangeur en lui-même est annoncé pour 22KW. Mais comme il travail à basse température, on peut diviser cette donnée par deux soit 11Kw. Une information dans un prospectus solaire donnait un échangeur de 8KW pour 20m² de panneaux. Comme le prix des échangeurs brasés était de 80€ (isolation comprise), j’en ai pris 2 et je les ai montés tous les deux.
Le résultat donne un écart de 7° (retour vers capteurs – eau fond de cuve). Un peu élevé à mon gout mais mieux qu’avec la Solus et les 10m² de capteurs (la différence était de 10°) et beaucoup mieux qu’avec la même solus et les 20m² de capteurs (qui donnait près de 20° à cause de l’échangeur sous-dimensionné). Soyons clair, la solus 560L n’est pas du tout prévue pour 20m² de capteurs (10m² max). Ce n’est pas un défaut, c’est l’utilisation faite qui est une erreur.
L’échangeur à plaques reste quand même un petit point faible de l’installation. On peut considérer que l’eau qui retourne vers les capteurs est 7° trop élevé ce qui diminuera, d’autant, le rendement des capteurs. Bien entendu, imaginer que l’eau sera réinjectée à la température du bas de cuve est illusoire mais on peut espérer s’en approcher beaucoup plus.
J’ai donc deux échangeurs de 22Kw placés en série. La surface d’échange est donnée pour 0.33m² par échangeur ce qui la porte à 0.66m². Il est facile d’imaginer que pour avoir une eau moins chaude qui retourne aux capteurs, il faut lui donner l’occasion de céder d’avantage de calories vers les cuves. Cela ne peut se faire qu’en augmentant la surface d’échange.
Mais comment dimensionner l’échangeur ?
C’est la bonne question et je n’ai trouvé, sur internet, aucune information précise. Il y a bien des programmes de simulation mais il n’est pas facile de les paramétrer.
Le choix d’un échangeur à plaques est un compromis entre sa puissance, sa surface d’échange, son poids (inertie) et… son prix. Attention au prix… on est vite à 500 ou 700 €. Une recherche sur internet permet de trouver des échangeurs neufs pour la moitié de ce prix. Le marché de l’occasion existe aussi.
Il n’empêche que c’est quand même un prix et qu’il est utile de le faire précéder d’un filtre destiné à le protéger des limailles et autre déchets qui peuvent être véhiculés par l’eau.
Pour ma part, je considère que les 0.66m² sont « acceptables ». Pour améliorer, si je choisis une surface d’échange double, ça devrait être ok. Mais je sais que je suis difficile et puis l’échangeur, une fois acheté, devrait durer le même temps que l’installation (probablement plus) alors, au diable l’avarice, prenons un rapport de 3 et cherchons un échangeur dont la surface d’échange approche les 2 m². J’hésite entre un modèle de 330Kw (1.8m²) de 10kg et un modèle de 440Kw (2.4m²) de 13Kg. Le prix est de l’ordre de 350€ mais comme il n’en faut qu’un pour les 3 cuves… Il est par contre important de s’assurer qu’une coque d’isolation est disponible. De plus, les dimensions se prêtent bien pour remplacer les deux « anciens » échangeurs.
Après contact e-mail, les coques d’isolation ne sont pas disponibles. Vu que le prix est attrayant, je vais probablement me laisser tenter et fabriquer la coque avec une plaque de polyuréthane ou de la mousse isolante qui devra tenir 100 – 110°.
L’achat est en cours, les résultats dans la version 2 de ce document.
Le circuit sanitaire
Photo 34 avec thermostatiques et circulateur de boucle. A gauche, vers l’échangeur solus.
Au dessus et de gauche à droite, départ eau chaude de la boucle,
arrivée eau froide, et retour de boucle via circulateur.
Sur
un autre support en bois, j’ai réunis deux thermostats de sécurité 60°
placés en série à la sortie de la solus (pour accueillir la cuve de
préchauffage) ainsi que le circulateur sanitaire C8 qui est chargé de
la boucle sanitaire.
Au départ, j’étais opposé à l’utilisation d’une boucle sanitaire car la dépense énergétique est élevée. La salle de bain est à l’opposé du boiler solaire donc, si l’on veut éviter de gaspiller l’eau, on n’a pas trop le choix.
La régulation précédente (control 701) avait une gestion intelligente de la boucle sanitaire qui diminue drastiquement les pertes.
Le rôle d’une régulation est bien plus important qu’on ne pourrait le croire. Il ne s’agit pas d’ouvrir une vanne, encore faut-il le faire à bon escient et au moment le plus opportun.
Dans ce domaine, j’ai un grand avantage. Etant électronicien, je suis capable de concevoir la régulation et, donc, de l’adapter parfaitement à mes besoins. Mon but, ici, n’est pas de vous permettre de « copier » ma régulation (ça ne me gênerait pas mais il faudrait que le système soit en tout point identique et que votre façon de vivre soit identique à la mienne) mais de vous présenter les grandes lignes de la conception ce qui peut fournir pas mal d’idées (du moins, j’espère).
Photo 35 Le sheeva
Au départ, j’étais opposé à l’utilisation d’une boucle sanitaire car la dépense énergétique est élevée. La salle de bain est à l’opposé du boiler solaire donc, si l’on veut éviter de gaspiller l’eau, on n’a pas trop le choix.
La régulation précédente (control 701) avait une gestion intelligente de la boucle sanitaire qui diminue drastiquement les pertes.
- Soit on pouvait l’activer à certaines heures
- Soit on pouvait l’activer par appui sur un bouton poussoir (c’est cette option que j’ai choisie).
La régulation
Un tel ensemble doit être automatisé. (Je me vois mal rester à proximité de l’installation et ouvrir les vannes manuellement en fonction de la présence, ou non, du soleil).Le rôle d’une régulation est bien plus important qu’on ne pourrait le croire. Il ne s’agit pas d’ouvrir une vanne, encore faut-il le faire à bon escient et au moment le plus opportun.
Dans ce domaine, j’ai un grand avantage. Etant électronicien, je suis capable de concevoir la régulation et, donc, de l’adapter parfaitement à mes besoins. Mon but, ici, n’est pas de vous permettre de « copier » ma régulation (ça ne me gênerait pas mais il faudrait que le système soit en tout point identique et que votre façon de vivre soit identique à la mienne) mais de vous présenter les grandes lignes de la conception ce qui peut fournir pas mal d’idées (du moins, j’espère).
Les ensembles:
Deux ensembles constituent ma régulation.- Le sheeva est un petit ordinateur qui prendra en charge tous les calculs et les décisions
- Une carte qui assure l’interfaçage entre l’ordinateur et les vannes, capteurs…
Le Sheeva
Photo 35 Le sheeva
Le
centre nerveux de la régulation est un petit ordinateur de la taille
d’un « gros » adaptateur secteur et d’une puissance équivalente à un
petit PC quand même. Il s’agit d’un ordinateur Sheevaplug qui possède
un processeur Marvel cadencé à 1.2Ghz avec 512M de Ram et de 512M de
Flash. Désolé pour ces données un peu techniques.
On trouve, sur le boitier, une prise USB, un port Ethernet, un port pour carte SD et, sur la version que je possède, un connecteur e-sata pour disque dur externe le tout tournant sous linux. Quand on sait que ce petit ordinateur consomme 5W (sans le disque dur) et qu’on peut se le procurer pour une centaine d’euros, il faut avouer qu’il a de quoi séduire… Ainsi équipé, il est aisé de le connecter sur un réseau informatique et d’avoir, ainsi, accès à toutes les données de la régulation où qu’on soit dans le monde.
Photo 36 le sheeva et son disque dur
On trouve, sur le boitier, une prise USB, un port Ethernet, un port pour carte SD et, sur la version que je possède, un connecteur e-sata pour disque dur externe le tout tournant sous linux. Quand on sait que ce petit ordinateur consomme 5W (sans le disque dur) et qu’on peut se le procurer pour une centaine d’euros, il faut avouer qu’il a de quoi séduire… Ainsi équipé, il est aisé de le connecter sur un réseau informatique et d’avoir, ainsi, accès à toutes les données de la régulation où qu’on soit dans le monde.
Photo 36 le sheeva et son disque dur
La
photo montre le sheeva (la petite boite noir sur la planche en bois) et
son disque dur e-sata (bien utile pour la mise au point car les cartes
SD sont limitées en nombre d’écriture). Le disque restera puisque le
sheeva servira, aussi, comme un petit serveur local. L’emplacement est
provisoire. Il aura sa place dans une armoire située à deux mètres de
là.
Photo 37 la carte d’interface façon « home made »
La carte d’interface
Photo 37 la carte d’interface façon « home made »
Le
deuxième ensemble est une carte d’interface recevant les ordres du
Sheeva (via USB et adaptateur RS232) et permettant de commander les
vannes 220v, les circulateurs…
Voici les différents sous ensembles qu’elle contient :
Parce que les ds18b20 sont limitées à 125°, j’ai prévu 3 sondes PT1000 (destinées aux capteurs) et deux entrées « pyranomètre » destiné à estimer le rayonnement solaire.
Il n’y a pas à se creuser les méninges, les circuits PT1000 font appel au montage mis au point par Patrick07 et le pyranomètre est le schéma proposé par Ramses… Qu’ils en soient tous deux remerciés.
Comme le temps n’est pas une précision capitale, je fais appel à un bus I2C et les traditionnels
PCF8574, ULN2804 et un opto triac. L’opto triac AQH3213 à l’énorme avantage de contrôler un
courant de 1.2A. Vu les puissances relativement faibles mises en jeu, ce composant suffit et évite l’emploi de triacs (ce qui simplifie énormément le circuit).
A noter que les moteurs de vanne sont alimentés juste le temps de la commutation.
Quelles que soient leur position, elles ne consomment donc rien au repos.
J’en ai câblé 4 « au cas ou ». J’ai, en tête, le contrôle de la vitesse des deux circulateurs solaires
(primaire et secondaire de l’échangeur à plaques) mais j’ai remarqué que le débit dans la chaudière avait grand intérêt à être contrôlé. En effet, lorsque la chaudière chauffe le stock, je me retrouve avec le haut de cuve trop chaude par rapport à la consigne. Ce n’est pas très gênant mais ça augmente les pertes et fait diminuer le rendement de la chaudière (j’en reparlerais).
Ici aussi, un port I2C a été consacré à la commande de 3 relais.
L’action sur un autre poussoir fera quitter le mode « nuit » du chauffage si on est pris d’insomnies. Le reste est encore à définir.
On trouve aussi un Real time clock I2C (permet au système de connaitre l’heure et la date) ainsi que deux compteurs destinés à compter les impulsions du débitmètre (le miens compte 0,026L par impulsion ce qui est assez précis). Ca permettra, en concordance avec deux sondes de température, de calculer le nombre de kwh emmagasinés.
La carte possède, aussi, un écran LCD de 4 lignes de 20 caractères (il y a beaucoup de paramètres à afficher) et une interface RS232 (pour dialoguer avec le sheeva)..
Au niveau du processeur, je me suis tourné vers les atmega. On ne s’étonnera donc pas de voir un atmega 32 (ensuite remplacé par un 1284) au centre de ma carte.
Quelques poussoirs seront prévus mais j’hésite encore sur la manière de les interfacer. Je viens, en effet, de découvrir un poussoir rotatif qui fournit des impulsions « incrémentation, décrémentation » mais qui, lorsqu’on pousse sur le bouton rotation, établi un contact sur deux bornes séparées ce qui peut être bien pratique pour voyager dans les menus. Je verrais mieux un petit processeur indépendant plutôt qu’un PCF8574 supplémentaire…
J’ai commandé ce fameux poussoir rotatif et j’attends pour voir…
Photo 38 une petite vue sur les composants cms (amplis pour pt1000)
Photo39 la carte dans son environnement (provisoire)
Voici les différents sous ensembles qu’elle contient :
Les sondes de températures
Le nombre de sondes de température que je désirais m’a posé un problème. Découvrir les sondes dallas DS18b20 a été un soulagement car elles se connectaient sur un bus ne nécessitant que 3 fils. Ca a permis d’étendre le nombre de sondes à une bonne quarantaine.Parce que les ds18b20 sont limitées à 125°, j’ai prévu 3 sondes PT1000 (destinées aux capteurs) et deux entrées « pyranomètre » destiné à estimer le rayonnement solaire.
Il n’y a pas à se creuser les méninges, les circuits PT1000 font appel au montage mis au point par Patrick07 et le pyranomètre est le schéma proposé par Ramses… Qu’ils en soient tous deux remerciés.
Les sorties 220v
J’ai équipé 48 sorties 220v dont 8 sont actuellement inutilisées. Elles servent aux circulateurs et aux moteurs de vannes (ça peut paraitre beaucoup mais chaque entrée de cuve possède sa vanne).Comme le temps n’est pas une précision capitale, je fais appel à un bus I2C et les traditionnels
PCF8574, ULN2804 et un opto triac. L’opto triac AQH3213 à l’énorme avantage de contrôler un
courant de 1.2A. Vu les puissances relativement faibles mises en jeu, ce composant suffit et évite l’emploi de triacs (ce qui simplifie énormément le circuit).
A noter que les moteurs de vanne sont alimentés juste le temps de la commutation.
Quelles que soient leur position, elles ne consomment donc rien au repos.
Les sorties analogiques 0-10v
Toujours par le bus I2C, je commande un TDA8444 qui offre 8 sorties 0-10v codées sur 6 bits.J’en ai câblé 4 « au cas ou ». J’ai, en tête, le contrôle de la vitesse des deux circulateurs solaires
(primaire et secondaire de l’échangeur à plaques) mais j’ai remarqué que le débit dans la chaudière avait grand intérêt à être contrôlé. En effet, lorsque la chaudière chauffe le stock, je me retrouve avec le haut de cuve trop chaude par rapport à la consigne. Ce n’est pas très gênant mais ça augmente les pertes et fait diminuer le rendement de la chaudière (j’en reparlerais).
Les sorties Relais
Je n’aime pas spécialement l’électromécanique mais les relais restent parfois bien utiles quand les tensions à commander sont inconnues ou peuvent changer. (L’allumage chaudière par ex).Ici aussi, un port I2C a été consacré à la commande de 3 relais.
Les entrées poussoirs
Un port d’entrée I2C a été prévu pour connecter 8 poussoirs placés dans la maison. Ceux-ci auront des fonctions diverses. Par ex, nous avons une boucle sanitaire (la salle de bain étant éloignée). L’action sur un poussoir permet d’activer le circulateur de boucle le temps nécessaire à amener l’eau chaude. (ça c’est déjà opérationnel).L’action sur un autre poussoir fera quitter le mode « nuit » du chauffage si on est pris d’insomnies. Le reste est encore à définir.
On trouve aussi un Real time clock I2C (permet au système de connaitre l’heure et la date) ainsi que deux compteurs destinés à compter les impulsions du débitmètre (le miens compte 0,026L par impulsion ce qui est assez précis). Ca permettra, en concordance avec deux sondes de température, de calculer le nombre de kwh emmagasinés.
La carte possède, aussi, un écran LCD de 4 lignes de 20 caractères (il y a beaucoup de paramètres à afficher) et une interface RS232 (pour dialoguer avec le sheeva)..
Au niveau du processeur, je me suis tourné vers les atmega. On ne s’étonnera donc pas de voir un atmega 32 (ensuite remplacé par un 1284) au centre de ma carte.
Les leds de face avant
Elles ne sont pas encore opérationnelles, je cherche toujours la meilleure disposition pour qu’elles soient sans équivoques. Il est fort probable que je ferais appel à 2 SAA1064 (prévus, au départ, pour 4 afficheurs 7 segments mais rien ne défend de remplacer un segment par une led (de préférence 2ma pour limiter la consommation)).Quelques poussoirs seront prévus mais j’hésite encore sur la manière de les interfacer. Je viens, en effet, de découvrir un poussoir rotatif qui fournit des impulsions « incrémentation, décrémentation » mais qui, lorsqu’on pousse sur le bouton rotation, établi un contact sur deux bornes séparées ce qui peut être bien pratique pour voyager dans les menus. Je verrais mieux un petit processeur indépendant plutôt qu’un PCF8574 supplémentaire…
J’ai commandé ce fameux poussoir rotatif et j’attends pour voir…
Photo 38 une petite vue sur les composants cms (amplis pour pt1000)
Photo39 la carte dans son environnement (provisoire)
La
photo montre la carte d’interface dont les raccordements sont,
évidemment, tout à fait provisoires. On remarquera l’afficheur LCD posé
dessus (tout compte fait, il n’est pas très visible) et, à gauche, le
solarlog destiné, lui, au photovoltaïque.
C’est un thermostat différent des thermostats classiques. Le dialogue vers la régulation Control 701 ne se fait pas via un contact de relais (avec comme seule information « il faut chauffer » ou « pas besoin de chauffage ») mais via une liaison série. Ca permet de régler les paramètres de la régulation à partir du thermostat mais aussi d’affiner les mesures faites (du style « il ne manque que 1 degré » ou bien « il manque 5 degrés » ce qui permet un comportement différent).
Le standard utilisé entre la régulation control 701 et le tr-contrôle est toujours resté un mystère (faut dire que je n’ai pas trop cherché). Difficile donc de l’utiliser tel quel avec la nouvelle régulation. De plus, même si le TR-control possède un affichage LCD 2 lignes de 16 caractères, il faut agir sur les boutons pour savoir dans quelle phase de fonctionnement se trouve l’installation… Pas très pratique.
Il y a une dizaine d’année, j’avais modifié un thermostat traditionnel et je l’avais équipé de trois leds. Une jaune qui informait directement s’il y avait demande de chaleur, une verte qui informait du fonctionnement du circulateur et une rouge qui visualisait la mise à feu de la chaudière.
J’ai toujours trouvé cela très visuel et très pratique.
Pour ma nouvelle régulation, j’avais besoin d’un système qui mesurait la température de la pièce. J’ai donc conçu une petite carte électronique avec un processeur qui dialogue avec un ds18b20 (capteur de température) placé sur la même carte. Une interface série en 5v lui permet de dialoguer avec la carte d’interface de la nouvelle régulation. J’en ai profité pour lui adjoindre la gestion d’un écran LCD identique à celui du tr-contrôle ainsi qu’un petit circuit permettant de lire l’état des 6 boutons poussoirs. Un circuit de sortie permet d’agir sur 8 leds permettant de visualiser l’état de la chaudière, le chauffage activé (sol ou radiateurs), le chargement solaire et la cuve destinée à recevoir les calories. J’ai même prévu que la led visualisant l’état de la chaudière puisse clignoter. Cet état est activé si la chaudière a démarré et que 3 minutes après, il n’y a pas eu augmentation de la température de l’eau à la sortie (on est ainsi immédiatement averti d’une défaillance chaudière).
Pour une question d’esthétique, j’ai adapté cette carte pour qu’elle trouve sa place dans le boitier du TR-contrôle. Ca a demandé de respecter l’emplacement des poussoirs et du LCD mais ça a permis de garder le boitier et son esthétique assez réussie. J’ai juste percé 8 trous de 3mm pour accueillir les leds.
Pour la petite histoire, avec l’ancienne régulation, j’ai du mettre deux TR-contrôle (un s’occupait du chauffage sol et l’autre des radiateurs) car avoir les deux types de chauffage dans la même pièce n’était pas prévu dans la control 701. Un de ses deux défauts.
Restant maître de la programmation, j’ai réunis ces deux possibilités au sein d’un même équipement TR-contrôle.
Photo 40 TR-CONTRÔLE adapté à sa nouvelle fonction
Le thermostat
Avec la première installation solaire, j’avais commandé un TR-control qui est un thermostat qui se place dans une pièce témoin (salon) et qui informe la régulation sur la température de la pièce.C’est un thermostat différent des thermostats classiques. Le dialogue vers la régulation Control 701 ne se fait pas via un contact de relais (avec comme seule information « il faut chauffer » ou « pas besoin de chauffage ») mais via une liaison série. Ca permet de régler les paramètres de la régulation à partir du thermostat mais aussi d’affiner les mesures faites (du style « il ne manque que 1 degré » ou bien « il manque 5 degrés » ce qui permet un comportement différent).
Le standard utilisé entre la régulation control 701 et le tr-contrôle est toujours resté un mystère (faut dire que je n’ai pas trop cherché). Difficile donc de l’utiliser tel quel avec la nouvelle régulation. De plus, même si le TR-control possède un affichage LCD 2 lignes de 16 caractères, il faut agir sur les boutons pour savoir dans quelle phase de fonctionnement se trouve l’installation… Pas très pratique.
Il y a une dizaine d’année, j’avais modifié un thermostat traditionnel et je l’avais équipé de trois leds. Une jaune qui informait directement s’il y avait demande de chaleur, une verte qui informait du fonctionnement du circulateur et une rouge qui visualisait la mise à feu de la chaudière.
J’ai toujours trouvé cela très visuel et très pratique.
Pour ma nouvelle régulation, j’avais besoin d’un système qui mesurait la température de la pièce. J’ai donc conçu une petite carte électronique avec un processeur qui dialogue avec un ds18b20 (capteur de température) placé sur la même carte. Une interface série en 5v lui permet de dialoguer avec la carte d’interface de la nouvelle régulation. J’en ai profité pour lui adjoindre la gestion d’un écran LCD identique à celui du tr-contrôle ainsi qu’un petit circuit permettant de lire l’état des 6 boutons poussoirs. Un circuit de sortie permet d’agir sur 8 leds permettant de visualiser l’état de la chaudière, le chauffage activé (sol ou radiateurs), le chargement solaire et la cuve destinée à recevoir les calories. J’ai même prévu que la led visualisant l’état de la chaudière puisse clignoter. Cet état est activé si la chaudière a démarré et que 3 minutes après, il n’y a pas eu augmentation de la température de l’eau à la sortie (on est ainsi immédiatement averti d’une défaillance chaudière).
Pour une question d’esthétique, j’ai adapté cette carte pour qu’elle trouve sa place dans le boitier du TR-contrôle. Ca a demandé de respecter l’emplacement des poussoirs et du LCD mais ça a permis de garder le boitier et son esthétique assez réussie. J’ai juste percé 8 trous de 3mm pour accueillir les leds.
Pour la petite histoire, avec l’ancienne régulation, j’ai du mettre deux TR-contrôle (un s’occupait du chauffage sol et l’autre des radiateurs) car avoir les deux types de chauffage dans la même pièce n’était pas prévu dans la control 701. Un de ses deux défauts.
Restant maître de la programmation, j’ai réunis ces deux possibilités au sein d’un même équipement TR-contrôle.
Photo 40 TR-CONTRÔLE adapté à sa nouvelle fonction
L’exemplaire
de droite date du temps de la régulation précédente. Il n’est plus
raccordé et sera enlevé… au prochain coup de peinture (ben oui, c’est
jaune en dessous…). Sur l’exemplaire de gauche on peut voir la consigne
et la température de la pièce et la petite led orange signale que le
chauffage sol est en fonction. Les leds de droite signale la mise à feu
de la chaudière (elle clignote si 3 minutes après la mise en marche, la
température en sortie chaudière n’a pas gagné au moins 2 degrés). La
led en dessous de l’orange signale que les radiateurs sont en fonction.
La quatrième led signale tout apport solaire.
A gauche, la led supérieure signale le stockage dans la cuve sanitaire, la deuxième led idem pour la cuve HT, la troisième pour la cuve BT. La quatrième servira pour la cuve de préchauffage sanitaire.
Le sheeva vérifie s’il y a une demande de température chauffage (en fonction des infos du thermostat). Dans l’affirmative, il calcul la température de l’eau de chauffage sol en se basant sur une courbe de chauffe et la température extérieure.
Pour les radiateurs, le principe est identique (mais avec une autre courbe de chauffe). Vu la plus faible inertie des radiateurs, on ajoute à la température calculée, un nombre de degré correspondant au nombre de degrés manquant dans la pièce multiplié par un certain coefficient.
Voir l’annexe consacrée au chauffage pour plus de détails.
Ces deux consignes sont envoyées vers la carte d’interface qui sera autonome pour réguler ces températures en agissant sur les vannes 3 voies des deux circuits de chauffage (sol et radiateurs). C’est la seule concession que mon fils a fait
Lorsque le chauffage doit être arrêté, le sheeva envoi une demande demandant 0° ce qui entraine une fermeture complète des vannes 3 voies et une poursuite des circulateurs de quelques minutes pour récupérer les calories restant dans le circuit.
2 paramètres sont à déterminer.
D’un autre coté, chauffer l’eau à la température de la consigne n’assurera pas une autonomie des cuves fort importante.
Dans la control 701, ils ont choisi la température de consigne + 10° ce qui me parait un bon compromis assurant une autonomie suffisante et des déperditions correctes.
En clair, en fonction de ce qui est actif (sol ou radiateurs), on prend la consigne « température d’eau » la plus élevée et on ajoute 10°. Si le thermostat décide de désactiver le sol et les radiateurs, on interrompt le chauffage de la cuve et on entre dans la phase « arrêt de la chaudière » (voir plus bas).
Pour la quantité d’eau à chauffer, au départ, je voulais chauffer 300 litres à l’intersaison et monter à 1500 litres en plein hiver. De cette manière, j’assurais un temps de repos maximum à la chaudière en laissant disponible une quantité d’eau pour le soleil en accord avec la disponibilité de l’astre (hou que c’est bien dit…). J’avais même poussé la chose plus loin en modulant cette quantité en fonction de la température extérieure, des prévisions météo (ben oui, le sheeva a un accès internet) et du temps restant avant un changement de consigne du thermostat.
Tout cela était bien beau mais finalement peu utile. En effet, il faut pratiquement une heure de chauffe pour une seule cuve et je constate que, malgré l’isolation de la chaudière, la jupe de celle-ci commence à prendre une certaine température (ben oui, elle à le feu au… non, je ne le dirais pas). Après une heure, les déperditions commencent au niveau de la chaudière. D’un autre coté, l’électronique de la chaudière (allumage, sécurités…) doit forcément subir la même hausse de température et chacun sait que l’électronique et la chaleur ne font pas bon ménage.
J’ai donc décidé d’en rester là car avec une cuve à température, je constate (en moyenne) une période de repos chaudière de l’ordre de 3 à 4 heures ce qui est, quand même, pas si mal.
Si je limite le chauffage chaudière à une cuve (HT), cela laisse 900 litres pour le solaire (BT).
De plus, rien n’interdit au solaire de pré chauffer la cuve HT si la partie basse est à faible température (c’est tout l’avantage de la stratification).
Notons aussi qu’au démarrage de la chaudière, sa température est inférieure à celle des cuves. Aussi, on fait appel à la technique des boucles pour attendre que l’eau soit à température avant le stockage. C’est la vanne V0 qui servira dans ce cas. La technique des boucles est abordée ci-dessous.
Lorsque c’est fait, la chaudière peut être arrêtée mais celle-ci est chaude et il est ridicule de laisser ces calories s’évacuer par la cheminée. En réalité, on arrête le bruleur et on branche la chaudière sur la cuve BT (on choisi l’étage en fonction de la température présente (expliqué dans la partie solaire)) et on laisse tourner le circulateur jusqu'à ce que la température de la chaudière descende pas trop loin de la température du bas de cuve de BT.
Ici aussi, on pourrait se demander pourquoi se connecter sur BT. On pourrait choisir le bon niveau sur HT et BT ce qui serait plus efficace… c’est envisagé.
On pourrait, aussi, diminuer la vitesse du circulateur dans cette phase pour laisser l’eau gagner quelques degrés. C’est aussi une piste envisagée... quand le nouveau circulateur sera placé.
Il faut, du reste, signaler une petite anecdote car on ne réchauffe la cuve sanitaire que lorsque la mise à température des cuves chauffage s’arrête. En général, ça suffit, sauf quand la demande de chauffage se raréfie. En effet, il peut se passer 5 à 10h (voir 2 jours quand il fait doux) sans qu’on ne réchauffe les cuves et, pendent ce temps, la cuve sanitaire n’est pas « suivie ». Il n’est donc pas rare, parce qu’on a fait quelques lessives, d’avoir une température trop fraiche sous la douche. Pour éviter cela, nous avons inclus une surveillance régulière de la température de la cuve ECS qui, lorsqu’elle descend sous les 45°, démarre la chaudière pour remonter à 52°.
En pratique, quand la cuve tombe sous les 45°, on simule une demande de mise à température des cuves. Comme la demande ne vient pas du thermostat, les cuves chauffage sont ignorées et on passe de suite à la cuve sanitaire. En passant par cette astuce, cela permet de profiter de la récupération des calories chaudière en fin de cycle.
Une autre façon plus astucieuse consisterait à fixer la température sanitaire vers les 42° (pour avoir une température minimum) et changer la consigne lorsqu’on approche de la fin de journée (1 heure avant la prise de la douche). Ca permet de bénéficier du « soleil de la dernière chance ».
Il faut aussi distinguer 2 types d’utilisations suivant que l’on est en été ou en hiver. En effet, en été, la seule utilisation de l’eau chaude concerne l’eau sanitaire. Il est donc logique que la cuve sanitaire soit la plus prioritaire. Lorsque celle-ci est suffisamment chaude, on peut charger la cuve HT (c’est la seule cuve ou on peut transvaser l’eau vers la cuve sanitaire si besoin). La cuve BT a la moins grande priorité car elle n’est destinée qu’à éviter la surchauffe des panneaux (stagnation).
En hiver, c’est autre chose… La cuve BT devient prioritaire puisque le chauffage sol y est branché. La cuve HT à la deuxième place (utilisée principalement pour les radiateurs) et la cuve sanitaire a la priorité la moins élevée. Ne croyez pas que c’est parce qu’on ne se lave pas en hiver mais, plus exactement, parce que c’est la cuve qui demande la plus haute température (du moins en mi-saison). C’est le choix actuel mais qui sera modifié dans le futur.
En effet, en hiver (disons quand le chauffage est susceptible de démarrer), il y aura un déficit d’apport solaire par rapport aux besoins. Le plus rentable est, à ce moment, d’engranger un maximum de Kwh. Pour ce faire, il faut que les capteurs aient le meilleur rendement possible ce qui est le cas quand la température des capteurs (donc de l’eau entrante) est minimum. La cuve la plus prioritaire devenant celle qui a la température « fond de cuve » la plus basse possible.
C’est une règle essentielle qui (avec la stratification) régit l’efficacité d’une installation.
Actuellement, le choix été/hiver est manuel mais pourra être automatisé (soit si l’eau de chauffage a été chauffée par la chaudière dans les 24 ou 48h, soit en fonction de la température intérieur ou extérieure… mais c’est à tester).
Pour qu’elle soit chargeable, une cuve doit répondre à deux conditions :
Avec ce principe, j’espérais (dès que la météo le permettait) de charger la cuve prioritaire puis, lorsque la cuve est pleine, passer à la suivante et ainsi de suite. Mais j’ai été surpris de constater qu’en début de journée, on chargeait une cuve non prioritaire et, après 10-15 minutes, on commutait sur la cuve prioritaire puis le cycle prévu se déroulait.
Après analyse, non seulement c’est un comportement normal mais bénéfique. En effet, lorsque les panneaux n’ont pas encore atteint la température adéquate pour la cuve prioritaire, autant placer les calories dans une cuve plus froide (même non prioritaire) plutôt que de les laisser dans le capteur…
Cet effet est possible par le fait que le sheeva ré analyse complètement la situation à chaque fois qu’il reçoit une trame de température (toutes les dix secondes).
Au niveau de la carte, il reste quelques accessoires à développer. Parmi ceux-ci :
Mon fils (c’est lui qui s’occupe de la partie sheeva) à l’intention de créer une page web permettant de surveiller le solaire thermique à distance et de faire partager notre plaisir à tout le monde. Puisque le sheeva a une interface Ethernet, ça ne devrait pas poser de problèmes (juste le temps de la mise au point du soft).
Il devrait même être possible de paramétrer l’installation à distance et, par ex, de relancer le chauffage à la demande à partir de son GSM.
Le stockage des mesures (sur carte SD ou sur le disk par ex) devrait permettre de créer des graphiques (via pc) et de surveiller le fonctionnement afin d’affiner les réglages.
Il faut savoir qu’en trois jours, le Sheeva à totalisé 2 secondes de temps machine pour le traitement de la régulation. Ce faible taux d’occupation est ridiculement bas ce qui ouvre des possibilités informatiques qui n’ont rien à voir avec la régulation. Il est clair que l’interface web lui prendra un peu de temps mais cela restera marginal.
Le fait qu’il soit alimenté 24h sur 24 (ça, c’est indispensable pour la régulation) permet d’envisager des applications centralisées comme stockage de films, photos, documents toujours accessibles aux autres ordinateurs etc…
Par contre, la sélection de la cuve en hiver devra être revue.
A la réflexion, ce qui est important, c’est le nombre de kwh engrangé surtout en hiver quand l’apport solaire est limité. Peu importe la cuve de destination (elles sont toutes utilisées), ce qui compte c’est de choisir la cuve dont le fond est le plus froid car c’est a ce moment qu’on retirera le maximum des panneaux. Ce sera testé prochainement.
Lors du chauffage par la chaudière, je vous ai dit que je chauffais une quantité d’eau variable suivant la période de l’année (on chauffe une plus grande quantité d’eau en décembre qu’au mois de septembre). Cela permet de laisser une part d’eau « chauffable » par le soleil plus importante lors de l’intersaison.
Au vu du temps nécessaire à la chauffe de1500 litres (plus ou moins 2h) et le temps nécessaire à épuiser les calories, j’ai abandonné cette analyse pointue qui n’apportait pas grand-chose. Une seule cuve sera utilisée pour le chauffage laissant l’autre pour le soleil.
Il est possible que je recrée une modulation sommaire si je constate que l’apport solaire est limité par l’eau du chauffage.
Je referais je referais autrement mais... je ne referais pas
Certains de ces points ont déjà été soulevés mais les regrouper ici apportera une plus grande clarté.
Parlons de la cuve de préchauffage sanitaire.
En réalité, les sorties sont prévues mais la cuve n’est pas encore présente.
J’ai remarqué qu’en hiver, l’eau d’arrivée était de l’ordre de 8 à 10 degrés. Il est malheureux d’épuiser les calories de la cuve sanitaire avec une eau si froide. Ma première vision était de préchauffer l’eau avant qu’elle ne rentre dans la solus mais c’est une grosse erreur car la solus se sert du froid de l’eau sanitaire entrante pour accélérer la descende de l’eau de stockage refroidie. Il fallait donc trouver autre chose.
J’ai décidé de préchauffer cette eau pour l’amener à une température de 30 à 40 degrés max. Cette eau sera injectée sur l’entrée froide du premier thermostat de sécurité. On part du principe qu’il faut plus d’eau à 30° (par rapport à 10°) pour refroidir l’eau de la solus vers les 60°. La quantité d’énergie prise à la solus va donc diminuer (par diminution du débit). Mais le gros avantage est que l’eau à préchauffer est à très basse température (bien inférieur à la température de retour du chauffage sol) ce qui permet d’espérer une récupération solaire à plus basse température.
Cette cuve de préchauffage ne recevra pas d’appoint (si le solaire ne donne rien, on refroidira avec de l’eau à 8°) et, de plus, sa capacité sera calculée pour que le contenu soit renouvelé tous les jours de façon à réchauffer de l’eau toujours bien froide. Elle sera de l’ordre de 150 à 200 litres voir moins si c’est trouvable.
Tout commence par de gros doutes… on l’essaie mais quand on est présent… on regarde la régulation, on écoute, on court dans l’autre cave pour voir si la vanne s’est positionnée correctement. Puis, après quelques jours de surveillance, on commence à prendre confiance et on surveille d’un peu plus loin… Parfois, on remarque une petite anomalie mineure que l’on corrige. On fausse la mesure d’un capteur pour voir si la réaction va être correcte. Enfin, on ose quitter la maison et la confiance s’installe.
Combien de fois ne me suis-je pas posé la question « mais pourquoi l’installation réagit-elle comme ça ? » puis, après analyse, « ah ben oui, d’accord, c’est normal… ».
Quand on se fait dépasser, ainsi, par sa propre réalisation… c’est jubilatoire.
Constater qu’on perd un peu d’énergie ici ou là et apporter les modifications pour la récupérer est extraordinaire (même si la quantité d’énergie en question est négligeable).
Grâce aux multiples cuves et leur stratification, je remarque que le système charge dans des conditions météo ou avant, rien n’aurait été stocké. Sauf quand il gèle, il y a toujours bien une cuve dont le fond est suffisamment froid. Et ça se remarque.
Habituellement, je partais du principe qu’en décembre, janvier et février, on ne produisait rien (ou presque) et je ne suivais pas la production pendant cette période. Cet hiver, le temps « mort » à été bien plus réduit. Faut dire que l’automne a été superbe et la période froide de février particulièrement bien ensoleillée.
Et ça se remarque…
Là où je suis surpris, c’est sur la consommation de combustible.
2000M³ sans solaire
1700M³ avec 10m² et 560L
1500M³ avec 20m² et 560L
1000M³ avec 20m² et 2360L
Et tout ça avec des panneaux inclinés à 38° seulement (peu propice pour le soleil d’hiver).
En lisant ce rapport, je m’aperçois que, sans les calculs, mes choix semblent être judicieux. Le rapport hauteur/diamètre des cuves, le système de disques parallèles et l’introduction de l’eau à la hauteur adéquate sont les meilleures solutions et, de fait, ça marche bien.
Je suis soulagé que mes choix (fortement guidés par les gens du forum de l’apper) soient appuyés par quelques calculs que j’ai bien du mal à comprendre, d’ailleurs.
C’est aussi encourageant car ça confirme que j’ai compris les grands principes du solaire (bien souvent contradictoires avec ce qu’on imagine habituellement). En effet, cette thèse est arrivée « un peu tard » et mes choix étaient déjà faits. Revoir mes (et vos) idées confirmées par des calculs est plaisant et soulageant.
Mon plus grand plaisir serait que cette expérience serve de base à un grand nombre de réalisations performantes.
J’ai compris, aussi, qu’une installation qui travaillait à basse température était bien plus performante et bien plus efficace. Il y a deux principales raisons à cela :
Le développement de la régulation a été un véritable plaisir. C’est la première fois que je développe, avec mon fils, un projet de cette importance. Je ne reviendrais pas sur le plaisir de voir la « machine » prendre vie petit à petit, de constater tel ou tel petit inconvénient et d’y apporter remèdes et améliorations.
Et le plaisir d’avoir une installation qui fonctionne parfaitement … une installation dont je suis particulièrement fier et dont les performances dépassent, probablement, un grand nombre de réalisations commerciales (ça, j’en suis convaincu).
Et ils ont raison, c’est une aberration… de dire de pareilles bêtises.
Bien entendu, c’est un soutien chauffage. Viser l’autonomie est illusoire.
Il n’empêche que ma consommation normale de gaz est de 2000M³ sans apport solaire.
Avec 10m² de capteurs et une cuve de 560 litres (dont une partie seulement sert au chauffage), ma consommation est tombée à 1700 m³
Avec 20 m² de capteurs et la même cuve de 560 litres, je suis tombé à 1500 m³ de gaz
Depuis l’été 2011, j’ai ajouté 2 cuves de 900 litres pour le chauffage et mi-février 2012, ma consommation de gaz des 12 mois précédents est tombée en dessous de 1000 m³ de gaz.
Je n’habite pas dans le sud de la France, je vis en Belgique à 30km de la frontière allemande.
Bien sur, les chiffres sont approximatifs et ne tiennent pas compte du fait qu’un hiver peut être un peu plus rude ou plus doux que l’autre. Pour la dernière estimation, il est utile de préciser les points suivants qui tendent à surévaluer le résultat :
Les 55° aux capteurs semblent être un maximum début février avec des températures extérieures de -7 à -10° (jour) et des panneaux inclinés à 38° par rapport à l’horizontale (peu adapté au soleil d’hiver). C’est quand même suffisant pour alimenter le chauffage sol pendant 3 à 4 heures.
Le graphique suivant donne une idée de l’évolution de la consommation en fonction de l’évolution des installations. Seule la consommation « normale » de 2000 M³ n’est pas reprise sur le graphe.
Il est important que l’isolation soit parfaite, dépourvue de points faibles (partie ou le froid peut s’infiltrer) et, vu que la surface d’un bâtiment n’est pas négligeable, l’épaisseur de l’isolant a aussi une énorme importance. L’isolation de la toiture est prioritaire suivi par les vitrages et les murs. L’isolation des plafonds des caves et vides ventilés peut être aussi envisagé surtout si on a recours au chauffage par le sol. L’isolation de la dalle de sol et des murs de cave ne peut être envisagée que pour une nouvelle construction. A l’heure actuelle, opter pour une épaisseur de 15cm dans les murs parait être un minimum.
Bien que plus difficile, les ponts thermiques doivent être, dans la mesure du possible, réduit à un minimum (et évités dans les nouvelles constructions). C’est important car tout point « froid » peut permettre la condensation de l’air humide et devenir propice aux moisissures.
Le choix de l’isolant des murs extérieurs doit être choisi avec soin car il doit permettre une évacuation de la vapeur d’eau. Ce point est moins important si la maison est équipée d’une ventilation.
L’isolation de la maison permettra de mettre en valeur l’énergie solaire.
Si, pour la même pièce, on choisi un radiateur capable de fournir 2000W, il fournira 1000W avec une eau d’entrée de 60° seulement. L’inconvénient est qu’un radiateur de 2000W est deux fois plus grand qu’un modèle de 1000W.
Il y a quelques dizaines d’années, rien ne se calculait, en chauffage (ou alors de façon très sommaire). Et encore, on ajoutait un bon paquet de Watts en plus pour être sur de ne pas avoir froid. Si le surdimensionnement de la chaudière est préjudiciable à son rendement, le surdimensionnement des radiateurs, lui, est une bonne nouvelle. Ca permet de diminuer la température d’eau. Autre bonne nouvelle, lorsqu’on isole une maison ou qu’on remplace du simple vitrage par du double, le besoin d’énergie diminue et les radiateurs existants deviennent de plus en plus surdimensionnés. Il suffit de diminuer la température de l’eau pour profiter de ce surdimensionnement.
Le deuxième élément qu’il faut considérer, c’est la chaudière.
En effet, certaines chaudières (en général au mazout et assez anciennes) n’acceptent pas qu’on descende la température en dessous d’un certain seuil (de mémoire 60°). Cela est du à un phénomène de condensation non maitrisé qui amène de l’acide sulfurique dans le cœur de la chaudière et en abrège la durée de vie. Dans ce cas, il faut laisser la chaudière fonctionner à haute température et la faire suivre d’une vanne 4 voies qui abaissera la température de l’eau qui ira vers les radiateurs en réinjectant une partie de l’eau de retour (moins chaude). Ca permet de diminuer les pertes dans les tuyaux (mais pas celles dans la chaudière).
Si vous avez ce type de chaudière et pas de vanne 4 voies, il vaut mieux remplacer votre chaudière que d’investir dans une vanne. En effet, ce type de chaudière n’est pratiquement pas isolée et le rendement n’était pas la préoccupation de l’époque.
Dans les années 80 sont apparues des chaudières mazout qu’on pouvait descendre à 40°.
Sont ensuite apparues les chaudières « ultra basse température » qui s’affranchissait de toutes limites.
A ma connaissance, les chaudières gaz n’ont pas connu ces désagréments.
Citons les chaudières à condensation qui sont la dernière nouveauté et qui ne fonctionnent bien qu’avec de la basse température.
Pour fixer les idées, faire tourner une chaudière en température glissante (moyenne = 60°) permet une économie de 10 à 30% (dépendant de son isolation) par rapport à une chaudière identique fonctionnant en permanence à 90°.
Pour la distribution (tuyauterie), on considère qu’un mètre de tuyau isolé de 2 pouces parcouru en permanence par une eau à 90° consomme annuellement 20l de mazout.
Avec une eau à 60°, la consommation annuelle descend à 12l.
Pour travailler à basse température (si la chaudière le permet), on pourrait agir manuellement sur l’aquastat de la chaudière pour fixer la température de l’eau et la modifier en fonction de la saison. C’est simple, peu chère mais aussi peu précis et contraignant.
Le mieux est de coupler la chaudière à une régulation avec une sonde extérieure. Ce système permet d’adapter la température de l’eau en fonction de la température extérieure et ce, de façon pratiquement continue.
Les habitations et les systèmes de chauffage ayant leur caractéristiques propres, il existe plusieurs courbes dénommées 1, 1.2, 1.4 etc…
(A titre d’info, prendre la courbe 1.2, par ex, signifie qu’une variation de 1 degré de température extérieure provoque une variation de température d’eau de chauffage de 1.2°).
Il faut donc choisir la courbe adéquate. Seule, l’expérience peut aider. Le choix de la courbe n’est pas aisé. En effet, il se peut qu’une courbe convienne bien lorsqu’il fait très froid mais pas quand il fait doux. Pour palier ce problème, chaque courbe peut être adaptée en abscisse. C’est une solution mais les deux paramètres agissent l’un sur l’autre ce qui complique sérieusement le réglage. Pas moyen d’en sortir si on n’est pas méthodique.
C’est, du reste, le gros problème de ces régulations. Si elles sont critiquées, c’est uniquement parce qu’on n’a pas pris la peine de la régler correctement.
Un lien intéressant qui fournit des explication et une méthode de réglage.
C’est la raison pour laquelle je n’ai pas choisi les courbes de chauffe traditionnelles simplement parce que je les trouve trop difficile à régler. Le réglage de l’abscisse interférent sur le réglage de la pente… Pas pour rien que la plupart des régulations soient mal réglée et perte donc de leur intérêt.
L’idée était géniale et simple. J’ai monté cette régulation sur mon ancienne installation et elle a fonctionné parfaitement pendant plusieurs années.
C’est aussi ce principe que j’ai appliqué sur ma régulation actuelle (des données numériques ayant remplacés les potentiomètres de réglage de l’époque). En fait, on garde le principe de « courbes » mais plus facilement réglable.
Malheureusement, cette technique est dite « linéaire » et, par conséquent, ne tient pas compte de l’affaiblissement d’émissivité des radiateurs à basse température. C’est la raison pour laquelle les courbes actuelles ne sont pas des droites (c’est pour ça qu’on les appelle des courbes, vous suivez ?). En pratique, ce défaut reste mineur et compensé par l’amélioration que j’ai apporté et décrite ci-après.
Améliorations
Si l’on choisi la courbe idéale (celle qui compense tout juste les déperditions de la maison), il faut savoir que la mise à température de la maison peut durer plusieurs heures. En effet, la température de l’eau permet de maintenir la température mais pas de l’élever.
En pratique, pour pouvoir élever la température et avoir un minimum de confort, on est amené à choisir une courbe de chauffe plus chaude et donc plus dispendieuse.
L’idéal serait de choisir cette courbe dispendieuse juste le temps nécessaire à l’établissement de la température ambiante puis de repasser, ensuite, sur la courbe « normal ».
Ce n’est pas tout à fait ce principe que j’ai choisi, mais ça s’en rapproche très fort. C’est le résultat d’une petite ajoute que j’ai faite sur la régulation d’elektor et j’en ai été fort satisfait.
Le principe est simple. Tout d’abord, on détermine la température d’eau qui convient en fonction de la température extérieure en utilisant la courbe de chauffe. On a (en théorie) la température d’eau qui compense parfaitement les pertes de la maison.
Prenons un exemple. Nous avons déterminé que pour une température extérieure de 10°, l’eau doit être à 40° et que pour -10° extérieure, l’eau doit être à 60°. Si la température extérieure est de 0°, un calcul simple permet de trouver la température d’eau… 50°. Rappelons que cette température compense juste les déperditions de la maison.
Admettons qu’on soit le matin au moment ou la consigne passe à 20° alors que la température de la pièce est encore en régime nuit, à 16°. Il va donc falloir apporter 4°.
Ce que la régulation fait, c’est de multiplier cette différence par un facteur (3 me parait un bon compromis) soit 4°*3=12°. Si l’on ajoute ces 12° aux 50° calculés précédemment, on arrive à une eau de 62° ce qui convient pour le réchauffement de la pièce.
On pourrait croire que cette technique favorise le gaspillage mais je répondrais ceci :
Quelques mois plus tard, quand il faisait près de -10° dehors, j’ai recommencé le même essai avec le second potentiomètre (-10° ext).
Bien entendu, j’ai laissé le temps à la pièce de réagir (une grosse demi-journée).
Une fois ce réglage fait, j’ai placé le facteur de correction sur 3 et je n’ai jamais plus touché aux réglages de la régulation.
Dans ma nouvelle installation, la seule difficulté sera de régler et le sol et les radiateurs dans la même pièce (c’est deux courbes de chauffe différentes) mais ça devrait se faire.
Un système comme celui-là (appelé système asservi) est très difficile a mettre en place avec un chauffage sol car l’inertie provoque un tel retard de réaction qu’il en devient inconfortable.
Le meilleur moyen d’agir (le plus confortable et le plus économique) est d’adapter sa puissance (température de l’eau) à la température extérieure. C’est le principe des courbes de chauffe qui, dans le cas du sol, doit être prédominant. Il fait 3° dehors, l’eau doit être à 31° et c’est tout (31° est un exemple dépendent de la courbe de chauffe sélectionnée).
Le principe fonctionne bien (une fois la bonne courbe sélectionnée). Je suis arrivé à ce que lorsque le chauffage sol fonctionne seul, je reste dans une fourchette de 1 degré ce qui est comparable aux radiateurs avec leur thermostat.
Bien que cette fourchette soit tout à fait correct, on pourrait la réduire en agissant sur deux points :
Il faut savoir que le chauffage sol est plus économique que le chauffage par radiateurs simplement parce que la température d’eau est plus faible. On a donc intérêt à ce que le chauffage sol soit prioritaire. L’inconvénient du chauffage sol est son inertie.
Les radiateurs sont présents pour apporter quelques degrés rapidement. En clair, ils sont là pour compenser l’inertie du chauffage sol.
Mais comment faire pour répartir les charges de façon idéale ?
Je vous ai dit que le thermostat (TR-contrôle modifié) permet une commande plus fine qu’un thermostat classique et cela va jouer un rôle essentiel ici.
Prenons un exemple :
Soit une consigne à 20°
Pour les radiateurs, si la température du local descend à 19.5°, les radiateurs se mettent en fonction pour s’arrêter à 20.5°
Pour le sol, il y a juste un « pare fou » de façon à éviter que le chauffage sol continue à fonctionner quand le soleil fait monter la température de la pièce à 26°. Pour ce faire, on arrête le chauffage sol quand la température ambiante dépasse 21° et on le réactive quand on descend en dessous de 20.6°. La réactivation du chauffage sol s’effectue suffisamment tôt afin qu’il ait le temps de vaincre son inertie avant qu’on ne fasse appel aux radiateurs (19.5°).
Bien entendu, ces températures sont fonction de la consigne.
C’est en cours d’essai mais j’ai passé l’hiver comme cela et ça semble proche de l’idéal.
Pour qu’une régulation fonctionne, elle a besoin d’informations fiables. Ces informations sont données par les capteurs… Ils méritent bien un chapitre.
Il existe différents « composants » pour mesurer la température en électronique.
Photo ctn
Photo PT1000
Photo diode
Photo lm335
A gauche, la led supérieure signale le stockage dans la cuve sanitaire, la deuxième led idem pour la cuve HT, la troisième pour la cuve BT. La quatrième servira pour la cuve de préchauffage sanitaire.
La régulation marche comment ?
La carte d’interface interroge tous les capteurs de température de façon autonome (y compris les pt1000 des capteurs et le thermostat), stock les valeurs en mémoire et les envois vers le sheeva toutes les 10 secondes..Le sheeva vérifie s’il y a une demande de température chauffage (en fonction des infos du thermostat). Dans l’affirmative, il calcul la température de l’eau de chauffage sol en se basant sur une courbe de chauffe et la température extérieure.
Pour les radiateurs, le principe est identique (mais avec une autre courbe de chauffe). Vu la plus faible inertie des radiateurs, on ajoute à la température calculée, un nombre de degré correspondant au nombre de degrés manquant dans la pièce multiplié par un certain coefficient.
Voir l’annexe consacrée au chauffage pour plus de détails.
Ces deux consignes sont envoyées vers la carte d’interface qui sera autonome pour réguler ces températures en agissant sur les vannes 3 voies des deux circuits de chauffage (sol et radiateurs). C’est la seule concession que mon fils a fait
Lorsque le chauffage doit être arrêté, le sheeva envoi une demande demandant 0° ce qui entraine une fermeture complète des vannes 3 voies et une poursuite des circulateurs de quelques minutes pour récupérer les calories restant dans le circuit.
Mise à feu de la chaudière
Dans le cas ou la température des cuves ne permet plus d’atteindre la température de consigne, la chaudière devra être sollicitée.2 paramètres sont à déterminer.
- La température à laquelle doit être chauffée l’eau
- La quantité d’eau à chauffer.
D’un autre coté, chauffer l’eau à la température de la consigne n’assurera pas une autonomie des cuves fort importante.
Dans la control 701, ils ont choisi la température de consigne + 10° ce qui me parait un bon compromis assurant une autonomie suffisante et des déperditions correctes.
En clair, en fonction de ce qui est actif (sol ou radiateurs), on prend la consigne « température d’eau » la plus élevée et on ajoute 10°. Si le thermostat décide de désactiver le sol et les radiateurs, on interrompt le chauffage de la cuve et on entre dans la phase « arrêt de la chaudière » (voir plus bas).
Pour la quantité d’eau à chauffer, au départ, je voulais chauffer 300 litres à l’intersaison et monter à 1500 litres en plein hiver. De cette manière, j’assurais un temps de repos maximum à la chaudière en laissant disponible une quantité d’eau pour le soleil en accord avec la disponibilité de l’astre (hou que c’est bien dit…). J’avais même poussé la chose plus loin en modulant cette quantité en fonction de la température extérieure, des prévisions météo (ben oui, le sheeva a un accès internet) et du temps restant avant un changement de consigne du thermostat.
Tout cela était bien beau mais finalement peu utile. En effet, il faut pratiquement une heure de chauffe pour une seule cuve et je constate que, malgré l’isolation de la chaudière, la jupe de celle-ci commence à prendre une certaine température (ben oui, elle à le feu au… non, je ne le dirais pas). Après une heure, les déperditions commencent au niveau de la chaudière. D’un autre coté, l’électronique de la chaudière (allumage, sécurités…) doit forcément subir la même hausse de température et chacun sait que l’électronique et la chaleur ne font pas bon ménage.
J’ai donc décidé d’en rester là car avec une cuve à température, je constate (en moyenne) une période de repos chaudière de l’ordre de 3 à 4 heures ce qui est, quand même, pas si mal.
Si je limite le chauffage chaudière à une cuve (HT), cela laisse 900 litres pour le solaire (BT).
De plus, rien n’interdit au solaire de pré chauffer la cuve HT si la partie basse est à faible température (c’est tout l’avantage de la stratification).
Notons aussi qu’au démarrage de la chaudière, sa température est inférieure à celle des cuves. Aussi, on fait appel à la technique des boucles pour attendre que l’eau soit à température avant le stockage. C’est la vanne V0 qui servira dans ce cas. La technique des boucles est abordée ci-dessous.
L’arrêt de la chaudière
Lorsque la quantité d’eau a été chauffée, on vérifie si la cuve sanitaire est encore assez chaude. Dans la négative, on profite que la chaudière est active pour remettre la cuve sanitaire à une température suffisante.Lorsque c’est fait, la chaudière peut être arrêtée mais celle-ci est chaude et il est ridicule de laisser ces calories s’évacuer par la cheminée. En réalité, on arrête le bruleur et on branche la chaudière sur la cuve BT (on choisi l’étage en fonction de la température présente (expliqué dans la partie solaire)) et on laisse tourner le circulateur jusqu'à ce que la température de la chaudière descende pas trop loin de la température du bas de cuve de BT.
Ici aussi, on pourrait se demander pourquoi se connecter sur BT. On pourrait choisir le bon niveau sur HT et BT ce qui serait plus efficace… c’est envisagé.
On pourrait, aussi, diminuer la vitesse du circulateur dans cette phase pour laisser l’eau gagner quelques degrés. C’est aussi une piste envisagée... quand le nouveau circulateur sera placé.
Il faut, du reste, signaler une petite anecdote car on ne réchauffe la cuve sanitaire que lorsque la mise à température des cuves chauffage s’arrête. En général, ça suffit, sauf quand la demande de chauffage se raréfie. En effet, il peut se passer 5 à 10h (voir 2 jours quand il fait doux) sans qu’on ne réchauffe les cuves et, pendent ce temps, la cuve sanitaire n’est pas « suivie ». Il n’est donc pas rare, parce qu’on a fait quelques lessives, d’avoir une température trop fraiche sous la douche. Pour éviter cela, nous avons inclus une surveillance régulière de la température de la cuve ECS qui, lorsqu’elle descend sous les 45°, démarre la chaudière pour remonter à 52°.
En pratique, quand la cuve tombe sous les 45°, on simule une demande de mise à température des cuves. Comme la demande ne vient pas du thermostat, les cuves chauffage sont ignorées et on passe de suite à la cuve sanitaire. En passant par cette astuce, cela permet de profiter de la récupération des calories chaudière en fin de cycle.
Une autre façon plus astucieuse consisterait à fixer la température sanitaire vers les 42° (pour avoir une température minimum) et changer la consigne lorsqu’on approche de la fin de journée (1 heure avant la prise de la douche). Ca permet de bénéficier du « soleil de la dernière chance ».
La gestion solaire
Rappelons que chaque cuve a une utilisation spécifique théorique.Il faut aussi distinguer 2 types d’utilisations suivant que l’on est en été ou en hiver. En effet, en été, la seule utilisation de l’eau chaude concerne l’eau sanitaire. Il est donc logique que la cuve sanitaire soit la plus prioritaire. Lorsque celle-ci est suffisamment chaude, on peut charger la cuve HT (c’est la seule cuve ou on peut transvaser l’eau vers la cuve sanitaire si besoin). La cuve BT a la moins grande priorité car elle n’est destinée qu’à éviter la surchauffe des panneaux (stagnation).
En hiver, c’est autre chose… La cuve BT devient prioritaire puisque le chauffage sol y est branché. La cuve HT à la deuxième place (utilisée principalement pour les radiateurs) et la cuve sanitaire a la priorité la moins élevée. Ne croyez pas que c’est parce qu’on ne se lave pas en hiver mais, plus exactement, parce que c’est la cuve qui demande la plus haute température (du moins en mi-saison). C’est le choix actuel mais qui sera modifié dans le futur.
En effet, en hiver (disons quand le chauffage est susceptible de démarrer), il y aura un déficit d’apport solaire par rapport aux besoins. Le plus rentable est, à ce moment, d’engranger un maximum de Kwh. Pour ce faire, il faut que les capteurs aient le meilleur rendement possible ce qui est le cas quand la température des capteurs (donc de l’eau entrante) est minimum. La cuve la plus prioritaire devenant celle qui a la température « fond de cuve » la plus basse possible.
C’est une règle essentielle qui (avec la stratification) régit l’efficacité d’une installation.
Actuellement, le choix été/hiver est manuel mais pourra être automatisé (soit si l’eau de chauffage a été chauffée par la chaudière dans les 24 ou 48h, soit en fonction de la température intérieur ou extérieure… mais c’est à tester).
Le principe de base
Quelque soit la saison, le programme trie les cuves pour connaitre celles qui sont chargeables.Pour qu’elle soit chargeable, une cuve doit répondre à deux conditions :
- La température du haut de cuve doit être inférieure à la température maximum admise
- La température aux capteurs doit être supérieur de 7 degrés à la température du bas de cuve.
Avec ce principe, j’espérais (dès que la météo le permettait) de charger la cuve prioritaire puis, lorsque la cuve est pleine, passer à la suivante et ainsi de suite. Mais j’ai été surpris de constater qu’en début de journée, on chargeait une cuve non prioritaire et, après 10-15 minutes, on commutait sur la cuve prioritaire puis le cycle prévu se déroulait.
Après analyse, non seulement c’est un comportement normal mais bénéfique. En effet, lorsque les panneaux n’ont pas encore atteint la température adéquate pour la cuve prioritaire, autant placer les calories dans une cuve plus froide (même non prioritaire) plutôt que de les laisser dans le capteur…
Cet effet est possible par le fait que le sheeva ré analyse complètement la situation à chaque fois qu’il reçoit une trame de température (toutes les dix secondes).
Les boucles
Lorsqu’une cuve est sélectionnable, le (ou les) circulateur solaire est activé mais le caloporteur est bouclé près des cuves afin de préchauffer la boucle (soit par la vanne de bouclage V0 pour les cuves HT et BT soit par la position repos des vannes V6, V7, V8 pour la boucle primaire). C’est la sonde de température dans la boucle qui ouvre la vanne de la cuve. Cette technique a plusieurs avantages :- on injecte le minimum d’eau froide dans les cuves (diminution du risque de dé stratification).
- on peut réduire le delta t° entre sonde et cuve puisque les pertes sont réduites vu la proximité.
- on peut stopper la charge en se basant sur une sonde proche de la cuve ce qui permet de récupérer les calories entre panneaux et cuve.
- on limite le nombre de cycle « démarrage/arrêt » du circulateur solaire au démarrage.
Et la suite ?
Le but premier était « que ça tourne » pour l’hiver et le but à été atteint (ouf). Le programme est débogué et simulé (cela a, bien entendu, exigé quelques ajustements). Il reste juste à surveiller le comportement dans les cas pratiques.Au niveau de la carte, il reste quelques accessoires à développer. Parmi ceux-ci :
- comptage des kwh produits (et stockés dans chaque cuve)
- interface homme-machine permettant de modifier les paramètres de l’installation (actuellement, les paramètres sont figés dans le programme et demande une intervention « lourde » lors d’une modification de ceux-ci).
- quelques routines de surveillance (ex l’allumage de la chaudière s’est-il bien déroulé)
- l’activation du WDT (qui permet le redémarrage du programme si plantage)
- visualisation de l’état de la régulation en panneau frontal (écran LCD et led’s)
- dégommage régulier des vannes et circulateurs pour éviter le blocage
Au niveau du Sheeva
Actuellement, il gère l’automatisation du solaire et du chauffage.Mon fils (c’est lui qui s’occupe de la partie sheeva) à l’intention de créer une page web permettant de surveiller le solaire thermique à distance et de faire partager notre plaisir à tout le monde. Puisque le sheeva a une interface Ethernet, ça ne devrait pas poser de problèmes (juste le temps de la mise au point du soft).
Il devrait même être possible de paramétrer l’installation à distance et, par ex, de relancer le chauffage à la demande à partir de son GSM.
Le stockage des mesures (sur carte SD ou sur le disk par ex) devrait permettre de créer des graphiques (via pc) et de surveiller le fonctionnement afin d’affiner les réglages.
Il faut savoir qu’en trois jours, le Sheeva à totalisé 2 secondes de temps machine pour le traitement de la régulation. Ce faible taux d’occupation est ridiculement bas ce qui ouvre des possibilités informatiques qui n’ont rien à voir avec la régulation. Il est clair que l’interface web lui prendra un peu de temps mais cela restera marginal.
Le fait qu’il soit alimenté 24h sur 24 (ça, c’est indispensable pour la régulation) permet d’envisager des applications centralisées comme stockage de films, photos, documents toujours accessibles aux autres ordinateurs etc…
Mes constatations,
Le fait de choisir la cuve sanitaire prioritairement en été ne sera pas remis en cause.Par contre, la sélection de la cuve en hiver devra être revue.
A la réflexion, ce qui est important, c’est le nombre de kwh engrangé surtout en hiver quand l’apport solaire est limité. Peu importe la cuve de destination (elles sont toutes utilisées), ce qui compte c’est de choisir la cuve dont le fond est le plus froid car c’est a ce moment qu’on retirera le maximum des panneaux. Ce sera testé prochainement.
Lors du chauffage par la chaudière, je vous ai dit que je chauffais une quantité d’eau variable suivant la période de l’année (on chauffe une plus grande quantité d’eau en décembre qu’au mois de septembre). Cela permet de laisser une part d’eau « chauffable » par le soleil plus importante lors de l’intersaison.
Au vu du temps nécessaire à la chauffe de1500 litres (plus ou moins 2h) et le temps nécessaire à épuiser les calories, j’ai abandonné cette analyse pointue qui n’apportait pas grand-chose. Une seule cuve sera utilisée pour le chauffage laissant l’autre pour le soleil.
Il est possible que je recrée une modulation sommaire si je constate que l’apport solaire est limité par l’eau du chauffage.
Et si c’était à refaire ?
Bonne question… Il y a des choses que je referais, d’autres que je modifierais et certains points que je ne referais pas. Analysons-les ensemble:Je referais je referais autrement mais... je ne referais pas
1- L’adaptation
de la quantité d’eau à la surface des panneaux.
Oui, je referais sans la moindre hésitation. 560 litres pour 20m², c’est intenable. Monter à 2300 litres peut paraitre beaucoup mais l’utilisation sur plusieurs cuves permet de réduire la quantité d’eau à chauffer en cas de besoin.
De plus, la stratification permet d’opter pour une réserve « un peu trop grande »
Fin septembre 2011 (nous étions bien « hors saison estivale »), j’ai vu mes trois cuves (2360 litres au total) au-dessus des 80° (et j’habite en Belgique). Certes, le temps est exceptionnel pour la saison mais mes deux cuves ne sont pas parfaitement isolées et le temps d’ensoleillement est court… A refaire, j’aurais visé 2500 à 2700 litres. En tout cas, le système de refroidissement devra être envisagé sérieusement.
2- L’utilisation de plusieurs cuves
Oui, outre le problème d’accessibilité à la cave, une cuve pour chaque utilisation permet une grande souplesse même si ça revient plus cher. De plus, quand on craint d’avoir trop d’eau de stockage, ça permet « de déconnecter » une cuve en cas d’insuffisance solaire (ce qui n’est pas possible avec une cuve unique).
3- La stratification des cuves chauffages
Pas encore assez d’expérience à ce sujet mais je pense que oui car ça reste la meilleur façon d’avoir un bon rendement au chargement solaire (basse température en fond de cuve) et aussi lorsqu’on désire avoir 250 litres à 60°, ce n’est pas pour avoir 900 litres à 35°.
De plus, si on veut chauffer un quart de cuve (parce que ça suffit), la stratification est primordiale pour utiliser la partie chauffée.
4- Stratification - Le chargement cuve par 5 entrées externes
Il existe des systèmes internes à la cuve qui permettent la stratification (cheminées) qui reviennent bien moins cher mais sont moins sur comme résultat. Si un système interne donnait une garantie de résultat, on pourrait condamner le système externe.
En attendant, le système externe est un système efficace. Injecter l’eau au bon niveau permet une bonne stratification. Donc oui, je le referais. Je ne suis, cependant pas convaincu que 5 entrées soient indispensables. 3 devraient suffire (voir 2) ce qui diminuerait d’autant le prix (vannes motorisées, disques, main d’œuvre…).
Ce que je changerais est l’alignement des doubles disques qui sont tous au centre de la cuve. En effet, les disques font office de plaques séparatrices (voir ci-dessous). Les décaler les un par rapport aux autres pourrait améliorer leur comportement à ce niveau.
5- Stratification – La plaque séparatrice
La plaque séparatrice horizontale permet une réduction de la surface de contact entre strates. J’ai constaté une différence de température plus importante au niveau de la plaque preuve de son efficacité. Donc Oui, je le referais. (j’en ajouterais même une au tiers supérieur). J’en augmenterais probablement un peu la surface (un hexagone au lieu d’un carré).
6- Stratification – Les plaques parallèles verticales
J’espérais beaucoup de ce système mais les essais se sont révélés décevants.
Après discussion sur le forum, j’ai probablement fait quelques erreurs qui compromettent les résultats… analysons-les
En pratique, je constate un fonctionnement correct de ce système lorsque le débit est plus faible. J’ai effectué les tests avec l’eau chauffée par les capteurs (6 litres/minute) avec des résultats décevants. Lorsque ces plaques ont traité le retour du chauffage sol (qui est leur rôle assigné), le comportement s’est amélioré. J’ignore le débit du retour sol mais il est nettement plus faible que le débit solaire.
A mon avis, ce système mérite une deuxième chance. Correctement réalisé, il devrait mieux répondre aux attentes. Vu l’importance des débits, dans le cadre d’un débit solaire, je pense qu’il serait utile de partager le débit entre 2 systèmes à plaques parallèles superposées.
7- L’inclinaison des tuyaux
oui, je les garderais. L’expérience de la solus m’a déjà prouvé l’efficacité de ces freins thermiques. La seule exception que je ferais serait l’arrivée des plaques parallèles (voir ci-dessus) quoique cette partie horizontale puisse être interne à la cuve. Ca permettrait de cumuler les avantages.
8- L’isolation du bas de cuve
Oui, je le referais. Ce n’est ni le prix ni le temps nécessaire qui serait un obstacle. Je le répète, toute négligence dans l’isolation se paye cash.
9- La conception générale des cuves
Oui d’après le schéma, mais avec une vigilance a la réalisation pour ce tuyau « qui ne va pas assez haut et qui laisse une poche d’eau chaude au-dessus ».
10- Le schéma type « bus »
Ah oui, sans la moindre hésitation. Je n’ai eu aucune surprise désagréable en appliquant cette technique (hormis une vanne que j’avais oublié d’ouvrir et (probablement) une bulle d’air qui a perturbé la première circulation). Pas de thermosiphon remarqué (les tuyaux inclinés des cuves aident probablement).
La seule chose que je ferais autrement est de retourner les cuves (vannes vers le mur) pour que le bus (fait en un pouce) soit plus petit mais je n’ai aucune idée sur l’influence que ça peut avoir.
11- Les tuyaux cuve en ½ pouces
Non, c’est à proscrire, tout est fait en 1 pouce, passer en ½ pouce accélère le fluide ce qui favorise le brassage au détriment de la stratification.
12- L’échangeur à plaques
Je reste partisan de cette technique (et comme ici, ça m’a évité de placer des échangeurs dans deux cuves…). Concernant leur choix, j’espérais qu’ils allaient être 4 fois trop puissant et là, petite déception, le rapport n’est que de deux. L’eau qui retourne vers les capteurs est 7 degrés plus chaude que le bas de cuve. Habituellement, c’est 10° et dans la solus sous-dimensionnée, c’était 18 à 20°. Ce n’est pas mauvais mais j’espérais mieux. Je suis en passe de commander un échangeur à plaques de plus grande surface.
13- Un stockage d’eau de chauffage adaptatif
Je ne savais pas très bien la quantité d’eau chaude que je devais stocker pour le chauffage. Je pense qu’une cuve de 900 litres permet, déjà, une autonomie de 3 à 4 heures avant un ré allumage de la chaudière. Ca me parait un bon compromis car la chaudière fonctionne pendant 1 heure (et après, la jupe devient chaude ce qui augmente les déperditions). D’un autre coté, les températures utilisées sont raisonnables ce qui limite les pertes dans la cuve. Des températures raisonnables laissent aussi la porte ouverte à des générateurs de chaleur « doux » comme des pompes à chaleur, cogénération etc…
Je pense que je ne referais pas un calcul complexe pour déterminer la quantité d’eau à chauffer. Partir sur la cuve de 900 litres avec un ajustement proportionnel au temps restant avant un changement de consigne devrait être suffisant.
14- Le choix des circulateurs de classe A
Il est clair que ce type de circulateurs est un investissement. Si on se place au niveau technique, le choix est évident. La conception du moteur, le couple important et le plaisir de voir le circulateur s’adapter aux circonstances avec une puissance consommée très faible est un plaisir.
Côté financier, c’est autre chose. Ce type de circulateur est obtenable (en Belgique) à des prix avoisinant 510€ TTC (en 2011). C’est une honte quand on sait qu’en Allemagne (via internet) je l’ai obtenu pour moins de 300€ TTC et frais de port inclus.
A ce prix, on peut discuter de rentabilité.
Bien sur, ce n’est rentable que si le circulateur est appelé à tourner un grand nombre d’heures (circulateur chauffage ou solaire). Il est clair que le circulateur qui transfert l’eau de HT vers la cuve sanitaire en cas de « pénurie solaire » et qui tourne, peut-être, 1 heure par an, ne vaut pas l’investissement.
Notons que ce type de circulateur soulage le composant électronique de la régulation puisque le courant consommé est plus faible et qu’il contient (pour le cas du wilo BMS) une interface 0-10v qui remplace avantageusement une commutation électromécanique de la vitesse d’un circulateur standard.
15- Le choix des anti-retours à clapet.
Sans hésiter…
J’ai utilisé 4 anti-retours à ressort et ils ont TOUS posés des problèmes de fuites internes. L’un d’eux, inclus dans une vanne d’arrêt d’un circulateur, a déjà été remplacé deux fois et pose encore des problèmes. Je les ai remplacés par des anti-retours à clapets qui remplissent parfaitement leur rôle.
Le placement est un peu plus compliqué (ils doivent être horizontaux) mais le fonctionnement est impeccable. Pour ma part, j’ai été un peu plus loin et je les ai placés en oblique pour que la gravité aide le clapet à se fermer. Placés comme cela, il est fort probable que la perte de charge est un peu plus importante mais ne pose aucun problème dans mon installation.
16- La petite équerre placée à l’arrivée d’eau chaude dans la cuve HT
Il y a peu de « gloriole » à retirer de ce système.
En effet, c’est une idée que j’ai prise de la cuve Solus. Il s’agit d’un morceau de cornière en U que j’ai bouché à une extrémité, l’autre extrémité s’ouvrant sur le contenu de la cuve.
Le tuyau d’arrivée eau chaude de la chaudière arrive dans cette cornière ainsi que le tuyau de départ des radiateurs. Le but de ce dispositif est d’obliger l’eau chaude à passer à proximité du tuyau de départ radiateurs avant de rejoindre la cuve. De cette façon, lorsque la cuve est froide et que le chauffage est sollicité, l’eau va prioritairement dans les radiateurs. Cela permet de ressentir rapidement l’effet du chauffage avant de commencer le stockage.
Cela marchait parfaitement avec la Solus, il en est de même avec ma cuve HT.
5 à 10 minutes suffisent pour sentir que les radiateurs commencent à chauffer (si je devais attendre la mise à température de la cuve, le délai serait d’a peu près 1 heure). Ce dispositif fonctionne donc très bien mais à refaire, je le modifierais un petit peu.
En effet, ce dispositif est placé en haut de cuve mais la présence du couvercle bombé de la cuve crée une zone ou l’eau chaude va se réfugier sans jamais pouvoir servir. C’est râlant de voir la première sonde qui atteste la présence d’eau qui est 10 degrés au dessus de ce qu’on a besoin et que la chaudière démarre parce qu’il n’y a plus assez d’eau chaude. La modification que j’apporterais serait de prolonger les 2 tuyaux jusqu'au point le plus haut de la cuve. A ce moment, étant au centre de la cuve, je remplacerais le bout de cornière par un bout de tuyau obturé à une extrémité et qui remplirait donc le même rôle.
17- L’étude, réalisation et programmation de la régulation
Il serait bien difficile de dire que je ne la referais pas… C’est ma passion et pouvoir intervenir aisément pour modifier tel ou tel comportement est bien agréable. Les quelques sorties de réserve que j’ai prévu sont venues bien à point et ont évité de devoir tout reprendre à zéro.
Au niveau hardware, j’ai fait deux petites erreurs de conception mais qui ne prêtent pas vraiment à conséquence.
Au niveau programmation, il reste pas mal de tâches annexes à programmer (comme la modification de paramètres, compteur de Kwh ainsi que la page Ethernet sur le sheeva) mais cela va se faire petit à petit.
18- Le choix des cuves prioritaires
Sans doute… surtout en été.
Par contre, en hiver, la priorité sera revue en choisissant la cuve ayant le fond de cuve à température la plus froide possible. C’est un élément essentiel et l’expérience de Pierre Amet (le choix priorité sanitaire ou priorité chauffage) est éloquente à ce sujet.
Oui, je referais sans la moindre hésitation. 560 litres pour 20m², c’est intenable. Monter à 2300 litres peut paraitre beaucoup mais l’utilisation sur plusieurs cuves permet de réduire la quantité d’eau à chauffer en cas de besoin.
De plus, la stratification permet d’opter pour une réserve « un peu trop grande »
Fin septembre 2011 (nous étions bien « hors saison estivale »), j’ai vu mes trois cuves (2360 litres au total) au-dessus des 80° (et j’habite en Belgique). Certes, le temps est exceptionnel pour la saison mais mes deux cuves ne sont pas parfaitement isolées et le temps d’ensoleillement est court… A refaire, j’aurais visé 2500 à 2700 litres. En tout cas, le système de refroidissement devra être envisagé sérieusement.
2- L’utilisation de plusieurs cuves
Oui, outre le problème d’accessibilité à la cave, une cuve pour chaque utilisation permet une grande souplesse même si ça revient plus cher. De plus, quand on craint d’avoir trop d’eau de stockage, ça permet « de déconnecter » une cuve en cas d’insuffisance solaire (ce qui n’est pas possible avec une cuve unique).
3- La stratification des cuves chauffages
Pas encore assez d’expérience à ce sujet mais je pense que oui car ça reste la meilleur façon d’avoir un bon rendement au chargement solaire (basse température en fond de cuve) et aussi lorsqu’on désire avoir 250 litres à 60°, ce n’est pas pour avoir 900 litres à 35°.
De plus, si on veut chauffer un quart de cuve (parce que ça suffit), la stratification est primordiale pour utiliser la partie chauffée.
4- Stratification - Le chargement cuve par 5 entrées externes
Il existe des systèmes internes à la cuve qui permettent la stratification (cheminées) qui reviennent bien moins cher mais sont moins sur comme résultat. Si un système interne donnait une garantie de résultat, on pourrait condamner le système externe.
En attendant, le système externe est un système efficace. Injecter l’eau au bon niveau permet une bonne stratification. Donc oui, je le referais. Je ne suis, cependant pas convaincu que 5 entrées soient indispensables. 3 devraient suffire (voir 2) ce qui diminuerait d’autant le prix (vannes motorisées, disques, main d’œuvre…).
Ce que je changerais est l’alignement des doubles disques qui sont tous au centre de la cuve. En effet, les disques font office de plaques séparatrices (voir ci-dessous). Les décaler les un par rapport aux autres pourrait améliorer leur comportement à ce niveau.
5- Stratification – La plaque séparatrice
La plaque séparatrice horizontale permet une réduction de la surface de contact entre strates. J’ai constaté une différence de température plus importante au niveau de la plaque preuve de son efficacité. Donc Oui, je le referais. (j’en ajouterais même une au tiers supérieur). J’en augmenterais probablement un peu la surface (un hexagone au lieu d’un carré).
6- Stratification – Les plaques parallèles verticales
J’espérais beaucoup de ce système mais les essais se sont révélés décevants.
Après discussion sur le forum, j’ai probablement fait quelques erreurs qui compromettent les résultats… analysons-les
a- les tuyaux ½ pouces pour l’arrivée
d’eau est trop faible et « accélère » la vitesse du fluide ce
qui favorise le brassage et non la recherche de la bonne strate. Un
pouce aurait mieux convenu.
b- la plaque parallèle verticale est
courbe (puisque parallèle à la paroi). C’est aussi une erreur car l’eau
n’est pas arrêtée mais déviée ce qui favorise aussi le brassage. A
refaire, 2 plaques plates parallèles placées à 10-15cm de la paroi.
c- le tuyau d’amenée est incliné de 45°
vers le bas. C’est une bonne idée pour les pertes thermiques mais pour
les plaques parallèles, ça aide au brassage de l’eau. Il faudrait, au
moins, 10 à 15cm de tuyaux horizontaux avant l’arrivée dans les plaques
parallèles.
En pratique, je constate un fonctionnement correct de ce système lorsque le débit est plus faible. J’ai effectué les tests avec l’eau chauffée par les capteurs (6 litres/minute) avec des résultats décevants. Lorsque ces plaques ont traité le retour du chauffage sol (qui est leur rôle assigné), le comportement s’est amélioré. J’ignore le débit du retour sol mais il est nettement plus faible que le débit solaire.
A mon avis, ce système mérite une deuxième chance. Correctement réalisé, il devrait mieux répondre aux attentes. Vu l’importance des débits, dans le cadre d’un débit solaire, je pense qu’il serait utile de partager le débit entre 2 systèmes à plaques parallèles superposées.
7- L’inclinaison des tuyaux
oui, je les garderais. L’expérience de la solus m’a déjà prouvé l’efficacité de ces freins thermiques. La seule exception que je ferais serait l’arrivée des plaques parallèles (voir ci-dessus) quoique cette partie horizontale puisse être interne à la cuve. Ca permettrait de cumuler les avantages.
8- L’isolation du bas de cuve
Oui, je le referais. Ce n’est ni le prix ni le temps nécessaire qui serait un obstacle. Je le répète, toute négligence dans l’isolation se paye cash.
9- La conception générale des cuves
Oui d’après le schéma, mais avec une vigilance a la réalisation pour ce tuyau « qui ne va pas assez haut et qui laisse une poche d’eau chaude au-dessus ».
10- Le schéma type « bus »
Ah oui, sans la moindre hésitation. Je n’ai eu aucune surprise désagréable en appliquant cette technique (hormis une vanne que j’avais oublié d’ouvrir et (probablement) une bulle d’air qui a perturbé la première circulation). Pas de thermosiphon remarqué (les tuyaux inclinés des cuves aident probablement).
La seule chose que je ferais autrement est de retourner les cuves (vannes vers le mur) pour que le bus (fait en un pouce) soit plus petit mais je n’ai aucune idée sur l’influence que ça peut avoir.
11- Les tuyaux cuve en ½ pouces
Non, c’est à proscrire, tout est fait en 1 pouce, passer en ½ pouce accélère le fluide ce qui favorise le brassage au détriment de la stratification.
12- L’échangeur à plaques
Je reste partisan de cette technique (et comme ici, ça m’a évité de placer des échangeurs dans deux cuves…). Concernant leur choix, j’espérais qu’ils allaient être 4 fois trop puissant et là, petite déception, le rapport n’est que de deux. L’eau qui retourne vers les capteurs est 7 degrés plus chaude que le bas de cuve. Habituellement, c’est 10° et dans la solus sous-dimensionnée, c’était 18 à 20°. Ce n’est pas mauvais mais j’espérais mieux. Je suis en passe de commander un échangeur à plaques de plus grande surface.
13- Un stockage d’eau de chauffage adaptatif
Je ne savais pas très bien la quantité d’eau chaude que je devais stocker pour le chauffage. Je pense qu’une cuve de 900 litres permet, déjà, une autonomie de 3 à 4 heures avant un ré allumage de la chaudière. Ca me parait un bon compromis car la chaudière fonctionne pendant 1 heure (et après, la jupe devient chaude ce qui augmente les déperditions). D’un autre coté, les températures utilisées sont raisonnables ce qui limite les pertes dans la cuve. Des températures raisonnables laissent aussi la porte ouverte à des générateurs de chaleur « doux » comme des pompes à chaleur, cogénération etc…
Je pense que je ne referais pas un calcul complexe pour déterminer la quantité d’eau à chauffer. Partir sur la cuve de 900 litres avec un ajustement proportionnel au temps restant avant un changement de consigne devrait être suffisant.
14- Le choix des circulateurs de classe A
Il est clair que ce type de circulateurs est un investissement. Si on se place au niveau technique, le choix est évident. La conception du moteur, le couple important et le plaisir de voir le circulateur s’adapter aux circonstances avec une puissance consommée très faible est un plaisir.
Côté financier, c’est autre chose. Ce type de circulateur est obtenable (en Belgique) à des prix avoisinant 510€ TTC (en 2011). C’est une honte quand on sait qu’en Allemagne (via internet) je l’ai obtenu pour moins de 300€ TTC et frais de port inclus.
A ce prix, on peut discuter de rentabilité.
Bien sur, ce n’est rentable que si le circulateur est appelé à tourner un grand nombre d’heures (circulateur chauffage ou solaire). Il est clair que le circulateur qui transfert l’eau de HT vers la cuve sanitaire en cas de « pénurie solaire » et qui tourne, peut-être, 1 heure par an, ne vaut pas l’investissement.
Notons que ce type de circulateur soulage le composant électronique de la régulation puisque le courant consommé est plus faible et qu’il contient (pour le cas du wilo BMS) une interface 0-10v qui remplace avantageusement une commutation électromécanique de la vitesse d’un circulateur standard.
15- Le choix des anti-retours à clapet.
Sans hésiter…
J’ai utilisé 4 anti-retours à ressort et ils ont TOUS posés des problèmes de fuites internes. L’un d’eux, inclus dans une vanne d’arrêt d’un circulateur, a déjà été remplacé deux fois et pose encore des problèmes. Je les ai remplacés par des anti-retours à clapets qui remplissent parfaitement leur rôle.
Le placement est un peu plus compliqué (ils doivent être horizontaux) mais le fonctionnement est impeccable. Pour ma part, j’ai été un peu plus loin et je les ai placés en oblique pour que la gravité aide le clapet à se fermer. Placés comme cela, il est fort probable que la perte de charge est un peu plus importante mais ne pose aucun problème dans mon installation.
16- La petite équerre placée à l’arrivée d’eau chaude dans la cuve HT
Il y a peu de « gloriole » à retirer de ce système.
En effet, c’est une idée que j’ai prise de la cuve Solus. Il s’agit d’un morceau de cornière en U que j’ai bouché à une extrémité, l’autre extrémité s’ouvrant sur le contenu de la cuve.
Le tuyau d’arrivée eau chaude de la chaudière arrive dans cette cornière ainsi que le tuyau de départ des radiateurs. Le but de ce dispositif est d’obliger l’eau chaude à passer à proximité du tuyau de départ radiateurs avant de rejoindre la cuve. De cette façon, lorsque la cuve est froide et que le chauffage est sollicité, l’eau va prioritairement dans les radiateurs. Cela permet de ressentir rapidement l’effet du chauffage avant de commencer le stockage.
Cela marchait parfaitement avec la Solus, il en est de même avec ma cuve HT.
5 à 10 minutes suffisent pour sentir que les radiateurs commencent à chauffer (si je devais attendre la mise à température de la cuve, le délai serait d’a peu près 1 heure). Ce dispositif fonctionne donc très bien mais à refaire, je le modifierais un petit peu.
En effet, ce dispositif est placé en haut de cuve mais la présence du couvercle bombé de la cuve crée une zone ou l’eau chaude va se réfugier sans jamais pouvoir servir. C’est râlant de voir la première sonde qui atteste la présence d’eau qui est 10 degrés au dessus de ce qu’on a besoin et que la chaudière démarre parce qu’il n’y a plus assez d’eau chaude. La modification que j’apporterais serait de prolonger les 2 tuyaux jusqu'au point le plus haut de la cuve. A ce moment, étant au centre de la cuve, je remplacerais le bout de cornière par un bout de tuyau obturé à une extrémité et qui remplirait donc le même rôle.
17- L’étude, réalisation et programmation de la régulation
Il serait bien difficile de dire que je ne la referais pas… C’est ma passion et pouvoir intervenir aisément pour modifier tel ou tel comportement est bien agréable. Les quelques sorties de réserve que j’ai prévu sont venues bien à point et ont évité de devoir tout reprendre à zéro.
Au niveau hardware, j’ai fait deux petites erreurs de conception mais qui ne prêtent pas vraiment à conséquence.
Au niveau programmation, il reste pas mal de tâches annexes à programmer (comme la modification de paramètres, compteur de Kwh ainsi que la page Ethernet sur le sheeva) mais cela va se faire petit à petit.
18- Le choix des cuves prioritaires
Sans doute… surtout en été.
Par contre, en hiver, la priorité sera revue en choisissant la cuve ayant le fond de cuve à température la plus froide possible. C’est un élément essentiel et l’expérience de Pierre Amet (le choix priorité sanitaire ou priorité chauffage) est éloquente à ce sujet.
Les inattendus
Quand on fait une installation de cette ampleur, il est rare de ne pas avoir de surprises désagréables qui obligent à rectifier l’installation. Le rôle de ce chapitre est de faire connaitre ces surprises afin de savoir comment réagir lors de vos réalisations.Certains de ces points ont déjà été soulevés mais les regrouper ici apportera une plus grande clarté.
1- La poche d’eau chaude
Le fait de choisir sur quelle cuve (BT ou HT) la régulation va connecter le chauffage sol se fait en fonction de la température d’eau disponible. C’est, aussi, la température d’eau qui va commander la mise en marche de la chaudière. Et comme l’eau la plus chaude est en partie supérieure de cuve, il est normal qu’on se base sur la sonde de température la plus haute.
A un moment donné, j’ai remarqué que la vanne 3 voies du chauffage sol était ouverte en grand, la consigne sol demandait une eau à 33° et la température réelle de l’eau était à moins de 28°. Le départ étant trop froid, la régulation aurait du commuter sur l’autre cuve (HT) ce qu’elle n’avait pas fait. Le problème est que la sonde supérieure de BT accusait une eau à 40° et qu’elle était donc suffisamment chaude.
Que se passe-t-il ?
C’est vrai, s’il y a de l’eau à 40°, pourquoi le départ sol est-il à 28° ?
En fait, le schéma de cuve a été conçu avec un tuyau qui va rechercher l’eau chaude juste sous le point haut de la coiffe. J’ai beau me souvenir, en pratique, je ne me rappelle pas d’un tuyau qui « dépasse » la hauteur de la virole. Je pense que ce tuyau affleure la cuve à son point d’entrée et n’est donc pas capable d’utiliser cette poche d’eau chaude qui se réfugie sous la coiffe. Comme ce volume est mesuré par la sonde supérieure, il y a tromperie sur la température utilisable et c’est normal que le système ne commute pas.
Solution
L’idéal serait de ré ouvrir les cuves et prolonger le tuyau mais tout étant en service, je me refuse cette possibilité. Si j’admets la « non utilisation » de cette poche d’eau, il me suffit de spécifier à la régulation qu’elle doit mesurer la seconde sonde au lieu de la première. C’est ce que j’ai fait et la commutation entre cuves s’effectue alors normalement.
Le problème étant similaire sur la cuve HT, j’ai apporté la même solution pour commander le démarrage de la chaudière.
2- L’autonomie de la solus
En plein été et avec 20m² de panneaux, nous avons vu que l’échangeur de la solus 560L était trop faible. Pour contourner cet inconvénient, on réchauffe la solus par l’entrée « chaudière » (le solaire passant via l’échangeur à plaques). Nous avons remarqué une forte diminution de l’autonomie.
Que se passe-t-il ?
En fait, c’est assez simple… et normal. L’entrée chaudière de la solus est utilisée comme chauffage d’appoint et ne chauffe donc qu’une demi-cuve.
Solution 1
La première solution a été de chauffer la solus par l’entrée chaudière (via l’échangeur plaques) puis la sortie de l’échangeur plaque parcourt l’échangeur interne de la solus. Cela améliore la situation mais pas assez.
Solution 2
Une autre solution serait d’utiliser, comme tuyau de sortie, le retour du chauffage sol (qui est au niveau bas de la cuve). De cette manière, l’ensemble de la cuve serait traitée et réchauffée toujours via l’échangeur à plaques. L’inconvénient est qu’en hiver, le réchauffage d’appoint concerne, lui aussi, l’entièreté de la cuve. L’idée d’y adjoindre une vanne 3 voies qui commute entre cette solution (en été) et la solution actuelle (chauffage d’appoint de l’eau sanitaire) fait son chemin. En attendant, l’été prochain verra probablement l’échangeur interne reprendre du service malgré son sous-dimensionnement (ce qui est un demi-mal puisqu’en été, l’apport important de soleil compense la baisse de rendement du au sous dimensionnement de l’échangeur interne).
Un autre problème est apparu avec cette cuve. En attaquant les deux entrées, il est vite apparu qu’on devait gérer les deux entrées séparément l’une de l’autre au risque de refroidir le haut de cuve en fin de cycle.
Pour l’échangeur interne, pas de problèmes, on se base sur la sonde du bas de cuve. Pour l’entrée « direct » (après échangeur a plaques), il faut se baser sur une des sondes supérieures… à tester expérimentalement.
3- Température de dessus de cuve trop chaude
Lorsque la chaudière doit apporter des calories à la cuve HT (par ex), la régulation détermine la température idéale de l’eau.
Pour cela, la régulation détermine la température idéale en fonction de la sonde extérieure, et ajoute 5 à 6 ° pour constituer une réserve (disons 47° pour l’exemple). La chaudière est alors activée et l’eau est injectée sur l’entrée supérieure de la cuve. Quand la sonde la plus proche de l’entrée atteint la température voulue, on commute sur l’entrée en dessous et ainsi de suite.
Quand la cuve est chaude, je constate que la température supérieure approche 60° soit bien au-dessus des 47°.
Que se passe-t-il ?
C’est assez simple. La température a la sortie chaudière est de 61°. C’est le mélange avec l’eau de la cuve qui est mesuré par les sondes. Quand le système chauffe la cuve par les entrées inférieures, l’eau arrive à 60°, monte (par stratification) et vient chauffer les couches supérieures (ce qui prouve la bonne stratification). Ce n’est, bien entendu, pas très grave mais peut conduire à des pertes un peu plus importantes et une maitrise moins facile de la température.
Solution
Comme la température à la sortie chaudière dépend du débit, on peut la maitriser en variant la vitesse du circulateur. Cela a été testé en manœuvrant le commutateur manuel du circulateur. L’idéal, évidemment, serait de remplacer le circulateur d’origine par un circulateur incorporant une interface 0-10v qui agit sur le débit. Mon choix s’est porté sur un circulateur Wilo stratos eco 25/1-5-BMS. Comme ma régulation comporte 4 sorties 0-10v, elle pilotera le circulateur en fonction de la température sortie de chaudière. Cela permettra de garder la température de sortie chaudière 1 ou 2 degrés au dessus de ce qu’il faut et d’éviter le phénomène.
Par ce principe, on gardera la chaudière à la plus faible température possible ce qui améliorera le rendement.
4- Hésitation dans le choix de l’entrée
Comme dit précédemment, on change de niveau d’injection quand la sonde de température la plus proche a atteint la température voulue. On remarque certaines hésitations entre les entrées et particulièrement quand le réchauffage change de cuve. J’ai déjà relevé plus d’une quinzaine de cycles ouverture/fermeture de vannes inutiles.
Que se passe-t-il ?
Comme aucun hystérésis n’est prévu, une différence d’un dixième de degré peut suffire à rappeler le chauffage sur la même entrée. L’effet de stratification (et le mouvement de l’eau inhérent au chauffage) a tendance à élever l’eau chaude et donc, de refroidir les sondes du bas. En finalité, cela n’a pas beaucoup d’influence sur le résultat général mais conduit à des actions de vannes inutiles et, à la longue, une usure prématurée..
Solution
La solution est uniquement software. On crée un tableau de bits qu’on initialise à 1 en début de chauffe. Quand on quitte une entrée, on met le bit correspondant à zéro ce qui défend d’y revenir.
Simple et efficace qui permet de s’affranchir d’une gestion d’hystérésis assez lourde à programmer.
5- Une sonde de retour trop chaude
Suite à l’analyse d’une installation solaire ECS sur le net, j’ai trouvé une manière astucieuse pour l’arrêt du chargement solaire. En effet, au lieu d’arrêter le transfert thermique en comparant le caloporteur à la température du bas de cuve, Le concepteur compare la température du caloporteur entrant en cave et celle retournant aux capteurs thermiques (en fait, il compare l'entrée et la sortie de son échangeur). Si la température de sortie de son échangeur devient plus élevée que la température d’entrée, l’apport de calories est inexistant et on arrête le transfert.
Difficile d’être plus juste.
Son site (qui révèle, aussi, pas mal d’astuces et de réalisations aussi diverses qu’intéressantes)
J’ai voulu appliquer ce principe mais j’ai alors remarqué que le système bouclait sans jamais charger. C’est alors que j’ai remarqué que ma sonde retour était toujours 3 degrés plus haut que la sonde « aller » et ce, quelque soit la température du caloporteur. (Aller = 35°, retour = 38°/aller = 45°, retour = 48°).
J’ai douté de mes capteurs. Je les ai donc mis « en l’air » et, après quelques heures de stabilisation, je n’ai constaté que 0.2° de différence. L’installation au repos, les deux capteurs donne la même différence.
Rappelons que le caloporteur est bouclé en cave (V6, V7 et V8 au repos)
Je ne vois que 3 causes qui peuvent expliquer cet écart. Soit un apport thermique de l’échangeur à plaques, de la cuve solus ou quelques degrés apportés par le circulateur C1.
Je tiens à localiser la source du problème mais je dois être sur place pour mesurer à différents endroits.
Outre l’arrêt, cette erreur est très gênante car elle fausse fortement la mesure de la production. Si l’erreur est constante, une simple soustraction permettra de rectifier mais si elle varie, ça sera plus compliqué.
A SUIVRE.
Le fait de choisir sur quelle cuve (BT ou HT) la régulation va connecter le chauffage sol se fait en fonction de la température d’eau disponible. C’est, aussi, la température d’eau qui va commander la mise en marche de la chaudière. Et comme l’eau la plus chaude est en partie supérieure de cuve, il est normal qu’on se base sur la sonde de température la plus haute.
A un moment donné, j’ai remarqué que la vanne 3 voies du chauffage sol était ouverte en grand, la consigne sol demandait une eau à 33° et la température réelle de l’eau était à moins de 28°. Le départ étant trop froid, la régulation aurait du commuter sur l’autre cuve (HT) ce qu’elle n’avait pas fait. Le problème est que la sonde supérieure de BT accusait une eau à 40° et qu’elle était donc suffisamment chaude.
Que se passe-t-il ?
C’est vrai, s’il y a de l’eau à 40°, pourquoi le départ sol est-il à 28° ?
En fait, le schéma de cuve a été conçu avec un tuyau qui va rechercher l’eau chaude juste sous le point haut de la coiffe. J’ai beau me souvenir, en pratique, je ne me rappelle pas d’un tuyau qui « dépasse » la hauteur de la virole. Je pense que ce tuyau affleure la cuve à son point d’entrée et n’est donc pas capable d’utiliser cette poche d’eau chaude qui se réfugie sous la coiffe. Comme ce volume est mesuré par la sonde supérieure, il y a tromperie sur la température utilisable et c’est normal que le système ne commute pas.
Solution
L’idéal serait de ré ouvrir les cuves et prolonger le tuyau mais tout étant en service, je me refuse cette possibilité. Si j’admets la « non utilisation » de cette poche d’eau, il me suffit de spécifier à la régulation qu’elle doit mesurer la seconde sonde au lieu de la première. C’est ce que j’ai fait et la commutation entre cuves s’effectue alors normalement.
Le problème étant similaire sur la cuve HT, j’ai apporté la même solution pour commander le démarrage de la chaudière.
2- L’autonomie de la solus
En plein été et avec 20m² de panneaux, nous avons vu que l’échangeur de la solus 560L était trop faible. Pour contourner cet inconvénient, on réchauffe la solus par l’entrée « chaudière » (le solaire passant via l’échangeur à plaques). Nous avons remarqué une forte diminution de l’autonomie.
Que se passe-t-il ?
En fait, c’est assez simple… et normal. L’entrée chaudière de la solus est utilisée comme chauffage d’appoint et ne chauffe donc qu’une demi-cuve.
Solution 1
La première solution a été de chauffer la solus par l’entrée chaudière (via l’échangeur plaques) puis la sortie de l’échangeur plaque parcourt l’échangeur interne de la solus. Cela améliore la situation mais pas assez.
Solution 2
Une autre solution serait d’utiliser, comme tuyau de sortie, le retour du chauffage sol (qui est au niveau bas de la cuve). De cette manière, l’ensemble de la cuve serait traitée et réchauffée toujours via l’échangeur à plaques. L’inconvénient est qu’en hiver, le réchauffage d’appoint concerne, lui aussi, l’entièreté de la cuve. L’idée d’y adjoindre une vanne 3 voies qui commute entre cette solution (en été) et la solution actuelle (chauffage d’appoint de l’eau sanitaire) fait son chemin. En attendant, l’été prochain verra probablement l’échangeur interne reprendre du service malgré son sous-dimensionnement (ce qui est un demi-mal puisqu’en été, l’apport important de soleil compense la baisse de rendement du au sous dimensionnement de l’échangeur interne).
Un autre problème est apparu avec cette cuve. En attaquant les deux entrées, il est vite apparu qu’on devait gérer les deux entrées séparément l’une de l’autre au risque de refroidir le haut de cuve en fin de cycle.
Pour l’échangeur interne, pas de problèmes, on se base sur la sonde du bas de cuve. Pour l’entrée « direct » (après échangeur a plaques), il faut se baser sur une des sondes supérieures… à tester expérimentalement.
3- Température de dessus de cuve trop chaude
Lorsque la chaudière doit apporter des calories à la cuve HT (par ex), la régulation détermine la température idéale de l’eau.
Pour cela, la régulation détermine la température idéale en fonction de la sonde extérieure, et ajoute 5 à 6 ° pour constituer une réserve (disons 47° pour l’exemple). La chaudière est alors activée et l’eau est injectée sur l’entrée supérieure de la cuve. Quand la sonde la plus proche de l’entrée atteint la température voulue, on commute sur l’entrée en dessous et ainsi de suite.
Quand la cuve est chaude, je constate que la température supérieure approche 60° soit bien au-dessus des 47°.
Que se passe-t-il ?
C’est assez simple. La température a la sortie chaudière est de 61°. C’est le mélange avec l’eau de la cuve qui est mesuré par les sondes. Quand le système chauffe la cuve par les entrées inférieures, l’eau arrive à 60°, monte (par stratification) et vient chauffer les couches supérieures (ce qui prouve la bonne stratification). Ce n’est, bien entendu, pas très grave mais peut conduire à des pertes un peu plus importantes et une maitrise moins facile de la température.
Solution
Comme la température à la sortie chaudière dépend du débit, on peut la maitriser en variant la vitesse du circulateur. Cela a été testé en manœuvrant le commutateur manuel du circulateur. L’idéal, évidemment, serait de remplacer le circulateur d’origine par un circulateur incorporant une interface 0-10v qui agit sur le débit. Mon choix s’est porté sur un circulateur Wilo stratos eco 25/1-5-BMS. Comme ma régulation comporte 4 sorties 0-10v, elle pilotera le circulateur en fonction de la température sortie de chaudière. Cela permettra de garder la température de sortie chaudière 1 ou 2 degrés au dessus de ce qu’il faut et d’éviter le phénomène.
Par ce principe, on gardera la chaudière à la plus faible température possible ce qui améliorera le rendement.
4- Hésitation dans le choix de l’entrée
Comme dit précédemment, on change de niveau d’injection quand la sonde de température la plus proche a atteint la température voulue. On remarque certaines hésitations entre les entrées et particulièrement quand le réchauffage change de cuve. J’ai déjà relevé plus d’une quinzaine de cycles ouverture/fermeture de vannes inutiles.
Que se passe-t-il ?
Comme aucun hystérésis n’est prévu, une différence d’un dixième de degré peut suffire à rappeler le chauffage sur la même entrée. L’effet de stratification (et le mouvement de l’eau inhérent au chauffage) a tendance à élever l’eau chaude et donc, de refroidir les sondes du bas. En finalité, cela n’a pas beaucoup d’influence sur le résultat général mais conduit à des actions de vannes inutiles et, à la longue, une usure prématurée..
Solution
La solution est uniquement software. On crée un tableau de bits qu’on initialise à 1 en début de chauffe. Quand on quitte une entrée, on met le bit correspondant à zéro ce qui défend d’y revenir.
Simple et efficace qui permet de s’affranchir d’une gestion d’hystérésis assez lourde à programmer.
5- Une sonde de retour trop chaude
Suite à l’analyse d’une installation solaire ECS sur le net, j’ai trouvé une manière astucieuse pour l’arrêt du chargement solaire. En effet, au lieu d’arrêter le transfert thermique en comparant le caloporteur à la température du bas de cuve, Le concepteur compare la température du caloporteur entrant en cave et celle retournant aux capteurs thermiques (en fait, il compare l'entrée et la sortie de son échangeur). Si la température de sortie de son échangeur devient plus élevée que la température d’entrée, l’apport de calories est inexistant et on arrête le transfert.
Difficile d’être plus juste.
Son site (qui révèle, aussi, pas mal d’astuces et de réalisations aussi diverses qu’intéressantes)
J’ai voulu appliquer ce principe mais j’ai alors remarqué que le système bouclait sans jamais charger. C’est alors que j’ai remarqué que ma sonde retour était toujours 3 degrés plus haut que la sonde « aller » et ce, quelque soit la température du caloporteur. (Aller = 35°, retour = 38°/aller = 45°, retour = 48°).
J’ai douté de mes capteurs. Je les ai donc mis « en l’air » et, après quelques heures de stabilisation, je n’ai constaté que 0.2° de différence. L’installation au repos, les deux capteurs donne la même différence.
Rappelons que le caloporteur est bouclé en cave (V6, V7 et V8 au repos)
Je ne vois que 3 causes qui peuvent expliquer cet écart. Soit un apport thermique de l’échangeur à plaques, de la cuve solus ou quelques degrés apportés par le circulateur C1.
Je tiens à localiser la source du problème mais je dois être sur place pour mesurer à différents endroits.
Outre l’arrêt, cette erreur est très gênante car elle fausse fortement la mesure de la production. Si l’erreur est constante, une simple soustraction permettra de rectifier mais si elle varie, ça sera plus compliqué.
A SUIVRE.
Et l’avenir ?
Tout d’abord, il faudra surveiller le comportement de la bête et voir les paramètres à adapter pour obtenir le rendement optimum. La priorité des cuves devra être revue pour l’hiver, en tout cas. Je pense que le choix devra être fait en fonction de la température du bas de cuve la plus froide. L’expérience de Pierre Amet me pousserait plutôt dans cette direction.Parlons de la cuve de préchauffage sanitaire.
En réalité, les sorties sont prévues mais la cuve n’est pas encore présente.
J’ai remarqué qu’en hiver, l’eau d’arrivée était de l’ordre de 8 à 10 degrés. Il est malheureux d’épuiser les calories de la cuve sanitaire avec une eau si froide. Ma première vision était de préchauffer l’eau avant qu’elle ne rentre dans la solus mais c’est une grosse erreur car la solus se sert du froid de l’eau sanitaire entrante pour accélérer la descende de l’eau de stockage refroidie. Il fallait donc trouver autre chose.
J’ai décidé de préchauffer cette eau pour l’amener à une température de 30 à 40 degrés max. Cette eau sera injectée sur l’entrée froide du premier thermostat de sécurité. On part du principe qu’il faut plus d’eau à 30° (par rapport à 10°) pour refroidir l’eau de la solus vers les 60°. La quantité d’énergie prise à la solus va donc diminuer (par diminution du débit). Mais le gros avantage est que l’eau à préchauffer est à très basse température (bien inférieur à la température de retour du chauffage sol) ce qui permet d’espérer une récupération solaire à plus basse température.
Cette cuve de préchauffage ne recevra pas d’appoint (si le solaire ne donne rien, on refroidira avec de l’eau à 8°) et, de plus, sa capacité sera calculée pour que le contenu soit renouvelé tous les jours de façon à réchauffer de l’eau toujours bien froide. Elle sera de l’ordre de 150 à 200 litres voir moins si c’est trouvable.
Les conclusions et les résultats
C’est un véritable bonheur de voir tourner une installation telle qu’on l’a conçue.Tout commence par de gros doutes… on l’essaie mais quand on est présent… on regarde la régulation, on écoute, on court dans l’autre cave pour voir si la vanne s’est positionnée correctement. Puis, après quelques jours de surveillance, on commence à prendre confiance et on surveille d’un peu plus loin… Parfois, on remarque une petite anomalie mineure que l’on corrige. On fausse la mesure d’un capteur pour voir si la réaction va être correcte. Enfin, on ose quitter la maison et la confiance s’installe.
Combien de fois ne me suis-je pas posé la question « mais pourquoi l’installation réagit-elle comme ça ? » puis, après analyse, « ah ben oui, d’accord, c’est normal… ».
Quand on se fait dépasser, ainsi, par sa propre réalisation… c’est jubilatoire.
Constater qu’on perd un peu d’énergie ici ou là et apporter les modifications pour la récupérer est extraordinaire (même si la quantité d’énergie en question est négligeable).
Grâce aux multiples cuves et leur stratification, je remarque que le système charge dans des conditions météo ou avant, rien n’aurait été stocké. Sauf quand il gèle, il y a toujours bien une cuve dont le fond est suffisamment froid. Et ça se remarque.
Habituellement, je partais du principe qu’en décembre, janvier et février, on ne produisait rien (ou presque) et je ne suivais pas la production pendant cette période. Cet hiver, le temps « mort » à été bien plus réduit. Faut dire que l’automne a été superbe et la période froide de février particulièrement bien ensoleillée.
Et ça se remarque…
Là où je suis surpris, c’est sur la consommation de combustible.
2000M³ sans solaire
1700M³ avec 10m² et 560L
1500M³ avec 20m² et 560L
1000M³ avec 20m² et 2360L
Et tout ça avec des panneaux inclinés à 38° seulement (peu propice pour le soleil d’hiver).
En lisant ce rapport, je m’aperçois que, sans les calculs, mes choix semblent être judicieux. Le rapport hauteur/diamètre des cuves, le système de disques parallèles et l’introduction de l’eau à la hauteur adéquate sont les meilleures solutions et, de fait, ça marche bien.
Je suis soulagé que mes choix (fortement guidés par les gens du forum de l’apper) soient appuyés par quelques calculs que j’ai bien du mal à comprendre, d’ailleurs.
C’est aussi encourageant car ça confirme que j’ai compris les grands principes du solaire (bien souvent contradictoires avec ce qu’on imagine habituellement). En effet, cette thèse est arrivée « un peu tard » et mes choix étaient déjà faits. Revoir mes (et vos) idées confirmées par des calculs est plaisant et soulageant.
Mon plus grand plaisir serait que cette expérience serve de base à un grand nombre de réalisations performantes.
Ce que je retiens de l’expérience
Outre les aspects matériels, cette réalisation m’a apporté énormément d’expérience dans la pratique du solaire. J’ai toujours considéré que la stratification était importante mais la pratique des différents systèmes m’en a montré à quel point. La présence des nombreuses sondes de température des cuves m’a convaincu de son rôle et de son utilité.J’ai compris, aussi, qu’une installation qui travaillait à basse température était bien plus performante et bien plus efficace. Il y a deux principales raisons à cela :
- Quand le fond de cuve est à basse température, la charge commence bien plus tôt et une météo moins favorable est parfois suffisante.
- Une eau stockée moins chaude subit bien moins de déperditions lors de son stockage.
Le développement de la régulation a été un véritable plaisir. C’est la première fois que je développe, avec mon fils, un projet de cette importance. Je ne reviendrais pas sur le plaisir de voir la « machine » prendre vie petit à petit, de constater tel ou tel petit inconvénient et d’y apporter remèdes et améliorations.
Et le plaisir d’avoir une installation qui fonctionne parfaitement … une installation dont je suis particulièrement fier et dont les performances dépassent, probablement, un grand nombre de réalisations commerciales (ça, j’en suis convaincu).
Appendice 1
Le solaire et le chauffage, une hérésie ?
Avec des journées de 8h, un soleil fort bas sur l’horizon et une température extérieure assez froide, il est légitime de se demander si l’exploitation du solaire comme soutien chauffage est envisageable. On trouve régulièrement, sur internet, des avis stipulant que l’usage du solaire comme soutien chauffage ne peut s’admettre que dans le sud de la France et que partout ailleurs, c’est une aberration.Et ils ont raison, c’est une aberration… de dire de pareilles bêtises.
Bien entendu, c’est un soutien chauffage. Viser l’autonomie est illusoire.
Il n’empêche que ma consommation normale de gaz est de 2000M³ sans apport solaire.
Avec 10m² de capteurs et une cuve de 560 litres (dont une partie seulement sert au chauffage), ma consommation est tombée à 1700 m³
Avec 20 m² de capteurs et la même cuve de 560 litres, je suis tombé à 1500 m³ de gaz
Depuis l’été 2011, j’ai ajouté 2 cuves de 900 litres pour le chauffage et mi-février 2012, ma consommation de gaz des 12 mois précédents est tombée en dessous de 1000 m³ de gaz.
Je n’habite pas dans le sud de la France, je vis en Belgique à 30km de la frontière allemande.
Bien sur, les chiffres sont approximatifs et ne tiennent pas compte du fait qu’un hiver peut être un peu plus rude ou plus doux que l’autre. Pour la dernière estimation, il est utile de préciser les points suivants qui tendent à surévaluer le résultat :
- L’entrée en hiver 2011-2012 a été particulièrement douce et ensoleillée.
- Durant le coup de froid de février 2012, le soleil a été présent fréquemment ce qui a permis de chauffer les pièces de vie avec le solaire passif (jusque 30°) et d’élever la température d’une des cuve de 900l de 33/35° jusque 55°.
- Les 1000 m³ de consommation sont donnés pour les 12 mois précédent le mois de février 2012. Ils incluent donc le printemps 2011 ou la nouvelle installation n’était pas encore opérationnelle.
- L’isolation des cuves n’a qu’une couche au lieu de 3 et celle des conduites doit encore être peaufinée (au niveau des vannes notamment).
- J’ai dépensé des calories en fond de cuve sanitaire pour garantir le hors gel en dessous de -15°.
- Il ne faut pas oublier que cette année est une année de test pour l’installation et que quelques points devront être améliorés dans l’avenir :
- a- Anti-retour défectueux (surconsommation gaz pendant deux jours) (c’est réglé)
- b- La priorité des cuves à charger est à revoir (perte de calories solaire) car on ne connecte pas sur la cuve ayant le fond le plus froid.
- c- La récupération des calories de BT n’est prise en compte que si la température cuve est supérieure à la consigne sol. C’est une erreur. Une commande différente d’une vanne permettra une mise en valeur de ces calories par la mise en série des deux cuves.
Les 55° aux capteurs semblent être un maximum début février avec des températures extérieures de -7 à -10° (jour) et des panneaux inclinés à 38° par rapport à l’horizontale (peu adapté au soleil d’hiver). C’est quand même suffisant pour alimenter le chauffage sol pendant 3 à 4 heures.
Le graphique suivant donne une idée de l’évolution de la consommation en fonction de l’évolution des installations. Seule la consommation « normale » de 2000 M³ n’est pas reprise sur le graphe.
Appendice 2
Théorie du chauffage
D’abord une petite partie théorique à propos du chauffage.L’isolation de la maison
Au niveau économie d’énergie, le plus rentable est, sans conteste, l’isolation de la maison.Il est important que l’isolation soit parfaite, dépourvue de points faibles (partie ou le froid peut s’infiltrer) et, vu que la surface d’un bâtiment n’est pas négligeable, l’épaisseur de l’isolant a aussi une énorme importance. L’isolation de la toiture est prioritaire suivi par les vitrages et les murs. L’isolation des plafonds des caves et vides ventilés peut être aussi envisagé surtout si on a recours au chauffage par le sol. L’isolation de la dalle de sol et des murs de cave ne peut être envisagée que pour une nouvelle construction. A l’heure actuelle, opter pour une épaisseur de 15cm dans les murs parait être un minimum.
Bien que plus difficile, les ponts thermiques doivent être, dans la mesure du possible, réduit à un minimum (et évités dans les nouvelles constructions). C’est important car tout point « froid » peut permettre la condensation de l’air humide et devenir propice aux moisissures.
Le choix de l’isolant des murs extérieurs doit être choisi avec soin car il doit permettre une évacuation de la vapeur d’eau. Ce point est moins important si la maison est équipée d’une ventilation.
L’isolation de la maison permettra de mettre en valeur l’énergie solaire.
L’isolation de l’installation chauffage
La vétusté de la chaudière, son isolation et l’isolation des tuyaux est aussi très important. Il existe des mousses préformées autocollantes qui s’adaptent aux tuyaux et qui se placent facilement même par un homme qui sait à peine comment s’écrit le mot « bricolage ». Le tout est d’assurer une continuité aussi parfaite que possible. La jointure autocollante des mousses sera mise, si possible, vers le bas car la chaleur monte. Un chatterton pourra être posé aux endroits ou la jointure à tendance à se décoller (courbes) ainsi qu’entre les différentes longueurs de mousse. Sachez qu’il existe des mousses très souples qui épousent parfaitement les courbes. Sachez, aussi, qu’il existe différentes épaisseurs ce qui peut justifier certaines différences de prix.La température de l’eau
Lorsque toutes ces précautions sont prises, il faut être conscient qu’aucune isolation n’est parfaite. Même si une bonne isolation réduit (très) sensiblement les pertes, celles-ci restent inévitables. Ces pertes sont d’autant plus élevées que la différence de température de part et d’autre de l’isolant est important. Comme la température ambiante est de l’ordre de 15 à 20°, on a intérêt à avoir une eau la plus proche possible de cette température. Il est donc aberrant de faire circuler, dans les radiateurs, une eau de chauffage à 90° si 50° peut suffire.Comment réduire la température de l’eau ?
Le premier élément est le radiateur. Sa puissance est, en général, donnée pour une eau entrante à 90° (et 70° en sortie). Si on a besoin de 1000W dans une pièce, et si on choisi un radiateur de 1000W, il ne donnera sa puissance qu’avec une eau entrante de 90°.Si, pour la même pièce, on choisi un radiateur capable de fournir 2000W, il fournira 1000W avec une eau d’entrée de 60° seulement. L’inconvénient est qu’un radiateur de 2000W est deux fois plus grand qu’un modèle de 1000W.
Il y a quelques dizaines d’années, rien ne se calculait, en chauffage (ou alors de façon très sommaire). Et encore, on ajoutait un bon paquet de Watts en plus pour être sur de ne pas avoir froid. Si le surdimensionnement de la chaudière est préjudiciable à son rendement, le surdimensionnement des radiateurs, lui, est une bonne nouvelle. Ca permet de diminuer la température d’eau. Autre bonne nouvelle, lorsqu’on isole une maison ou qu’on remplace du simple vitrage par du double, le besoin d’énergie diminue et les radiateurs existants deviennent de plus en plus surdimensionnés. Il suffit de diminuer la température de l’eau pour profiter de ce surdimensionnement.
Le deuxième élément qu’il faut considérer, c’est la chaudière.
En effet, certaines chaudières (en général au mazout et assez anciennes) n’acceptent pas qu’on descende la température en dessous d’un certain seuil (de mémoire 60°). Cela est du à un phénomène de condensation non maitrisé qui amène de l’acide sulfurique dans le cœur de la chaudière et en abrège la durée de vie. Dans ce cas, il faut laisser la chaudière fonctionner à haute température et la faire suivre d’une vanne 4 voies qui abaissera la température de l’eau qui ira vers les radiateurs en réinjectant une partie de l’eau de retour (moins chaude). Ca permet de diminuer les pertes dans les tuyaux (mais pas celles dans la chaudière).
Si vous avez ce type de chaudière et pas de vanne 4 voies, il vaut mieux remplacer votre chaudière que d’investir dans une vanne. En effet, ce type de chaudière n’est pratiquement pas isolée et le rendement n’était pas la préoccupation de l’époque.
Dans les années 80 sont apparues des chaudières mazout qu’on pouvait descendre à 40°.
Sont ensuite apparues les chaudières « ultra basse température » qui s’affranchissait de toutes limites.
A ma connaissance, les chaudières gaz n’ont pas connu ces désagréments.
Citons les chaudières à condensation qui sont la dernière nouveauté et qui ne fonctionnent bien qu’avec de la basse température.
Pour fixer les idées, faire tourner une chaudière en température glissante (moyenne = 60°) permet une économie de 10 à 30% (dépendant de son isolation) par rapport à une chaudière identique fonctionnant en permanence à 90°.
Pour la distribution (tuyauterie), on considère qu’un mètre de tuyau isolé de 2 pouces parcouru en permanence par une eau à 90° consomme annuellement 20l de mazout.
Avec une eau à 60°, la consommation annuelle descend à 12l.
Pour travailler à basse température (si la chaudière le permet), on pourrait agir manuellement sur l’aquastat de la chaudière pour fixer la température de l’eau et la modifier en fonction de la saison. C’est simple, peu chère mais aussi peu précis et contraignant.
Le mieux est de coupler la chaudière à une régulation avec une sonde extérieure. Ce système permet d’adapter la température de l’eau en fonction de la température extérieure et ce, de façon pratiquement continue.
Comment fonctionne la régulation?
En fait, c’est très simple… la régulation possède une courbe qui donne, pour chaque température extérieure, la température d’eau appropriée. La régulation agit sur la chaudière pour obtenir cette température.Les habitations et les systèmes de chauffage ayant leur caractéristiques propres, il existe plusieurs courbes dénommées 1, 1.2, 1.4 etc…
(A titre d’info, prendre la courbe 1.2, par ex, signifie qu’une variation de 1 degré de température extérieure provoque une variation de température d’eau de chauffage de 1.2°).
Il faut donc choisir la courbe adéquate. Seule, l’expérience peut aider. Le choix de la courbe n’est pas aisé. En effet, il se peut qu’une courbe convienne bien lorsqu’il fait très froid mais pas quand il fait doux. Pour palier ce problème, chaque courbe peut être adaptée en abscisse. C’est une solution mais les deux paramètres agissent l’un sur l’autre ce qui complique sérieusement le réglage. Pas moyen d’en sortir si on n’est pas méthodique.
C’est, du reste, le gros problème de ces régulations. Si elles sont critiquées, c’est uniquement parce qu’on n’a pas pris la peine de la régler correctement.
Un lien intéressant qui fournit des explication et une méthode de réglage.
C’est la raison pour laquelle je n’ai pas choisi les courbes de chauffe traditionnelles simplement parce que je les trouve trop difficile à régler. Le réglage de l’abscisse interférent sur le réglage de la pente… Pas pour rien que la plupart des régulations soient mal réglée et perte donc de leur intérêt.
Mon expérience avec une régulation
Dans les années 1980, Elektor (magazine d’électronique) avait conçu un montage de ce genre mais assez astucieux. Un réglage permettait de définir la température d’eau chaudière pour une température extérieure de +10°. Un autre réglage est prévu pour une température extérieure de -10°. Ces deux réglages étant totalement indépendants. Bien entendu, toute température extérieure est calculée en fonction de ces deux points.L’idée était géniale et simple. J’ai monté cette régulation sur mon ancienne installation et elle a fonctionné parfaitement pendant plusieurs années.
C’est aussi ce principe que j’ai appliqué sur ma régulation actuelle (des données numériques ayant remplacés les potentiomètres de réglage de l’époque). En fait, on garde le principe de « courbes » mais plus facilement réglable.
Malheureusement, cette technique est dite « linéaire » et, par conséquent, ne tient pas compte de l’affaiblissement d’émissivité des radiateurs à basse température. C’est la raison pour laquelle les courbes actuelles ne sont pas des droites (c’est pour ça qu’on les appelle des courbes, vous suivez ?). En pratique, ce défaut reste mineur et compensé par l’amélioration que j’ai apporté et décrite ci-après.
Améliorations
Si l’on choisi la courbe idéale (celle qui compense tout juste les déperditions de la maison), il faut savoir que la mise à température de la maison peut durer plusieurs heures. En effet, la température de l’eau permet de maintenir la température mais pas de l’élever.
En pratique, pour pouvoir élever la température et avoir un minimum de confort, on est amené à choisir une courbe de chauffe plus chaude et donc plus dispendieuse.
L’idéal serait de choisir cette courbe dispendieuse juste le temps nécessaire à l’établissement de la température ambiante puis de repasser, ensuite, sur la courbe « normal ».
Ce n’est pas tout à fait ce principe que j’ai choisi, mais ça s’en rapproche très fort. C’est le résultat d’une petite ajoute que j’ai faite sur la régulation d’elektor et j’en ai été fort satisfait.
Le principe est simple. Tout d’abord, on détermine la température d’eau qui convient en fonction de la température extérieure en utilisant la courbe de chauffe. On a (en théorie) la température d’eau qui compense parfaitement les pertes de la maison.
Prenons un exemple. Nous avons déterminé que pour une température extérieure de 10°, l’eau doit être à 40° et que pour -10° extérieure, l’eau doit être à 60°. Si la température extérieure est de 0°, un calcul simple permet de trouver la température d’eau… 50°. Rappelons que cette température compense juste les déperditions de la maison.
Admettons qu’on soit le matin au moment ou la consigne passe à 20° alors que la température de la pièce est encore en régime nuit, à 16°. Il va donc falloir apporter 4°.
Ce que la régulation fait, c’est de multiplier cette différence par un facteur (3 me parait un bon compromis) soit 4°*3=12°. Si l’on ajoute ces 12° aux 50° calculés précédemment, on arrive à une eau de 62° ce qui convient pour le réchauffement de la pièce.
On pourrait croire que cette technique favorise le gaspillage mais je répondrais ceci :
- Si on ne crée pas un système permettant le réchauffage de la pièce, on va être tenté de passé à la courbe supérieure pour avoir un confort minimum. L’eau sera alors trop chaude pour toute la saison de chauffe.
- Si on reste sur la courbe de chauffe « économique », il faudra démarrer le chauffage beaucoup plus tôt augmentant, ainsi, le nombre d’heures de chauffe ce qui va accroitre les frais.
- Il faut noter que les 12° supplémentaires (dans l’exemple) ne sont que temporaires… juste le temps que la pièce se réchauffe. En effet, lors de son réchauffement, elle va passer par 18°. A ce moment, la température supplémentaire ne sera déjà plus que de 6°. Lorsque la pièce sera à 20°, le surplus sera de 0° c'est-à-dire que nous aurons nos 50° c'est-à-dire notre courbe idéale.
- Un autre avantage, aussi, quand belle-maman « la frileuse » arrive, il suffit d’augmenter le thermostat à 23°, par ex, et grâce à ce calcul, l’eau va monter à 59° ce qui va permettre, à la pièce, d’approcher les 23° sans que l’on touche à la courbe de chauffe (maintenant, si on désire que belle-maman ne reste pas trop longtemps !!!…).
Comment régler une telle installation ?
La mise au point a été très facile. Un jour ou la température extérieure est proche de 10°, j’ai placé le facteur de correction (qui augmente la température de l’eau lors de la mise à température de la pièce) sur 0 et poussé le thermostat à fond. J’ai réglé le premier potentiomètre (température d’eau pour +10° ext) pour que la température mesurée dans la pièce plafonne vers 21° (1 à 2 degrés au dessus de la température désirée).Quelques mois plus tard, quand il faisait près de -10° dehors, j’ai recommencé le même essai avec le second potentiomètre (-10° ext).
Bien entendu, j’ai laissé le temps à la pièce de réagir (une grosse demi-journée).
Une fois ce réglage fait, j’ai placé le facteur de correction sur 3 et je n’ai jamais plus touché aux réglages de la régulation.
Dans ma nouvelle installation, la seule difficulté sera de régler et le sol et les radiateurs dans la même pièce (c’est deux courbes de chauffe différentes) mais ça devrait se faire.
La régulation du chauffage sol
Une chose à savoir, un chauffage sol ne se pilote pas comme les radiateurs à cause de son inertie. Exit donc de chauffer la pièce jusqu'à ce que la température voulue soit atteinte puis de couper le chauffage jusqu'à ce que la température de la pièce soit redescendue en dessous d’un seuil.Un système comme celui-là (appelé système asservi) est très difficile a mettre en place avec un chauffage sol car l’inertie provoque un tel retard de réaction qu’il en devient inconfortable.
Le meilleur moyen d’agir (le plus confortable et le plus économique) est d’adapter sa puissance (température de l’eau) à la température extérieure. C’est le principe des courbes de chauffe qui, dans le cas du sol, doit être prédominant. Il fait 3° dehors, l’eau doit être à 31° et c’est tout (31° est un exemple dépendent de la courbe de chauffe sélectionnée).
Le principe fonctionne bien (une fois la bonne courbe sélectionnée). Je suis arrivé à ce que lorsque le chauffage sol fonctionne seul, je reste dans une fourchette de 1 degré ce qui est comparable aux radiateurs avec leur thermostat.
Bien que cette fourchette soit tout à fait correct, on pourrait la réduire en agissant sur deux points :
- En étant plus précis sur la température de l’eau. Avec l’ancienne régulation, on n’ajustait pas si la température de l’eau était dans une fourchette de 1° autour de la consigne. Par sécurité, la nouvelle régulation a porté cette fourchette à 1.5°. C’est donc moins précis mais permet d’éviter certaines oscillations éventuelles. Comme le comportement semble saint, on pourrait augmenter la précision à 1° voir 0.5°.
- Il est aussi possible que la variation de la température extérieure soit trop rapide par rapport à l’inertie. Dans ce cas, on pourrait estimer la température extérieure qu’il fera dans une heure en ajoutant (ou en retranchant), à la température mesurée, une valeur estimée sur une courbe moyenne de l’évolution journalière des températures… Un peu tiré par les cheveux mais, pourquoi pas.
Comment faire cohabiter le sol et les radiateurs ?
Comme je vous l’ai dit, j’ai des locaux qui sont chauffés par le sol et par des radiateurs.Il faut savoir que le chauffage sol est plus économique que le chauffage par radiateurs simplement parce que la température d’eau est plus faible. On a donc intérêt à ce que le chauffage sol soit prioritaire. L’inconvénient du chauffage sol est son inertie.
Les radiateurs sont présents pour apporter quelques degrés rapidement. En clair, ils sont là pour compenser l’inertie du chauffage sol.
Mais comment faire pour répartir les charges de façon idéale ?
Je vous ai dit que le thermostat (TR-contrôle modifié) permet une commande plus fine qu’un thermostat classique et cela va jouer un rôle essentiel ici.
Prenons un exemple :
Soit une consigne à 20°
Pour les radiateurs, si la température du local descend à 19.5°, les radiateurs se mettent en fonction pour s’arrêter à 20.5°
Pour le sol, il y a juste un « pare fou » de façon à éviter que le chauffage sol continue à fonctionner quand le soleil fait monter la température de la pièce à 26°. Pour ce faire, on arrête le chauffage sol quand la température ambiante dépasse 21° et on le réactive quand on descend en dessous de 20.6°. La réactivation du chauffage sol s’effectue suffisamment tôt afin qu’il ait le temps de vaincre son inertie avant qu’on ne fasse appel aux radiateurs (19.5°).
Bien entendu, ces températures sont fonction de la consigne.
C’est en cours d’essai mais j’ai passé l’hiver comme cela et ça semble proche de l’idéal.
Appendice 3
Les sondes de températures
Les capteurs électroniquesPour qu’une régulation fonctionne, elle a besoin d’informations fiables. Ces informations sont données par les capteurs… Ils méritent bien un chapitre.
Il existe différents « composants » pour mesurer la température en électronique.
La résistance CTN ou CTP
La méthode la plus simple et la plus ancienne est la résistance CTN/CTP qui est une résistance dont la valeur varie avec la température. Malheureusement, ces éléments bon marché souffrent de deux inconvénients. Ils ne sont pas linéaire (ce qui complique le calcul de la température réelle) et ne sont pas fidèle (ils ne donnent pas la même valeur si on s’écarte de la température puis qu’on y revient). De plus, ces résistances demandent (comme la plupart des dispositifs) une poignée de composants externes.Photo ctn
La résistance PT xxxx
Reconnue par le monde de la mesure, les résistances PT1000 ou PT100 sont basées sur le même principe mais leur matériau de base (platine) permet une linéarité presque parfaite et une fidélité remarquable. Le seul défaut qui leur reste est une poignée de composants externes et deux fils (parfois plus) par sonde. Certains modèles peuvent dépasser les 250°Photo PT1000
Les jonctions P-N
La jonction semi-conducteur (une simple diode, par ex) voit sa tension passante augmenter d’1 mv par degré. Cette variation est linéaire mais reste faible et difficile à exploiter surtout dans un environnement bruyant (au sens électrique du terme). Comme la résistance, il faut quelques composants extérieurs et 2 fils par sonde. Leur avantage est le prix puisqu’une 1N4148 coute à peine quelques centimes d’euro.Photo diode
Les LM35 et LM335
Ces composants sont basés sur la jonction semi-conductrice mais intègrent un ampli qui assure, en sortie, une variation de 10mv par degré. Le LM35 part de 0v pour 0° et augmente de 10mv par degré. Le LM335 part de 2.73v pour 0° ce qui permet la mesure des températures négatives sans artifices particuliers. Ces éléments demandent 3 fils par sonde.Photo lm335
Comme tous les éléments ci-dessus,
nous avons des valeurs analogiques qu’il faudra convertir en digital
pour être traité par un micro-processeur.
Photo du ds18b20
Le DS18b20
Photo du ds18b20
Et puis, la découverte
Ce composant intègre la sonde (jonction semi-conductrice), l’ampli et les éléments associés, un convertisseur analogique/digital, une identification unique gravée au laser et un système de bus qui permet de se contenter de 3 fils sur lequel peut se connecter un nombre impressionnant de sondes (43 dans mon cas).
Devant un tel concentré de technologie, on peut s’attendre à un prix exorbitant. Pourtant, celui-ci est très proche d’une PT1000 seule. Pas de surprises à ce niveau.
Ce composant souffre, cependant, de deux inconvénients. Le premier est un boitier TO-92 de 4.8mm de diamètre (et non les 6mm des pt1000 standard). En général, le cuivre d’un fil électrique de 2.5mm² trouve sa place entre le plat du boitier et le doigt de gant. Le deuxième défaut est que la température maximum que peut mesurer ce composant est de 120° ce qui exclu la mesure au niveau des capteurs. Pour eux, il faudra faire appel aux PT1000.
Comme je l’ai précisé, j’ai fait appel à des sondes ds18b20 de chez dallas. Comme c’est un composant électronique, il est intégré dans un boitier comparable à un transistor (boitier to92). Ce boitier fait 4.8mm de diamètre ce qui est peu compatible avec les 6mm disponibles dans un doigt de gant. Heureusement, le boitier TO92 possède un plat qui va nous être bien utile.
En effet, il y a là suffisamment d’espace pour y placer 2 âmes de cuivre de fil 2,5mm² électrique côte à côte. La présence de cuivre permet de garantir une bonne mise à température du boitier et, donc, une mesure correcte. C’est encore un plus si on dépose un peu de pâte thermique aux différents points de contact. Si les fils de cuivre sont un peu plus longs que le doigt de gant, on peut replier l’extrémité à 90° pour en faciliter l’extraction en cas de panne.
Cette idée revient à P_Bricoleur que je remercie au passage… Rendons à César…
Photo sonde dans un doigt de gant
Ce composant intègre la sonde (jonction semi-conductrice), l’ampli et les éléments associés, un convertisseur analogique/digital, une identification unique gravée au laser et un système de bus qui permet de se contenter de 3 fils sur lequel peut se connecter un nombre impressionnant de sondes (43 dans mon cas).
Devant un tel concentré de technologie, on peut s’attendre à un prix exorbitant. Pourtant, celui-ci est très proche d’une PT1000 seule. Pas de surprises à ce niveau.
Ce composant souffre, cependant, de deux inconvénients. Le premier est un boitier TO-92 de 4.8mm de diamètre (et non les 6mm des pt1000 standard). En général, le cuivre d’un fil électrique de 2.5mm² trouve sa place entre le plat du boitier et le doigt de gant. Le deuxième défaut est que la température maximum que peut mesurer ce composant est de 120° ce qui exclu la mesure au niveau des capteurs. Pour eux, il faudra faire appel aux PT1000.
Comme je l’ai précisé, j’ai fait appel à des sondes ds18b20 de chez dallas. Comme c’est un composant électronique, il est intégré dans un boitier comparable à un transistor (boitier to92). Ce boitier fait 4.8mm de diamètre ce qui est peu compatible avec les 6mm disponibles dans un doigt de gant. Heureusement, le boitier TO92 possède un plat qui va nous être bien utile.
En effet, il y a là suffisamment d’espace pour y placer 2 âmes de cuivre de fil 2,5mm² électrique côte à côte. La présence de cuivre permet de garantir une bonne mise à température du boitier et, donc, une mesure correcte. C’est encore un plus si on dépose un peu de pâte thermique aux différents points de contact. Si les fils de cuivre sont un peu plus longs que le doigt de gant, on peut replier l’extrémité à 90° pour en faciliter l’extraction en cas de panne.
Cette idée revient à P_Bricoleur que je remercie au passage… Rendons à César…
Photo sonde dans un doigt de gant
Reste un problème… hors du boitier,
il y a 3 pattes métalliques qui, si on inclut, tel quel, le composant
dans le doigt de gant métallique, créera un court-circuit dévastateur.
Comment répondre à ce problème ?
La première chose est de souder 3 fils conducteurs pour prolonger les connexions. Il est indispensable de choisir des fils de couleurs différentes. Le rouge qui amènera le +5v, un noir ou un marron pour amener la masse et une autre couleur (moi j’ai choisi le jaune (ben oui, je suis belge)) pour la connexion de donnée.
Sur chacun de ces fils, on glisse une gaine thermo rétractable qui viendra en contact avec le boitier recouvrant entièrement la patte métallique et la soudure offrant, ainsi, une protection.
Photo éclaté connexion capteur
Comment répondre à ce problème ?
La première chose est de souder 3 fils conducteurs pour prolonger les connexions. Il est indispensable de choisir des fils de couleurs différentes. Le rouge qui amènera le +5v, un noir ou un marron pour amener la masse et une autre couleur (moi j’ai choisi le jaune (ben oui, je suis belge)) pour la connexion de donnée.
Sur chacun de ces fils, on glisse une gaine thermo rétractable qui viendra en contact avec le boitier recouvrant entièrement la patte métallique et la soudure offrant, ainsi, une protection.
Photo éclaté connexion capteur
Une gaine rétractable de plus grand
diamètre vient recouvrir l’ensemble des connexions jusqu’en bordure du
boitier. Personnellement, je n’ai chauffé que cette dernière gaine qui
s’est rétractée et à figé les gaines précédentes.
La sonde est prête à entrer dans le doit de gant.
Il est possible, aussi, de poser la sonde sur un tuyau maintenu par un collier métallique. Il faut veiller à un serrage modéré du collier qui doit immobiliser le capteur mais qui ne peut mener à sa destruction. Il est utile d’entourer l’ensemble d’un isolant pour limiter l’influence de l’air extérieur qui pourrait induire une erreur de mesure.
Vu le coté « bus 1 Wire » du composant, chaque composant possède une adresse gravé à l’intérieur et qu’il faut connaitre pour adresser une sonde. Il faudra donc connecter chaque sonde à un appareil capable de visualiser l’adresse.
Personnellement, vu qu’il y avait une cinquantaine de sondes, j’ai préparé 50 petits sachets plastiques dans lequel j’ai glissé la sonde ainsi qu’un papier mentionnant son adresse et le rôle à remplir (ex sonde temp chaudière id= 28000231520010cb). Après, le placement des sondes devient un jeu d’enfant.
Pour arrêter le fluide, il suffit d’interrompre le courant.
L’avantage est que cette commande est très rapide et facile à commander (il n’y a que deux fils) mais l’inconvénient est qu’il y a une consommation électrique (faible, il est vrai) de l’ordre de 6 à 10W pendant tout le temps de l’ouverture.
Il existe des électrovannes qui font l’inverse, c'est-à-dire qui laisse passer le fluide au repos et qui le bloque quand la tension est appliquée.
Notons aussi que pour certains modèles, il faut un minimum de pression entre l’entrée et la sortie pour que la fermeture s’opère.
Suivant l’utilisation, ce type de vanne peut être le siège de coups de bélier (fermeture trop rapide).
Elle est composée d’un moteur avec une forte démultiplication qui fait parcourir la course de la vanne en un temps très long (entre 1 et 3 minutes en général). Plus le temps est long, plus la précision sera grande. L’intérieur de la vanne est conçu pour que le débit soit à peu près proportionnel à l’angle d’ouverture.
Le moteur électrique à 3 fils (1 pour le commun, 1 pour l’ouverture et le dernier pour la fermeture). La manière d’opérer la régulation est assez simple puisqu’elle consiste à mesurer la température de sortie, de la comparer à la consigne puis de commander l’ouverture ou la fermeture de la vanne par une impulsion électrique courte (1 ou 2 secondes). On laisse, alors, le temps pour que la température s’ajuste (30 sec à 1 minute) puis on recommence. Il est prudent de prévoir 1 degré de battement autour de la consigne ou on ne touche pas à la vanne ceci pour éviter qu’elle ne travaille sans arrêt.
Il n’y a pas de retour d’information sur la position de la vanne. C’est pour cela qu’il faut s’assurer qu’elle soit dans une position au départ. Si l’on désire qu’elle soit fermée, il faut alimenter le fil fermeture pendant un temps supérieur au temps nécessaire pour effectuer sa course complète. Un système de débrayage est prévu dans la vanne pour empêcher le moteur de forcer. J’ai 2 vannes de ce type pour régler la température partant vers le sol et les radiateurs (V9 et V10).
Pour éviter cette situation, j’ai fait appel à des corps de vannes Honeywell (finalement pas plus cher que l’équivalent dans d’autres marques) commandés par un moteur dénommé VC6613.
C’est une vanne TOR (tout ou rien) c'est-à-dire qu’elle met seulement 7 secondes pour passer d’un état à l’autre. C’est donc difficile de la placer sur une position intermédiaire et c’est normal vu qu’elle est destinée à commuter le fluide et non à le réguler.
L’avantage de la commande par moteur est que, dans les positions extrêmes, la puissance électrique consommée est nulle contrairement aux électrovannes. En effet, le schéma interne montre que le dispositif est équipé d’interrupteurs de fin de course qui coupe l’alimentation du moteur quand il arrive à butée. Heureusement, d’ailleurs, sinon le moteur forcerait tout le temps. La démultiplication du moteur empêche tout changement erratique du corps de vanne par le passage du fluide.
La sonde est prête à entrer dans le doit de gant.
Il est possible, aussi, de poser la sonde sur un tuyau maintenu par un collier métallique. Il faut veiller à un serrage modéré du collier qui doit immobiliser le capteur mais qui ne peut mener à sa destruction. Il est utile d’entourer l’ensemble d’un isolant pour limiter l’influence de l’air extérieur qui pourrait induire une erreur de mesure.
Vu le coté « bus 1 Wire » du composant, chaque composant possède une adresse gravé à l’intérieur et qu’il faut connaitre pour adresser une sonde. Il faudra donc connecter chaque sonde à un appareil capable de visualiser l’adresse.
Personnellement, vu qu’il y avait une cinquantaine de sondes, j’ai préparé 50 petits sachets plastiques dans lequel j’ai glissé la sonde ainsi qu’un papier mentionnant son adresse et le rôle à remplir (ex sonde temp chaudière id= 28000231520010cb). Après, le placement des sondes devient un jeu d’enfant.
Appendice 4
Les vannes TOR et autres
Pour lever le doute quand on parle de vannes, il est peut-être utile de définir les différents types de vannes, leur utilisation et le choix que j’ai fait dans ma réalisation.Les électrovannes
En général, les électrovannes sont constituées d’une bobine de commande et d’un corps de vannes (partie hydraulique). Dans ce type de commande, si l’on désire que le fluide passe, il suffit d’appliquer la tension aux bornes de la bobine, celle-si agit sur la partie mécanique qui laisse, alors, le passage libre.Pour arrêter le fluide, il suffit d’interrompre le courant.
L’avantage est que cette commande est très rapide et facile à commander (il n’y a que deux fils) mais l’inconvénient est qu’il y a une consommation électrique (faible, il est vrai) de l’ordre de 6 à 10W pendant tout le temps de l’ouverture.
Il existe des électrovannes qui font l’inverse, c'est-à-dire qui laisse passer le fluide au repos et qui le bloque quand la tension est appliquée.
Notons aussi que pour certains modèles, il faut un minimum de pression entre l’entrée et la sortie pour que la fermeture s’opère.
Suivant l’utilisation, ce type de vanne peut être le siège de coups de bélier (fermeture trop rapide).
Les vannes de régulation
Ce type de vanne est utilisé pour obtenir un débit ou une température précise.Elle est composée d’un moteur avec une forte démultiplication qui fait parcourir la course de la vanne en un temps très long (entre 1 et 3 minutes en général). Plus le temps est long, plus la précision sera grande. L’intérieur de la vanne est conçu pour que le débit soit à peu près proportionnel à l’angle d’ouverture.
Le moteur électrique à 3 fils (1 pour le commun, 1 pour l’ouverture et le dernier pour la fermeture). La manière d’opérer la régulation est assez simple puisqu’elle consiste à mesurer la température de sortie, de la comparer à la consigne puis de commander l’ouverture ou la fermeture de la vanne par une impulsion électrique courte (1 ou 2 secondes). On laisse, alors, le temps pour que la température s’ajuste (30 sec à 1 minute) puis on recommence. Il est prudent de prévoir 1 degré de battement autour de la consigne ou on ne touche pas à la vanne ceci pour éviter qu’elle ne travaille sans arrêt.
Il n’y a pas de retour d’information sur la position de la vanne. C’est pour cela qu’il faut s’assurer qu’elle soit dans une position au départ. Si l’on désire qu’elle soit fermée, il faut alimenter le fil fermeture pendant un temps supérieur au temps nécessaire pour effectuer sa course complète. Un système de débrayage est prévu dans la vanne pour empêcher le moteur de forcer. J’ai 2 vannes de ce type pour régler la température partant vers le sol et les radiateurs (V9 et V10).
Les vannes TOR
Les électrovannes (les vrais) ont été bannies simplement parce que lorsqu’elles doivent être ouverte, elles consomment en permanence une quantité (faible, il est vrai) d’électricité. Ce n’est qu’une dizaine de watts par vanne mais s’il y a 3 ou 4 vannes ouvertes pendant 8 heures, on arrive vite à quelques centaines de watt heure…tout à fait inutile.Pour éviter cette situation, j’ai fait appel à des corps de vannes Honeywell (finalement pas plus cher que l’équivalent dans d’autres marques) commandés par un moteur dénommé VC6613.
C’est une vanne TOR (tout ou rien) c'est-à-dire qu’elle met seulement 7 secondes pour passer d’un état à l’autre. C’est donc difficile de la placer sur une position intermédiaire et c’est normal vu qu’elle est destinée à commuter le fluide et non à le réguler.
L’avantage de la commande par moteur est que, dans les positions extrêmes, la puissance électrique consommée est nulle contrairement aux électrovannes. En effet, le schéma interne montre que le dispositif est équipé d’interrupteurs de fin de course qui coupe l’alimentation du moteur quand il arrive à butée. Heureusement, d’ailleurs, sinon le moteur forcerait tout le temps. La démultiplication du moteur empêche tout changement erratique du corps de vanne par le passage du fluide.
On voit que ce type de vanne est
commandé par un interrupteur à 3 fils (SPDT). Au niveau régulation,
nous n’avons pas de système SPDT mais des sorties 220v simple. Voyons
comment ça fonctionne.
Admettons que la vanne est fermée. Dans ce cas, SW2 (fin de course) fait contact et SW1 est ouvert (comme sur le schéma). Si on applique le 220v au point 6, le courant alimente le moteur qui commence à tourner. Comme le moteur quitte la position « fermé », SW1 se ferme mais le moteur continue à tourner. Quand la vanne est totalement ouverte, SW2 s’ouvre ce qui arrête le moteur. On peut laisser le 220v au point 6, tout est immobilisé et aucun courant n’est consommé. Dans cette position, SW1 fait contact et SW2 est ouvert.
Si on retire le 220v du point 6 et qu’on l’applique au point 3, le moteur est alimenté (SW1 fait contact) et le moteur tourne (dans l’autre sens). Dès que le moteur tourne, le fin de course SW2 se ferme. La vanne, elle, continue à se fermer. Lorsqu’elle est totalement fermée, le fin de course SW1 s’ouvre ce qui interrompt le 220v ce qui arrête le moteur.
Tout fonctionne donc parfaitement sans consommation inutile. Juste un problème, on ne peut, en aucun cas, appliquer le 220v aux deux entrées à la fois (3 et 6) ce qui créerait un conflit de sens et ferait forcer le moteur (le schéma est un schéma de principe. En réalité, SW1 et SW2 ont chacun une liaison vers le moteur)
Tout fonctionne, oui, mais la régulation doit avoir deux sorties par vanne. Sur le nombre de vannes, ça fait beaucoup.
Finalement, j’ai choisis des VC4012 dont voici le schéma :
Admettons que la vanne est fermée. Dans ce cas, SW2 (fin de course) fait contact et SW1 est ouvert (comme sur le schéma). Si on applique le 220v au point 6, le courant alimente le moteur qui commence à tourner. Comme le moteur quitte la position « fermé », SW1 se ferme mais le moteur continue à tourner. Quand la vanne est totalement ouverte, SW2 s’ouvre ce qui arrête le moteur. On peut laisser le 220v au point 6, tout est immobilisé et aucun courant n’est consommé. Dans cette position, SW1 fait contact et SW2 est ouvert.
Si on retire le 220v du point 6 et qu’on l’applique au point 3, le moteur est alimenté (SW1 fait contact) et le moteur tourne (dans l’autre sens). Dès que le moteur tourne, le fin de course SW2 se ferme. La vanne, elle, continue à se fermer. Lorsqu’elle est totalement fermée, le fin de course SW1 s’ouvre ce qui interrompt le 220v ce qui arrête le moteur.
Tout fonctionne donc parfaitement sans consommation inutile. Juste un problème, on ne peut, en aucun cas, appliquer le 220v aux deux entrées à la fois (3 et 6) ce qui créerait un conflit de sens et ferait forcer le moteur (le schéma est un schéma de principe. En réalité, SW1 et SW2 ont chacun une liaison vers le moteur)
Tout fonctionne, oui, mais la régulation doit avoir deux sorties par vanne. Sur le nombre de vannes, ça fait beaucoup.
Finalement, j’ai choisis des VC4012 dont voici le schéma :
Les deux schémas se ressemblent fort.
On a juste ajouté un relais RLY1 et son contact SW3 et c’est un SPST
qui le commande. Comment ça fonctionne ?
Comme le schéma précédent… le SPDT du schéma précédent est remplacé par le contact SW3 du relais et on actionne le relais par l’interrupteur simple SPST… c’est tout.
On peut dire que l’entrée 6 détermine le sens de l’action (ouverture ou fermeture de la vanne) et l’entrée 3 est l’alimentation de la vanne (on pourrait alimenter l’entrée 3 le temps de la commutation). Notez que si on alimente l’entrée 6, on consommera toujours même si la vanne est en butée… En effet, RLY1 consomme sans arrêt. Pour éviter cela, il suffit d’appliquer les tensions le temps nécessaire à la commutation. En butée, on retire toute tension.
An niveau régulation, nous n’avons qu’une sortie par vanne (elle qui détermine l’ouverture ou la fermeture). La sortie « alimentation » peut être commune à plusieurs vannes (7 dans mon cas) ce qui réduit fortement le nombre de sorties nécessaires. Pour commander 7 vannes, il faut 8 sorties (et non 14 comme dans le schéma précédent).
Notons que la majorité des vannes de mon installation est de ce type.
Préface
Mes remerciements
Mon expérience solaire
La maison
Du commercial, du Consolar
Les accessoires
Premier jet
Conception des cuves
Une fausse anomalie sur la stratification de la cuve
Les doigts de gant pour les sondes de températures
Anomalies constatées
Fabrication des cuves
L’isolation des cuves
Principe de raccordement
Le schéma simplifié
Explications du schéma
Les circuits annexes
L’échangeur à plaques
Le circuit sanitaire
La régulation
Le Sheeva
La carte d’interface
Le thermostat
La régulation marche comment ?
Mise à feu de la chaudière
L’arrêt de la chaudière
La gestion solaire
Le principe de base
Les boucles
Et la suite ?
Au niveau du Sheeva
Mes constatations
Et si c’était à refaire ?
Les inattendus
Et l’avenir ?
Les conclusions et les résultats
Ce que je retiens de l’expérience
L’isolation de la maison
L’isolation de l’installation chauffage
La température de l’eau
Comment réduire la température de l’eau ?
Comment fonctionne la régulation?
Mon expérience avec une régulation
Comment régler une telle installation ?
La régulation du chauffage sol
Comment faire cohabiter le sol et les radiateurs ?
La résistance CTN ou CTP
La résistance PT xxxx
Les jonctions P-N
Les LM35 et LM335
Le DS18b20
Les électrovannes
Les vannes de régulation
Les vannes TOR
Les vannes TOR à ressort
Retour sommaire partie pratique
Comme le schéma précédent… le SPDT du schéma précédent est remplacé par le contact SW3 du relais et on actionne le relais par l’interrupteur simple SPST… c’est tout.
On peut dire que l’entrée 6 détermine le sens de l’action (ouverture ou fermeture de la vanne) et l’entrée 3 est l’alimentation de la vanne (on pourrait alimenter l’entrée 3 le temps de la commutation). Notez que si on alimente l’entrée 6, on consommera toujours même si la vanne est en butée… En effet, RLY1 consomme sans arrêt. Pour éviter cela, il suffit d’appliquer les tensions le temps nécessaire à la commutation. En butée, on retire toute tension.
An niveau régulation, nous n’avons qu’une sortie par vanne (elle qui détermine l’ouverture ou la fermeture). La sortie « alimentation » peut être commune à plusieurs vannes (7 dans mon cas) ce qui réduit fortement le nombre de sorties nécessaires. Pour commander 7 vannes, il faut 8 sorties (et non 14 comme dans le schéma précédent).
Notons que la majorité des vannes de mon installation est de ce type.
Les vannes TOR à ressort
Par soucis d’information (puisque nous parlons de vannes), il faut savoir qu’il existe ce type de vanne mais avec deux fils. Quand on alimente la vanne, le moteur l’ouvre en quelques secondes (en général une dizaine). Quand on enlève le courant, un ressort de rappel referme la vanne en quelque 5 à 10 secondes. Ce type de vanne a tous les inconvénients de l’électrovanne (il faut laisser alimenter tout le temps de l’ouverture) mais la fermeture étant lente, les coups de béliers sont évités.Table des matières
Pourquoi ce titrePréface
Mes remerciements
Mon expérience solaire
La maison
Du commercial, du Consolar
Les accessoires
Premier jet
Conception des cuves
Une fausse anomalie sur la stratification de la cuve
Les doigts de gant pour les sondes de températures
Anomalies constatées
Fabrication des cuves
L’isolation des cuves
Principe de raccordement
Le schéma simplifié
Explications du schéma
Les circuits annexes
L’échangeur à plaques
Le circuit sanitaire
La régulation
Le Sheeva
La carte d’interface
Le thermostat
La régulation marche comment ?
Mise à feu de la chaudière
L’arrêt de la chaudière
La gestion solaire
Le principe de base
Les boucles
Et la suite ?
Au niveau du Sheeva
Mes constatations
Et si c’était à refaire ?
Les inattendus
Et l’avenir ?
Les conclusions et les résultats
Ce que je retiens de l’expérience
L’isolation de la maison
L’isolation de l’installation chauffage
La température de l’eau
Comment réduire la température de l’eau ?
Comment fonctionne la régulation?
Mon expérience avec une régulation
Comment régler une telle installation ?
La régulation du chauffage sol
Comment faire cohabiter le sol et les radiateurs ?
La résistance CTN ou CTP
La résistance PT xxxx
Les jonctions P-N
Les LM35 et LM335
Le DS18b20
Les électrovannes
Les vannes de régulation
Les vannes TOR
Les vannes TOR à ressort
Retour sommaire partie pratique