dfremond chez hotmail.com
4 ans aprés l'installation de mon chauffe eau en thermosiphon, qui m'avait donné entiere satisfaction, mais dont le ballon vient malheureusement de me lacher... (je n'avais pas changé l'anode en magnesium!!!!!) je me suis décidé cet automne à installer un appoint solaire au chauffage. J'avais initialement prévu une releve de ma chaudiere fioul, mais comme celle-ci m'a aussi laché (!), j'ai installé cet automne une pompe a chaleur air-eau sur mes radiateurs surdimensionnés, pour les jours (nombreux) sans soleil. Le systeme est néanmoins completé par une vieille chaudiere fioul en fonte , recuperee, en parallele pour les grands froids (rares dans ma region ).
-Un ballon tampon de 1000 litres sert de reservoir de calories, chauffé soit directement par la pompe a chaleur soit par l'intermediaire d'un ou de deux serpentins, par les capteurs solaires plans. (15 metres carrés posée au sol)
-Le vieux circuit de 12 radiateur surdimensionnés, la plupart en fonte, qui tourne aux alentours de 35 a 40 degrés, puise selon les besoins du thermostat d'ambiance dans le ballon tampon avec son propre circulateur, par l'intermediaire d'une vanne thermostatique dont l'entrée chaude est la sortie haute du ballon, et l'entrée froide le retour du circuit radiateur : la temperature des radiateurs est ainsi facile a stabiliser quelque soit la temperature du tampon, qui peut etre tres variable .
-L'Hiver, en cas de grand froid, une chaudiere fioul prend le relai de la pompe a chaleur, et chauffe les radiateurs avec un montage en parallele, mais par l'intermediaire d'une nouvelle vanne thermostatique dont l'entrée chaude est le depart chaud de la chaudiere, et l'entrée froide est le « mix » de la precedente thermostatique (voir plus haut). Ainsi, meme avec la chaudiere fioul en marche, on peut arriver a recuperer quelques calories solaires à basse temperature (voire annexe)
-L'eau chaude est produite automatiquement par thermosiphon a partir de la chaleur du ballon tampon dans un ballon annulaire horizontal situé juste au dessus de celui-ci (et donc par circulation du fluide du chauffage et pas du fluide solaire)
Pour éviter les légionelloses, un programmateur hebdomadaire active 5 heures par semaine la résistance électrique permettant de le stériliser a 60 degrés, ce qui permet de tourner régulièrement a moyenne température sans problème.
-La régulation est une solareg vision+ : j'utilise le pré-réglage « un capteur, deux ballons » mais en utilisant l'alternative « un capteur- deux echangeurs sur ballon a stratification » d'une manière particulière : Le serpentin du bas est seul utilisé si les capteurs ne sont pas plus chaud que le haut du ballon, mais quand l'ensoleillement le permet, la priorité est accordée au « ballon2 » c'est a dire au serpentin du haut, une vanne trois voies motorisée bascule mais dans ce cas, les deux serpentins sont utilisée en série : avec plus de 6 m² de surface d’échange, le rendement est encore meilleur.
D’autre part, j'utilise la fonction additionnelle« chauffage » de la solareg a partir de la température du haut du ballon pour déclencher le fonctionnement ou la mise en veille a distance de la pompe a chaleur (en fait comme un thermostat, mais quand la « PAC » est en veille, circulateur arreté, sa fonction antigel est toujours active donc pas de nécessite d'antigel dans le circuit, donc on peut y faire passer directement le liquide des radiateurs, tout « bénef » en matière de rendement)
Enfin, un contacteur a été rajouté, imposant la mise en veille de la pompe a chaleur quand les deux serpentins sont utilisés par le système solaire : le soleil c'est tout de me me plus écolo que le plutonium du mox...
-Les capteurs Ce sont 6 tinox grand modeles installés plein sud en echelle bout à bout sur monture en bois de charpente traité, autoconstruite, inclinée a 70 dergés: je sais que je ne vais peutetre pas faire l'unanimité par ce choix, mais j'ai pensé à ceci : 6 capteurs « echelle » montés bout a bout reproduisent quasiment un montage en tickelmann parfait, puisque quelquesoit le trajet empreinté par l'eau, la distance parcourue sera toujours la meme. La seule difference par rapport au « vrai » tickelmann est que les collecteurs restent legerement sous dimensionnés par rapport aux petits tubes verticaux ce qui altère le rendement, soit. N'empeche qu'en les mettant bout a bout, j'économise non seulement beaucoup de cuivre, mais je limite aussi enormement les surface d'echange et donc les pertes avec l'exterieur : Je me demande aussi si, par la diminution enorme des surface d'echange avec l'exterieur, je ne retrouve finalement pas le meme resultat de rendement en hiver, (voire mieux?), car seule cette période est interessante en matiere de rendement. Il faudrait faire le calcul, mais je ne suis pas sur que multiplier les gros tuyaux exterieurs, meme en les isolant, soit un si bon calcul.. Quel est le réél rapport bénéfice/perte ? Si quelqu'un connait la formule mathematique du rendement de tickelman en fonction de la différence des sections des tubes, ça m'interesse. En tout cas, ma foi, mon systeme fonctionne tres bien comme ça.
Detail de fixation des capteurs, poses sur des protection de portiere de voiture, en plastique,eux-memes posés sur des barettes metalliques utilisées pour fixer les meubles de cuisine au mur (bricodepot).
-La jonction ballon -capteur a été réalisée avec deux tubes de PER de 20, de 22 metres de long, inséré à la main dans une gaine isolante solaire type armaflex, acheté dans un magasin en ligne en allemagne, de meme diametre, de 22 metres de long aussi (d'un seul tenant) : du talc et de la patience, et au bout de deux jours c'etait fait ! Le tout est insere dans une canalisation d'egout en PVC puis enterré a 20 cm.
-La pompe est une wilo 25/7
-Le ballon est un ballon tampon de chauffage avec deux serpentins solaires : pour proteger le systeme de chauffage de la corrosion, j'ai rajouté 6 ou 7flacons de produits preventifs anti corrosion et antielectrolyse, achetés a brico truc. Il y a aussi, evidemment, un gros ballon d'expansion de 100 litres sur le circuit chauffage pour encaisser tout ce volume, d'autant que les variations de temperatures peuvent etre importantes.
Des purgeurs (non representés) , une vanne thermostatique, une seule vanne trois voies motorisée, un circulateur solaire, aucun clapet anti reflux,
Juste une deuxieme vanne thermostatique, pas de vanne melangeuse, pas de clapet antireflux
Aujourd'hui 17 juillet, j'ai un peu de recul par rapport a mon système qui tourne depuis fevrier-mars pour la partie solaire (et novembre pour la PAC et la nouvelle chaudiere fioul)
En cas de soleil par temps froid, je suis très content des résultats : j'ai passe une bonne partie de mars quasiment en solaire exclusif, et il ne faisait pas bien chaud dehors..
En avril, il y a eu plusieurs journées de suite très chaude, est très ensoleillées, sans vent, qui ont fait monter la température du ballon a 75 degrés, et les capteurs a 85 malgré l'absence de consommation de chauffage, et alors que le ballon d'eau chaude thermosiphon n'etait pas encore installé : je pense que les risques de surchauffe ulterieure sont minimes, car l'incidence des rayons a cette epoque etait assez proche de la perpendiculaire.
Malgré l'été particulierement pourri cette année, j'arrive a avoir de l'eau chaude vers les 43-45 degrés, et surtout une bonne autonomie sans soleil grace a mon thermosiphon qui chauffe « a retardement » mon ballon horizontal.
Grand soulagement de constater aussi que la conso electrique de la PAC de 15KW que j'ai installée moi meme n'a été que de 4000 kwh pour 5 mois de chauffage ! Par rapport a mes 2500 litres de fioul habituels, je suis heureux !Je ne peux malheureusement pas savoir quelle est la part du solaire depuis mars dans ce bon resultat.
Coté prix, j'ai fait au moins cher, avec des « postes » ou j'ai beaucoup économisé : peu de vanne, pas de clapet antireflux, pas de tuyau de cuivre pour le tickelmann, jonction capteur-ballon qui m'a couté 200 euros maximum au lieu des 1000 prevus, support des capteurs autoconstruit avec du bois de charpente traité, le tout adossé au mur, beaucoup moins cher que les support sol en metal : a ce propos, je pense inutile de prevoir un mecanisme pour les incliner, car 70 degrés c'est bien, et incliner une telle masse d'au moins 300 kilos sans risque est bien compliqué, et sans doute peu rentable. Chez moi ça ne bougera sans doute pas, meme si j'avais prevu des charnieres..
De toute façon, en cas de risque de surchauffe, je crois que j'occulterai : on verra bien en aout :-)
Un grand merci a l'association, pour toute les bonnes idées qu'on y trouve.
Et surtout je vous conseille le livre de l'association APPER, qui m'a été d'un grand secours.
Un dernier conseil pour finir : verifiez régulierement vos anodes...
ANNEXE : interet des vannes thermostatiques en remplacement des vannes mélangeuses
sur le circuit chauffage des radiateurs
Aprés avoir longtemps reflechi au raccordement ideal "en tandem" avec une chaudière fioul, je me suis heurté à l'interrogation classique: série ou parallèle? Le montage en serie, en préchauffant le retour radiateur au solaire avant l'entrée dans la chaudiere, semble etre le mieux approprié au travail à basse temperature chaudiere fioul en marche, neanmoins, au debut de l'automne, il a l'inconvenient d'obliger de chauffer inutilement une chaudiere fioul inerte, qui montera doucement en temperature, retardant la mise en route du solaire pur, sans parler des pertes par la cheminée, etc. (Cela peut toutefois etre interessant de le faire, juste avant un demarrage de la chaudiere fioul, mais seulement si cela est programmé, sans etre obligé de subir son inertie thermique). Le montage en parallele, lui, evite totalement ce probleme, mais en comporte un pire: Il n'est vraiment efficace que si la sortie du ballon est au moins aussi chaude que le depart radiateur, à savoir 40 degrés, ce qui peut etre assez rare, notamment en hiver.
C'est ainsi que je me suis rendu compte qu'il existe une autre solution: en effet il est extremement interessant de monter son ballon solaire en serie mais uniquement sur l'arrivée froide de la vanne melangeuse du depart du circuit des radiateurs, et de remplacer cette vanne melangeuse par une vanne thermostatique reglée sur la temperature désirée dans les radiateurs. Cela est bien plus precis qu'une vanne melangeuse, mais a surtout l'enorme avantage de s'adapter automatiquement, sans aucune regulation, à la temperature variable regnant dans le ballon solaire (la vanne mélangeuse est quand on y reflechit, depassée en ce qui concerne les temperature fluctuantes). Comme nous allons le voir, de façon etonnante, avec ce montage, toutes les calories d'origines solaires (ou autres a plus ou moins basse temperature) seront réinjectées dans le circuit de chauffage, meme chaudiere fioul en marche, et meme si la temperature de sortie du ballon est inferieure a celle du depart radiateur! Pour le comprendre, il ne faut pas raisonner simplement en temperature de fluide, mais bien en debit de calorie par seconde,(debit calorique) des differents fluides: ce debit depend non seulement de la temperature, mais aussi du debit volumique de ceux ci:
En voila l'explication calorimetrique:
Pour comprendre ce qui se passe, Je pars du depart du circuit radiateur dont la temperature Tr est fixe (40° avec la vanne thermostatique pour mon exemple) et la vitesse est fixée aussi, celle du circulateur: le debit volumique radiateur (Vr) est donc constant, et donc le debit calorique Qr est lui aussi constant.
Or ce debit calorique (ou nombre de calories/s) est egal au debit calorique du depart chaudiere fioul Qf aditionné au debit calorique de l'entrée froide de la vanne melangeuse, sortie du ballon solaire pour mon installation, que je nomme Qs. Dit differement, toutes les calories partant dans les radiateurs ne peuvent venir que de l'entrée chaude ou de l'entrée froide: il n'y a pas d'autre issue, en sortie ou en entrée.
Le debit calorique est proportionnel au debit volumique du fluide, et à sa temperature:
Ecrit sous formes d'equations:
Qr= VrTr = Qf + Qs = VfTf + VsTs = constante (v et t expriment respectivement les debit volumique et les temperartures, l'equation omet une constante presente en multiplicateur de chacun des termes, qui s'annule de toute façon)
On sait aussi que les debits volumiques de l'entrée "froide" (solaire) et du depart chaudiere s'additionnent pour egaler le debit du depart radiateur Vr (ça veut tout simplement dire qu'il n'y a pas de fuite...)
donc Vf + Vs = Vr donc Vf = Vr - Vs et Vs = Vr - Vf
De ces equations, on deduit un fait tres interessant pour toute source de chaleur "basse temperature":
On obtient cette formule ou on voit comment va evoluer le debit de l'entrée froide, et celui de l'entrée chaude (sortie de la chaudiere) si l'entrée froide se rechauffe meme legerement.
Vs = Vr (1 -Tr/Tf) Tf/(Tf-Ts)
(voir demonstration algebrique de cette formule plus bas)
Cette equation est extrement interessante, car on voit que toute augmentation de la temperature Ts (temperature de sortie du ballon et d'entrée froide dans le mitigeur) ne serait-ce que de 1 degré (par rapport au retour des radiateurs) va se traduire par une diminution de Tf- Ts, donc une augmentation de Vs, (et donc de Qs puisque Qs = VsTs) et donc cela se traduit par une diminution du debit de sortie de la chaudiere fioul, et donc, systematiquement, une diminution de la consommation de fioul! l'effet est d'autant plus radical que Ts est grand, jusqu'à ce que Vs egale Vr quand Ts atteint Tr : dans ce cas la chaudiere fioul ne produit plus aucune calorie.
En gagnant quelques degrés sur le retour radiateur, on diminue la consommation de fioul, meme dans ce montage en parallele un peu spécial.
Mais aussi, il est tres facile de se retrouver avec un montage excluant la chaudiere fioul totalement, puisqu'il suffit de changer la consigne du thermostatique, en le reglant sur froid, pour ne laisser passer que l'entrée "froide" (la sortie du ballon qui sera en fait a la temperature que l'on veut) pour eviter de chauffer inutilement la chaudiere fioul arretée, situation en intersaison! Neanmoins, il sera toujours possible, si on le desire, alors qu'on est encore "100% solaire" de prechauffer la chaudiere fioul pour eviter le surcout de fioul necessaire a son rechauffement initial, toujours en jouant sur la thermostatique, seulement si on le desire.
Ce montage a d'incontestables avantages, d'abord avec le fonctionnement a la plus basse temperature possible, une regulation minimaliste et automatique, un fonctionnement chaudiere arretée idéal (il suffit de regler la thermostatique a "froid", en la trompant, pour n'avoir que le solaire). La seule regulation electronique active, et la seule electrovanne sera celle du circuit solaire primaire.
Demonstration :
en effet: Qr = Qf + Qs d'une part
donc VrTr = VfTf + VsTs
d'autre part le debit volumique du depart radiateur est l'addition des debit du depart chaudiere fioul et entrée froide (solaire) de la thermostatique.
donc Vr = Vf + Vs
donc Vf = Vr - Vs et Vs = Vr - Vf
Cela equivaut à Vf = (VrTr - VsTs)/Tf et Vs = (VrTR - VfTf)/Ts
en remplaçant dans la seconde equation Vf par Vr-Vs
Vr-Vs = (VrTr - VsTs)/Tf
cela equivaut à Vr = (VrTr - VsTs + VsTf)/Tf
Donc Vr = (VrTr/Tf - VsTs/Tf + VsTf)/Tf
donc Vs (Tf - Ts)/Tf = Vr(1 - Tr/Tf)
DONC Vs = Vr (1 -Tr/Tf) Tf/(Tf-Ts) qui se comprend comme « le debit solaire augmente et donc la conso de fioul diminue quand la temperature solaire augmente »