Deux champs solaires de 15m2,
système de vidange
automatique (drain back),
chauffage par plancher chauffant,
ECS et chauffage
piscine,
régulation Deltasol M.
par Daniel Guinebault 74
daniel_guinebault at hotmail.com
Motivation
Depuis de nombreuses années, je souhaitais réaliser une installation solaire pour le chauffage de la maison mais le prix de ce matériel me dissuadait de passer à laction ; de plus, il nétait pas facile dobtenir des renseignements intéressants pour « aider » car tout simplement, peu de monde sintéressait à ce type dinstallation et la connaissance restait très limitée sauf pour quelques rares avertis.
Et puis un jour, jai découvert le site de Pierre, que je remercie, et qui, par son action et la contribution de tous, permet de démocratiser cette connaissance et de rendre ce matériel accessible.
Estimation des besoins
Pour la petite histoire, le chauffage est assuré par une chaudière fuel à condensation, modèle Microstar de 1983, rendement 104% sur PCI et, avec son brûleur dorigine qui transformait le fuel en gaz, dans une chambre à pyrolyse, je ne consommais que 800 à 900litres par an alors que les hivers étaient souvent plus rigoureux que maintenant.
Ces mesures ont été effectuées sur 8 ans.
Une vue de la flamme du brûleur équipant cette chaudière sur ce site :
http://pagesperso-orange.fr/alain.mionnet/seagemmicrostar.htm
Ça vaut le coup dil, observez la couleur de la flamme, noubliez pas, cest une chaudière fuel ; depuis, non seulement nous navons pas progressé mais régressé, je parle de la consommation et de la pollution, cétait il y a 26 ans quand même.
Ce modèle de brûleur ne se faisant plus (lentreprise a fait faillite), jai adapté un brûleur conventionnel et la consommation a augmenté de 40 à 50%, ce qui est très important même si 10% sont dus au condenseur que jai by-passé car il est percé.
Leau chaude sanitaire nest pas obtenue par la chaudière.
Donc 900litres de fuel donnent un besoin arrondi, en étant large, à 10000 KWh/an pour le chauffage.
La maison de 160m² est équipée dun plancher chauffant de même surface en PER de 13x16, longueur 850m.
Pour le chauffage, la température intérieure de la maison étant de 20°, le logiciel « Calsol » estime la couverture solaire à 66% pour une surface de panneaux de 27m², ça me parait optimiste, mon souhait est davoir minimum 50%, je pars donc sur 12 panneaux CLS 2510 soit 27m² de surface daperture. Ces panneaux sont commandés chez Apper.
Pour lECS, 100 l/jour à 55°, je prends un ballon de 350l, à double serpentin, isolation de 75mm de mouse de polyuréthane. Je lai commandé en Allemagne.
Pour la piscine, volume 50m3, celle-ci disposant dun abri bas, elle devrait rapidement arriver à température après la saison de chauffage de la maison.
Simulation pour le chauffage de la maison et de lECS avec le logiciel Calsol :
Résultat du logiciel Calsol : |
- |
jan |
fév |
mars |
avr |
mai |
juin |
juil |
août |
sept |
oct |
nov |
déc |
année |
IGP (kWh/m²) |
49 |
66 |
100 |
113 |
131 |
131 |
144 |
133 |
115 |
86 |
49 |
41 |
1158 |
T° air (°C) |
2.2 |
4.3 |
7.2 |
9.5 |
13.6 |
17.4 |
19.3 |
19 |
15.8 |
10.5 |
5.5 |
3.1 |
10.6 |
T° eau (°C) |
6.4 |
7.4 |
8.9 |
10 |
12 |
14 |
15 |
15 |
13 |
11 |
8 |
6.8 |
10.6 |
Bes chauf (kWh) |
1812 |
1443 |
1303 |
1034 |
651 |
256 |
71 |
102 |
414 |
967 |
1428 |
1720 |
11201 |
Bes ecs (kWh) |
157 |
138 |
148 |
139 |
137 |
125 |
126 |
126 |
129 |
140 |
146 |
155 |
1668 |
Besoin tot (kWh) |
1969 |
1582 |
1451 |
1174 |
788 |
381 |
197 |
228 |
543 |
1107 |
1574 |
1876 |
12869 |
Apport chauf (kWh) |
581 |
960 |
1303 |
1034 |
651 |
256 |
71 |
102 |
414 |
967 |
646 |
446 |
7431 |
Apport ecs (kWh) |
0 |
0 |
154 |
271 |
372 |
387 |
442 |
424 |
379 |
195 |
0 |
0 |
2625 |
Apport utile (kWh) |
581 |
960 |
1451 |
1174 |
788 |
381 |
197 |
228 |
543 |
1107 |
646 |
446 |
8502 |
Couverture (%) |
29.5 |
60.7 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
41 |
23.8 |
66.1 |
Stockage des calories
(ballon tampon) :
Jai longtemps hésité entre le PSD et un ballon tampon pour stocker les calories.
Finalement ce sera un ballon tampon car mon plancher chauffant, ne faisant que 7cm dépaisseur au dessus des tubes, nest pas selon moi assez épais. Il me semble quun ballon de stockage apportera plus de souplesse et de confort.
Besoins (dimensionnement du ballon tampon) :
Il est conseillé 80 à 100litres de stockage par m² de panneaux, donc pour 27m², il faut une cuve entre 2 200 et 2 700litres.
Jai trouvé une cuve inox de diamètre 1.25m, hauteur 2.10m, hum, pas très bon pour la stratification mais avec un plancher chauffant, ce nest pas très grave. Le volume de cette cuve est de 2 575l soit 2 400l utiles.
Cette cuve inox est une ancienne cuve à vin avec un couvercle à ouverture totale ; celui-ci était descendu au niveau du liquide, le joint, de type chambre à air, était gonflé afin que lair ne rentre pas et ainsi le vin ne soxydait pas.
Je lai trouvée sur www.leboncoin.fr, dans une ferme en Haute-Normandie, pas vraiment une région vinicole, quoique en Basse-Normandie (voir le site ci-dessous):
http://lesgourmandisesdephilippe.zumablog.com/index.php?sujet_id=5300
Là, je mégare ..
Régulation :
Le millénium de Crouzet me plaît bien mais je crains de galérer pour la programmation et les problèmes de transfert de programmes et autres malgré laide des uns et des autres.
Mon choix soriente donc vers une
régulation du commerce. Ce sera une Deltasol M qui permet davoir plus de
sondes (12) et de relais (9) que
De plus elle permet de gérer le chauffage avec une sonde extérieure et le pilotage dune vanne mélangeuse.
La régulation devra gérer :
-2 champs solaires sud-est et sud-ouest, cela nécessite 2 relais.
-le chauffage solaire de la maison soit 1 relais.
-le chauffage de lECS soit 1 relais.
-le chauffage de la piscine soit 1 relais.
-autoriser le fonctionnement de la chaudière lorsque le ballon tampon (2 400l) ne sera pas assez chaud soit 1 relais.
Schéma de principe de
linstallation :
Réalisation
Contraintes :
1) Voulant absolument utiliser le solaire pour faire du chauffage lhiver, les panneaux devront être inclinés à 60°.
Le toit ayant une pente de 35°, les panneaux seront posés près du sol, avec un champ sud-est et un champ sud-ouest, nayant pas suffisamment de place pour installer 12 panneaux plein sud.
2) Voulant absolument que linstallation fonctionne en drain-back, le bas des panneaux devra être au dessus du niveau deau du ballon tampon, conséquence, je dois creuser le sous-sol de 1.20m de profondeur pour installer le ballon tampon.
3) Linstallation devra être la plus simple et la plus fiable possible.
4) Les calories solaires ne passeront pas par la chaudière fuel.
Implantation des
capteurs :
Champ sud-ouest Champ sud-est
Des bandes de papier goudronné, recouvertes dalu, ont été placées entre les panneaux en alu et le châssis en acier pour éviter le phénomène de couple électrolytique.
Supports des panneaux :
Ils sont réalisés en tube carré de 40x40x2 dun seul bloc, pente de 10 à 20mm/m pour les panneaux et de 20mm/m pour les tuyauteries.
Chaque champ solaire est composé de 6 panneaux Wunder CLS 2510.
La tuyauterie aller de chaque champ est en 20x22, le retour en 14x16 sur 500mm environ, afin de créer une accélération pour chasser les bulles dair ; le reste est en 16x18, le tout en cuivre.
Les circuits sont isolés par de la mousse type armaflex dépaisseur 19mm achetée en Allemagne à 2.50 /ml.
S1 et E3 sont des diaphragmes installés suivant les préconisations dYves (Bouches du Rhône) et son logiciel.
Il y a également un diaphragme à la sortie de chaque champ car les tuyauteries sont asymétriques, contrairement au schéma de principe ci-dessus.
De ce fait, pour équilibrer les températures, jai du rajouter un diaphragme percé à 6mm sur le champ sud-ouest et un percé à 9.5mm sur le champ sud-est.
Comme décrit par Yves, le diaphragme est simplement un flan, ici en inox, percé dun trou en son centre pour compenser les pertes de charge et ainsi, avoir des températures de sortie identiques ; je lai placé dans les raccords unions (voir photo ci-dessous, le diaphragme inox est à gauche).
Diaphragme
Implantation du ballon tampon (ballon tampon inox de 2 575litres, ouverture totale, couvercle
étanche avec joint gonflable) :
Maintenant, il sagit de lui faire de la place, je dois creuser le local technique de 1.20mètres si je veux fonctionner en drain-back.
Pour moi, la décision est prise, je creuse et je prépare lisolant pour recevoir la citerne.
Lisolation de la cuve est
assurée par de la mousse de polyuréthane, deux épaisseurs de
Les déperditions sont de 1.8° C sur 12 heures avec une température deau de 50° C environ et une température ambiante de 8° C.
Dessus du ballon tampon
Les 2 vannes rouges sur les tuyauteries de départ et retour de léchangeur vers le plancher chauffant, servent à éventuellement brancher un radiateur de décharge et chauffer la terrasse lors de soirées fraîches.
Sur la droite, les tuyauteries cuivre pour lévacuation ou le remplissage dair des panneaux (14x16) et la mise à latmosphère du ballon tampon (10x12).
Les poutrelles au plafond, cest pour soutenir la terrasse, le local technique a été fait en dessous, 30m3 à sortir, soit 50 t de terre, pierres et sable à la pelle, pioche et brouette.
Echangeur bas du ballon
tampon :
En fait, il ny a pas déchangeur, leau est aspirée en bas du ballon par un tube cuivre de 26x28 et envoyée dans un ou les deux champs solaires suivant les températures.
Le retour se fait par un tube de cuivre de 26x28 percé de trous de diamètre 6mm sur toute la hauteur, lui-même posé à lintérieur dune cheminée inox diamètre 153mm percée de trous de diamètre 10mm sur toute la hauteur, fermé en bas. Cest le même principe que Manu25.
Constat : Je nai pas de stratification, au mieux, 5° C entre le bas et le haut.
1ére modification :
Initialement, javais installé un tronc de cône à la base de la cheminée inox de 153mm, voir photo ci-dessous.
Même constat, je navais que 5° C de différence entre le haut et le bas du ballon.
Je lai démonté principalement à cause du phénomène électrolytique car le tronc de cône était réalisé en tôle galvanisée (voir le résultat du phénomène électrolytique ci-dessous à droite).
Echangeur supérieur:
Cet échangeur est utilisé pour le transfert des calories vers le plancher chauffant, le ballon ECS et le chauffage de la piscine.
Il est réalisé en cuivre de 16x18, 2 longueurs de 25mètres soit 2.82m².
Le serpentin est fixé sous le couvercle du ballon tampon.
Efficacité : entre la température à la sonde S3 du ballon tampon (haut du ballon) et la sonde S9 (départ plancher chauffant), il y a 2° C de différence, distance entre les 2 points :10 mètres, cuivre en 20x22, circulateur Grundfos UPS 25/40 vitesse 1.
On peut voir sur la droite du couvercle les 3 raccords inox qui serviront à fixer les tubes cuivre pour le passage des sondes.
Sur lécran de la régulation, S3 correspond à la température des 2 400l utiles le 12 décembre 2008 soit 41° (température moyenne)-27°(T mini dutilisation) x 2400lx1.16= 39KWh utiles pour le chauffage de la maison. Lhiver, en dessous de 27°, les calories sont utilisées pour préchauffer lECS.
Photo de gauche : Photo de droite :
En avant plan, dispositif de mise à latmosphère Circulateurs pour champs sud-est et sud-
des panneaux et du ballon tampon. En arrière ouest.
plan, tubes cuivre non isolés : départ et retour
chauffage de la piscine. Tubes verticaux isolés,
sortie et entrée échangeur, départ vers plancher
chauffant et ECS.
Fonctionnement
Collecte des calories :
Lorsque la température dans lun des champs ou les deux (S1 et S6) est > de 5° C à la température du bas du ballon (S2), la régulation met en fonctionnement le ou les circulateurs.
Le champ sud-ouest met 1,5 min à se remplir et le champ sud-est, plus éloigné, se remplit en 3min environ.
Les relais R1 et R2 de la régulation assurent cette fonction.
Lorsque la température dans lun des champs ou les deux est > de 3° C seulement à la température du bas du ballon, la régulation arrête le ou les circulateurs.
Entre temps, la régulation module la vitesse des circulateurs de 30 à 100% de façon à ce quil y ait un delta de 10° C environ entre les panneaux et le bas du ballon et que la température des deux champs soit la plus proche possible.
Il peut très bien y avoir un circulateur qui tourne à 40% et lautre à 70%, ainsi la température de leau des champs est souvent identique sauf lorsque lun des champs est sur le point de sarrêter où lécart peut alors aller jusquà 6 à 8° C.
En vitesse 2, le débit varie, suivant le pourcentage, de 300 à 600 l/h par champ.
Distribution,
utilisation des calories :
Fonctionnement chauffage pour le plancher chauffant:
Lorsque la température (lhiver) à la sonde S3 du ballon tampon est = ou > à 28° C (27° C en demi-saison) et/ou la température dans la pièce de référence est >ou = à 20° C, le brûleur et le circulateur de la chaudière sont désactivés par le relais R9 de la régulation Deltasol M (relais libre de potentiel ou non, au choix).
En parallèle, le relais R6 active le circulateur du même nom, tant que la température dans le ballon tampon est = ou > à 27° C (26° C en demi-saison) et que la température dans la pièce de référence est < à 20° C.
La régulation de la chaudière ferme + ou - la vanne mélangeuse en fonction des paramètres du chauffage (sonde extérieure, sonde dambiance), afin denvoyer, dans le plancher chauffant, les calories solaires strictement nécessaires à la température programmée.
.
Vue densemble ballon ECS, chaudière, régulation solaire.
Régulation de la chaudière fuel Température du ballon tampon le 20 mars 2009.
et de la vanne mélangeuse solaire. S1 : champ sud-ouest.
S2 : bas du ballon tampon 2400l.
S3 : haut du ballon tampon 2400l.
Fonctionnement
chauffage pour lECS :
En hiver, priorité au plancher chauffant, mais lorsque la température dans le ballon tampon est = ou < à 27° C, entre 7h et 9heures du matin (avant le lever du soleil) et que la température de lECS sonde S3 est < à 24° C, le circulateur et relais R3 sont activés par la régulation, pour préchauffer lECS et optimiser lutilisation des calories solaires.
La température dans le ballon tampon de 2 400litres baisse alors entre 1 et 1,5°C.
En demi-saison et en été, ces paramètres seront modifiés.
Exemple : semaine 12, le soleil étant généreux et assuré, jai changé les réglages et lECS était chauffée jusquà 56° C, la température des 2 400l étant de 59° C en partie haute, lors de la photo.
Photo de gauche : Photo de droite :
Ballon ECS 350litres Le circulateur Salmson (orange) pour lECS.
La vanne mélangeuse et le circulateur solaires pour le plancher chauffant, au dessus, clapet anti-retour à battant.
Fonctionnement
chauffage de la piscine :
Lors de la réalisation de la piscine, jai tout simplement posé, dans le radier, 4 boucles de PER, comme pour un plancher chauffant, longueur 60m chacune, diamètre de 13x16.
Photo de droite :
Au dessus de la grosse pompe (nage à contre courant de la piscine), on distingue le circulateur, le mitigeur thermostatique et les collecteurs aller et retour avec les 4 boucles en PER de 13x16 pour le chauffage de la piscine.
Lorsque la température à la sonde S3 du ballon tampon atteint 65° C et que la température à la sonde S4 est < à 28° C, le relais R4 met en fonctionnement le circulateur tant que la température à la sonde S3 est > à 55° C et à la sonde S4 < à 28° C.
Les premiers essais réalisés semaine 12 ont donné de bons résultats en terme déchange thermique, léchangeur (les 4x60m de PER de 13x16) a absorbé la production solaire au fur et à mesure).
Deuxième
modification :
Au départ, javais mis une vanne trois voies pour envoyer les calories solaires soit vers le ballon tampon de 2 400l , soit vers la piscine, mais la différence des pertes de charge entre le circuit du ballon tampon (en direct sans échangeur) et le circuit du radier chauffant de la piscine (240m de PER 13x16) étant trop importante, jaurai dû installer une vanne motorisée 2 voies plus un relais temporisé sur chacun des circuits de mise à latmosphère des champs solaires et la vanne trois voies plutôt sur le retour pour forcer leau à passer dans le radier chauffant, ce qui aurait rendu linstallation moins fiable.
Cest pourquoi, on peut
apercevoir 2 récipients de
Aujourdhui, ils me permettent de voir le niveau deau dans le ballon tampon, un peu gros pour cette fonction.
Conséquences de la
modification:
- Suppression de la vanne trois voies sur le circuit solaire,
- Création de 2 piquages sur le circuit à la sortie de léchangeur,
- Ajout dune vanne thermostatique pour limiter la température envoyée dans le radier de la piscine,
- Ajout dun circulateur.
Notes diverses :
La hauteur deau (niveau haut du ballon tampon) au-dessus de laxe des circulateurs est de 0,85m.
La hauteur entre laxe des circulateurs et le sommet des panneaux est de 3mètres.
Il ny a aucune difficulté dans mon cas à remplir les circuits au démarrage même si leau en bas du ballon tapon est à 60° C.
Les circulateurs pour les champs solaires sont un Grundfos UPS 25-60 et un Emmeti type shark N° 6/53-180.
Résultats
Par une belle journée ensoleillée, le 12 décembre 08, la température moyenne de leau dans le ballon tampon était de 41° C ; ainsi la chaudière fuel na pas fonctionné entre 11 heures du matin et 9h du matin le lendemain.
Le 20 février, température moyenne de leau dans le ballon tampon : 47° C soit 62 KWh
Le samedi 29 février, température moyenne de leau dans ce même ballon tampon : 55° C soit 76KWh utiles, chauffage de la maison jusquau lundi matin 9 heures (pas de soleil le dimanche).
Le 15 mars, 2 400l à 61° C, 350l dECS à 56° C, premier chauffage de la piscine ..
Conclusion
Le solaire, ça marche même par les journées les plus courtes, au cur de lhiver.
A ne pas faire :
Mettre de lacier galvanisé avec du cuivre (voir photo du tronc de cône).
Mettre un support de 200mm de longueur, au milieu des panneaux en partie base pour les supporter, le cadre nest pas assez rigide, préférer un support sur toute la largeur des panneaux.
Reste à faire :
Isoler quelques longueurs de tubes.
Habiller les 2 champs solaires pour lesthétique.
Ecrire le mode demploi de linstallation solaire et de la piscine.
Coûts
12 capteurs CLS 2510 : 4 392 +181 de port................................................................ 4 573
Régulation Deltasol M + 10 sondes PT 1000........................................................................ 519
Ballon tampon inox 2 575L, 600 +450 de port.............................................................. 1 050
Ballon ECS 350L, double serpentin et résistance thermostatée............................................... 900
Tube carré de 40x40x2 pour les supports............................................................................. 350
Goulottes électriques 40x60, cloisonnées, 25mètres.............................................................. 119
Circulateurs nombre 4 (achat sur Ebay)................................................................................. 250
2 mitigeurs thermostatiques ¾ et 1pouce............................................................................... 160
Tubes cuivre, vannes, raccords, câbles électriques, divers................................................... 1 740
Isolation des tubes cuivre
avec mousse type armaflex ép.
TOTAL............................................................................................................................ 9 901