12 LM1240 (15m2) peints, en drain back alimentent un plancher solaire directe (PSD) + ECS 500litres

Marc Pimorin  (Marcop sur le forum APPER)       Toulouse 31

marc.pimorin chez wanadoo.fr

Ce retour d'expérience est aussi visible et régulièrement maintenu à jour à cette adresse: http://marc.pimorin.free.fr/CompteRendu/CompteRendu.html

Résumé:

Installation de 12 panneaux longs (15m2) sur toiture en auto-vidange.

Achat du matériel et installation réalisée en 2012.

Chauffage d'un ballon ECS de 500 litres

Hiver: Complément de chauffage de la maison par plancher solaire directe (PSD)

Été: Chauffage d'une piscine de 42m3 par échangeur

Régulation auto-construite : Les cartes et schémas sont disponibles ici (format Eagle)

Ce document détaille le fonctionnement de la régulation : « /Descriptif_de_la_régulation.odt » 

Historique et contexte :

En premier lieu un grand merci à l’ensemble des Apperiens qui m'ont prêté main forte et en particulier à Pierre Amet qui a su fédérer les bonnes volontés. Longue vie à l’APPER.

Situation de départ : Maison individuelle construite en 200. Briques creuses de 20cm et isolation laine de verre (mur 10cm toit 20cm). Un pan de toiture exposé à sud -20°

Chaudière GAZ et 140m2 de plancher chauffant (épaisseur 13cm de béton). ECS par ballon gaz de 250 litres. Régulation analogique par vanne 3 voies et loi d’eau linéaire calée à 35°C pente de 0,5..

L’idée de départ est de compléter l’installation existant au gaz par une partie solaire.

Après plusieurs années de réflexion (mon inscription sur le site APPER date de 2007), et la réalisation préalable d’une piscine, j’ai démarré l’étude et l’installation du chauffage solaire.

Schéma hydraulique :

J’ai choisi les options suivantes :

12 capteurs peints. (15m2 brut) à 60° pour une utilisation prioritaire en chauffage basse température l’hiver.

Orientation du toit par rapport au sud : 20° vers l’est environ.

Stockage direct dans le PSD 13cm d’épaisseur de béton à l’origine. Pas de tampon. Pas d'échangeur. L'eau circule directement les panneaux solaires vers le plancher chauffant.

Drainback en circuit fermé pour pouvoir éviter l’utilisation d’un échangeur à plaques. Pas de glycol. Stock drain back par 2 bouteilles de gaz «type guy delsol »

Décharge des calories dans la piscine en été. (Indispensable)

500l d’ECS pour avoir un stock confortable permettant de tenir 3 jours en été.

Régulation:

Régulation auto construite à base de microcontrôleur PIC programmé en C, capteur 1wire DS18B20 pour les mesures de température. Supervision par PC sur port USB programmée en delphi. Gestion de la piscine, du chauffage et de l’arrosage. (La régulation fonctionne même si le PC de supervision est éteint). Ce choix d’électronicien permet de contrôler entièrement la partie régulation / supervision « cousu main » et de se faire plaisir en programmant (pour les électroniciens / informaticiens!)

L’utilisation de capteur sur bus 1 wire permet de brancher une multitude de capteurs et d’actionneurs à un coût dérisoire et avec une grande fiabilité sur un bus de plusieurs dizaine de mètres (40m dans mon cas). Seul inconvénient, les capteurs de T° sont limités 125°C, ce qui est suffisant pour mes panneaux peints qui montent à 105°C en saturation d’après le fabriquant.

Le réservoir situé dans les combles doit être le plus haut possible afin d 'assurer une pression suffisante au niveau du circulateur. Le circulateur doit se trouver le plus bas possible. Dans mon cas j'ai une hauteur de 6m environ soit une pression statique de 0,6 bar.

Capture de l’image de la supervision de la maison sur l’écran du PC :

La régulation commande le chauffage de la maison, la piscine (chauffage et filtration), et l’arrosage du jardin.

Visualisation en temps réel du fonctionnement de l'installation solaire

Fonctionnement :

Hiver :

Le circulateur solaire démarre si la t° du haut du panneau est supérieure à 30°C .

On attend ensuite que l’eau circulant dans les panneaux soit suffisamment chaude pour l’orienter vers la cible la plus froide (ECS ou PSD) afin de maximiser le rendement.

La phase de fonctionnement est recalculée régulièrement afin d’alimenter toujours la cible la plus froide.

L’ECS est simplement préchauffée dans le ballon de 500litres. Le complément est assuré par le ballon à gaz de 230 litres existant. A terme ce ballon va sûrement disparaître pour un système de chauffage instantané de l'ECS.

Si la température de l’eau solaire redescend en dessous de la cible la plus froide. La circulation est stoppée et le gaz reprend le relais dans un délai d’une demi-heure.

Été :

Le circulateur solaire démarre si la température dans les panneaux dépasse 35°C

Quand l’eau solaire est suffisamment chaude, on alimente le ballon ECS jusqu'à 65°C avant de basculer sur le PSD de la piscine.

Le détail du fonctionnement de chaque phase de régulation est décrit dans le document « /Descriptif_de_la_régulation.odt » 

Réalisation :

J'ai commencé par passer les tuyaux de cuivre de 20mm dans l'isolation en laine de verre sous le placo en faisant des découpes en pointillés. Le passage sous le toit à travers les tuiles est réalisé à l'aide d'un raccord en laiton, de joint caoutchouc et de silicone.

J'ai construit ensuite les supports pour les panneaux. J'ai opté pour du tube carré de 25mm galvanisé et des profilés en T. Le tout est peint en noir. Les supports sont inclinés pour garantir l'écoulement (1cm/m minimum). J'ai aussi utilisé des raccords inter-panneaux de solaire diffusion que j'ai modifié pour pouvoir les démonter avec une clé fabrication maison : voir

'Montage des raccords inter-panneaux' sur le forum APPER

Les supports sont solidement fixés à la charpente par l'intermédiaire de liaison en fers plats et tiges filetées qui sortent sous les tuiles. J'ai meulé un peu les tuiles dans leurs parties creuses pour permettre ce montage

En dernier lieu j'ai installé dans le grenier les deux bouteilles qui servent de réservoir drain back. Le haut des bouteilles est sur un plan horizontal en dessous de la traversée de toit qui se situe sous les panneaux afin de garantir une vidange complète des panneaux. Voir le schéma de principe ci-dessus.

ATTENTION : avant d'usiner ce type de bouteille, il est très fortement conseillé de les remplir intégralement d'eau afin d'évacuer entièrement le gaz qui y reste. Ma bouteille était restée plusieurs mois ouverte dehors, mais j'ai eu personnellement une petite surprise en approchant la flamme du chalumeau après avoir déjà percé les trous de 20mm pour souder les tubes.

Le peu de gaz restant dans la bouteille s'est enflammé et à produit pendant quelques secondes une jolie flamme de 2m de haut !

J'ai fini l'installation en installant la régulation avec l'ensemble des capteurs (solarimètre, capteur de pression sur la filtration de la piscine, débitmètre (Un grand merci à Jean Marc Stricker)

Bilan :

Après pratiquement 1 an de fonctionnement l’installation se révèle fiable et fonctionnelle même si l’hiver et le printemps 2013 ont été particulièrement pluvieux. Je reste convaincu que le drain back en circuit fermé est une bonne solution si la configuration de la maison s’y prête.

Avant installation la consommation de gaz pour le chauffage et l’ECS était de 15 000 KWh par an. Les économies réalisées entre le 1^er janvier et le 1^er juillet 2013 sont de l’ordre de 25% soit 3500 KWh/ environ rapporté sur 1 an. GDF m’a remboursé 50€ sur ma dernière facture, ça fait toujours plaisir…

En avril, quand les nuits sont froides (6°C à 6h) la température de la maison passe de 21,5 le soir à 19°C le matin.

Une estimation plus précise du gain apporté par l’installation sera faite dans les années à venir en installant un débitmètre dans la circulation des panneaux afin de calculer l’énergie stockée chaque jour en ECS ou dans le PSD.

Ce qui marche :

- Les capteurs peints à 60° permettent de contrôler la surchauffe même en l’absence de stock.

- Le PSD avec une épaisseur de béton de 13cm ne permet pas de stocker suffisamment d’énergie au cœur de l’hiver, mais en demi saison permet de maintenir une température correcte sans apport de la chaudière gaz.

Ce qui ne marche pas :

La condensation dans les capteurs longs LM1240 au démarrage.

Phénomène du à la condensation ou à l’infiltration de l’eau de pluie, difficile de trancher. Sur les douze capteurs installés, certains sont plus sensibles à ce phénomène déjà largement débattu sur le forum APPER.

La laine de verre qui isole ces capteurs du groupement se transforme en éponge et ne sèche pas même après plusieurs jours de soleil. J’ai tenté de remplacer la laine de verre située dans la partie basse du capteur par du polystyrène. J’attends de voir la tenue en température de ce polystyrène pendant l’été avant de généraliser la modification ou bien de passer sur un autre isolant (liège ?). J’ai aussi percé plusieurs trous de diamètre 8 mm en bas des capteurs afin de favoriser l’écoulement de l’eau.