MUR SOLAIRE DIRECT
composé de deux capteurs Apper GM2510
en façade à 90°
Michel Ramboz Besançon 25michel.ramboz chez orange-ftgroup.com
1) Pourquoi un tel système ?
2) La maçonnerie
3) La partie solaire
4) La fabrication et la pose des supports et des capteurs
5) Les coûts
6) Schéma
7) Mise en route et constatations
8) Remplissage et purge du système
9) Quelques calculs avec un peu de théorie
10) Calcul du dimensionnement du vase d’ expansion
11) Et si c’était à refaire?
12) Quelques relevés de température
2) La maçonnerie
3) La partie solaire
4) La fabrication et la pose des supports et des capteurs
5) Les coûts
6) Schéma
7) Mise en route et constatations
8) Remplissage et purge du système
9) Quelques calculs avec un peu de théorie
10) Calcul du dimensionnement du vase d’ expansion
11) Et si c’était à refaire?
12) Quelques relevés de température
1) Pourquoi un tel système ?
L’idée m’est venue après avoir lu le compte rendu très détaillé d’YVES GUERN ainsi que celui d’ERIC BEAUJARD.
Ma réflexion a débuté comme ceci: Je chauffe au bois (poêle bouilleur ) mais à l’intersaison (fin septembre/octobre et mars/avril), pourquoi ne pas profiter des rayons de soleil, très bas à ces périodes de l’année, pour apporter encore un peu plus d’énergie dans ma maison. Cette dernière bénéficie déjà d’un appoint solaire passif intéressant car les baies vitrées sont plein sud. En début d’année par journée ensoleillée, on gagne facilement 2 à 3 ° l’après-midi ; je me suis donc dit : «on peut encore gagner des kw et surtout les stocker!»…..Enfin, je voulais adapter cette vieille demeure aux énergies vertes d’aujourd’hui sans tomber dans la démesure, montrer que c’était possible à coût raisonné. Certains rétorqueront que 2250 € pour un petit système d’appoint solaire non éprouvé, cela fait beaucoup….ils ont sans doute raison……..pour le moment car le coût des énergies réservées au chauffage ne fera que croître et deviendra à l’avenir un poste de dépenses insupportable.
Pour en revenir à l’installation, je n’ai rien inventé, j’ai juste mis en application ce que j’ai trouvé sur le forum apper ou sur le web. Le mur de refend fait 60 cm d’épaisseur, 2,5 m de long, 3m de haut…il est entre 2 pièces de vie, l’idéal!
La formule est évolutive et je peux rajouter un ou 2 circuits supplémentaires en MSD intérieur si le système est concluant.
Avant de passer au concret, il me fallait obtenir l’autorisation pour les poser à la verticale de ma façade sud……….à 6 m de haut.
Deux mois après, le précieux sésame en mains, je retroussais les manches et je me donnais 1 mois pour réaliser la partie maçonnerie car une orientation professionnelle forcée allait capter une grande partie de mon énergie débordante.
Ma réflexion a débuté comme ceci: Je chauffe au bois (poêle bouilleur ) mais à l’intersaison (fin septembre/octobre et mars/avril), pourquoi ne pas profiter des rayons de soleil, très bas à ces périodes de l’année, pour apporter encore un peu plus d’énergie dans ma maison. Cette dernière bénéficie déjà d’un appoint solaire passif intéressant car les baies vitrées sont plein sud. En début d’année par journée ensoleillée, on gagne facilement 2 à 3 ° l’après-midi ; je me suis donc dit : «on peut encore gagner des kw et surtout les stocker!»…..Enfin, je voulais adapter cette vieille demeure aux énergies vertes d’aujourd’hui sans tomber dans la démesure, montrer que c’était possible à coût raisonné. Certains rétorqueront que 2250 € pour un petit système d’appoint solaire non éprouvé, cela fait beaucoup….ils ont sans doute raison……..pour le moment car le coût des énergies réservées au chauffage ne fera que croître et deviendra à l’avenir un poste de dépenses insupportable.
Pour en revenir à l’installation, je n’ai rien inventé, j’ai juste mis en application ce que j’ai trouvé sur le forum apper ou sur le web. Le mur de refend fait 60 cm d’épaisseur, 2,5 m de long, 3m de haut…il est entre 2 pièces de vie, l’idéal!
La formule est évolutive et je peux rajouter un ou 2 circuits supplémentaires en MSD intérieur si le système est concluant.
Avant de passer au concret, il me fallait obtenir l’autorisation pour les poser à la verticale de ma façade sud……….à 6 m de haut.
Deux mois après, le précieux sésame en mains, je retroussais les manches et je me donnais 1 mois pour réaliser la partie maçonnerie car une orientation professionnelle forcée allait capter une grande partie de mon énergie débordante.
2) La maçonnerie.
J’ai décidé de ne pas ouvrir le mur
complètement qui est composé d’une rangée de belles pierres de part et
d’autre et au milieu de cailloux, gravas, terre…cela aurait été inutile
et coûteux en termes physiques et pécuniaires. J’ai donc commencé par
réaliser un linteau pour pouvoir ensuite « vider » le mur en
toute sécurité.
Une fois le mur vidé aux 2/3 sur 2,3
m de long et 2,2 m de haut (une bonne semaine et beaucoup de
poussière), j’ai choisi l’option de l’étai sacrifié. J’ai posé 2 étais
de part et d’autre du mur et j’ai enroulé 66m de tube multicouches BAO
(barrière anti-oxygène) de 16mm fixé avec des colliers rilsan sur un
treillis métallique de 10mm de diamètre (vu la rigidité du treillis
(récupération), ça tenait debout tout seul. Le Bao a la particularité
d’être à «mémoire de forme», plié (à la main sans outil
spécifique), il garde la forme qu’on vient de lui donner. Il possède 3
couches, dont une en aluminium qui est sensée faire barrière à
l’oxygène de l’air ; en utilisant un diamètre de 16mm, le diamètre
de passage n’est plus que de 13mm. Les raccords sont spéciaux et assez
difficiles à trouver pour les modèles à visser que j’ai choisi; il
faut la pince spéciale pour le modèle à sertir plus couramment utilisé
par les professionnels. J’ai choisi du tube multicouche car il résiste
jusqu’à 90°.
Il me restait 34 m de BAO alors j’ai fait un 2 ème circuit devant le 1er donc juste derrière les briques.
Je crois avoir lu que la limite admissible est de 100 m pour un seul circuit en diam 16, je suis donc dans les clous au niveau perte de charge théorique.(calcul chapitre 9)
J’ai ensuite monté 4 rangées de briques (non réfractaires) sur le champ pour gagner en hauteur et surtout en largeur, puis j'ai rempli de béton + adjuvant pour plancher chauffant, le vide existant.
Il me restait 34 m de BAO alors j’ai fait un 2 ème circuit devant le 1er donc juste derrière les briques.
Je crois avoir lu que la limite admissible est de 100 m pour un seul circuit en diam 16, je suis donc dans les clous au niveau perte de charge théorique.(calcul chapitre 9)
J’ai ensuite monté 4 rangées de briques (non réfractaires) sur le champ pour gagner en hauteur et surtout en largeur, puis j'ai rempli de béton + adjuvant pour plancher chauffant, le vide existant.
Au total, 1,6 m3 de béton ont été coulés
à raison de 2 coulées /semaine sur ce principe; le faire en une
seule fois aurait été trop contraignant techniquement et risqué vu la
poussée latérale qui allait en découler….
Après la pose de la dernière rangée de briques supérieure, j’ai mis une
bande d’isolant (laine de roche haute densité 50 mm d’épaisseur) pour
faire une coupure thermique avec le reste du mur qui débouche au
grenier.
Pour l’instant, aucune fissure n’est apparue au bout d’une semaine de
chauffe (le mur a été monté au mois de mai 2008 et les panneaux
installés en juillet 2009).
3) la partie solaire.
Ne disposant pas de beaucoup de place, j’ai dû faire cohabiter mes 2 systèmes dans le même local ; d’un côté le drain back pour le CESI qui existe depuis 2006, de l’autre la station solaire assez imposante, les collecteurs de départ et d’arrivée, les tuyaux sortants du mur et le vase d’expansion de 18 l. Mais cela a un avantage, c’est au cœur de la maison et un simple coup d’œil sur les manomètres me dit que l’installation tourne bien.Par sécurité, j’ai monté une vanne thermostatique en entrée du MSD pour mitiger au cas où ça rentrerait trop chaud, pour l’instant, réglée au maxi (70°), ça rentre à 50° et sort vers 36° l’automne et au printemps (en avril ) lorsqu’il fait très beau et c’est donc le maximum que le système puisse atteindre.
J’ai choisi une station solaire toute montée « tacosol FV 70 » et une régulation Résol BS PRO uniquement pour une question de coût (achat sur e-bay Allemagne) et le reste au groupement. Une régulation basique aurait largement suffi mais j’ai préféré tout acheter au même endroit.
Je n’ai rien modifié à la programmation pour l’instant, ça tourne en « adm1 » comme un simple chauffe-eau solaire, le mur fait fonction d’accumulateur
J’utilise du glycol mpg pour automobile, prévu pour -35°, de couleur jaune fluo (ça sert pour repérer une fuite même légère), pour un volume de 17l environ. J’aurais pu prendre du glycol ppg puisqu’il n’y a aucun risque sanitaire. Prix : 7,32 les 5 litres.
Concentration -35°= environ 50%
4) la fabrication et la pose des supports et des capteurs.
Les 2 capteurs TINOX 2510 GM sont positionnés à 6 m de haut, à la verticale juste sous le toit pour éviter la surchauffe l’été, orientés plein sud.J’ai pas mal cogité avant de choisir la technique pour poser 41 kg de matériel très fragile, dans un environnent exigu. Finalement, j’ai choisi le scellement chimique, une potence, une poulie, et surtout 4 personnes, 2 pour tirer sur la corde, une pour guider le précieux chargement et une pour assurer la charge depuis le grenier. (Double arrimage de la charge)
Auparavant, j’ai fabriqué mes supports avec ce que j’avais sous la main :une barre d’acier étiré de 40x40 mm de 2mm d’épaisseur, c’est la seule chose que j’ai achetée; le reste est de la récupération. Le capteur repose sur une cornière de 40x40 mm x 110 mm raccourcie de 30 mm sur sa partie arrière pour s’insérer dans la feuillure du capteur. Il peut donc se déplacer latéralement.
Même technique pour la fixation supérieure mais la fixation ne fait que 200 mm de long sur chaque branche de support.
Cela peut paraître simple expliqué comme ça, mais j’ai passé pas mal de
temps à réaliser ces supports car je partais de rien et il fallait que
ça tienne en façade car ma maison très ancienne comporte beaucoup de
défauts d’aplomb, planéité des surfaces, verticalité….à 6m, c’est pas
comme au sol, ça devient vite galère; je n’avais pas la possibilité de
monter un échafaudage donc tout s’est fait à l’échelle. J’ai
utilisé un scellement chimique par sécurité car mon mur est en pierre,
et je risquais fort de tomber sur un joint en perçant 4 trous par
support. L’assemblage mécanique et métallique allait forcément prendre
du jeu avec la prise au vent, j’ai donc inséré des douilles de
scellement de 10mm et de la résine chimique dans 4 trous de 16mm.
C’est surdimensionné mais je dors tranquille (250kg par point d’encrage je crois). Pour le reste, soudure, perçage, taraudage, découpe, pas mal de cogitations pour rester dans quelque chose de simple et solide.
J’ai testé mon support au sol avec le capteur pour voir si tout tombait
en face avant de me risquer à poser l’ensemble car la première
tentative devait être la bonne, ce qui fut effectivement le cas. Le
plus dur était fait et le raccordement hydraulique allait se faire plus
sereinement.
Restait à soigner l’esthétique, au départ, je pensais laisser environ
0,4 m entre les capteurs mais la conception des supports
permettait leur déplacement latéralement et je me suis dit que je
gagnerais en puissance solaire car j’ai des masques solaires en
provenance des maisons voisines. Les placer au plein milieu était la
solution optimum, en faisant passer l’arrivée froide entre les 2 au bas
et les sorties en haut à l’opposé de l’entrée.
Le débit de la station solaire est réglé sur le maxi, soit 6l/mn alors que la norme veut 50l/m2 de capteur (50 x 5= 250 l/mn). Si je réduis le débit, je vais perdre en rendement et augmenter la t° d’entrée dans le mur ; dépasser 50° dans le mur n’est pas souhaitable.
15 j plus tard, il fait déjà moins chaud et la chambre a perdu 4 ° car le soleil est beaucoup moins présent. La pièce de vie principale est à 22°; nous sommes le 18 septembre 2009.
Durant cet automne 2009, la douceur sera de mise et il est difficile d’avoir une idée objective à l’heure où j’écris ces lignes car depuis novembre, pas un rayon de soleil !
Idem pour janvier et février qui ne semblent pas déroger à la règle…
Les quelques journées hivernales ensoleillées de ci de là n’ont rien apporté de significatif, la t° de sortie des capteurs avoisinait les 40° mais le mur étant à 14/15 ° à l’intérieur, il aurait fallu des heures d’ensoleillement pour en ressentir les effets. Une réduction du débit à cette période est à envisager pour approcher le débit idéal de 50/m2 de capteur.
Mais le système n’a pas été fait pour être efficace l’hiver, mais plutôt complémentaire en intersaison, c’est de l’appoint ne l’oublions pas.
Pour cet automne, à part une ou 2 flambées de temps en temps le soir, j’ai pu aller jusqu’en novembre sans chauffage et surtout sans humidité et sensation de froid comme auparavant. Un complément d’isolation en réduisant la hauteur sous plafond (de 2,90 à 2,6 m) va me réduire le volume à chauffer et donc améliorer l’efficacité du système.
J’attends donc les prochains mois de mars et avril pour voir si ce système est opérant comme je le souhaite.
Petit rappel sur les matériaux :
L’idéal est d’avoir des boucles de même longueur pour équilibrer les débits sinon, il faudra jouer sur le débit de chaque boucle, soit de façon empirique, soit en posant un débimètre sur chaque circuit (il existe des collecteurs pour plancher chauffant qui en sont équipés).
Quelques mots sur le diamètre des tubes.
Les diamètres qu'il est possible d'utiliser sont 10x12, 13x16, 16x20 et 20x25 (DTU 65.8)
Toutefois, les diamètres de tubes les plus utilisés sont les diamètres 13x16 et 16x20.
Pour un diamètre de 13x16, les émissions par m² et par degré seront moindre qu'avec le diamètre 16x20 (3% en moyenne) mais la pose en est plus facile.
Annexe a (informative) barrière anti-oxygène
Pour réduire les problèmes de corrosion lorsque l'on associe des canalisations plastique à des matériaux corrodables dans des systèmes chauffants, une solution peut être d'utiliser des tubes plastique comprenant une barrière anti-oxygène. Il convient que la perméabilité à l'oxygène soit <= 0,1 g/m3 pour une température d'eau de 40 °C. Le volume de référence est le volume intérieur du tube.
En posant du 20, on peut augmenter le pas de pose et réduire le cpe par la même occasion.
En théorie, le nombre de reynolds doit être > 2320 pour avoir un régime turbulent afin d’avoir un coefficient d’échange thermique efficace.
Note : l'échange thermique est plus important si le régime du fluide est turbulent (Re > 2320) il est possible de vérifier si le régime est turbulent en utilisant la formule empirique suivante :
Dm = D / di
Dm en litres/h par mètre de diamètre de conduite (l/h.m).
D étant le débit en litres/h et di le diamètre intérieur du tube en mètre.
Le rapport doit être supérieur ou égal à 3300 l/h.m (pour Re = 2321, le nombre est de 3292 l/h.m). Soit pour du 13x16, le débit minimal est de 0,013 x 3300 = 42,9 l/h et pour du 16x20, 0,016 x 3300 = 52,8 l/h.
En choisissant un débit de 250l/h le nombre de reynolds est de 250/0,013=19230, le régime est donc turbulent.
Je dois donc avoir un cpe < 6mCE pour que le liquide caloporteur puisse circuler.
courbe de la pompe :
Les pertes de charge.
Les pertes de charge doivent être calculées afin de pouvoir équilibrer les différentes boucles les unes par rapport aux autres.
Pour équilibrer les boucles il faut tout d'abord trouver celle qui est la plus défavorisée, en général la plus longue, calculer sa perte de charge totale, perte de charge qui sera celle de référence, et ensuite, après calcul des pertes de charge des autres boucles, définir les pertes de charge artificielles de façon à ce que la perte de charge totale (perte de charge propre à la boucle + perte de charge artificielle) soit égale à la perte de charge de référence.
Pour le calcul des pertes de charge, il est possible d'utiliser la formule empirique suivante, elle comprend les pertes de charge linéiques et singulières (coudes + collecteurs) :
DeltaP = (425 x (D^1,75 / di^4,75)) + 1,3 x p x (V2 / (2 x g))) x Lg
La partie gauche de l'équation représente les pertes de charge linéiques [(425 x (D^1,75 / di^4,75))] en mmCE/m, et la partie de droite, les pertes de charge singulières [1,3 x p x (V2 / (2 x g))] en mmCE/m, ce qui correspond à un rapport J/Z d'environ 70/30%.
DeltaP en mmCE
D = débit en l/h
di = diamètre intérieur en millimètre
p = masse volumique du fluide en kg/m3 (pour l'eau voir tableau à la page Formules/Tableaux)
V = vitesse du fluide en m/s obtenue de la manière suivante :
V = 4 x D / (3,6 x Pi x di2). Pi = 3,141592
g = accélération de la pesanteur, 9,81 m/s²
Lg = longueur totale du circuit (boucle + conduites de raccordement)
Calcul du cpe pour la boucle de référence (66 m)
Dans mon cas, pour du 13x16, le débit minimal est de 0,013 x 3300 = 42,9 l/h soit 0,71l/mn (débitmètre gradué de 1 à 6l/mn sur ma station solaire).
En décomposant la formule ci-dessus, on a pour les pertes linéiques :
(425 x (D^1,75 / di^4,75))
En prenant le débit moyen de 250l/h soit 4,16l/mn soit D=15717,9179
Et un diamètre interne de 13mm di= 195537,89
425x15717,9179/195537,89 = 34,16mmCE/m
Pour les pertes singulières
1,3 x p x (V2 / (2 x g))) x Lg
1,3x1018x(0,522/2x9,81)x66=1,3x1018x(0,2704/19,62)= 18,23mmCE/m
Soit (34,16+18,23)x66 = 3458,32mmCE ou bien 3,45mCE
Dans mon cas J/Z =65/35%
Calcul du cpe pour la boucle solaire, en cu 16 sur 24 m aller retour :
Pertes linéiques : 425x15717,9179/278040,57= 24,025 mmCE/m
Pertes singulières : 1,3x1018(0,2025/2x9,81) =13,65mmCE/m"
Pertes totales : (24,025+13,65) x 24 = 904,2 mmce
Cpe d’un capteur TINOX GM 2510 :0,0018mCE/2= 0,0009 mCE (montage parallèle)
Cpe de l’installation
3,45mCE+0,904mCE + 0,0009 mCE = 4,36 mCE
Conclusion, la vitesse 2 doit être utilisée pour avoir un débit de 250l/h
Pas certain que je tenterais à nouveau l’expérience, surtout à cause de la maçonnerie !
L’idéal reste le plancher chauffant lorsque c’est possible, ou bien mur chauffant via un ballon solaire dédié ce qui n’était pas possible par manque de place.
Du coup, pour améliorer encore le chauffage global, j’envisage de fabriquer un radiateur avec du cuivre en 14 mm (qui doit rester esthétique) dans la pièce principale qui utilisera le CESI en drain back ; mi-avril, dès 15h le ballon était à consigne et la pompe solaire s’arrêtait d’où l’idée de mettre une vanne 3 voies motorisée, un aquastat sur le ballon solaire pour passer en chauffage dès la consigne ECS atteinte .
C’est surdimensionné mais je dors tranquille (250kg par point d’encrage je crois). Pour le reste, soudure, perçage, taraudage, découpe, pas mal de cogitations pour rester dans quelque chose de simple et solide.
5) les coûts.
| Matériel |
Prix unitaire HT |
Quantité |
Prix total HT |
| ciment 32,5r ce/25 kg |
4.06€ |
15 |
60.90€ |
| sable/graviers |
37.8€ |
1.3 |
49.14€ |
| adjuvant béton 20 l |
48.40€ |
1 |
48.40€ |
| couronne multicouche 100m 16mmx2 mm |
122.27€ |
1 |
122.27€ |
| collecteur 3/4 3 voies |
9.36€ |
2 |
18.72€ |
| raccord à serrage 16x2x1/2 mâle |
2.80€ |
10 |
28.00€ |
| support collecteurs 3/4 |
14.19€ |
2 |
28.38€ |
| étais |
10.50€ |
2 |
21.00€ |
| briques |
0.53€ |
190 |
100.70€ |
| station solaire TACOSOL FV 70 |
210.00€ |
1 |
210.00€ |
| régulation solaire |
159.00€ |
1 |
159.00€ |
| vase expansion |
29.00€ |
1 |
29.00€ |
| panneaux solaire |
350.00€ |
2 |
700.00€ |
| cuivre en 16 mm / mètre |
4.49€ |
25 |
112.25€ |
| résine chimique de scellement |
8.90€ |
3 |
26.70€ |
| gaine isolante/mètre |
1.89€ |
25 |
47.25€ |
| petites fournitures (vannes, purgeur...) |
120.00€ |
1 |
120.00€ |
| Total HT |
1881.71€ |
||
| Total TTC |
2250.52€ |
6) Schéma.
7) Mise en route et constatations.
J’ai décidé de mettre en route le système dès le début septembre 2009 afin de corriger ce qui pouvait être perfectible. Ce début de mois est très ensoleillé et c’est tant mieux, l’installation tourne à plein régime, la chambre affiche une t° de 27°. Le caloporteur avoisine les 50° dans les capteurs et ressort du mur autour de 35/36°. La pièce de vie principale située en retrait de cette chambre affiche 24°.Le débit de la station solaire est réglé sur le maxi, soit 6l/mn alors que la norme veut 50l/m2 de capteur (50 x 5= 250 l/mn). Si je réduis le débit, je vais perdre en rendement et augmenter la t° d’entrée dans le mur ; dépasser 50° dans le mur n’est pas souhaitable.
15 j plus tard, il fait déjà moins chaud et la chambre a perdu 4 ° car le soleil est beaucoup moins présent. La pièce de vie principale est à 22°; nous sommes le 18 septembre 2009.
Durant cet automne 2009, la douceur sera de mise et il est difficile d’avoir une idée objective à l’heure où j’écris ces lignes car depuis novembre, pas un rayon de soleil !
Idem pour janvier et février qui ne semblent pas déroger à la règle…
Les quelques journées hivernales ensoleillées de ci de là n’ont rien apporté de significatif, la t° de sortie des capteurs avoisinait les 40° mais le mur étant à 14/15 ° à l’intérieur, il aurait fallu des heures d’ensoleillement pour en ressentir les effets. Une réduction du débit à cette période est à envisager pour approcher le débit idéal de 50/m2 de capteur.
Mais le système n’a pas été fait pour être efficace l’hiver, mais plutôt complémentaire en intersaison, c’est de l’appoint ne l’oublions pas.
Pour cet automne, à part une ou 2 flambées de temps en temps le soir, j’ai pu aller jusqu’en novembre sans chauffage et surtout sans humidité et sensation de froid comme auparavant. Un complément d’isolation en réduisant la hauteur sous plafond (de 2,90 à 2,6 m) va me réduire le volume à chauffer et donc améliorer l’efficacité du système.
8) Remplissage et purge du système.
J’ai modifié un extincteur comme suit :- pose d’une valve schrader pour pneu tubeless sur le couvercle et perçage d’un trou pour remplir le récipient sans avoir à l’ouvrir à chaque remplissage de glycol.
- modification de la lance en remplaçant la poignée de commande par une vanne à bille en bout de flexible et ajout d’une connexion femelle en ¾.
- remplir et gonfler le récipient soit avec une pompe à pied, soit au compresseur d’air, jusqu’à 3 bars environ.
- connecter l’embout femelle à l’embout mâle de la station solaire prévu à cet effet et ouvrir les 2 vannes (station solaire + vanne d’embout du flexible). A partir de cet instant, le purgeur automatique fait son travail, le vase d’expansion se remplit, s’il manque du caloporteur remplir de nouveau le récipient en ayant au préalable fermé la vanne à bille.
- ajuster la pression en fonction de l’installation (mini 1 bar).
sonde sur circuit de retour MSD (correspond à la sonde inférieure sur un ballon solaire)
9) Quelques calculs avec un peu de théorie (la théorie est tirée du site web d’Hervé Silve).
calcul de la puissance de stockage
Si je fais un rapide calcul, je dispose d’un stock de béton de 1694 l + 170 l de briques (0,2x0,1x0,05) soit 709,8 l + 57,8 l =767,6 l d’eau pour seulement 5m2 de capteur, c’est très faible surtout en hiver où la puissance solaire utilisable est très réduite, même incliné à 90° !J’attends donc les prochains mois de mars et avril pour voir si ce système est opérant comme je le souhaite.
Petit rappel sur les matériaux :
| lambda W/m.K |
cap calorifique (J/kg.K) |
cap calorifique (J/litre.K) |
cap calorifique (Wh/litre.K) |
|
| Cuivre |
398 |
386 |
1046 |
0,29057222 |
| Aluminium |
169 |
881 |
2458 |
0,682775 |
| Acier |
43 |
470 |
3661 |
1,01702778 |
| Granite |
1.7 à 4 |
820 |
2165 |
0,60133333 |
| Grés |
1.8 |
710 |
1562 |
0,43388889 |
| Béton |
0.8 à 1.7 |
880 |
1760 |
0,48888889 |
| Roches |
1.1 |
900 |
2070 |
0,575 |
| Verre |
0.8 à 1.2 |
830 |
2283 |
0,63402778 |
| Plâtre | 0.2 à 0.8 |
830 |
1328 |
0,36888889 |
| Brique |
0.4 à 0.7 |
840 |
1428 |
0,39666667 |
| Terre |
0.4 à 0.6 |
830 à 1000 |
1260 |
0,35 |
| Bois |
0.11 à 0.3 |
2390 à 2700 |
1500 |
0,41666667 |
| Polystyrène expansé |
0.042 |
0 |
0 |
|
| Laine de verre |
0.036 à 0.04 |
670 |
335 |
0,09305556 |
| eau |
4190 |
4190 |
1,16388889 |
Calcul du cpe (coefficient de perte de charge)
La recherche du cpe (coefficient de perte de charge) dans le cas de ce projet s’avère indispensable, il faut même commencer par là car il va conditionner la longueur des boucles admissibles et le diamètre du per BAO à utiliser en fonction de ma pompe solaire qui est une wilo st20-6.L’idéal est d’avoir des boucles de même longueur pour équilibrer les débits sinon, il faudra jouer sur le débit de chaque boucle, soit de façon empirique, soit en posant un débimètre sur chaque circuit (il existe des collecteurs pour plancher chauffant qui en sont équipés).
Quelques mots sur le diamètre des tubes.
Les diamètres qu'il est possible d'utiliser sont 10x12, 13x16, 16x20 et 20x25 (DTU 65.8)
Toutefois, les diamètres de tubes les plus utilisés sont les diamètres 13x16 et 16x20.
Pour un diamètre de 13x16, les émissions par m² et par degré seront moindre qu'avec le diamètre 16x20 (3% en moyenne) mais la pose en est plus facile.
Annexe a (informative) barrière anti-oxygène
Pour réduire les problèmes de corrosion lorsque l'on associe des canalisations plastique à des matériaux corrodables dans des systèmes chauffants, une solution peut être d'utiliser des tubes plastique comprenant une barrière anti-oxygène. Il convient que la perméabilité à l'oxygène soit <= 0,1 g/m3 pour une température d'eau de 40 °C. Le volume de référence est le volume intérieur du tube.
En posant du 20, on peut augmenter le pas de pose et réduire le cpe par la même occasion.
En théorie, le nombre de reynolds doit être > 2320 pour avoir un régime turbulent afin d’avoir un coefficient d’échange thermique efficace.
Note : l'échange thermique est plus important si le régime du fluide est turbulent (Re > 2320) il est possible de vérifier si le régime est turbulent en utilisant la formule empirique suivante :
Dm = D / di
Dm en litres/h par mètre de diamètre de conduite (l/h.m).
D étant le débit en litres/h et di le diamètre intérieur du tube en mètre.
Le rapport doit être supérieur ou égal à 3300 l/h.m (pour Re = 2321, le nombre est de 3292 l/h.m). Soit pour du 13x16, le débit minimal est de 0,013 x 3300 = 42,9 l/h et pour du 16x20, 0,016 x 3300 = 52,8 l/h.
En choisissant un débit de 250l/h le nombre de reynolds est de 250/0,013=19230, le régime est donc turbulent.
Je dois donc avoir un cpe < 6mCE pour que le liquide caloporteur puisse circuler.
courbe de la pompe :
Les pertes de charge doivent être calculées afin de pouvoir équilibrer les différentes boucles les unes par rapport aux autres.
Pour équilibrer les boucles il faut tout d'abord trouver celle qui est la plus défavorisée, en général la plus longue, calculer sa perte de charge totale, perte de charge qui sera celle de référence, et ensuite, après calcul des pertes de charge des autres boucles, définir les pertes de charge artificielles de façon à ce que la perte de charge totale (perte de charge propre à la boucle + perte de charge artificielle) soit égale à la perte de charge de référence.
Pour le calcul des pertes de charge, il est possible d'utiliser la formule empirique suivante, elle comprend les pertes de charge linéiques et singulières (coudes + collecteurs) :
DeltaP = (425 x (D^1,75 / di^4,75)) + 1,3 x p x (V2 / (2 x g))) x Lg
La partie gauche de l'équation représente les pertes de charge linéiques [(425 x (D^1,75 / di^4,75))] en mmCE/m, et la partie de droite, les pertes de charge singulières [1,3 x p x (V2 / (2 x g))] en mmCE/m, ce qui correspond à un rapport J/Z d'environ 70/30%.
DeltaP en mmCE
D = débit en l/h
di = diamètre intérieur en millimètre
p = masse volumique du fluide en kg/m3 (pour l'eau voir tableau à la page Formules/Tableaux)
V = vitesse du fluide en m/s obtenue de la manière suivante :
V = 4 x D / (3,6 x Pi x di2). Pi = 3,141592
g = accélération de la pesanteur, 9,81 m/s²
Lg = longueur totale du circuit (boucle + conduites de raccordement)
Calcul du cpe pour la boucle de référence (66 m)
Dans mon cas, pour du 13x16, le débit minimal est de 0,013 x 3300 = 42,9 l/h soit 0,71l/mn (débitmètre gradué de 1 à 6l/mn sur ma station solaire).
En décomposant la formule ci-dessus, on a pour les pertes linéiques :
(425 x (D^1,75 / di^4,75))
En prenant le débit moyen de 250l/h soit 4,16l/mn soit D=15717,9179
Et un diamètre interne de 13mm di= 195537,89
425x15717,9179/195537,89 = 34,16mmCE/m
Pour les pertes singulières
1,3 x p x (V2 / (2 x g))) x Lg
1,3x1018x(0,522/2x9,81)x66=1,3x1018x(0,2704/19,62)= 18,23mmCE/m
Soit (34,16+18,23)x66 = 3458,32mmCE ou bien 3,45mCE
Dans mon cas J/Z =65/35%
Calcul du cpe pour la boucle solaire, en cu 16 sur 24 m aller retour :
Pertes linéiques : 425x15717,9179/278040,57= 24,025 mmCE/m
Pertes singulières : 1,3x1018(0,2025/2x9,81) =13,65mmCE/m"
Pertes totales : (24,025+13,65) x 24 = 904,2 mmce
Cpe d’un capteur TINOX GM 2510 :0,0018mCE/2= 0,0009 mCE (montage parallèle)
Cpe de l’installation
3,45mCE+0,904mCE + 0,0009 mCE = 4,36 mCE
Conclusion, la vitesse 2 doit être utilisée pour avoir un débit de 250l/h
10) Calcul du dimensionnement du vase d’expansion.
Lien vers le site Ines Solaire pour le calcul du vase d'expansion: Ines Solaire11) Et si c’était à refaire?
Le travail est quand même important, même en gagnant 2 mois de chauffage si la période est bien ensoleillée.Pas certain que je tenterais à nouveau l’expérience, surtout à cause de la maçonnerie !
L’idéal reste le plancher chauffant lorsque c’est possible, ou bien mur chauffant via un ballon solaire dédié ce qui n’était pas possible par manque de place.
Du coup, pour améliorer encore le chauffage global, j’envisage de fabriquer un radiateur avec du cuivre en 14 mm (qui doit rester esthétique) dans la pièce principale qui utilisera le CESI en drain back ; mi-avril, dès 15h le ballon était à consigne et la pompe solaire s’arrêtait d’où l’idée de mettre une vanne 3 voies motorisée, un aquastat sur le ballon solaire pour passer en chauffage dès la consigne ECS atteinte .
12) Quelques relevés de température.
| Mois |
sept |
oct |
nov |
déc |
jan |
fév |
mars |
avri |
mai |
| T° moyenne capteurs |
50° |
45° |
pas d'appoint solaire significatif hiver 2009/2010 |
50 voir 55° |
arrêt |
||||
| T° moyenne sonde MSD |
36° |
31° |
24 voir 26.5° le 19/04 |
arrêt |
|||||
| T° moyenne pièce |
28° |
22° |
Voir graphe suivant |
arrêt |
|||||