2.2 Circulateurs :

· Contrainte : Il faut pouvoir chasser les bulles d’air dans le tuyau à contre pente (eau chaude)

· La vitesse d’une bulle d’air est inférieure à 40 cm/s ce qui fixe un débit minimal lors de la purge (http://www.pmmh.espci.fr/fr/Enseignement/Archives/Examens/2000/exam2000.pdf)

· Débit nécessaire dans capteurs 40 à 80 l/h/m2 soit, pour 20 m2, 800 à 1600 l/h (10 à 25 l/mn)
=> section max tuyau descente (contre pente) =10/(60*4)=0.041 dm2 => diamètre intérieur max = 23mm
=> le dégazage ne doit pas être un problème si le tuyau chaud est < 18mm (avec une grande marge sécurité)

· Perte de pression, à la louche : les pertes sont de 10mm/m de collecteur (source notice ‘solo’) (longueur aller eau froide=21, retour eau chaude 20) soit max 45m soit 450mm de perte de charge. Perte dans les capteurs (en //) 10 mbar donc négligeable. Un calcul de mécanique des fluides sur 1m3/h dans diam 18mm & sur 45m donne 500mm de perte, on trouve 1300mm en diamètre 14 (en fait cela fait + voir § circulateur)

· Faut-il vraiment deux circulateurs pour l’amorçage? J’ai fait quelques tests avec des pompes Salmson NXL33 et un seul groupe de 4 panneaux. Une pompe placée à 50cm du sol (1.5m en dessous de la surface libre du tampon) n’arrive pas à amorcer le circuit en basse vitesse, y arrive en moins de 2 minutes à haute vitesse. Apres amorçage on obtient un débit de 360l/h en petite vitesse sur 4 panneaux. L’amorçage est plus efficace (il n’y a plus de bulles) et rapide (60s) avec 2 pompes en série à haute vitesses[5]. Bref la deuxième pompe a été achetée dans un moment d’inquiétude (j’avais plein de bulles), cela ne venait pas de la pompe….

· Quand j’ai mis les deux groupes de panneaux aucune des deux solutions (pompe en // ou en série) n’était capable d’assurer le débit ??? Replongeant dans Excel et d’autre documents j’ai essayé de comprendre ce que représentent les courbes d’efficacité des pompes. C’est là que j’ai compris un des mails du forum APPER qui dit que ‘’série ou // c’est une hérésie : il faut une (seule) pompe de la bonne dimension’’.

o En effet des pompes en // semblent pouvoir fournir plus de débit (mais sans augmenter la hauteur maximale). Mais comme le débit possible est plus fort les pertes le sont aussi (au carré !!) donc, finalement le débit est inchangé car la limite c’est la hauteur manométrique.

o Les pompes en série : là l’hérésie réside dans le fait que la deuxième pompe représente une perte de charge pour la première. Elle doit donc être activée au moins en vitesse lente pour compenser. Ici il est vrai que la hauteur manométrique est augmentée (somme des deux hauteurs) mais le débit final n’est pas très loin du débit avec une seule pompe.

Dans un diagramme tel que ci dessus les trois courbes de pente négative représentent l’équation de la pompe en fonction des trois vitesses de rotation. Grosso modo elles sont de la forme P_lim=P_o-A(v).Q. Plus le débit est grand moins la pompe pompe haut. Le faisceau de courbe à pente positive représente la perte de charge d’un circuit à écoulement turbulent : Perte= R.Q².

Pour un circuit donné lorsque l’on change la vitesse on se déplace sur l’une de ces courbes jusqu'à l’intersection avec la courbe de pompe correspondante.
A l’équilibre on a donc P_lim = Pertes => RQ_lim² +A(v)Q=P_o-P_s (P_s= Pression statique du circuit). A moins de travailler avec de très grosses sections de tuyau on voit que les courbes de pertes sont très raides et que vouloir augmenter le débit implique des pertes beaucoup plus grandes…

Grâce au premier essai avec les Salmson, j’ai pu mesurer les Q_lim pour différentes vitesses A(v) de pompe. J’en ai déduit le R de mon circuit et me suis auto convaincu que mon modèle de circuit était correct :

Pertes=1,5 + 3,2Q² mètres, soit 5m à 1m3/h. J’ai pris une pompe WILO TOPS 7 elle donne théoriquement 5.5m à 1m3/h en vitesse 2 et je suis effectivement un peu au dessus des 1m3/h depuis que je l’ai installée (1.15m3/h).

Pompe pour panneaux et débitmètre,

Bref, maintenant que cela marche, à la question faut-il deux pompes pour du TexRo à faible différence de hauteur ? La réponse est non sans aucune hésitation. Je ne gère même plus la vitesse de la pompe pendant le remplissage (du moins pour l’instant).

La présence d’une seconde pompe sur le système TexRo ne s’explique que s’il y a une grande différence de hauteur. La seconde pompe, qui doit présenter une faible résistance à l’arrêt, n’est pas forcément du même type que la pompe principale.

2.3 ECS :

Le ballon solaire remplace la chaudière lorsqu’il est suffisamment chaud (T est mesurée en haut du ballon). Lorsque la température baisse il est utilisé en série avec la chaudière. J’ai installé une vanne thermostatique (VTH1) sur l’ECS pour éviter les accidents et les pertes.

Circuit ECS

2.4 Chauffage :

La chaudière existante (GEMINOX) comporte un ballon ECS intégré de 100l. La chaudière chauffe un stock d’eau selon un thermostat interne (env. 60°). Une partie (réglable par V3R) de l’eau provenant des radiateurs rentre dans la chaudière, l’autre est renvoyée dans le circuit par un circulateur commandé (tout ou rien) par un thermostat d’ambiance. V3R ‘régule’ donc la température de l’eau dans les radiateurs.

Circuit départ chauffage,
La question est de savoir où insérer les calories provenant des panneaux :

· insertion avant la boucle chaudière (en série sur le retour radiateurs) : Pas bon car tout le débit des radiateurs passe dans l’échangeur solaire cela ne peut qu’augmenter les pertes

· Retour en parallèle du retour chaud chaudière: c’est une option mais pas bonne car il faut que l’eau solaire soit ‘très’ chaude mais :

· Retour chaud de l’échangeur en série de la chaudière: on chauffe la chaudière… c’est con à mi-saison

· Solution : Selon la température du stock solaire l’eau est envoyée soit dans le bas de la chaudière pour être réchauffée soit directement dans le circuit. C’est fait de façon ‘passive’ par VTH2

· Retour chauffage solaire,

RQ : le circulateur chauffage actuel circule trop fort : il y a sûrement quelque chose à faire…

2.5 Capteurs

J’ai envisagé le fait de faire mes propres capteurs. Le prix total (absorbeur cuivre + tuyaux + carrosserie + vitrage + isolation) est supérieur (de 50%) aux prix de capteurs du commerce qui, eux, ont un revêtement sélectif et du vitrage trempé…
Capteur à tube sous vide : un rendement 10 à 30% supérieur pour un coût 50% supérieur avec des conditions d’utilisation strictes (surchauffe interdite). Cela plus le fait qu’il s’agit de capteur long (2m) m’a fait rejeter cette solution, l’argument d’absence de prise au vent étant souvent compensé par la présence de réflecteurs à l’arrière.
Bref, j’ai pris huit capteurs plans 2.5m² (2.25 effectifs) proposés par APPER (marque Solimpek type marvel version sans solar key mark). Aucun regret c’est du matériel de pro, l’hiver n’est pas encore passé mais les journées de petit temps m’ont agréablement surpris, le rendement semble bon. Un capteur était légèrement abîme sur la face arrière pendant le transport mais il a été réparé facilement.
Panneaux vue de face,

Ils sont installés horizontalement sur deux rangées de 8m de long. Ils sont situés au nord de la maison à 2,60m de haut pour ne pas être masqués par les toits, les deux rangées sont distantes de 5m pour que la première rangée ne fasse pas d’ombre sur la seconde. Orientés plein sud (à 5° près) et inclinés à 60° par rapport à l’horizontale.
Panneaux vue arrière, détail fixation et contrepoids,
Le tout est posé sur une pergola en bois qui sert d’abri voiture (carport en français). L’ossature a été posée rapidement pour qu’elle se stabilise et sèche avant le montage des panneaux
400kg de capteurs sur 6 points d’appuis (mur + 3 poteaux) : on est à moins de 100Kg de charge par point + les contrepoids : au total 200 kg par point d’appui.
Calcul de dilatation acier/alu/cuivre sur 8m pour DT =40° : (alu 2.3e-5 Cu 1.7e-5 Fe 1.2e-5 bois 5e-6) soit en gros 5mm sur 8m. Le différentiel Al(capteurs)-Fe (structure) est de 3mm : Moins dramatique que je ne pensait. De toutes façons j’ai finalement fait 8 supports indépendants en ferraille soudée donc les dilatations se font sur 1.4m au lieu de 8m soit un delta de 0,6mm. Pour le cuivre sur 6m avec un dt de 100° on a une dilatation de 10mm : pas négligeable… J’ai mis des raccords inox souples à chaque raccord.
Il parait intelligent de mettre des vannes manuelles pour séparer les deux groupes de capteurs mais ce n’est pas très compatible du système de vidange…
Détail charpente vannes aller,
La prise au vent des panneaux à 100km/h nécessite un contre poids de 80kg par capteur (110 kg à 120km/h). J’ai utilisé d’anciennes dalles de béton pour faire la fonction. Le vrai vent de tempête est plutôt d’Est chez nous : je n’ai quasiment pas de prise. Pour le vent du Nord, je suis plus ou moins abrité par des arbres. Tout cela pour dire que je suis serein mais quand même inquiet quand le vent souffle. Nous en sommes à notre troisième coup de vent dont un vraiment fort (mais d’Est)
Ils sont montés en deux groupes de 4 en quasi Tickelman (comme sur le schéma global) et pas en Tickelman pur et dur comme ci-dessous :

Moralité, le collecteur étant de diamètre constant il circulait beaucoup plus d’eau dans les deux panneaux extrêmes que dans les panneaux centraux (dans un rapport supérieur à 3 !)

Remoralité : l’eau était en ébullition au centre, et froide sur les deux panneaux de bord. Je m’en suis aperçu au bruit et au fait que le comportement changeait anormalement selon la position de la sonde de température dans l’un ou l’autre panneau.

Solution : Grosse prise de tête, mesures et calculs pour finir avec l’installation de diaphragmes (comme indiqué dans le schéma global) dans les capteurs extrêmes pour en limiter le débit. (Diaphragme est le nom pompeux pour un jeton de lavage percé d’un trou de 7mm.)

Depuis plus de problèmes…

Nota : le problème se pose encore plus fort pour les panneaux montés ‘en série’ (en mettant bout à bout les collecteurs internes)

Fichier de calcul des diaphragmes Remarque : vous devez être identifié sur ce site pour avoir accès aux fichiers joints (cela ne coûte rien !!!)

Si on masque une partie des capteurs est-ce que l’on fait circuler de l’eau dedans ?
imaginer un système de masquage automatique en cas de panne de courant => problème à résoudre : il ne faut pas que cela consomme trop en position ‘ouvert’ mais il faut que la fermeture soit ‘passive’ (utiliser des électro-aimant alimentés sur panneau solaire et des contrepoids pour fermer ?)
Concevoir un brise vent à l’arrière des capteurs
Question pas claire : en été il semble quand même qu’il vaut mieux faire circuler de l’eau plutôt que d’avoir les capteurs vides…

2.6 Régulation :

Pour ce qui est de la régulation du chauffage : conserver l’actuelle pour l’instant :

la chaudière a sa propre température de consigne (il y a donc une réserve, au moins les 100l d’ECS)
le circulateur se met en marche si l’ambiante est inférieure à la consigne. Cette consigne est gérée par un module ‘casto’ avec prise en charge jour/nuit/absences…

8 sondes et 7 actionneurs à gérer, dont 1 sonde et un actionneur pour la boucle ECS, (un seul actionneur en proportionnel)
A terme il faudrait récupérer les paramètres chaudière
Bref, un automate ‘ouvert’ parait plus adapté aux ambitions => Millenium2
Une alternative envisagée à l’époque serait d’utiliser deux régulations ‘simples’ une pour les capteurs et ballons l’autre pour la consommation d’ECS et la boucle
La mesure de débit ne me paraît pas avoir un grand intérêt en soi en dehors du réglage initial. J’utilise un compteur eau chaude. Le premier était monté horizontalement mais tourné sur le côté (car en hauteur) et sur le flux d’eau chaude provenant des panneaux. Il est mort au bout de 2 mois, au démontage c’est l’axe qui semble avoir mal supporté la position. Son remplaçant est placé en sortie de pompe, horizontalement, et lecture par le dessus…
Clairement l’objectif de la régulation (et du schéma) a été

de limiter les composants actifs (coût mais surtout fiabilité)
de pouvoir fonctionner de façon autonome sans intervention autre que le changement de mode été-hiver et l’alimentation en eau chaude du lave linge et du lave vaisselle.

2.7 Ballons

600L avec double serpentin (2^ème serpentin pour le jour où l’on changera la chaudière)
(marque EZINC)

Tampon 1500L

Cuve à fuel : c’était une solution de repli mais mauvaise stratification et difficile de mettre un serpentin sans aimer la cuve
à partir de cuve alimentaire / viticole. En final une cuve en fibre de verre 1500L /700€ complètement ouverte au dessus et suffisamment solide pour supporter le poids de l’échangeur
Stock avant isolation,
Poids : 1,5 T sur 1m² ce n’est pas un problème c’est toujours moins lourd au m² qu’une voiture sur ses quatre pneus
Stock et support stock vue de dessous,
Isolation : mixte laine de verre et placo.
Echangeurs

Arrivée eau chaude solaire

Située à 1/3 du bas du stock constitué d’une canne cuivre diam 22 percée de trous
Pour ne pas déstratifier il est dit que la vitesse ne doit pas être supérieure à 0.1cm/s. Le débit doit être de 1m³/h soit 0.27 l/s (voir § circulateurs) donc la surface des trous de la canne d’eau chaude doit être au moins de 270/0.1= 2700cm² = (51cm)² c’est beaucoup !!!
J’ai fait une vingtaine de trous diam 10mm dans la canne (soit 18 cm2 et donc v=15cm/s. J’ai ajouté un stratificateur constitué d’un tube PVC (gouttière) percé de fentes sur toute la hauteur avec une jupe conique qui descend au fond du stock
Stratificateur seul,
Vue intérieure du stock (stratification et retour),
Notes :

TexRo ne fait rien à ce sujet (mais la forme/volume du ballon TexRo ne s’y prête pas) ?
Un débit de 1m³ par heure dans une cuve de 1.5m³ ne détruit pas la stratification de toutes façons ?

A l’aspiration : au fond du stock j’ai installé une canne en PVC qui a la forme d’un demi-cercle. Ce tube est percé de nombreux trous orientés vers le fond.
Canne d’aspiration,

Avec le recul je constate que la stratification ne marche pas bien, je ne sais pas encore si c’est à cause du débit ou de la conception : A suivre..

Echangeur chauffage :

P Amet m’a orienté vers un échangeur constitué de 3 radiateurs en tôle (60x60x10cm) montés en Tickelman. Cela offre une grande surface d’échange (16m²) et une vitesse des fluides réduite (1/3). En tenant compte du fait que le fer est moins bon conducteur de chaleur (8 fois moins) j’ai donc l’équivalent d’un échangeur cuivre de 2m² mais où l’eau circule moins vite.

Vue de l’échangeur de chauffage, Echangeur et clarinettes + Compteur, Echangeur avec stratificateur en place,

A tous les sceptiques : maintenant que l’hiver est commencé je peux garantir que cet échangeur fonctionne réellement : l’eau qui en sort est à la température du stock…

2.8 Couplage Ballon-Tampon-Capteurs

S’il n’y avait que le tampon, le système TexRo est hyper simple (et donc fiable). Il suffit de respecter la pente des tuyaux. Le fait de vouloir coupler aussi un ballon ECS a complexifié le circuit…

Le couplage des trois éléments se fait par le circulateur et une vanne 3 voies (V3PS) qui permet de choisir de pomper dans le tampon ou dans le ballon.
Il faut également pouvoir rediriger l’eau de retour des capteurs soit vers le stock soit vers le ballon. Pour augmenter la fiabilité j’ai recherché une solution sans électrovanne. J’utilise un ébulleur construit dans un système de filtre à cartouche dont j’ai percé le fond et où j’ai adapté un raccord ¾ pour faire une troisième entrée:

Au repos l’eau dans le bol est au niveau du stock. Lorsque le système pompe et si l’eau provient du tampon, l’eau revenant des capteurs se dirige vers le tampon (en chassant l’air) car il n’y a pas de dépression en bas du bol. Au contraire, si l’eau des panneaux vient du ballon il y a une dépression au fond du bol, l’eau ne va plus vers le tampon. Cela marche parce que, par construction, il rentre exactement autant d’eau en haut qu’il en sort en bas (celle qui est passée par la pompe).

La première version pompait au démarrage systématiquement dans le stock pour purger le circuit puis basculait sur l’ECS à la fin de la purge. En été cela avait l’inconvénient d’envoyer de l’eau froide (plus froide que le ballon ECS) dans les capteurs et donc de les refroidir en dessous de la température de l’ECS, ce qui arrête la pompe. Bref le système oscillait et chauffait le tampon sans chauffer l’ECS.
Il faut donc pouvoir amorcer le système aussi bien depuis le stock que depuis le ballon ECS. Le problème est de trouver les 20l d’eau nécessaire au remplissage des panneaux et de la tuyauterie.

J’ai d’abord trouvé la solution de siphonner ce volume d’eau directement dans le tampon avec, en option, de faire passer cette eau dans le serpentin haut du ballon pour être sûr d’envoyer de l’eau chaude (évidement cela refroidi le haut du ballon ce qui n’est pas génial…). Dans cette option un AR empêchait l’eau de passer par le serpentin haut lors de la vidange des panneaux. Par sécurité j’ai ajouté un deuxième bol ébulleur à l’entrée du serpentin bas au cas où le siphon s’amorce mal (ou contient de l’air)
Ebulleur,
. Après deux semaines de fonctionnement (en été) mon attention a été attirée par le fait que le stock se réchauffait aussi presque au même niveau que le ballon. J’ai remplacé quelques tuyaux de cuivres par des tubes transparents pour mieux analyser les choses : en fait l’eau empruntait deux chemins dont l’un passait par le stock et le siphon d’amorçage.
Je procède maintenant de façon ‘’classique’’ avec un réservoir indépendant qui se vide au départ dans le circuit ballon. J’ai utilisé pour cela un ancien chauffe-eau sous évier de 30l. Son ‘trop-plein’ (l’ancienne sortie eau chaude) se vide dans le stock par une mise à l’air. Par sécurité, la vanne V3PS bascule vers le ballon lors de la purge des capteurs (c’est un point dont la fiabilité est à améliorer) Je continue à utiliser le serpentin haut comme stock (environ 10L). Dans tous les cas ces stocks intermédiaires circulent dans le serpentin bas avant d’être pompés vers les panneaux pour ne pas y injecter de l’eau éventuellement froide
Reserve 30L + purges

2.9 Plomberie / Isolation

Les capteurs solaires sont reliés en cuivre ainsi que le circuit de l’échangeur chauffage. Je n’avais jamais fait de plomberie ‘vraie’, ce n’est effectivement pas très compliqué…
Le reste est fait en PER, le coût des raccords, le fait que c’est «mou», pas facile à isoler lorsque c’est gainé et la dilatation me laisse sceptique, à réserver aux grandes longueurs ???
L’isolation est faite par des manchons épaisseur 13mm à l’intérieur des bâtiments et sur les collecteurs chauds en haut des panneaux. A l’extérieur le reste des tuyaux est caché dans des coffres en bois (volige) remplis de mousse expansive & polystyrène.
La surface du stock est isolé ‘à l’intérieur’ par des plaques de mousse flottantes à la surface de l’eau puis par une couverture Air-bulle + laine de roche posée sur le couvercle
Purges et isolation dessus du stock

3 COUTS

3.1 Argent (DEVIS & REALISE)

DEVIS							Réel:
description	Qté		couts	source du devis	total	Sub Tot	Qté	pu	source	total	Sub Tot
Capteurs	20	m2	130,00	piac / Apper solaire	3 000	3 000	8	350	apper		2800
Support Capteurs						516					512
poutre 20x20 3m	3	u	46,67		140
poutre 10x22 6m	3	u	52,67	scierie aix	158
chevrons 5x7 4,5	10	u	6,60		66
chevron 10x7 4,5	10	u	15,10		151		1	total	scierie aix	512
intégration (bois+lasure+...)							1	726,4	divers	726,36	726
Fixation des capteurs	1	na	1,00	Recup fers de l'abri existant	1
Cuivre	140	m	0,00	Q.A.		335					254
Isolation						217					113
Raccord Vannes						258					599
Cu 22	5	m	3,10	Q.A.	16		35	3,1	lm	108,5
Cu 20	10	m	3,10	Q.A.	31		0	3,1	QA	0
Cu 18	25	m	2,50	Q.A.	63		35	2,44	bd	85,4
PER 20-25	50	m	2,27	Q.A.	114		25	1,48	bd	37
PER 13 16 + gaine	50	m	1,24	Q.A.	62		25	0,92	bd	23
Gaine pour PER 25	100	m	0,51	Q.A.	51
Manchon 22-13	6	m	2,00	Q.A.	12		1	113	bd	113
Manchon 18x13	8	m	2,00	Q.A.	16
Manchon 18x13 ss colle	26	m	1,89	Q.A.	49
Manchon 28 13	40	m	3,00	Q.A.	120
Manchon 22 13	10	m	2,00	Q.A.	20
Vanne manuelle	10	u	6,12

1 DIMENSIONNEMENTS initiaux:

2 INSTALLATION

2.1 Schéma