Installation de chauffage  Plancher Chauffant + préchauffage ECS avec Pompe à chaleur + Poêle boiler

+ Panneaux solaires

Par Thierry DUC en Dordogne

thierryduc24 chez gmail.com


Lorsque j’ai acheté cette petite ferme, en Périgord, j’avais un gros travail de restauration à effectuer. Reprises de maçonnerie, de charpente, couverture, sols, électricité, plomberie …

Un des points délicats était le chauffage ; c’est aussi un poste coûteux, mais indispensable si l’on veut, comme moi - après 15 années passées aux Antilles ou en Afrique - disposer d’un bon confort …

Mon objectif était, pour des raisons à la fois économiques et d’intérêt personnel, de fabriquer mon installation de chauffage. Je voulais une installation composée d’éléments et de systèmes simples, donc fiables. Voici mes choix, et quelques éléments sur mon installation. Elle n’est pas totalement achevée, il me reste la partie solaire à installer, mais tout est en place pour l’accueillir et les panneaux attendent le printemps prochain …

Emetteurs :

Sur le plan « émission », j’ai choisi le plancher chauffant dans la plus grande partie de la maison, pour des raisons de confort essentiellement et aussi parce que  cela supposait une installation « basse température » plus compatible avec une pompe à chaleur (meilleur rendement). Comme je devais refaire à neuf les sols, autant prévoir un PC dès le départ.


Le départ des boucles du PC.


J’ai réalisé moi-même l’isolation avec des plaques de mousse polyuréthane, puis le calepinage des tuyaux achetés sur internet (6 boucles d’environ 100m chacune), puis enfin j’ai coulé un béton autour des tuyaux … L’affaire était faite, pas si compliqué que ça …

L’eau qui circule dans le plancher chauffant provient d’une cuve tampon, dont je parlerai plus bas. Pompage par un circulateur dans la cuve d’eau chaude, régulation au moyen d’un boîtier Thermador Automix 30Q (avec horloge, thermostat extérieur et thermostat intérieur) couplé à une vanne 3 voies motorisée, et retour dans la cuve. Le système est simple et souple, prix : 485€ pour la régulation (un peu cher à mon goût) plus 80€ environ pour la vanne motorisée. J’ai vraiment une température constante dans la maison, quels que soient les changements climatiques à l’extérieur, grâce à l’inertie thermique du plancher chauffant et à l’efficacité de la régulation.


Le circulateur PC et la vanne motorisée.

 
Un salon, cependant, ne pouvait être desservi par le plancher chauffant, mais d’une part la porte de communication avec le séjour chauffé est toujours ouverte, et d’autre part il disposait d’une cheminée. J’ai choisi d’installer à l’intérieur de l’âtre un poêle boiler, qui à la fois me chaufferait la pièce et contribuerait à apporter de la chaleur à mon plancher chauffant, par le biais de la réserve d’eau chaude déjà mentionnée.

Enfin, dans ma chambre, à l’étage, je ne pouvais pas installer de plancher chauffant (plancher bois). J’ai donc passé en réserve depuis le répartiteur du PC des tuyaux conduisant dans un espace entre l’isolation des murs de pierre et le cloisonnage en plaques de placo, afin de pouvoir fabriquer un « mur chauffant » si nécessaire : on trouve plusieurs exemples de réalisation sur le site de l’APPER, et un ami architecte, qui en a équipé sa maison, est satisfait de cette solution. Aujourd’hui, il ne reste plus qu’à passer les boucles de PER et à couler du plâtre liquide dans l’espace pour achever ce mur chauffant. Pour l’instant, après deux hivers (assez peu rigoureux, il est vrai), je n’ai pas trouvé nécessaire de finir ce mur chauffant car la chambre est suffisamment confortable par la simple présence d’une excellente isolation au-dessus et du plancher chauffant au rez-de-chaussée ! Plus tard, si nécessaire, peut-être …

Choix des sources d’énergie :

Je voulais une installation à la fois peu coûteuse en fonctionnement, « écolo » autant que possible, et suffisamment automatisée pour que je ne m’embête pas à la faire fonctionner si je n’en avais pas envie …

Le bois est l’une des sources d’énergie les moins chères, le bois-bûches en particulier. Je n’avais pas envie d’investir des sommes considérables en chaudière à pellets ou briquettes, d’autant que je me demande si le prix de ces combustibles ne va pas s’envoler dans quelques années, quand la filière sera plus développée … En plus, j’ai quelques bois autour de la ferme, donc le bois, si je m’en donne la peine, est plus ou moins gratuit (il faut le couper, le rentrer, le fendre, le stocker, … pas si gratuit que ça !) mais pour une chaudière bois-bûche, il faut recharger, donc être présent, … Pas envie de dépendre à 100% du bois. En revanche, cette source d’énergie pouvait constituer un excellent appoint au plus fort de l’hiver, et chauffer le salon si nécessaire. A retenir.

Par ailleurs, la pompe à chaleur offre un bon rapport coût / énergie de chauffage, surtout pour une PAC en basse température (COP, Coefficient de performances,  entre 3 et 4, c’est-à-dire 3 à 4 KwH de chaleur produits pour 1 KwH d’électricité consommé ). Elle offre en outre l’avantage de fonctionner dès qu’on appuie sur l’interrupteur …

Le solaire enfin est une énergie gratuite, il ne faut donc pas s’en passer. J’y reviendrai. Apparemment, dans le Périgord, une installation bien conçue peut fournir jusqu’à 50% des besoins en énergie de chauffage …

Donc, trois énergies, gage de sécurité en cas de défaillance d’un système. Pour faire fonctionner le tout harmonieusement, il me fallait un bon dispositif de stockage de la chaleur produite, une réserve-tampon.

Cerise sur le gâteau, je pouvais utiliser cette réserve-tampon pour préchauffer mon eau chaude sanitaire (ECS), le coût de la chaleur produite par mon système, combinant quelques Kw de pompe à chaleur, du bois peu onéreux et du solaire gratuit, étant bien inférieur au coût de la chaleur produite par mon chauffe-eau électrique classique.

Stockage :

Lorsque j’ai regardé les prix des cuves équipées (en gros 1€/litre), j’ai pris la décision de fabriquer moi-même mes cuves de stockage de chaleur. Et ce, d’autant qu’il me fallait une entrée/sortie pour l’émetteur principal (PC), un échangeur pour la pompe à chaleur, un autre pour le poêle boiler, un autre encore pour le solaire, et enfin un système pour l’eau chaude sanitaire …

Dans ma cave, je disposais d’un espace juste en-dessous de la cheminée du salon, dont la hauteur maximale était de 1,85m. Impossible de faire passer par la porte de la cave, très basse, une cuve de 2000l de dimensions standard (en tout cas, je n’ai rien trouvé d’occasion qui puisse convenir). Comme j’avais des cuves de 1000 litres, les célèbres « cubes » en polyéthylène, j’ai décidé d’en installer deux, côte à côte, de les faire communiquer et de les isoler.


Les deux cuves de stockage de chaleur

L’installation comporte donc deux cuves juxtaposées, isolées par 15cm de mousse polyuréthane de chaque côté (sauf au sol, 10cm), à l’aide de panneaux « trilatte » récupérés sur mon chantier et de plaques achetées à bas prix (second choix avec quelques défauts d’aspect, dans une solderie de matériaux). Prix :  2 x 130€ pour les cuves et 200 € d’isolation, plus deux serpentins de cuivre (deux couronnes de cuivre à 80€ pièce), environ 620€, mettons 700€ avec les petits frais (bombes mousse, raccords cuivre, etc …).

Mon plus gros problème a été de trouver comment faire communiquer les deux cuves, afin que la chaleur soit répartie entre elles.
J’ai essayé de trouver un système « passif » pour répartir la température entre les deux cuves, en m’aidant du principe du thermosiphon et de la stratification … et je n’en ai pas trouvé. Après quelques questions sur différents forums, je n’ai pas obtenu de réponse satisfaisante. J’ai donc opté pour un système « actif », c’est-à-dire pour un échange d’eau entre les deux cuves au moyen d’une pompe. Le principe : pomper l’eau chaude de la cuve A (c’est-à-dire l’eau de surface) en direction du fond de la cuve B, de sorte que l’eau la plus chaude de la cuve B puisse se diriger, au moyen d’un tuyau-siphon, vers le fond de la cuve A.

Il existe des pompes immergées de type filtration d’aquarium qui, avec une très faible consommation (dans mon cas 5W), peuvent produire un débit de 300 l/h. En faisant fonctionner cette pompe 12h par jour au moyen d’un programmateur classique, je brasse 3600l par jour, c’est-à-dire que je transfère intégralement l’équivalent de trois fois et demie chaque cuve dans la cuve voisine. A la fin de l’année, pour environ 5 mois de période de chauffe, c’est un système qui coûte, en consommation électrique et compte tenu du tarif jour/nuit, environ 12,5€, ce qui est très faible compte tenu des économies réalisées par rapport à l’achat d’une cuve tampon de 2000l. Par comparaison, en période de chauffe, l’accélérateur qui pulse l’eau chaude dans mon plancher chauffant consomme quatre fois plus que cette pompe et fonctionne 24h sur 24. Par ailleurs, le prix d’achat de ce système est dérisoire : deux bouts de tuyau et une pompe à 15€ (dont la durée de vie est très longue) …

Autre avantage : alors qu’en hiver, j’ai besoin d’utiliser toutes les sources de chaleur disponibles pour le chauffage et l’ECS, en été mon seul souci est de récupérer les calories des panneaux solaires pour l’ECS. J’ai donc installé le pompage du plancher chauffant (émission), l’échangeur du poêle boiler et la pompe à chaleur dans la cuve A, et l’échangeur de l’ECS et celui des panneaux solaires dans la cuve B. De la sorte, je peux « isoler » la partie solaire/ECS de la partie chauffage pour une meilleure efficacité, en supprimant le transfert de chaleur d’une cuve à l’autre.

Sources de chaleur :

a) Pompe à chaleur :

J’ai choisi une PAC air/eau de 13,5 Kw, compresseur Hitachi et échangeur en titane - le reste chinois quelconque (comme toutes les autres …), mais ce n’est que de la tôle, un ventilateur et un peu d’électronique pour la régulation. Le fluide frigorigène (élément important !) est du R410A, avec une capacité de compression supérieure au R407C et qui donc fonctionne mieux par température extérieure froide (jusqu’à -5°C). Il offre par ailleurs l’avantage de ne pas contribuer à la destruction de la couche d’ozone, même si malheureusement c’est un gaz à fort effet de serre… Cette PAC ne porte pas la griffe d’une grande marque, donc, je l’ai trouvée sur internet à 2125€ TTC livré, en triphasé. Un prix très intéressant (env. -50%) comparativement aux devis que j’avais demandé à quelques chauffagistes locaux, et la pompe pour l’instant me donne entière satisfaction.



Le principe de régulation : la pompe se déclenche quand le stock d’eau est à moins de 40°C, et se coupe quand l’eau atteint 45°C. Je peux également ne la faire fonctionner que dans des plages horaires prédéfinies si je le souhaite, et c’est ce que je fais à la mi-saison (tarif nuit). Je ne le fais pas en plein hiver pour deux raisons : d’une part, il arrive que le stock de chaleur ne soit pas suffisant pour « tenir » une pleine journée de chauffage, et d’autre part, le COP diminuant avec la température extérieure, il n’est pas nécessairement intéressant de faire tourner la pompe quand l’air est très froid, en pleine nuit, car le COP se rapproche de 1.
Sur le plan de l’installation elle-même, il y a un capteur de température dans un doigt de gant dans la cuve A. Dès que le seuil bas est atteint, la pompe et son circulateur dédié se mettent en fonction, et pompent l’eau de la cuve A en partie supérieure, pour la réchauffer et la renvoyer en bas de cette même cuve A. C’est cette même eau qui circule dans le plancher chauffant, il n’y a aucune perte d’échange et le système est très simple. 

b) Poêle boiler :

Le principe consiste à équiper un poêle à bois de parois qui servent de réservoir d’eau. Ainsi le bois chauffe la fonte du poêle, et donc la pièce dans laquelle il se trouve, mais aussi un stock d’eau, qu’il faut faire circuler, par exemple dans des radiateurs. Je me suis renseigné sur les poêles boilers en France, et j’ai été très déçu. Peu de choix, des puissances limitées et des tarifs à mon avis exorbitants. Je me suis donc rabattu sur des modèles anglais, trouvés sur internet. Les anglais utilisent apparemment ce système beaucoup plus que les français … Les performances semblent un peu moins bonnes (d’après les pubs françaises …), et les poêles sont livrés sans aucune régulation, mais le prix est sans commune mesure : j’ai obtenu un poêle de 25 Kw pour 600£, soit environ 735€, 800€ avec la livraison.

Le principe: J’ai fabriqué un circuit dédié, avec un circulateur (d’occasion à 5€ dans un vide-grenier), un échangeur (simple couronne de 25m de tube de cuivre, déployée pour échanger davantage et plongée dans la cuve A) et un interrupteur avec capteur de température (15€ chez Conrad, en kit). Quand l’eau est aux environs de 70°C dans le poêle, le circulateur se déclenche et la chaleur se transfère vers la cuve A par le biais de l’échangeur. Dès que la température est trop basse, vers 60°C, le circulateur se coupe et on recommence … Ma cuve A étant située dans la cave juste en-dessous du poêle boiler, j’ai très peu de pertes (2m de tuyau de cuivre isolé).

Pour corser l’affaire, j’avais un peu peur que parfois le salon ne soit pas assez chaud. J’ai donc installé sur ce circuit une vanne trois voies après le circulateur, et une seconde boucle menant à un radiateur d’appoint dans le salon. Quand je le souhaite, je peux basculer, totalement ou en partie, l’eau chaude vers le radiateur pour chauffer davantage le salon : une simple tirette à actionner juste à côté du poêle. Le radiateur est chaud en moins d’une minute…

Ce système est à la fois simple et très efficace, et me permet de chauffer l’eau de la cuve A jusqu’à 60°C en quelques heures. Comme vous le remarquerez, priorité est ainsi donnée au bois sur la pompe à chaleur, puisque celle-ci ne se met en fonction que si l’eau de la cuve est en-dessous de 40°C.

Une critique cependant : en cas de coupure d’électricité, il y a risque que l’eau du poêle boiler se mette à bouillir, puisque le circulateur ne peut plus se déclencher. C’est un problème inhérent à tous les poêles boilers, auquel on remédie en installant un vase d’expansion sur le circuit, ce que j’ai fait.


En bas à gauche, départ et retour de l’échangeur du poêle boiler. A droite, départ et retour de la PAC.

c) Solaire :

A ce jour, le système est prêt pour accueillir l’installation solaire mais elle n’est pas réalisée. Je ferai une mise à jour de ce compte rendu quand tout sera effectué et en service.

J’ai pour l’instant acheté 4 panneaux solaires de 1,5m² sur Le Bon Coin, jamais installés, pour 500€. J’envisage de les installer sur le toit (orienté plein Sud), mais mon toit offre 30° de pente, et après une conversation avec Pierre AMET, il faut que je construise un châssis à 60°… Pour la régulation, fidèle à ma philosophie du « plus c’est simple moins ça tombe en panne », ce sera sans doute un simple interrupteur différentiel de température (15-20€ chez Conrad) qui déclenchera la mise en route de la pompe ou du circulateur, à voir ... Je pense ne pas avoir de problème de surchauffe en dissipant la chaleur dans mon réservoir de 2000l en été, sinon je pourrai toujours installer un radiateur à l’extérieur, histoire de contribuer modestement au réchauffement climatique .
Je pourrai ainsi capter toutes les calories disponibles, que ce soit en hiver ou en été, pour soit chauffer mon logement et préchauffer mon ECS (cuves A+B en hiver), soit préchauffer – voire chauffer complètement – mon ECS en été (cuve B seule).

Préchauffage de l’Eau Chaude Sanitaire :

Comme je disposais déjà d’un chauffe-eau électrique de 200l, l’idée était de préchauffer l’eau à l’entrée du chauffe-eau, pour limiter sa consommation, sachant que les calories produites par mon système de chauffage sont moins chères que les calories produites électriquement par une résistance au rendement douteux …

J’ai donc utilisé un système déjà éprouvé dans ce forum : plonger dans ma cuve B un réservoir, et l’alimenter en entrée sur le réseau, pour conduire la sortie vers l’entrée du chauffe-eau. A nouveau, simple comme j’aime. Avec 2000 l dans mes cuves en hiver, je peux stocker suffisamment de chaleur pour préchauffer de l’ECS sans problème.

Je souhaite utiliser la cuve d’un chauffe-eau de 200l comme réservoir de préchauffage de mon ECS. Je pense qu’avec l’installation du solaire, l’eau chaude sanitaire sera gratuite pour moi en été, et d’un coût très modeste en hiver.

Quand la partie solaire sera terminée, j’enverrai un compte rendu supplémentaire …

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