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Installer un chauffage ou un chauffe-eau solaire

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162 pages


De l'installation d'un simple chauffe-eau solaire au système de chauffage avec eau chaude sanitaire, cet ouvrage pose les fondamentaux pour comprendre et s'approprier les connaissances techniques nécessaires à la réalisation d'une installation solaire thermique.



La partie théorie vous permettra de concevoir correctement votre installation (dimensionnement, orientation des capteurs, transport et stockage des calories, régulation, etc.), de choisir le matériel à utiliser, et d'évaluer le montant de l'économie rendue possible par le solaire.



La partie technique présente les réalisations et les témoignages de 5 constructeurs. Les choix techniques et la mise en oeuvre de chaque chantier sont décrits dans le détail, de même que leur rentabilité financière et les améliorations pouvant encore leur être apportées. Les niveaux de difficultés de ces réalisations diffèrent en fonction des compétences des autoconstructeurs : d'une simple installation solaire en direct dans le plancher chauffant gérée par une petite régulation solaire du commerce à l'utilisation d'un stockage intermédiaire dans un ballon d'eau morte associée à une régulation par automate programmable du commerce, ou même directement par ordinateur.



Ce livre s'adresse aux particuliers qui souhaitent se lancer dans l'auto-installation ou simplement maîtriser le vocabulaire technique et comprendre les devis d'installateurs, ainsi qu'aux artisans et installateurs voulant compléter leurs connaissances techniques et découvrir des exemples de réalisations.




  • Partie théorie : Les bases du chauffage solaire


    • Définir ses besoins de chauffage


    • Capter la chaleur


    • Transporter la chaleur


    • Stocker la chaleur


    • Contrôler la chaleur




  • Partie pratique : 5 exemples de réalisations


    • Réalisation n°1 (par Pierre Amet)


    • Réalisation n°2 (par Claude Mandrille)


    • Réalisation n°3 (par Gabriel Gourdon)


    • Réalisation n°4 (par Yves Guern)


    • Réalisation n°5 (par Emmanuel Marguet)






  • Annexe - Programmation d'un automate programmable industriel

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code éditeur : G12857
ISBN : 978-2-212-12857-4
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e Y. Benoit & T. Paradis. − Construction de maisons à ossature bois, en coédition avec le FCBA, 2 édition, 2009.
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Les auteurs sont tous membres eL. Cagin & L. niColas. − Construire en pierre sèche, 2 édition, 2010.eau chaude sanitaire, cet ouvrage pose les fondamentaux pour comprendre et
de l'association pour la promotion s'approprier les connaissances techniques nécessaires à la réalisation d'unesyndiCat national du Béton Cellulaire. − Construire en thermopierre, 2007.
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La première édition de cet ouvrage (© 2008) a fait l’objet d’un reconditionnement
à l’occasion de son deuxième tirage (nouvelle couverture).
Le texte reste inchangé par rapport au tirage précédent.
En application de la loi du 11 mars 1957, il est interdit de reproduire intégralement ou partiellement le présent ouvrage, sur quelque
support que ce soit, sans l’autorisation de l’Éditeur ou du Centre français d’exploitation du droit de copie, 20, rue des
GrandsAugustins, 75006 Paris.
© Groupe Eyrolles, 2008 pour le texte, iSBn : 978-2-212-12279-4
© Groupe Eyrolles, 2010 pour la nouvelle présentation, iSBn 978-2-212-12857-4
PDT-12857.indd 4 16/09/10 10:21Table des matières
Cas concret : comparaison de quatre capteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25Préface viii
Première évaluation : rendement des capteurs
avec DT = 30 °C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Partie théorie : les bases du chauf age solaire 1 Deuxième évaluation : reurs
dans différents montages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Déf nir ses besoins de chauf age 2 Troisième évaluation : capteurs à tubes horizontaux
ou verticaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Puissance et énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
À retenir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32Les différentes unités de mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Applications pratiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Coûts de l’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Transporter la chaleur 33
Calcul des déperditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Inventaire des composants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
Le coeffi cient de déperdition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Le circuit primaire de capteur solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
La température extérieure de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Le circuit secondaire d’utilisation des calories
Applications et résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 pour l’eau chaude sanitaire et le chauffage . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Besoins énergétiques de chauffage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Le choix du fl uide caloporteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
Calcul du besoin énergétique 6 Les propriétés du fl uide caloporteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Les degrés jours unifi és . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Eau + antigel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Applications et résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Besoins énergétiques en eau chaude sanitaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
La circulation du fl uide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36Calcul du besoin énergétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Thermosiphon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Applications et résultats 7
Circulateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Le raccordement des capteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37Capter la chaleur 8
Raccordement avec ajout d’une vanne
L’énergie disponible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 d’étranglement 37
L’orientation et l’inclinaison des capteurs, les masques . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Raccordement en série . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
L. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Boucle de Tickelman . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
L’inclinaison 10 Montage classique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Le surdimensionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 La nature des tuyaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
Le masque solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Les propriétés attendues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Les différents types de capteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 Les matériaux les plus utilisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Capteurs plans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 La tenue en pression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Capteurs à tubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Le raccordement des liaisons 40
Capteurs plans autoconstruits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
L’isolation de la tuyauterie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
Comparaison entre les capteurs plans et les capteurs à tubes . . . . . . . .18 Liaisons extérieures et liaison chaude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Quelques considérations de géométrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18intérieures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Quelques éléments de défi nition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Le dimensionnement de la tuyauterie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41Effi cacité des capteurs solaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Les pertes de charge 41Rendement d’un capteur par la méthode française . . . . . . . . . . . 21
Débit nécessaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42d’un capteur européenne . . . . . . . 23
Pertes dans les tuyaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42Passage d’une méthode à l’autre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Dimensionnement de la pompe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44Autres façons d’utiliser les courbes de rendement . . . . . . . . . . . . 24
Défi nition d’un capteur idéal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Cas particulier du thermosiphon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
V
LLe chauffe_Prelims.indd ve chauffe_Prelims.indd v 66/4/08 10:22:41 PM/4/08 10:22:41 PMInstaller un chauf age ou un chauf e-eau solaire
Le vase d’expansion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45 Cas n° 3 : eau chaude sanitaire solaire,
Circuit primaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 pas de chauffage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Circuit secondaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Cas n° 4 : chauffage solaire, pas de production
d’eau chaude sanitaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70La purge d’air au remplissage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48
Composants de l’installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71
Stocker la chaleur 50 Capteurs solaires plans à effet de serre (insolateur) . . . . . . . . . . . 71
Ballon d’eau chaude sanitaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71Ordres de grandeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50
Transport de l’énergie solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71Le ballon d’eau chaude sanitaire solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50
Une solution à éviter : le ballon unique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Étude de la partie commande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71
Le système optimal : préchauffage de l’eau Ordres à donner en sortie d’API . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
chaude sanitaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Informations en entrée d’API 72
Le choix du volume de stockage « solaire » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Fonctionnement de la régulation chaudière d’origine . . . . . . . . . 72
Fonctionnement du thermostat d’ambiance Le stock de chauffage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
programmable (TA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72Évaluer l’apport solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Équations pour la régulation du chauffage solaire . . . . . . . . . . . . 72Plancher solaire direct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Mise en œuvre de la régulation solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74Synthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Bilan et perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75À retenir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54
Durée des travaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Constats au fi l des mois . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75Contrôler la chaleur 55
Bilan technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Principe de la régulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55
Bilan fi nancier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76Régulation de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Améliorations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Régulations évoluées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Pour conclure 78À retenir 56
Les différentes sondes de température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
Réalisation n˚ 2 (par Claude Mandrille) Les capteurs résistifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
(propos recueillis par Pierre Amet) 79Les capteurs silicium 57
Combinaison de capteurs résistifs Fonctionnement de l’existant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80
et de capteurs silicium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Schéma de l’installation hydraulique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80de électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80Les principaux actionneurs du circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58
Les pompes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Le projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80
Les vannes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Principe de l’installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Programmation de la régulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81Les différents types de régulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59
Composants de l’installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82Régulation analogique 59numérique préprogrammée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Déroulement des travaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82
Automate programmable industriel (API) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Remise en état des capteurs solaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Régulation à base de PC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Installation des capteurs 83
À retenir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Mise en service de l’installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Quelques conseils de câblage et de fi ltrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61 Bilan et perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84
La protection antifoudre 61 Durée des travaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
La protection contre les perturbations Bilan fi nancier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
électromagnétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Bilan technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Le fi ltrage des données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Pour conclure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Partie pratique : 5 exemples de réalisations 65 Réalisation n˚ 3 (par Gabriel Gourdon) 86
Premiers schémas de principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88
Réalisation n˚ 1 (par Pierre Amet) 66 Choix de la technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Réfl exion préalable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67 Principe de l’installation 89
Cahier des charges 68 Déroulement des travaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90
Principe de l’installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68 Installation du capteur et de l’échangeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
Cas n° 1 : la chaudière fi oul prend tout en charge . . . . . . . . . . . . 69de la régulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Cas n° 2 : eau chaude sanitaire solaire Raccordement de l’ensemble . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
et chauffage fi oul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Isolation des circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
VI
Le chauffe_Prelims.indd viLe chauffe_Prelims.indd vi 66/4/08 10:22:41 PM/4/08 10:22:41 PMTable des matières
Montage des tubes sous vide dans le récepteur . . . . . . . . . . . . . . 95 Programmation du Millenium II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
Programmation de la régulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Gestion de la température des radiateurs (V3R) . . . . . . . . . . . . .119
Gde l’échangeur du chauffage (V3CH) . . . . . . . . . . . . . . . .119Des modifi cations nécessaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96
Gestion de l’ eau chaude sanitaire (V3ECS et ChôdOff) . . . . . .119Premiers constats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
Gestion des panneaux (V3PS, C1 et C2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119Augmenter la production de calories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
Gde la boucle d’eau chaude sanitaire . . . . . . . . . . . . . . . .120Un essai d’ombrage avec des stores vénitiens . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121Des sécurités contre la surchauffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Interfaçage et câblage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
Bilan et perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99 Retour d’expérience . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
Bilan technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
Bilan et perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
Bilan fi nancier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
Améliorations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
Bilan fi nancier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123Pour conclure 101
Bilan technique et perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .125
Réalisation n˚ 4 (par Yves Guern) 102 Réalisation n˚ 5 (par Emmanuel Marguet) 126
Principe de l’installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126Choix de l’installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Circuit solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127Évaluation des besoins à partir de la consommation
Circuit de chauffage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128de fi oul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103
Circuit de l’eau chaude sanitaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128Dimensionnement de l’installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103
Description des travaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129Technologie du système autovidangeable (drainback) . . . . . . . . . . . . . 104
Capteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129Drainback sans échangeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .104
Cuve de stockage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131Drclassique avec échangeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105
Échangeurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132Principaux avantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105
Circulateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132Prétendus inconvénients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106
Régulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132Précautions pour l’installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106
Bilan et améliorations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133Principe de l’installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Mesures de température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133Récupération des calories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107
Bilan fi nancier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134Utilisation du chauffage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107
Améliorations 135de l’eau chaude sanitaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108
Pour conclure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136La régulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109
Choix des composants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Annexe – Programmation d’un automate
Diamètre des tuyaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110 programmable industriel 137
Circulateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110 Rappel des notions de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
Eau chaude sanitaire 112
Nature des informations utilisées par les régulations . . . . . . . .137
Chauffage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112 Éléments de logique combinatoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .138
Capteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113
Utilisation d’une sonde PT1000 avec un automate Régulation 115
programmable individuel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139Ballons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115
Montage d’une sonde PT ou QTY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .139Circulation dans le stock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115
Carte d’interfaçage pour sonde PT ou QTY . . . . . . . . . . . . . . . . . .139Échangeur de chauffage 116
Couplage du ballon d’eau chaude sanitaire, Utilisation d’un automate industriel programmable . . . . . . . . . . . . . . . . 139
du tampon et des capteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116 Introduction aux Millenium II et III . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .139
Isolation thermique des tuyaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118 Application à un chauffe-eau solaire différentiel . . . . . . . . . . . . .140
Sondes et vannes trois voies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118 Didacticiel du Millenium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142
VII
LLe chauffe_Prelims.indd viie chauffe_Prelims.indd vii 66/4/08 10:22:41 PM/4/08 10:22:41 PMPréface
Le principe du solaire thermique est de convertir la lumière en chaleur en
réchauffant un liquide caloporteur, par opposition au solaire photovoltaïque, qui permet de
produire de l’électricité. Comme nous le verrons, le solaire thermique offre deux types
d’applications , qui peuvent être combinées : alimenter un système de chauffage de la
maison et/ou chauffer l’eau chaude sanitaire.
Cet ouvrage rassemble les expériences acquises par ses six auteurs dans les réalisations
de leurs installations solaires thermiques. Ils sont membres de l’association pour la
pro1motion des énergies renouvelables (Apper ), et issus d’horizons divers (professionnels
et simples particuliers).
Le solaire, est-ce rentable ?
Il s’agit de la question clef lorsqu’on s’intéresse au solaire. La rentabilité de cette énergie
doit être analysée à court terme et moyen terme, mais aussi à long terme.
Il faut d’abord prendre en compte le coût à court terme et le retour sur investissement.
Par an, 2 000 l de fi oul (équivalent de 20 000 kWh, 12 stères de bois sec en bûches et
3,5 t de granulés de bois) constituent une charge fi xe très importante dans le budget
d’une maison individuelle. Que représente un investissement de 5 000 ou 6 000 € dans
du matériel solaire au regard de ces charges qui croissent sans cesse ?
Sur le long terme, il faut ajouter le coût global du non-agir. La planète va mal, plus
personne ne nie que l’homme en est le principal responsable. Les ressources en énergie
s’amenuisent, les prix des énergies fl ambent, le climat change. Une prise de conscience
rapide et profonde s’impose, qui mène naturellement à ces solutions de type énergie
renouvelable.
Comprendre, s’approprier, réaliser
Comprendre les fondements de la technique, s’approprier les connaissances, et être
capable de réaliser sa propre installation : voici les objectifs que nous nous sommes
fi xés afi n que chacun, en fonction de ses compétences, des moyens et du temps dont
il dispose, trouve les bonnes solutions pour s’équiper en solaire thermique.
L’aspect « pratique », immédiatement applicable de cet ouvrage est primordial. C’est
une évidence pour les cinq expériences décrites dans la deuxième partie du livre, mais
1 Le site de
cela s’applique aussi à la partie théorie, qui permet de démystifi er les différents aspects l’association : www.
apper-solaire.org. Le d’une installation en les présentant de façon claire et précise. Installer un chauffage ou
forum de discussion :
un chauffe-eau solaire propose ainsi une approche aussi exhaustive que possible des
http://forum.appersolaire.org. divers facteurs à prendre en compte pour passer effi cacement au solaire.
VIII
LLe chauffe_Prelims.indd viiie chauffe_Prelims.indd viii 66/4/08 10:22:42 PM/4/08 10:22:42 PMPréface
Chacun ayant ses propres centres d’intérêts, l’ouvrage a été conçu de façon que les
différentes parties puissent être lues indépendamment.
À qui s’adresse ce livre ?
Installer un chauffage ou un chauffe-eau solaire est destiné au particulier désireux de
se lancer dans l’autoconstruction d’une installation, du simple chauffe-eau solaire au
système chauffage + eau chaude, et au professionnel (artisan, installateur) voulant
compléter ses connaissances techniques et découvrir des exemples de réalisations.
Il sera également précieux pour ceux qui désirent s’équiper en solaire thermique et
veulent comprendre les devis d’installateurs, avec le vocabulaire technique qui les
accompagne, de manière à être des interlocuteurs actifs dans la discussion avec les
professionnels.
Un dernier point mérite d’être souligné : le passage au solaire doit être accompagné
d’un travail sur l’isolation de l’habitat. Ainsi, à mesure que nous développons notre
intérêt pour l’énergie solaire, nous redécouvrons qu’« avant de chauffer moins cher,
il faut chercher à chauffer moins ». L’énergie la moins chère, celle qui pollue le moins,
est celle que nous ne consommons et ne gaspillons pas.
J’espère que cet ouvrage répondra à vos attentes.
Pierre Amet
Président de l’association Apper
IX
LLe chauffe_Prelims.indd ixe chauffe_Prelims.indd ix 66/4/08 10:22:42 PM/4/08 10:22:42 PMLLe chauffe_Prelims.indd xe chauffe_Prelims.indd x 66/4/08 10:22:42 PM/4/08 10:22:42 PMPartie théorie :
les bases
du chauf age solaire
Cette première partie présente les bases à des possibilités (le capteur le plus cher n’est
connaître pour concevoir et dimensionner pas forcément le plus effi cace dans votre
une installation solaire. L’installation doit contexte). Le surdimensionnement de la
être conçue en fonction des besoins de la surface de capteur est tentant, mais vous
maison en eau chaude sanitaire (ECS) et en trouverez ici pourquoi il vaut mieux éviter
chauffage. Le budget de chauffage étant de d’ajouter deux capteurs de plus. Pensez
égaloin supérieur à celui d’eau chaude, nous lement que la régulation électronique
partinous intéresserons prioritairement aux sys- cipe très fortement à l’effi cacité du système
tèmes solaires combinés (SSC) – la déclinai- et à sa longévité. Enfi n, la plomberie (tuyaux,
son des différentes solutions proposées en pompes, vannes, etc.) reliant les capteurs et
chauffe-eau simple étant d’ailleurs d’une le lieu d’utilisation a une importance
techniapproche relativement aisée. que et budgétaire à ne pas négliger.
Une analyse de l’ensoleillement local, des Il faut enfi n revenir sur une idée reçue par le
possibilités d’implantation des capteurs béotien que nous avons tous été : «
L’éner(orientation, surface, réglementation locale), gie solaire est gratuite et inépuisable. » C’est
du budget d’investissement et des besoins exact, mais elle n’est pas disponible tous les
en chauffage défi nira ce qui est appelé la jours. Sauf installations spécifi ques avec un
« couverture solaire », c’est-à-dire le pour- très grand stock (sous forme d’une cuve à
centage des besoins de chauffage couverts eau de plusieurs dizaines de mètres cubes),
par l’énergie solaire. le chauffage solaire ne peut être autonome.
Vous allez découvrir au fi l de votre lec- Une installation solaire nécessite donc une
ture qu’une installation solaire est un tout. seconde source de chaleur pour couvrir les
Les capteurs doivent ainsi être choisis et besoins, en particulier lorsque la météo n’est
dimensionnés en fonction des besoins et pas favorable.
1
Le chauffe_ch1.indd 1Le chauffe_ch1.indd 1 66/3/08 2:52:18 PM/3/08 2:52:18 PMDéf nir ses besoins
de chauf age
Évaluer les déperditions thermiques de son habitation, et plus
globalement les besoins énergétiques du foyer.
plusieurs unités : la calorie (cal), le joule (J), Applications pratiquesPuissance et énergie
le wattseconde (Ws) ou wattheure (Wh).
Énergie nécessaire La calorie est une ancienne unité, qui Les dif érentes unités
mesure la quantité d’énergie nécessaire pour un ballon d’eau chaudede mesure
pour élever d’un degré Celsius la
tempéQuelle énergie faut-il pour porter 100 l
Ces quelques pages ont pour but de rature d’un gramme d’eau. Il faut donc
d’eau à une température de 55 °C, en
vous familiariser avec les unités physiques 1 000 cal pour arriver au même résultat
partant de 15 °C ?
couramment utilisées. Leur lecture peut avec 1 l d’eau.
La différence de température étant de sembler ardue au premier abord, mais il
La calorie, le joule ou le wattseconde sont 40 °C ou 40 K (kelvins) : est diffi cile de s’en dispenser si l’on veut
des expressions différentes de l’énergie, comprendre précisément comment fonc- • exprimée en calories, E1 = 40 °C × 100 l mais elles signifi ent la même chose : un tionne un système de chauffage solaire. × 1 000 g = 4 000 000 cal ou 4 000 kcal ;joule est un watt durant une seconde, soit
L’énergie (E) est une puissance (P) appli- un wattseconde. Et un joule, ou un watt- • exprimée en joules, E2 = 4 000 kcal
quée pendant un temps. Prenons un seconde, correspondent à 0,239 cal. / 0,239 = 16 736 401 J ou 16 736,4 kJ ;
exemple : un ballon de 100 l d’eau équipé
• exprimée en wattheure, E3 = 16 736 401 J En matière de chauffage, on utilise surtout
d’une résistance de 1 000 W (1 kW)
met/ 3 600 s = 4 649 Wh ;une quatrième unité, plus facile à
maniputra 4 h 36 pour chauffer de l’eau de 15
ler : le kilowattheure. Il s’agit de l’énergie • exprimée en kilowattheure, E4 = à 55 °C (voir plus bas). Le même ballon
obtenue en 1 h avec une puissance de 4,649 kWh (le kilowattheure permet de équipé d’une résistance de 2 000 W
met1 000 W. manipuler des chiffres moins importants).tra 2 h 18 (soit la moitié du temps) pour
réchauffer ce volume d’eau. Le second Ainsi, un ballon électrique devant chauffer
ballon est plus puissant, mais l’énergie 100 l d’eau de 40 °C et équipé d’une résis-En résumé
mise en œuvre est la même dans les deux tance chauffante de 1 000 W devra
fonccas ; le coût fi nal au compteur électrique 1 J = 1 Ws = 0,239 cal. tionner durant 4 h 36 (4 649 Wh / 1000 W).
est donc identique. 1 kWh = 1 000 W pendant 1 h Le même ballon, équipé d’une résistance
= 1 000 W x 3 600 sLes unités offi cielles du Système inter- chauffante de 1 500 W, devrait
fonction= 3 600 kJnational (SI) sont le watt (W) pour la ner pendant seulement 3 h pour obtenir
= 860,4 kcal.puissance et le joule (J) pour l’énergie. le même résultat (avec un coût en
élecL’énergie est très souvent exprimée dans tricité équivalent).
2
LLe chauffe_ch1.indd 2e chauffe_ch1.indd 2 66/3/08 2:52:18 PM/3/08 2:52:18 PMDéf nir ses besoins de chauf age
Il existe une formule raccourcie pour Autres énergiesCoûts de l’énergie
calculer l’énergie nécessaire à partir du
Le kilowattheure étant l’unité d’énergie Ce type de calcul peut être fait pour
volume et de la différence de
tempérade référence, les fournisseurs tels qu’EDF tous les autres types d’énergie, à partir
ture (DT). Si nous divisons E3 par E1, nous
et GDF expriment et facturent l’énergie du moment où l’on connaît les volumes
obtenons un coeffi cient de 1,16. Ainsi :
consommée par le particulier dans cette et les énergies dégagées.
100 l d’eau × 40 (DT) × 1,16 = 4,6 kWh. unité. Nous pouvons ainsi établir une
• 1 l de fi oul produit environ 10 kWh comparaison entre les différentes sources
d’énergie. En décembre 2007, 1 l de fi oul d’énergie en kilowattheure.
coûte 0,83 € TTC.
Le kelvin
Électricité • 1 kg de bois en bûches produit environ
La différence de température (autre- 3,5 kWh d’énergie (selon les essences de E = P × t, où P est la puissance des
appament dit delta T, ou DT) a pour unité erbois et l’humidité résiduelle). Au 1 jan-reils branchés et t le temps en heure pen-le kelvin (K). Le kelvin est une unité de
vier 2007, un stère de bois coûte entre dant lequel ils sont sous tension. Ainsi un mesure de la température identique
50 et 60 € TTC, et produit entre 1 500 et convecteur électrique de 750 W branché au degré Celsius, à une constante près
2 000 kWh. pendant 5 h aura consommé et dégagé de – 273,15 °C : 0 °C = + 273,15 K. Pour
des différences de température, on a 3,75 kWh.
• 1 kg de granulés de bois produit envi-donc 1 °C = 1 K.
Rappel : P = U × I, où U est la tension et I ron 5 kWh d’énergie (selon les essences
le courant. Dans le même convecteur que de bois, le taux de compression à la
fabrierci-dessus, pour obtenir une puissance de cation, et l’humidité résiduelle). Au 1
jan750 W sous 230 V, il faut faire circuler un vier 2007, 1 kg de granulés de bois coûte Énergie captée par un préparateur
courant de 3,25 A. 0,30 € TTC.
d’eau chaude sanitaire
Avec un prix moyen constaté de
Autre exemple : si nous savons que la 0,12 € TTC/kWh, 5 h de fonctionnement
température de départ, en début de jour- du convecteur coûtent 0,45 €. Coûts comparésnée par exemple, d’un préparateur d’eau
chaude sanitaire solaire est de 20 °C, et Avec ces données, nous pouvons classer
Gazqu’en fi n de journée la température sta- les coûts des différentes sources
d’énerbilisée est de 40 °C, nous avons un écart Là encore, E = P × t. La consommation gie, ramenées à 1 kWh produit. Ce sont
de température de 20 °C. Ce préparateur de gaz étant exprimée en mètres cubes, donc des coûts d’utilisation, hors
invesa une contenance de 300 l. Nous savons GDF a un facteur de conversion tout prêt : tissement initial, et en supposant un
ren3maintenant que l’énergie solaire récupé- E = 11,24 × volume. Ainsi, 1 000 m de gaz dement de 100 %. Les résultats obtenus
rée est de : produisent 11 240 kWh. Le prix moyen (pour début 2007) sont synthétisés dans
constaté est de 0,04 € TTC/kWh. le tableau ci-dessous. E = 300 × 20 × 1,16 = 7 000 Wh (7 kWh).
À l’inverse, en consommant 1 l de
fi oul dans une chaudière à (très) bon
r endement, l’énergie récupérable est de
10 kWh. Cette énergie appliquée sur ces Coûts des sources d’énergie (pour 1 kWh)
mêmes 300 l aurait produit un écart de
température de 10 000 Wh / (300 × 1,16)
Électricité Fioul Pompe à Gaz Bois Bois de Solaire
= 28,7 °C.
chaleur bûche granulés
(g = 3)Dernière remarque : 1 000 / 1,16 = 860, il
faut 1 kWh pour élever 860 l d’eau de 1 °C.
Coût 0,12 0,06 0,04 0,04 0,04 0,04 0,00
On peut ensuite appliquer une simple
1 kWh
règle de trois : pour 10 kWh et 300 l, l’élé- (en €)
vation est de 10 × 860 / 300 = 28,7 °C.
3
LLe chauffe_ch1.indd 3e chauffe_ch1.indd 3 66/3/08 2:52:19 PM/3/08 2:52:19 PMLes bases du chauf age solaire
Puis, à l’aide du tableau reproduit en La température extérieure
page suivante, on recherche, en fonction Coûts actualisés de base
de la température extérieure de base au
Pour déterminer la différence de tempé-Le site http://www.industrie.gouv. niveau de la mer et de l’altitude du lieu
rature servant au calcul des déperditions, fr/energie/ fournit des informations considéré, la température extérieure du
actualisées sur le coût des énergies et nous avons besoin de prendre une tem- site. Ainsi, à 250 m dans le Loiret, on
établit des comparaisons. pérature extérieure de référence. Météo trouve – 9 °C.
France donne, par département, cette
La température ainsi obtenue correspond température extérieure de base, au niveau
à la température minimale constatée du de la mer. Des corrections doivent ensuite
lieu (dépassée au moins cinq fois par an être apportées en fonction de l’altitude Calcul des déperditions
sur une période de trente ans). Les déper-du lieu considéré.
Le calcul des déperditions permet ditions du bâtiment à cette température
Dans un premier temps, il faut repérer sur d ’ obt enir appr o ximativ ement la puis- extérieure vont défi nir la puissance
minila carte de la fi gure 1.1 la température sance nécessaire (on parle bien de male des moyens de chauffage
nécessaide référence du département considéré puissance, non d’énergie) pour mainte- res pour assurer le confort de la maison
du lieu d’habitation, par exemple – 7 °C nir une température intérieure ambiante dans ces conditions extrêmes.
pour le Loiret.donnée en fonction de la température
extérieure.
Applications et résultats Dans un bâtiment, les déperditions
peuvent être estimées par la formule sui- En poursuivant notre exemple du
Loivante : déperditions (en W) = G × V × DT, ret, nous allons prendre deux types de
où G est le coeffi cient de déperdition constructions. La première, récente,
réa3 3(en W/m .K), V le volume chauffé (en m ), lisée en matériaux modernes, est très
-2 °CDT la différence de température entre effi cacement isolée. Elle présente une -4 °C
-5 °Cl’ intérieur – température ambiante – et hauteur sous plafond de 2,50 m et une
-7 °C
-8 °Cl’ extérieur (en °C). surface habitable (à chauffer) de 100 m².
-9 °C
-10 °C À titre de comparaison, la seconde
-12 °C
construction retenue est plus ancienne, -15 °C
Le coef cient de déperdition réalisée avec des matériaux traditionnels
Le coeffi cient de déperdition (G) est dans les années 1950. Elle présente une
donné par la nature de l’habitation chauf- surface habitable équivalente et une
fée. Plus la maison est construite avec des hauteur sous plafond de 2,80 m. Dans les
Figure 1.1
matériaux modernes et isolée de façon deux maisons, la température intérieure Carte de France des températures extérieures
effi cace, plus le coeffi cient est bas. de base, au niveau de la mer. ambiante recherchée est de 19 °C.
Coef cient G de dif érents types de construction
Type de Récente, en Récente avec Doublage des Doublage des Maison en pierre Ferme, mas
construction Monomur doublage des murs de 10 cm murs de 4 cm ou en aggloméré provençal, etc.
de 37 cm par murs de 10 cm de de polystyrène de polystyrène de ciment sans
exemple laine de roche isolation
Date de Après 2000 Après 2000 Années Années Années 1950-1970 Antérieur à
construction 1980-1990 1980-1990 1950
Valeur de G 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8
4
Le chauffe_ch1.indd 4Le chauffe_ch1.indd 4 66/3/08 2:52:19 PM/3/08 2:52:19 PM

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