Prototype : chauffe eau solaire en auto installation

Jérôme CROCHET
Installation dans le 92
contact : Sur le site

Chauffe eau solaire en auto installation (Version 1)

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Durée du projet

Début du projet : mai 2012

Fin du projet : octobre 2012

Démontage : avril 2013

Préambule

Depuis plusieurs années, je suis sensible au gaspillage en tout genre. Cela se retrouve également sur le gaspillage de l'énergie.

Dans notre société de consommation actuelle, où tout est "consommation", il est parfois un peu difficile de faire une place pour ce genre de geste pour l'environnement.

Je pense qu'il est bon de rappeler, que consommer responsable, c'est :

Je pense qu'il est également bon de rappeler que même si le soleil chauffe l'eau "gratuitement", le fait de gaspiller l'eau chaude n'est pas une bonne idée pour autant : l'eau froide potable est tout de même gâchée, ce qui est tout aussi grave.

Diverses motivations

Depuis quelques années, j'essaye de profiter des énergies renouvelables afin de réduire mon impact environnemental. Mon premier projet a été d'utiliser l'eau de pluie (quand il pleut), pour arroser le jardin (quand il ne pleut pas), ou alimenter les toilettes.

Mais, quand il ne pleut pas, et qu'il y a du soleil, il y a aussi quelque chose à faire. Ça permet d'être content quand il pleut, et quand il fait beau.

J'ai un ami (Xavier) qui m'avait titillé sur la récupération d'eau de pluie, et m'a également sensibilisé à l'utilisation du soleil. Il m'avait rappelé que même "gratuite", il fallait s'abstenir de gaspiller.

Comme à mon habitude, j'aime aborder les sujets factuellement, en faisant des expériences. Certains me diront que ce n'est pas efficace, mais peu m'importe, c'est avant-tout un passe-temps qui permet de joindre l'utile à l'agréable. Là où ça devient efficace, c'est que le fait de pratiquer me fait monter en compétence. Je finis ainsi par maîtriser mon sujet.

Je reviens ensuite sur la théorie, et la confronte à ce que j'ai compris, c'est un bon complément pour parfaire la maîtrise.

Depuis le remplacement de la chaudière par la propriétaire, je n'étais pas forcément satisfait de la production d'eau chaude :

Je suis tombé par hasard sur le site et le forum APPER, qui m'ont prouvé que ce genre de réalisation était réalisable soi-même.. (pour peu qu'on sache faire quelque chose de ses 10 doigts).

J'ai donc entrepris d'acheter du matériel d'occasion, pour mettre en place un chauffe-eau dans ma maison.

Les contraintes

J'habite une maison en location : toutes les installations doivent être réversibles et non destructrices pour le bien.

J'habite une zone proche d'un monument historique, les installations sur le toit nécessitent des autorisations supplémentaires.

Je souhaite utiliser la chaudière comme énergie alternative, mais je ne souhaite pas la modifier : elle est neuve et est sous garantie.

Je souhaite que l'installation puisse être démontée par quelqu'un qui ne sait pas manipuler un chalumeau (toutes les pièces doivent donc être démontable et modifiable hors site).

La mise en place d'un chauffe-eau solaire ne doit pas entraîner un gaspillage de l'eau froide : on mettra en place des vannes pour réduire le débit utile.

On gardera à l'esprit certaines règles de sécurité :

L'étude préliminaire

Le choix du ballon

Mon choix s'est porté sur un ballon d'au moins 300L, qui permettrait d'avoir une autonomie suffisante en cas d'absence de soleil pendant 1 journée. (actuellement ma chaudière a un ballon de 125L, mais étant mal isolé, la chaudière chauffe parfois plusieurs fois par jour).

Il faudra qu'il soit prévu pour le solaire et ait au moins 2 serpentins (le solaire, et l'appoint), une résistance électrique est un plus (pour le jour où on déménagera).

Une isolation supplémentaire sera prévue pour éviter les déperditions de chaleur. Ça ne fera pas beau, mais c'est important, car la dissipation thermique du ballon participe au gaspillage de l'énergie récupérée.

L'emplacement des éléments

Ma maison est exposée au sud vers la rue, par chance, il y a un petit espace vert devant la maison qui communique avec la chaufferie.

Le panneau sera donc installé au sol dans le jardin au plus près de la chaudière. Une ouverture réalisée par le chauffagiste (pour arrivée d'air) sera détournée pour faire passer la tuyauterie. Le ballon solaire sera posé juste à coté de la chaudière.

On réduit ainsi la longueur de tuyaux entre le panneau et le ballon, et aussi entre le ballon et la chaudière.

Le choix de l'inclinaison

Il y a 3 inclinaisons souvent retenues :

Malgré le fait que l'inclinaison à 45° s'imposait, la place disponible devant la maison interdisait cette réalisation, et c'est donc l'inclinaison à 60° qui a été retenue.

Les masques solaires

L'emplacement retenu se trouve entre une partie de la maison (qui masque le soleil le matin), et un arbre (qui masque le soleil l'après-midi..). Ça n'arrange pas notre affaire, c'est orienté plein sud.

Une opération de taille sera réalisée sur l'arbre. On récupérera ce qu'on pourra du soleil, c'est toujours mieux que rien.

Auto-vidange ou pas ?

Sur le forum APPER, beaucoup font l'apologie du Drain-Back comme étant la solution élégante pour aborder le solaire. Drain-back voulant dire que l'eau qui circule retourne dans un réservoir quand le circulateur ne tourne pas.

Les avantages souvent retenus :

Les inconvénients souvent retenus :

Les 2 inconvénients rendent impossible l'installation chez moi (la partie basse est plus basse que l'entrée des tuyaux dans la maison.. et je ne suis pas suffisamment à l'aise avec les chalumeaux pour faire un très bon tuyautage.)

Ma première installation sera faite à l'eau claire pressurisée à 2 bars, et vidangée proprement en hiver.

La soudure et assemblages

Ceci est mon premier projet pour la soudure, je vais donc me contenter d'utiliser des collets battus, et de la brasure étain/plomb. Je n'utiliserai de raccords olive qu'en cas d'absolue nécessité. Les prochaines versions seront sans doute réalisées avec du cuivre-phosphore pour rendre plus solide l'installation. Cela nécessitera un chalumeau performant.

Ballon unique ou ballon série

Tout les personnes averties dans le domaine indique qu'il est préférable de faire du préchauffage solaire sur un ballon, et faire le complément sur l'autre.

Cette solution a l'avantage de totalement dissocier la chaudière de l'installation solaire, elle vivra sa vie.

L'inconvénient quand on a une chaudière avec un ballon intégré dont l'isolation est passable, c'est qu'on dissipe de manière non négligeable, la chaleur récupérée dehors.

Un autre inconvénient : si l'installation part en surchauffe, je grille les deux ballons. Or un des deux ne m'appartient pas.

On mettra donc le ballon de la chaudière au repos, et on utilisera uniquement le ballon de 300L.

Le choix des régulations

Ayant fait des études dans le milieu de l'automatisme, j'ai toujours conservé une approche pragmatique sur ce genre de sujets.

Ma régulation (ou mes régulations) devra être simpliste et modulaire.

Chaque régulation ne fait qu'une seule chose, et ne tient pas compte de ce qui se passe à coté.

Cela permet d'intervenir sur une partie de l'installation sans avoir à tout modifier.

Mon choix s'est porté sur :

La réalisation

L'idée

Un panneau exposé plein sud, posé au sol, incliné pour faire de la production en hiver, et inter-saison.

Un ballon solaire à coté de la chaudière, en parallèle avec le ballon de la chaudière.

Plusieurs régulations indépendantes pouvant gérer :

L'installation sera faite en eau pressurisée sans glycol (vidangée en hiver). On notera qu'il y un problème avec le premier paragraphe : on ne fera pas de production en hiver dans cette première version.

Le matériel utilisé

Le matériel d'occasion :

Le matériel neuf :

L'eau chaude

Lors de la réception de mon ballon d'eau chaude, j'ai pas mal réfléchi, et j'ai souhaité simplifier l'installation : on n'utilisera plus que ce ballon pour faire de l'eau chaude. Cela a impliqué quelques changements sur le circuit d'eau potable.

Raccordement au circuit d'eau froide

Avant d'attaquer les travaux, j'ai constaté que l'installation d'eau froide n'était pas aux normes : le groupe de sécurité avait été remplacé par une soupape tarée 10 bars.

Chauffe eau solaire

Sur le papier, ça semble être plus propre, et moins encombrant. Le chauffagiste ne m'en a fait que des éloges (c'est sans doute moins cher et sans entretien aussi).

Dans les faits, c'est contraire aux normes antipollution en vigueur. La surpression liée à la chauffe se diffuse dans tout le circuit d'eau potable (avec de potentielles contaminations d'eau tiède se trouvant en bas du ballon, se retrouvant dans l'eau froide) : absence du clapet anti-retour. On pourrait également se retrouver avec des précipitations de calcaire dans toute l’installation d'eau froide. Le calcaire précipite dans un ballon d'eau chaude, et doit normalement rester au fond.

Concernant la garantie de la chaudière, on pourra faire une croix dessus, vu que la soupape est tarée 10 bars, alors qu'un groupe en fait 7.

Depuis la remise en place d'un réducteur de pression à l'entrée de la maison, la soupape ne crachait plus. Pourquoi ? Tout simplement car j'ai un réservoir à vessie en guise de chasse d'eau, et qu'il faisait office de vase d’expansion sanitaire.

J'ai donc acheté 2 groupes, pour refaire ça au propre :

Chauffe eau solaire

Sur la photo, l'arrivée se fait par la droite au fond (tuyau en plomb), l'alimentation du ballon de la chaudière se fait par la gauche (tuyau en cuivre), l'alimentation du ballon solaire se fait par un raccord flexible qui ne sera pas muni de vanne jusqu'au ballon : risque de faire péter le ballon si on a fermé cette vanne accidentellement. Ce raccord flexible sera un des rares, il a été choisi pour simplifier l'installation assez difficile d'accès.

Chauffe eau solaire

Ne sachant pas s'il fallait mettre un raccord diélectrique sur l'eau froide ou l'eau chaude, j'en ai mis au 2

L'eau froide arrive par le dessous, et entre dans l'orifice du bas (protégé par un raccord diélectrique)

Le tube en cuivre continue vers le haut pour alimenter en eau froide le thermostat de sécurité. Plus haut, nous avons le circulateur vert pour l'ECS (voir plus bas pour le détail).

La sortie se fait directement à l'entrée du thermostat.

Toute cette installation s'est faite sans soudure : uniquement des collets battus.

Mise en place du circuit d'eau chaude

Afin de faciliter la remise en état de l'installation en partant, j'ai décidé de déposer un tuyau qui avait été fait par le chauffagiste.

Chauffe eau solaire

Pour le remplacer par un raccord, maison, avec 2 grosses vannes.

Chauffe eau solaire

La vanne du bas (rouge) permet d'avoir accès à l'eau chaude de la chaudière, celle du haut à droite (bleue) permet d'avoir accès au futur ballon d'eau chaude (sur la photo, c'est en pression, faut pas ouvrir la vanne bleue, sinon douche :) )

La boucle sanitaire n'a pas été mise en service au début.

A la sortie de la pompe, il y a un clapet anti-retour, afin d'éviter d'avoir de l'eau froide à contre courant (quand on regarde le schéma).

Chauffe eau solaire

Le circuit chaudière

Dérivation de la chaudière

La chaudière étant neuve, il n'était pas question de modifier son fonctionnement.

On va donc simplement, détourner le circuit ECS.

La chaudière était déjà pourvue de 2 vannes 3 voies manuelles (sans doute pour la purge, ou pour une dérivation).

La sélection sur cette vanne se fait en :

On voit donc qu'il manque la position "ballon intégré seul".

On y ajoute une vanne afin de pouvoir couper le nouveau ballon en cas de souci. Et ainsi revenir à la production par le ballon de la chaudière.

La sonde de température de la chaudière sera simplement déportée dans le nouveau ballon. En cas de retour en arrière, il suffira de la remettre à sa place, de manipuler un jeu de vannes, et l'eau chaude sera à nouveau réalisée comme à l'origine.

Le tuyau de départ chaudière vers le ballon sera équipé d'une lyre anti-thermosiphon, cela évitera d'ajouter un élément mécanique.

Mise en service de la partie chaudière

A la mise en pression, quelques surprises :

Une fois ces problèmes réglés, ce circuit est réputé fiable.

Recirculation ECS

Un tube a été tiré depuis la salle de bain jusqu'au ballon, pour fermer le circuit. J'ai fait avec ce que j'avais sous la main, et un bout de tube galva a été installé dans le circuit. (Connerie)

La boucle tourne à heures fixes (on prend nos douches le matin mais pas aux mêmes horaires), elle tourne de 5h30 à 6h30 et de 9h à 10h. Le circulateur est coupé sur consigne de température (aquastat posé sur le tuyau).

Le circuit solaire

Le support de panneau solaire

Le support a été fait en bois, avec des cornières en métal fournies par le vendeur. Le bois a été lasuré afin qu'il ne risque pas les intempéries.

Chauffe eau solaire Chauffe eau solaire Chauffe eau solaire

Une barre de renfort a été rajoutée en diagonale derrière, afin que le support ne se vrille pas avec un coup de vent.

Le panneau pèse 70Kg, nous n'avons pas été trop de 2 pour poser le panneau.

Des plaques ont été ajoutée sur le support pour éviter qu'il s'envole, cela s'est révélé inutile.

Le circuit solaire

Là on attaque les difficultés d'accès, il a été réalisé en plusieurs étapes. Des vannes ont permit de faire des essais de pression sur certaines parties afin de ne pas découvrir toutes les fuites à la fin.

La partie intérieure a été la plus compliquée à réaliser, car l'accès au trou dans le mur se faisait par un passage étroit. Toute la tuyauterie a été faite dans le garage, et assemblée ensuite, quand on a de grandes longueurs, c'est un peu compliqué.

Chauffe eau solaire Chauffe eau solaire

On notera la mise en place d'une lyre anti-thermosiphon, d'un thermomètre (assez pratique pour éviter de se brûler quand l'eau est très chaude).

Diverses vannes ont été inclues entre le circuit d'eau potable et le circuit solaire, il n'y a pas de clapet antipollution, il ne sera mis que quand on passera en glycol.

Une vanne en bas, a été prévue pour la vidange de l'installation, un tuyau est prévu pour envoyer l'eau directement à l'égout, cela évite de patauger dans l'eau quand on met en route.

Des jeux de raccords ont été une vraie source de fuites, et de prises de tête.

Certains raccords devaient être intégralement redémontés pour réparer une fuite.

A l'extérieur, j'ai eu un problème avec le panneau. Initialement dépourvu de raccord, j'ai cherché à souder des raccords avec collet battu prisonnier.

Grave erreur. A la mise en température du tube, le panneau s'est mis à fumer : les joints en caoutchouc ont brulé.

J'ai du me rabattre sur une autre solution : des raccords olive que je déteste pour leur fiabilité douteuse, et aussi pour leur prix en magasin.

Manque de bol, en magasin, les raccords en 22, il n'y en avait pas. Je me suis donc rabattu sur un truc magique qui était vanté comme un produit révolutionnaire et qui était utilisé par les pro.. (j'en rajoute 2 couches ? Ou tout le monde à compris?) : la soudure FROIDE...

Avec hâte de voir l'installation tourner, j'ai acheté ce truc. La mise en pression n'a pas posé de problème, ça fait son travail, visiblement,pas si attrape pigeon que ça ce produit ?

Chauffe eau solaire Chauffe eau solaire Chauffe eau solaire

Le doigt de gant pour la régulation a été fait maison à partir de 2 tubes de diamètres différents (astuce trouvé sur APPER).

L'isolation a été réalisée avec divers tubes et a été doublée (la photo ne représente pas l'isolation finale.)

La régulation

Chauffe eau solaire

La régulation a été mise en place assez facilement, j'ai ajouté un relai de puissance (spécial chauffe-eau) permettant de pouvoir lancer le circulateur indépendamment de la régulation.

Les puristes pourront gueuler quand à la propreté du système, et ils auront raison : toutes les connexions ont été réalisées avec du câble de 230v.. c'est loin d'être propre. Les fils en l'air sur l'installation n'ont pas de potentiel.

Cette régulation est une régulation différentielle, dont le principe est simple : 2 sondes de températures, une pour le ballon, une pour le haut du panneau.

Quand la température en haut du panneau dépasse de 10° celle du ballon, on met en route.. quand la différence repasse sous les 3°, on coupe.

Le réglage par défaut ne fonctionne pas chez moi, car la sonde de bas de ballon n'est pas très précise. J'ai donc un fonctionnement +15° marche, +8°arrêt. La sonde est en effet posée uniquement contre la paroi métallique du ballon (j'ai fais un trou dans l'isolant).

Isolation du ballon d'eau chaude

Dans un premier temps, je me suis concentré sur la partie haute, qui est la partie qui va le plus dissiper la chaleur.

Chauffe eau solaire Chauffe eau solaire

On a l'impression que c'est moche, et que ça ne sert à rien. Il suffit de poser la main sous l'isolant, pour comprendre: la température de la surface du ballon isolé est chaude. Preuve qu'on a évité à des calories de s'échapper

La mise en service

Beaucoup de difficultés à réaliser les raccords filasse, c'est le métier qui rentre, mais j'ai failli tout démonter et revendre.

Ça chauffe, oui, mais vraiment pas beaucoup, on obtient entre 30 et 40° en plein été, je m'attendais un peu à ce résultat. Il n’empêche que j'ai vu le système marcher.

J'avais sous estimé l'impact du débit, et le circulateur (trop puissant), rinçait l'installation à la mise en route. Les vannes initialement prévue entre l'intérieur et l'extérieur ont servie à réduire le débit d'eau (assez chiant à aller régler car difficile d'accès).

Les longueurs de tubes pèsent sur les joins, et quand ceux-ci ne sont pas parfaitement mis à plat.. on fini rapidement à éclater le joint avec la fuite qui va avec.

La consommation en eau chaude

Quand on fait de l'eau chaude gratuitement, on préfère qu'elle soit utilisée au profit d'une eau chaude faite à l'électricité. Attention, ne nous méprenons pas. L'eau chaude du ballon ne doit pas être utilisée en cuisine.

Raccordement du lave vaisselle

Pour être efficace, ce raccordement doit être très court, sinon vu le peu d'eau avalée ce ne sera que de l'eau froide qui sera utilisée, et on aura gaspillé ce même volume en eau chaude.

Sur certains lave vaisselle (dont le mien), le cycle de séchage utilise de l'eau froide pour condenser la vapeur et aidé par le liquide de rinçage qui fait perler l'eau sur la vaisselle.

Alimenter le lave vaisselle à l'eau chaude cassera le séchage : la vaisselle sortira mouillée et très chaude: pas grave il suffit d'ouvrir le lave vaisselle pendant quelques temps après le cycle, voir de couper le cycle de séchage.

Même en hiver, l'usage de l'eau chaude au gaz est un peu plus économique que l'eau chaude chauffée dans le lave vaisselle.

Chauffe eau solaire Chauffe eau solaire

Le raccord fait moins de 2 m en tout, et utilise un trou déjà présent dans la dalle (raccord gaz), ça sera toujours ça de moins à reboucher en partant.

Raccordement du lave linge

Le raccordement du lave linge est un peu plus compliqué :

Pour le moment je n'ai pas souhaité m'occuper du 2ème problème, c'est en cours de réflexion, il faut modifier la machine à laver.

Le premier point est en revanche assez simple à traiter, on utilise un mitigeur de douche (que j'ai acheté dans un vide grenier pour 5€)

La longueur de tuyau sera notre allier ici, vu que l'eau doit être amenée en température progressivement pendant le lavage, afin d'éviter de cuire les saletés

Je vous encourage à lire cet excellent document (comme à chaque fois pour Ramses) : Tout ce qu'il faut savoir sur les machines à laver avec ECS

Bilan de cette première version

Généralités

Je ne m'attendais pas à voir fonctionner le système, et c'est malgré tout jouissif. J'avais sous estimé les masques solaires, et surtout la surface par rapport à l'eau à chauffer.

Le système avait un très bon rendement énergétique (fonctionne à basse température), mais pas efficace pour se laver. La chaudière faisait quelques compléments en été. J'aurai sans doute été un peu plus efficace incliné à 45°.

Mon budget de 1000€ a été emplafonné par les achats de raccords vendus au même prix que l'or dans les magasin de bricolage. C'est scandaleusement cher.

Le coût total de la réalisation est évalué à 2000€.

Ce qu'il faut garder

Le panneau, le ballon et toute la quincaillerie. Ça marche, le principe est bon, on manque juste un peu de puissance.

La recirculation ECS, le principe est intéressant, et ça permet de réduire la consommation en eau. Mais il ne faut pas la réguler comme ça.

Ce qu'il faut changer

L'accessibilité de l'installation doit être revue, aucun raccord, ni vanne ne devrait être derrière le chauffe eau.

Une vanne étrangleuse devra être positionnée à la sortie du circulateur.

La vidange de l'installation doit se réaliser facilement, ce qui a été oublié sur un raccord à l'extérieur.

Tout les points hauts (sans aucune exception) doivent être équipés d'une purge.

Côté ECS, le circuit vers la salle de bain fait 10m de tuyaux qui passent partout.

Le circuit de retour ne fait que 4m en ligne droite. On dissipe beaucoup de chaleur.

La régulation basée uniquement sur la température a amené à vider tout les calories du ballon quand la température d'eau chaude était limite: douche froide assurée, et cave réchauffée:(

Trop peu de puissance solaire face au volume d'eau, il faudrait un 2ème panneau.

Le masque solaire est trop important le matin : un arbre est présent dans la course solaire, il est également important au printemps et en automne, le portail est trop haut

La régulation solaire est trop basique, il existe des régulations plus récentes qui font du pilotage par train d'ondes de circulateur. Cela permet de ne pas couper le circulateur quand la différence de température est faible (un nuage de passage), et permet quand même de récupérer de la chaleur.

Liens

Je ne pouvais pas terminer cet article sans un hommage à 2 communautés :

.: Dernière mise à jour le 17/11/2014 à 11:16:23.

Article original

Vous pouvez consulter l'article original sur le site http://j2c.org. Normalement en cas de modification, l'article publié sur APPER sera remis à jour.