Qatsite 2.0

Voici les notes que j’ai prises lors de la conférence donnée (dans le cadre de la quinzaine énergie de Habay) par Monsieur Joseph Dejonghe, expert en chauffage solaire actif et passif, membre de l’APERE, et du programme SOLTHERM de la région Wallonne.

La conférence portait principalement sur le système de chauffe-eau solaire. Le solaire combiné, destiné (aussi) à l’aide au chauffage n’est qu’entrevue.

Je remercie Monsieur Dejonghe pour son exposé passionnant et vivant et pour m’avoir autorisé à publier les photos et le contenu de son propos.

NB : Cet article est le résultat de ma prise de note, et n’a en aucune manière été contrôlé par Monsieur Dejonghe. J’assume donc seul les éventuelles imprécisions et autres erreurs grossières.

Allez vous chercher un café et des tartines, c’est parti !

1. Introduction

1.1 Présentation

Depuis 25 ans, Monsieur Dejonghe est propriétaire d’une maison axée tout d’abord sur le chauffage solaire passif (orientation, isolation, inertie thermique, …), puis vers le solaire actif, doublé du chauffage de l’eau sanitaire. A présent, il dispose d’une surface de panneaux et d’un capacité de stockage qui lui permettent de se passer d’une autre source de chauffage de mars à mi-novembre (données 2005), et d’assurer, globalement, 90% de ses besoins en eau sanitaire. Il est en outre, comme je l’ai écrit, expert en chauffage solaire actif et passif, membre de l’APERE, et du programme SOLTHERM de la région Wallonne.

1.2 Construire intelligemment

Il n’y a pas de miracle pour économiser l’énergie et l’argent. La première chose à faire, c’est consommer moins. Chacun d’entre nous devrait d’abord commencer par s’équiper d’une isolation correcte, et par adopter ces gestes qui, au quotidien, réduisent la consommation (et à ce sujet, la conférence du 21 mars sera très utile).

Alors seulement ,le chauffe-eau solaire s’impose naturellement pour aller plus loin.

Construire intelligemment, en effet, c’est la base. Quelques principes évidents devraient présider à toute nouvelle construction. Ce sont des moyens d’avoir de l’énergie solaire passive et de la conserver.

• 1.2.1 L’orientation, d’abord, doit privilégier la présence d’une large surface exposée au sud. Cette façade sera percée de nombreuses ouvertures, qui devront bénéficier d’un ‘pare-soleil’ (renfoncement, toit qui déborde ou autre structure), afin d’éviter les rayons hauts de l’été, et favoriser les rayons bas en hiver. Le nord, bien entendu, sera fort fermé. Mais il faut noter qu’on devra limiter aussi les ouvertures à l’est et l’ouest. En effet, en hiver, ces dernières laisseraient entrer très peu de lumière (et d’énergie), alors qu’en été, les rayons bas, qui pénètrent profondément dans l’habitation, s’y engouffreraient, rendant la maison plus chaude.

• 1.2.2 L’isolation ensuite, devra être très poussée, et s’approcher du standard ‘passif’ : 30 cm d’isolation extérieure (sans pont thermique) pour les murs, 40 cm sous toiture. Pour les maisons neuves, c’est assez simple. Entre l’ossature bois avec isolants ‘sains’, et la construction conventionnelle avec, par exemple, une isolation en blocs de polystyrène, il y en a pour toutes les sensibilités. Pour les maisons existantes dont la façade ne présente pas d’intérêt, on peut facilement placer une sur-couche d’isolation externe. En revanche pour les maisons anciennes, il n’y a pas de solution technique évidente … il faudrait peut-être simplement réapprendre a vivre dedans à la manière dont elles ont été concues. Avec des chambres fraîches et 2 ou 3 pièces plus chaudes seulement (en hiver).

• 1.2.3 La ventilation aussi. Il ne faut pas confondre isolation et capacité de respiration d’une maison. La maison ne doit pas laisser passer son air et son humidité par les murs ! Une ventilation mécanique avec récupération de la chaleur de l’air sortant par l’air entrant est la solution.

Avec ces éléments, une maison unifamiliale tombe à une consommation annuelle de 300 à 500 litres de mazout pour son chauffage. Avec un chauffe eau solaire en plus, le besoin d’un chauffage central disparaît, et un simple petit poêle à pellets assure l’appoint.

2. Solaire thermique : raisons et praticabilité

Le conférencier, avec son installation surdimensionnée de 24 + 3 m² de panneaux, et sa maison possédant une isolation de K45, reçoit sur son toit l’équivalent de 1100 Litres de mazout par an… en rayons solaires. Ce qui lui permet de couvrir près de 90% de ses besoins sanitaires, et de fournir une partie du chauffage.

Une installation plus modeste orientée uniquement vers le chauffage de l’eau sanitaire couvrira raisonnablement 50 à 60%. En Belgique.

2.1 Raison globale.

Lorsqu’on analyse (graphique ci-dessous) la somme des ressources primaires disponibles sur la planète (empilement à gauche), et notre consommation annuelle (cube bleu à droite) , on constate aisément que l’utilisation actuelle de l’énergie ne peut qu’être temporaire. Dans le futur, nos descendants verront l’époque actuelle (depuis la révolution industrielle) comme celle de la découverte, de la surconsommation et de la disparition quasi immédiate des énergies non renouvelables.

Pendant tout ce temps, nous recevons chaque année une quantité incroyable d’énergie solaire. C’est le grand cube jaune, le cadre du graphique.

2.2 Praticable en Belgique ?

Il ne faut pas croire qu’en Belgique, il fait à ce point moche que nous ne pouvons exploiter cette ressource. Le graphe ci-contre montre les données allemandes, où les conditions sont comparables. On y voit qu’une installation de 100m², disposant d’un réservoir thermique de 100m³ (c’est la taille d’un garage) parviendrait à assurer 90% des besoins énergétiques d’une maison. Un jour il faudra sans doute en venir à cela. En attendant, une installation plus modeste (50 m², 10m³) donne déjà un résultat de 60%.

3. Le chauffe-eau solaire : principe et composants

3.1 Principe

Pour chauffer une surface, il n’est pas nécessaire d’avoir un rayonnement solaire direct. Il suffit d’avoir de la lumière. S’en suit une conversion thermique qui chauffe le matériau. En choisissant des matériaux et des formes adaptés, le simple fait d’exposer une surface à la lumière, et de mettre un tuyau au contact de cette surface permet de chauffer le liquide dans ce tuyau. C’est déjà le cas avec un simple tuyau d’arrosage sombre laissé au soleil…

Sous nos latitudes, on considère que par temps dégagé (rayonnement direct) une surface d’un m² reçoit 1000W. Comme si on braquait dessus un spot de 1000W. Si on pondère le tout (couverture nuageuse, cycle des saisons, jour/nuit, etc), on arrive globalement à 1000 kWh par an sur une surface d’un m². C’est l’équivalent de 100 litres de mazout. Il s’agit des chiffres bruts, ‘à la réception’. Des pertes ont lieu par la suite (stockage, échanges, …).

3.2 Fonctionnement du circuit

Il s’agit d’un circuit fermé sous pression en général (ou bien plus rarement un système avec vidange), dans lequel circule un liquide caloporteur, souvent de l’eau avec du propylène glycol. C’est un liquide quasi-alimentaire, très peu toxique. Les composants sont :

• Le capteur solaire
• Le boiler spécifique dans lequel le liquide caloporteur vient réchauffer l’eau.
• Le circulateur, piloté par les sondes du capteur et du boiler.

Lorsque le liquide caloporteur dans le panneau est plus chaud que l’eau du boiler, le circulateur le fait…circuler jusqu’au serpentin où il réchauffe l’eau du boiler. Pendant ce temps le capteur peut chauffer une autre partie du liquide. Et ainsi de suite jusqu’à atteindre l’équilibre ou la température programmée dans le boiler.

Ainsi, un beau jour d’hiver comme aujourd’hui, l’eau dans boiler de Monsieur Dejonghe monte à 50°. Aucun appoint nécessaire. En revanche, s’il fait vraiment très moche et froid, elle ne pourra gagner que quelques degrés, et parviendra à 20° (jamais moins). Un appoint est alors bien entendu nécessaire. La chaudière prend alors le relais (second serpentin placé au dessus). Si il n’y a pas de chaudière, plusieurs options sont possibles. Résistance électrique, ou simplement un chauffe eau au propane, monté ‘derrière’ le boiler, en série.

Il faut aussi savoir que l’eau d’un bon boiler ne perd qu’1 à 2 degrés par 24 heures. Ce qui garantit aussi de pouvoir prendre sa douche matinale dans le confort.

3.3 Le capteur solaire – les bases

• 3.3.1 Structure. Le panneau est composé d’un “boîtier” dans lequel est posé, sur le fond et les parois latérales, un ‘nid’ d’isolant. On fixe dessus un absorbeur, qui est une surface métallique sombre sous laquelle court une fine canalisation. Ensuite, on ferme cette boîte hermétiquement par une vitre (verre simple trempé, pas du double, vu les écarts thermiques).
  

  

  Le joint peut être plus ou moins élaboré pour éviter les ponts thermiques. L’absorbeur (ailette) lui-même est généralement de couleur bleu-nuit (noir pour les anciens). Il est recouvert de minuscules “poils” qui laissent pénétrer la lumière, mais empêchent au maximum la réémission de la chaleur.

• 3.3.2 Durée de vie : les plus anciens ont 25 ans et tiennent généralement bien le coup. Mais quand on les compare à ce qui se fait aujourd’hui, ils apparaissent bien fragiles et bricolés. Les capteurs que l’on pose actuellement sont le fruit d’une technologie mûre, plus performante. On sait qu’ils feront mieux que leurs aînés. 30 ans , 40 ans, ou encore plus ?

3.4 Le capteur solaire – courbe de rendement

Lorsqu’on utilise un capteur solaire standard sous nos latitudes, on est confronté à un problème : lorsque la différence de température s’accroît entre l’air extérieur et l’air à l’intérieur du capteur, l’énergie s’échappe au travers du (simple) vitrage.

Dans des conditions optimales en été, la différence est quasi nulle. Le capteur a alors un rendement de 85% : sur 100 calories reçues par le capteur, 85 sont transmises au liquide caloporteur. Youpi !

Dans des conditions hivernales c’est autre chose. Un beau jour d’hiver, Avec 40° de différence entre le capteur et l’air ambiant… on chute à 60%. En plein soleil.

On a dès lors essayé de contourner ce problème.

• 3.4.1 Mettre tout le capteur sous vide. Les contraintes thermiques et la surface font que les joints ne tiennent pas le coup. Abandonné

• 3.4.2 Thermomax.L’idée est de placer l’absorbeur (c’est à dire la canalisation et ses ailettes) dans un tube sous vide. Le tube obtenu est très performant, très cher, et ressemble un peu à un tube néon avec une pale dedans (ou à un thermomètre géant). Il est aussi équipé d’une soupape de sécurité et l’ailette est orientable. Pratique quand on n’est pas bien orienté. Mais il reste que c’est une solution chère qui ne se justifie pas véritablement pour un simple chauffe eau solaire, où un surdimensionnement compensera la perte. En revanche si on tient à maximiser sa surface (en cas de chauffage solaire par exemple), c’est le top!.

• 3.4.3 Tube de Sydney.C’est une idée médiane : puisque le Thermomax est si complexe (soudure verre/métal), on a développé le ‘Tube de Sydney’ ou ‘CPC’. C’est un peu comme une bouteille thermos autour de l’absorbeur. (Voir schéma) L’avantage de ce système est un gain de performance (moindre que pour le thermomax), mais en revanche, le tube monte à des températures de 230° lorsqu’il est inutilisé, ce qui finit par faire souffrir l’antigel (durée de vie du liquide ramenée à 10 ou 15 ans).

Le schéma ci-dessous montre un comparaison du système classique (vert) et du système Thermomax (pointillé). On constate qu’en été, avec un dT minime le thermomax perd tout son avantage. En revanche dès que le delta augmente, …

3.5 Le Boiler

Où placer le boiler ?

• 3.5.1 Dans une construction existante, le plus simple est de remplacer le boiler par un boiler ‘solaire’. Celui -ci accepte de se connecter aussi à la chaudière présente, et permet, par sa très bonne isolation et sa conception, de maximiser les apports du circuit solaire. En aucun cas, il ne faut conserver l’ancien boiler et faire un branchement en série avec préchauffage solaire dans le boiler solaire, et appoint dans l’ancien boiler. La multiplication des échanges thermiques, de surfaces de perte… entrainent une perte énorme de rentabilité du système.

• . 3.5.2 Dans une construction neuve, une solution élégante est de placer le boiler à l’étage ou au grenier, au plus près des capteurs. Plus le circuit est court, mieux c’est.

4. Mise en oeuvre

4.1 Comment s’équiper en solaire ?

Tout d’abord, évaluer ses besoins ! Il est impératif de couvrir tous ses besoins en été. En effet, lorsque la chaudière n’est pas nécessaire pour le chauffage, c’est une hérésie de devoir la redémarrer pour quelques litres d’eau. Le simple fait de lui faire réatteindre sa température de fonctionnement annihile les économies faites.

4.2 Orientation

Tout d’abord, il faut être sur la course du soleil. C’est à dire entre l’est et l’ouest. L’idéal est le plein sud. Si on s’en écarte, il convient de compenser par un surdimensionnement.

4.3 Placement des capteurs

• 4.3.1 Posés sur un toit incliné (30 à 45°) . Solution la plus simple et rapide pour les toitures existantes. On enlève 4 tuiles, on place 4 fixations, on replace les tuiles, on pose de rails sur les fixations et le panneaux sur les rail. Il ne reste ensuite plus qu’à faire les raccords et à descendre le circuit vers le boiler (tuiles tabatières), ce qui est parfois plus compliqué. C’est simple, rapide et économique (2 jours de travail pour 2 ouvriers). On peut faire plus esthétique, mais ce n’est pas si moche que ça. Idée originale si la descente est compliquée : faire une fausse descente de gouttière.

• 4.3.2 Intégrés sur toit incliné (30 à 45°). Plus cher sur maison existante, mais évident sur nouvelle construction. On prévoit une zone sans ardoise (ou on les enlève), et on pose les capteurs. La procédure est semblable à la pose d’une fenêtre de toit. Un couvreur capable de poser un vélux est capable de poser un capteur. Très esthétique.

• 4.3.3 Sur surface plate : le capteur est monté sur une structure pour l’orienter au sud et en élévation. On peut ici jouer sur des angles plus élevés pour obtenir un rendement plus élevé en hiver (60°, voir infra). Ensuite la structure est lestée ou fixée. Attention aux primes Wallonnes et aux permis requis.

• 4.3.4 Sur pignon ou surface verticale . Il y a une perte de rendement qui devra être compensée. Si on arrive à placer quand même un angle de 60° ou 70°, cela peut être utile en hiver.

4.4 Règlements

Voir le portail de la Région Wallonne (lien en fin d’article).

• 4.4.1 Pour un placement sur un toit classique, le CWATUP (Code Wallon d’Aménagement…) ne requiert plus de permis ni de recours à un architecte. Juste des règles à respecter.

• 4.4.2 Pour un placement sur façade, un permis simplifié est nécessaire.

• 4.4.3 Pour un placement hors bâtiment, il faut un permis complet, avec plan d’architecte.

• 4.4.4 Pour un placement sur un toit plat, la question est plus floue. En l’absence de règle précise, la logique veut que ce soit un toit, donc sans permis, mais il n’y a pas encore de décision précise.

4.5 Dimensionnement

A la louche, il faut compter, pour l’eau sanitaire, entre 1 m²(économe) et 1,7 m²(gourmand) par personne, en orientation sud pour parvenir à subvenir aux besoins en été, et monter à 60 % en hiver.

On peut maximiser son installation en plaçant le lave-vaisselle et une machine à laver sur le système. C’est beaucoup plus économique que chauffer l’eau avec la résistance de l’appareil. Même si on utilise l’eau réchauffée par le système d’appoint en hiver.

Un lave vaisselle reçoit avec plaisir de l’eau à 70°. Pour la machine à laver, il faut installer un appareil de type Aquamix qui permet de sélectionner la température de l’eau. Ainsi lorsqu’on lance une lessive à 30°, on demande à l’aquamix de l’eau à 30° pendant 40 minutes. Ensuite, l’eau passe au froid pour le rinçage.

4.6 Prix

Pour une installation de 4 m² (2 à 3 personnes) de panneau et toute l’installation, main d’oeuvre comprise, il faut compter approx 5500€ Hors TVA.

Mais il y a des primes, toutes cumulables.

• Région Wallonne : 1500€ (+100€ par m² au dela du 5e)
• Province Luxembourg : 400€ (monte à 750 en Brabant W, 600 à Liège)
• Commune : à voir.
• Plus un crédit d’impôt de 40% plafonné à 1280€. Attention : c’est pas une bête déduction fiscale : le fisc vous rembourse effectivement 1280€ sur les impots de cette année là.

On peut s’en sortir aux alentours de 2000€. Pour une facture sanitaire diminuée de moitié à vie (ou presque).

5. La question du soutien au chauffage

Une installation solaire active destinée à soutenir le chauffage de l’habitation doit être conçue dans ce but, dès l’origine.

Le but principal ne sera plus de couvrir les besoins estivaux (inclinaison 30°-45°) mais d’aller chercher les calories hivernales … Pour cela il faut d’une part incliner les capteurs pour un fonctionnement optimal avec des rayons solaires rasants (60°-70°), mais aussi surdimensionner le boiler pour assurer une inertie thermique suffisante (2000 à 3000 litres). Les primes ne suivent pas , mais en revanche les coûts diminuent proportionnellement.

Avec 25 m² de capteurs, une maison fort bien isolée avec chauffage par le sol (basse température) et inertie thermique convenable sera ainsi autonome de mars à octobre. Avec une maison moins bien isolée, ce sera avril -août.

Il est à noter que le chauffage basse température par le sol est le plus efficace (nécessite une eau à 35°). Mais des radiateurs pourront faire l’affaire. Au prix d’une perte d’efficacité (besoin d’eau à 50°).

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6. Infos diverses

• Conférencier : Joseph Dejonghe
• Prise de Note et retranscription : Qat
• Date : 13 mars 2006
• Lieu : Bois des Iles, Marbehan
• Org : Commune de Habay, dans le cadres de la Quinzaine de l’Energie (nom exact ?)
• Liens :
  • Apere. Plein d’info sur les énergies renouvlables et les programmes Belges en la matière
  • Energie en Wallonie : Les primes, les infos, les guichets de l’énergie.

• Remarque : cet article est le résultat d’une prise de note attentive, de la part d’un amateur passablement novice, lors d’une conférence destinée au grand public. Donc si vous avez des commentaires et des remarques, n’hésitez pas à m’en faire part. Ce texte n’engage en rien le conférencier.