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Chauffe-eau solaire en thermosiphon

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Les chauffe-eau solaires thermosiphon sont très répandus dans le monde, mais assez rares en Europe, pour des raisons techniques et/ou esthétiques. Ces produits sont plus simples que les chauffe-eau solaires 'classiques' : pas de régulation, pas de circulateurs...

Comment ça marche ?

Le fonctionnement utilise la dilatation des liquides avec la température : plus un fluide s'échauffe, plus il se dilate. Il devient donc moins dense que le même fluide froid et aura tendance à remonter. C'est le phénomène qu'on observe dans une casserole en train de chauffer : l'eau au contact du fond s'échauffe et remonte alors que celle du haut, qui se refroidit au contact de l'air redescend. Dans un chauffe-eau thermosiphon, on place le ballon plus haut que le panneau, obligatoirement. Le fluide antigel s'échauffe dans le panneau, s'échappe du panneau par la sortie haute qui monte régulièrement jusqu'au haut de l'échangeur. Quand il entre dans l'échangeur, il se refroidit en réchauffant l'eau, et redescend donc en en prenant la sortie basse de l'échangeur et en redescendant par le tuyau 'froid' jusqu'au bas du panneau où il entre se réchauffer. Et la boucle est bouclée, il est en train de se réchauffer et repart pour un tour, tant qu'il y a du soleil.

 

Simple et futé ! Avec des accessoires en moins, ils ne sont donc pas cher, et d'un montage très simple.

A la condition que l'on puisse tirer les tuyaux en pente régulière du début à la fin, que le diamètre soit largement dimensionné et le circuit pas trop long.

Mais, il y a parfois un 'mais' :

- les chauffe-eau thermosiphon monoblocs , avec leur ballon horizontal au dessus des panneaux, sont idéaux pour des installations au sol ou en toit terrasse. Sur un toit, il faut tenir compte du poids du système , en première approche 50 kg par panneau, 100 pour le ballon, plus sa contenance en eau, 30 pour le support et les accessoires. Il faut aussi protéger les canalisations du gel . Quant à l'esthétique de l'ensemble, sauf cas particulier, elle est quand même singulière. Ne seront donc pas les bienvenus très souvent...

- les chauffe-eau thermosiphon à éléments séparés sont beaucoup plus intéressants : fonctionnant sur le même principe, ils présentent l'avantage que l'on positionne généralement le ballon (horizontal ou mieux : vertical)  à l'intérieur de l'habitation, les panneaux étant eux, en contrebas et pas trop loin.

Par exemple on fournit 10 mètres de tuyau pour faire l'aller et le retour, qu'on considère comme un maximum. On prend de l'inox annelé de diamètre nominal 20 mm (soit 28 mm en diamètre extérieur, qui équivaudrait plus ou moins à du tuyau lisse de diamètre 18 mm (selon les sources, l'impact de l'ondulation est plus ou moins importante, je n'ai pas encore trouvé le résultat du test !), c'est un minimum pour le diamètre, un maximum pour la longueur avec ce diamètre, à condition d'avoir une bonne pente, de l'ordre de 20°. Le tuyau lisse serait mieux, mais comme il faut du métal, il faut savoir travailler le cuivre. Si vous avez, n'hésitez pas, un diamètre 18 ou 22 sera top.

Comme c'est très intéressant, certains clients tentent plus long, et avec des pentes de 10°. Nous n'avons pas de retour d'information sauf une fois , visiblement l'exception : le client nous a recontacté pour acheter le circulateur et la régulation car il trouvait son thermosiphon pas assez efficace). Dans ce cas, notre position est simple : tentez le coup UNIQUEMENT avec un ballon vertical, si cela fonctionne de façon satisfaisante, tant mieux. Mais prévoyez que ça peut ne pas fonctionner assez efficacement (mettre du temps à s'amorcer, ou ne pas y arriver du tout) et pour cette éventualité, réservez le budget pour une régulation et un circulateur.

L'exception : ne tentez pas le coup avec un ballon horizontal si vous utilisez son appoint intégré : s'il a un appoint en service, le circulateur transférera la chaleur générée par l'appoint du haut vers le bas du ballon quand le circulateur fonctionne. Le fluide ressortira du ballon un peu plus chaud que le bas du ballon, reprendra une dizaine de degrés dans les panneaux, pas suffisant pour être assez chaud, et le système s'arrêtera, avant de redémarrer.

Hormis "l'exception", une installation en thermosiphon est extrêmement simple et efficace quand la configuration s'y prête.

Dans 'configuration', il ne faut pas oublier non plus qu'il est important que le ballon d'eau chaude sanitaire soit au plus près des points d'utilisation : c'est une question de confort et d'économie d'énergie. A chaque utilisation d'eau chaude, on doit d'abord évacuer l'eau froide dans le tuyau. Plus la distance est élevée et plus le diamètre du tuyau est grand, plus on attend l'eau chaude, plus on jette de l'eau froide, et plus on laissera se refroidir de l'eau chaude dans les tuyaux une fois qu'on a fini. Pour un tuyau de diamètre 16 intérieur, on est à environ 1/3 de litre au mètre. Imaginez 8 mètres, et 10 utilisations par jour, cela fait 24 litres par jour, donc pour un ballon de 200 l plus de 10% de pertes, sans compte le désagrément d'attendre l'eau chaude au robinet, en regardant l'eau couler au fond de l'évier, du lavabo, de la douche. Inutile donc de s'obstiner à faire un chauffe-eau solaire thermosiphon si la configuration de l'habitation ne s'y prête pas.

Mais si elle s'y prête, surtout n'hésitez pas ! Moins cher, moins d'électronique, plus facile à poser, rien à redire, c'est l'idéal.

 

Et les ballons thermosiphon ? On entend souvent parler de ballons thermosiphon quand quelqu'un recherche en fait un ballon horizontal, généralement à échangeur annulaire.

Ces ballons se prêtent effectivement bien à des installations thermosiphon, ils offrent une excellente stratification en début de chauffe, une stratification moins bonne en fin de journée quand on a consommé environ la moitié du volume d'eau. Ils sont souvent utilisés dans des installations monobloc. Il faudra éviter d'utiliser un appoint intégré à ce ballon, ou alors le monter sur minuterie pour qu'il fonctionne après la journée de soleil (cf les explications plus haut). C'est par contre une excellente solution sans appoint et donc généralement en préchauffage d'un chauffe-eau 'classique' : l'eau sortant du ballon horizontale alimente le ballon 'classique', qui n'a plus qu'à fournir, seulement en cas de besoin besoin, un complément d'énergie.

A noter que les ballons horizontaux double enveloppe (ou à échangeur annulaire) peuvent aussi être utilisés dans des systèmes à circulation forcée, mais dans ce cas, la stratification n'est 'pas excellente', donc c'est à retenir seulement si l'on est en préchauffage, donc dans une configuration de ce type , et que l'on ne peut pas faire autrement, le ballon vertical du schéma étant de loin préférable.

Mais ce ne sont pas les seuls ballons à fonctionner en thermosiphon : nos ballons verticaux fonctionnent parfaitement en thermosiphon,et en particulier, ils permettent d'inclure un appoint par poêle bouilleur, fourneau bouilleur, chaudière, grâce à la possibilité de les choisir avec un deuxième échangeur. Et dans ce cas, aucun problème à avoir un appoint intégré : l'appoint se fait au dessus de la zone de l'échangeur solaire, il n'y a donc pas d'interférence défavorable.

 

Un exemple :

Un chauffe-eau solaire monobloc, mon premier essai, en préchauffage ou économiseur, il alimente le ballon électrique 200 l de l'habitation. Son appoint (fourni d'office par le fabricant) n'est pas raccordé.

Avantages : simplicité, coût et pose facilitée, il fonctionne sans électronique ni circulateur, idéal pour le site isolé.

Inconvénient : l'esthétique est souvent critiquée à juste titre, car l'intégration au site n'est pas toujours heureuse; ce n'est pas toujours le cas : sur la photo prise en exemple, le seul endroit d'où le ballon est visible est le fenestron de la salle de bain qu'on voit en arrière plan, chênes en face et à droite, la toiture cache le ballon de la façade rue; d'autre part, le ballon est exposé au gel, ainsi que les canalisations d'amenée d'eau froide et de départ d'eau chaude. La problématique est différente dans le cas de pentes de toit plus importantes, car le ballon peut être posé facilement en intérieur, plus haut que les panneaux. Dans ce cas on parle de 'chauffe-eau solaire en thermosiphon à éléments séparés', par opposition au chauffe-eau solaire thermosiphon monobloc.

Par exemple on fournit 10 mètres de tuyau pour faire l'aller et le retour, qu'on considère comme un maximum. On prend de l'inox annelé de diamètre nominal 20 mm (soit 28 mm en diamètre extérieur, qui équivaudrait plus ou moins à du tuyau lisse de diamètre 16 mm, c'est un minimum pour le diamètre, un maximum pour la longueur avec ce diamètre, à condition d'avoir une bonne pente, de l'ordre de 20°) Le tuyau lisse serait mieux, mais comme il faut du métal, il faut savoir travailler le cuivre. Si vous savez, n'hésitez pas, un diamètre 18 ou 22 sera top. Certains clients tentent plus long, nous n'avons pas de retour, mais dans ce cas, notre position est simple : tentez le coup, si cela fonctionne de façon satisfaisante, tant mieux. Mais prévoyez que ça peut ne pas fonctionner assez efficacement (mettre du temps à s'amorcer, ou ne pas y arriver du tout) et en prévision, réservez le budget pour une régulation et un circulateur...

Mais, il y a parfois un 'mais' :