Dimensionnement du ballon solaire

Nous parlons ici des ballons d’eau chaude sanitaire solaire . Dans le cas des ballons solaires combinés, le dimensionnement est différent car il est généralement intégré à un système de chauffage.

Déterminer les besoins journaliers en eau chaude

La détermination des besoins journaliers en eau chaude sanitaire est la première étape pour choisir son ballon solaire. Cela permet de calculer le volume minimum du ballon d’eau chaude. 

Ce chiffre est difficile à estimer en général. On se base donc sur des consommations moyennes par personne. En 2010, on considérait qu’une personne consommait environ 50 litres d’eau chaude (à 55°) par jour, avec des chiffres variaient de 30 à 80 litres selon les utilisateurs. 

Si vous regarder la base retenue aujourd’hui par le simulateur de l’ INES, il propose un volume de 35 l à 60° par jour et par personne.

Comment évaluer si l’on est gros ou petit consommateur ? Je pose généralement 3 questions : y a-t-il une baignoire utilisée fréquemment (volume de ballon mini 400l sauf cas particulier), les douches durent-elles 5 minutes ou 15 minutes (pour une douche à 40° avec un ballon à 60°, on consomme 4 litres par minute environ), la vaisselle est-elle faite à l’eau courante ?

Si le réseau est particulièrement long, on perd facilement plusieurs litres avant que l’eau chaude arrive au robinet : on remplit les tuyaux d’eau chaude qui reste dans le tuyau, se refroidit et est donc ‘perdue’ si on n’a plus besoin d’eau chaude rapidement.

Cela amène trois remarques :

• isoler les tuyaux d’eau chaude sanitaire est une bonne idée, l’eau du réseau refroidit moins vite,
• on a intérêt à positionner le ballon a proximité de l’endroit où la consommation est la plus discontinue, probablement la cuisine.
• il est judicieux de concevoir dès que c’est possible une habitation ou salle d’eau et cuisine sont proches : cela coûte moins cher au niveau des réseaux, plus courts, et on génère moins de déperdition d’énergie car les tuyaux d’eau chaude sont très courts.

Déterminer le volume du ballon solaire

Généralement, on prévoit un volume de 2 jours de consommations. Pourquoi ?

Dans un ballon solaire, le bas du ballon est généralement (voir les exceptions plus bas) chauffé uniquement par l’énergie solaire : un gros serpentin permet de chauffer à l’endroit ou arrive l’eau froide, donc en bas du ballon. On dimensionne généralement les panneaux pour que leur production de la journée soit nécessaire à chauffer l’eau consommée dans une journée.  Le volume au bas du ballon devra donc représenter sensiblement une journée de consommation.

Si l’ensoleillement n’a pas été suffisant, on utilise dans la partie haute une énergie d’appoint pour être certain que l’eau sera à la bonne température.

La partie chauffée par l’énergie d’appoint est la partie haute du ballon : on y trouve donc la résistance d’appoint et/ou l’échangeur hydraulique. Le puisage d’eau chaude se fait tout en haut du ballon.

Si on avait besoin d’un cumulus électrique de 150l pour avoir de l’eau chaude en suffisance, il faudra donc un volume de 150l, dans la partie haute du ballon solaire que chauffe la résistance, pour disposer d’eau chaude les jours de mauvais temps, le temps de chauffe par résistance électrique étant assez important (voir notre simulateur de temps de chauffe)..

Pratiquement, cela amène donc à retenir un volume correspondant sensiblement à 2 jours de consommation.

Variantes

On conserve le ballon existant

Si l’on conserve le ballon existant et son appoint, on peut utiliser un ballon solaire correspondant à une seule journée de consommation pour alimenter le ballon existant. Cette solution occupe un peu plus de place puisqu’on conserve les deux ballons, mais elle est économique.

On manque de place pour installer le ballon

On peut être amené à réduire la taille du ballon à cause de contraintes de place disponible : pour éviter d’être en pénurie d’eau chaude sanitaire en période de mauvais temps, dans certains ballons, l’appoint électrique est possible ou prévu en partie basse de ballon. Dans ce cas, si l’on veut que le système solaire puisse fonctionner correctement, il est impératif de brancher la résistance d’appoint via une minuterie qui l’autorisera à fonctionner en dehors des heures ensoleillées ainsi qu’en deuxième partie de nuit : on laisse ainsi la priorité au solaire qui peut fonctionner sur l’eau froide.

On dispose d’une chaudière ou d’une PAC

Ces deux systèmes sont capables de fournir l’eau chaude au fur et à mesure du besoin. On peut donc réduire le volume du haut du ballon. On peut donc installer un chauffe-eau solaire plus petit, ce qui permet de réduire le budget.