Dimensionnement d’un chauffage Solaire

Généralement, un chauffage solaire est couplé à un chauffe-eau solaire et un appoint est nécessaire.

Pour le dimensionnement d’un chauffage solaire, il faut donc combiner (et pas forcément ajouter) les besoins en chauffage et chauffe-eau solaires.

• Pour le dimensionnement des chauffe-eau, on a un détail ici.

• Pour le chauffage, un ratio simple existait, qui est progressivement remis en cause avec les constructions BBC ! Pour 10 m² de plancher chauffant, on comptait 1 m² de panneau solaire. En hiver en approche grossière, on peut compter qu’un m² de panneau génère 500w pendant 4 heures les jours ensoleillés.

Ceci dit, il faudra choisir entre les différentes solutions : système avec ballon d’eau sanitaire et ballon tampon, système avec ballon combiné hygiénique ( un ballon tampon dans lequel passe un serpentin d’eau sanitaire, elle se chauffe en allant, et plancher solaire direct). C’est ce que nous vous proposons de faire à l’onglet suivant : la présentation des différentes solutions de chauffage solaire. Mais restons pour le moment sur la détermination des ordres de grandeurs : surface de panneaux, volume de ballon(s), …

Maintenant, en BBC, on peut/doit réduire la surface de panneaux. Et le gros avantage d’auto-construire son système solaire, c’est qu’on peut procéder par étapes : inutile de prendre trop d’un coup, on pourra ajouter un ou deux panneaux plus tard si on en éprouve le besoin … Car il ne faut pas oublier, que, dans tous les cas de figure, il est impératif de prévoir une autre source d’énergie pour les jours sans soleil : l’appoint est obligatoire.

Pourquoi ? si l’on arrive à produire 50 à 90% de ses besoins en eau chaude selon la localisation et le dimensionnement, pour le chauffage, dont on a besoin à la mauvaise saison, le taux de couverture sera souvent inférieur. L’énergie solaire se pense donc la plupart du temps en ‘économiseur’ d’énergie. Néanmoins, dans certains cas, l’appoint requis est mineur : nous recevons des demandes d’appoint électrique dans nos ballons tampons, car le besoin ressortant des études thermiques dans des constructions BBC indique un besoin durant une à 2 semaines, pour de faibles puissances : un appoint électrique de 6 kw qui fonctionnera quelques jours par an est finalement une solution très économique. Et comme les résistances au delà de 3 kW sont constituées généralement de plusieurs broches, pour 6 kw, on peut disposer d’un appoint de 2, 4 ou 6 kW, selon ce qui est connecté.

Et dans un certain nombre de cas, il est important de penser au stockage de l’énergie collectée en journée : dans le sud-est, par exemple, inutile de chauffer durant les journées ensoleillées, il fait la plupart du temps chaud dehors, par contre dès que le soleil se couche, la température chute et le besoin de chauffage commence à se faire sentir. Ceci est sans doute moins vrai dans les climats plus froid, où l’on peut utiliser immédiatement tout où partie la chaleur collectée par les panneaux solaires. Le dimensionnement du ballon de stockage (ou autre cuve, masse thermique…) est donc à prévoir en fonction du nombre de panneaux retenus et du climat. Là, il y a moyen de faire des calculs complexes ou d’utiliser encore un ratio simple en première approche : 1 m2 pour 100 litres environ. Et comme un autre ratio simple dit 1m² de panneau pour 10m² de plancher chauffant, on arrive assez vite à l’ébauche d’une solution. Restera à déterminer le type de ballon tampon et le type d’apport d’énergie ‘primaire’. J’ai, à ce stade, encore du mal à parler d’appoint car pendant longtemps, c’est tout de même le solaire qui est l’appoint en termes de chauffage.

Mais les maisons BBC changent la donne, même si on a peu de recul ‘opérationnel’. Anecdote pour illustrer ma réserve apparente : sur mon habitation, conçue pour être économe en énergie à une époque où le BBC était encore avant-gardiste, j’ai fait poser des portes vitrées pour les accès extérieurs. Le vitrage 4-16-4 Argon, le top de l’époque, joue parfaitement sont rôle. Mais l’étanchéité au niveau des joints entre l’ouvrant et le dormant s’est dégradée et aucun réglage n’est disponible… J’en suis réduit au joint mousse, comme sur les fenêtres de mon premier appart d’étudiant sous les mansardes Nantaises !

Pour revenir aux maisons BBC, finalement, un appoint électrique de 6 kW dans un ballon tampon qui fonctionnera quelques jours (2 semaines dans un cas récent dans la région Paca) par an est finalement parfois une solution très économique.

• Une installation type ? 6 à 8 panneaux de 2 m², 1000l de stockage en cuve tampon, un chauffe-eau 300 l (soit 150l de volume de confort chauffé par l’énergie d’appoint en cas de mauvais temps). Donc en tout 1300l pour 12 à 16 m2 (optez pour un nombre pair de panneaux, plus facile à installer), et en BBC un peu moins de surface, ou un taux de couverture supérieur.

Voilà les grandes lignes, maintenant, passons aux outils disponibles en ligne pour vos simulations :

• Pour le chauffe-eau, le plus efficace reste le guide de l’ADEME.

• Pour le chauffage, l’INES vous donne accès à ses logiciels simplifiés en ligne, aussi bien en solaire thermique qu’en solaire photovoltaïque, site isolé ou injection réseau.

Ils intègrent en particulier le gisement solaire, et vous pouvez faire de nombreuses simulation de production solaire.

Vous pouvez aussi y télécharger un logiciel de dimensionnement simplifié de système solaire combiné SSC. Mais quand l’ines dit simplifié, il demande beaucoup plus d’informations que d’autres, préparez-vous à un questionnaire en règle sur votre habitation : type d’habitation, ouvertures, murs, planchers, hauteurs sous plafond, chauffage, ecs et ventilation, masques il y a de quoi . Et en plus, vous obtenez un bilan thermique simplifié avant/après installation du SSC!

Ils vous fournissent aussi une bibliographie des logiciels de simulation solaire existant .

Le logiciel Calsol est assez simple d’utilisation.

Quelques indications sur Calsol :

– l’Albedo est d’autant plus faible que l’environnement est sombre : dans le désert, il est voisin de 1, à 0,2 comme proposé par défaut, vous êtes pratiquement sûr de ne pas sous dimensionner,

– le masquage correspond au fait que le soleil est caché par la ligne d’horizon, par un immeuble, un arbre, une montagne,etc. Pour un chauffage, il est important d’être précis, car l’impact d’un horizon encombré peut être important, surtout en hiver. Pour un chauffe eau, c’est beaucoup moins sensible : le gros du travail est fait entre 10 h et 16h, donc s’il n’y a pas d’obstacle dans cette plage horaire, le principal est souvent acquis. Mettre les panneaux en toiture aide beaucoup à réduire les masquages, ce qui n’est pas forcément l’idéal pour le chauffage, pour lequel on gagne à implanter les panneaux avec des angles importants, perpendiculaires au soleil d’hiver.

• Le site de TECSOL vous donne accès à une simulation solaire basée sur la méthode SOLO. C’est une méthode utilisée par de nombreux bureaux d’études en France.

• Et si vous aimez les chiffres et les pages de formules, avec ou sans règle à calcul, voyez aussi le site d’Hervé Silve, dossier solaire. Et comme il est prévoyant, il y a aussi un tableur (aujourd’hui une feuille de calcul électronique, un fichier Excel, un xls, mais demain on dira un ods ou un Open Office !)

Mais bon, les ratios simples sont souvent largement suffisants, sauf pour les installations en collectif : même si certains de ces logiciels intègrent les caractéristiques de votre habitation,ils n’intègrent pas forcément votre mode de vie (température de consommation d’eau chaude sanitaire, heure de consommation, température de confort), ni l’implantation locale de votre habitation, ouvertures au sud, exposition au vent, …

Pensez à l’endroit où vous allez installer cela : pour les ballons, voir les dimensions sur le catalogue général ou sur les fiches techniques.

Pour les panneaux, dimensions sur le catalogue ou les Fiches techniques, plus un petit outil : encombrement des panneaux, valable pour les panneaux GM, MM, PM, pas développé pour les autres, mais l’approche est similair