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Bruxelles Environnement
Formation Bâtiment Durable :
Systèmes d’énergie renouvelable (SER): conception et régulation
Le solaire thermique
Stéphane Barbier
Pulsis
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Objectif(s) de la présentation
● Comprendre la technologie solaire thermique
● Faisabilité
● Principes de dimensionnement en résidentiel et
multi-résidentiel
● Encodage logiciel PEB
● Point d’attention pour la régulation et l’entretien
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1. L’énergie solaire
2. Technologie
3. Faisabilité
4. Dimensionnement
5. Rentabilité Financière
6. Eléments pour le cahier des charges
7. PEB
8. Retour d’expérience
9. Entretien
Plan de l’exposé
4
1. L’énergie solaire
Rayonnement solaire global sur une surface d'1 m², inclinée à 45°, pour une Année Type Moyenne en Belgique +/- 1000 kWh/m²
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Jan Fév Mars Avr Mai Juin Juil Août Sep Oct Nov Déc
kW
h
Source : energieplus-lesite.be
Source : energieplus-lesite.be
Source : energieplus-lesite.be
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Source : solarpraxis.com
● L’ensoleillement annuel en Belgique est en moyenne de 1000 kWh/m2
1. L’énergie solaire
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1. Les usages de l’énergie solaire thermique
Source : stiebel-electron
● (Pré)chauffage eau de piscine (20-30°C)
● (Pré)chauffage eau sanitaire (30-60°C)
● Soutien au chauffage des locaux (20-70°C)
● Chaleur de process (80°-150°C)
● Refroidissement / climatisation solaire
(capteurs sous vide = source chaude > 80°C)
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2. Technologie (solaire thermique)
Source : Viessmann
Les capteurs solaires transforment le rayonnement solaire en chaleur grâce à un
absorbeur (un corps noir caractérisé par des propriétés d'absorption très élevées et
d'émissivité très basse). L'absorbeur transfère la chaleur à un fluide caloporteur
(généralement de l’eau glycolée) circulant au travers de chacun des capteurs
Le fluide caloporteur, circulant dans le circuit primaire, achemine alors l'énergie
solaire depuis les capteurs vers le(s) ballon(s) de stockage
Sous pression
A vidange
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Source : energieplus-lesite.be
2. Technologie (solaire thermique)
• Absorbeurs opaques
Ils ne possèdent ni isolation ni couvercle transparent.
Leur rendement est donc globalement moins bon sauf
s’ils sont destinés à des applications estivales à basse
température (proche de la température extérieure)
● Application type : Piscine
● Avantage : coût réduit
● Désavantage : faible rendement, utilisation estivale
● Coût : <100€/m²
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Source : energieplus-lesite.be
2. Technologie (solaire thermique)
• Capteurs plans vitrés
Capteurs que l’on rencontre le plus fréquemment en application
domestique. Le panneau est isolé pour réduire les pertes thermiques.
● Application type : ECS, Appoint chauffage, piscine,
● Avantage : rapport qualité/prix
● Désavantage : perte de rendement en hiver (T° extérieure faible
● Coût : 200-400€/m²
Source : solarpraxis.com
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Source : solarpraxis.com
2. Technologie (solaire thermique) • Capteurs sous vide
Source : energieplus-lesite
L’isolation de ce type de capteurs est assurée par le vide. Ces capteurs
sous vide ont en général un rendement optique (correspondant au
rendement de production d’eau chaude à une température égale à celle
de l'ambiance) plus faible mais de meilleurs coefficients d’isolation
thermique que les capteurs plans.
● Application type : ECS, Chauffage, process haute température
● Avantage : Réduction des pertes grâce a l’isolation performante
● Désavantage : Sensibilité à la surchauffe
● Coût : 400-800€/m²
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Source : Viessmann
1
4
2
3
5 6
2. Technologie (solaire thermique)
Un système solaire thermique est
composés des composants suivants :
1. Capteur solaire
2. Boiler de stockage
3. Système de régulation
4. Pompe
5. Appoint (chaudière)
6. Vase d’expansion
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2. Technologie (solaire thermique)
• Rendement des capteurs solaires R
end
em
ent
Différence de température entre le capteur et le milieu ambiant [°C]
Capteur plat
Capteur de vide
Absorbeur de piscine 0 – 20 °C Chauffage de piscine
20 – 100 °C Eau chaude et chauffage
> 100 °C Chaleur de processus
Source : solarpraxis.com
13 Source : energieplus-lesite.be
• Réservoir de stockage Thermosiphon
2. Technologie (solaire thermique)
Echangeur externe
Echangeur interne
Echangeur interne,
ballon a stratification
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Source : Tisun,
2. Technologie (solaire thermique)
Avantage du boiler a stratification : l’installation
solaire fonctionne même a faible température et
préchauffe le bas du ballon.
15
Source : blog.elyotherm.fr
2. Technologie (solaire thermique)
● Présence naturelle en faible quantité dans
l’eau de ville
● Développement très rapide >35°C
● Développement dans les eaux stagnantes
● Destruction T°> 50 à 60°C
• La légionellose
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2. Technologie (solaire thermique)
• Régulation solaire : principe
Source : solarpraxis.com
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2. Technologie (solaire thermique)
• Régulation solaire : principe
Source : Viessmann
● Principe fonctionnement :
Boiler unique avec maintien en température de la partie haute du ballon par l’appoint
(ici une chaudière) . Attention aux courants de convection interne au ballon.
► Volume pour le stockage solaire limité (souvent uniquement la partie basse
du ballon, le restant ayant déjà été chauffé par l’appoint).
Source : Viessmann
Source : ballons solaires à
forte stratification, institut
national sciences appliquées
Lyon.
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2. Technologie (solaire thermique)
• Régulation solaire : principe
Source : Viessmann
● Principe fonctionnement :
Ajout d’un boiler dédié au solaire :
► Meilleur rendement car influence moindre des courants interne dans le
premier ballon et volume de stockage pour l’énergie solaire augmenté.
► Attention aux risques de légionellose
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2. Technologie (solaire thermique)
• Régulation solaire : principe
Source : Viessmann
● Principe fonctionnement :
Ajout d’un échangeur de chaleur (interne ou externe au ballon) (= stockage d’eau
morte)
► Plus de risque de légionellose et durée de vie du ballon augmentée, coût du
ballon inférieur.
► Perte de rendement car la température de l’eau dans le bas du ballon est
augmentée (échangeur de chaleur)
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2. Technologie (solaire thermique)
• Régulation solaire : principe
Source : Viessmann
● Principe fonctionnement :
Grandes installations (plusieurs boilers solaires):
► Rendement théoriquement optimal
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2. Technologie (solaire thermique)
• Eléments de sécurité obligatoire
Source : Viessmann
► Norme DIN EN 12975/12976
Mag bij werking open blijven
Spoelen en ontluchten met solair vul- station, spoelen verwijdert vaste deeltjes (vaste deeltjes reageren met Tyfocor)
Ontluchter steeds gesloten, alleen openen bij inbedrijfstelling
Installatievuldruk en voordruk van expansie- vat aanpassen, eventueel voor- schakelvat monteren
Alleen voor bijvullen of voor drukverhoging
Zonnecollector
Opvangvat
Expansievat
Solare handvulpomp Vularmatuur
Luchtafscheider
Boilertemperatuursensor
Collector- temperatuur- sensor
Zonne- regeling
Flexibele aansluitleiding
Solar- Diovicon
Bivalente warmwaterboiler
Ontluchter
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Source : Viessmann
3. Faisabilité d’une installation
● Toiture ► Orientation, inclinaison
► Surface utile, encombrement, obstacles,…
► Remplacement étanchéité, …
► Stabilité
• Chaufferie
► Production combinée ?
► Ancienneté des chaudières ?
► Régulation !
• Liaison toiture - chaufferie
► Gaines techniques ?
► Local technique en toiture ?
• Stockage & distribution ECS
► Réservoirs de stockage
► Boucle de distribution (L, Diam, isolation)
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Source : energieplus-lesite.be
4. Dimensionnement
• Orientation et inclinaison
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4. Dimensionnement
Source : solarpraxis.com
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Source : IBGE
● Ratio de consommation ECS (analyse des besoins) (très variable & moins précis qu’une mesure)
► Centres d’accueil pour personnes handicapées: 80 l/j/pers à 60°C
► Hôpitaux 65 l/j/lit à 60°C
► Maisons de repos 50 l/j/lit à 60°C
► Maisons de repos et de soins 85 l/j/lit à 60°C
► Grands immeubles à appartements 35 l/j/pers. à 60°C
► Logement social : 25 l/j/pers. à 60°C
4. Dimensionnement
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Source : CSTC
Chauffage central dans un immeuble à appartements : débits de pointe et dimensionnement
● NBN EN 806-3 : Spécifications techniques relatives aux installations d'eau destinée à la consommation humaine à l'intérieur des bâtiments
● Etude : dans le cadre du projet TETRA ECS (publication CSTC, comparaison entre les normes et mesures de consommations réelles dans un panel de bâtiments)
4. Dimensionnement
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Source : Cenergie
Pour les installations d’envergure il est indispensable d’effectuer un dimensionnement précis sur la base de mesures in situ.
4. Dimensionnement
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Source : groene-energiewinkel.nl
4. Dimensionnement
• Habitation individuelle
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5. Rentabilité financière
Source : IBGE
Capteurs34%
Structures capteurs
9%Montage capteurs
11%
Stockage chaleur10%
Conduites15%
Régulation4%
Reste3%
Etude14%
Coût moyen « installé » (> 20 m2 plan): 750 – 1.250 €/m2
HTVA hors frais d’étude)
• Exemple : immeuble a appartements
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Source : Cenergie
- Copropriété de 80 appartements
- 90 m² de capteurs solaires et 6 000 l. de stockage
111 393€ TVAC (1392 €/appart)
- Prime Energie D1 - CES : 2500 € par unité de logement + 200
€/m² au-delà de 4 m² par unité, max 50% de l’investissement:
55 697 €
- Investissement net : 55 697€ (696 €/appart)
5. Rentabilité financière
• Exemple : immeuble a appartements
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Source : Cenergie
Bilan Economique
Coût du système solaire 111.393 EUR HTVA
Coûts opérationnels par an 434 EUR HTVA
Subsides 55.696 EUR HTVA
Investissement net après subsides 55.696 EUR HTVA
Investissement net après subsides & remise d'impôt 55.696 EUR HTVA
Economie sur la facture de combustible à l'année 1 5.380 EUR HTVA
Coût par kWh de combustible économisé hors subsides 0,046 EUR/kWh HTVA
Coût par kWh de combustible économisé après subsides 0,023 EUR/kWh HTVA
Temps de retour simple (après subsides) 10,3 Ans
Valeur Actualisée Nette 79.274 EUR
Taux de rentabilité Interne (TRI) 14,1 %
5. Rentabilité financière
• Exemple : immeuble a appartements
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5. Rentabilité financière
Source : Cenergie
Optimum Economique des grands systèmes Fraction
solaire utile (gain net en combustible): 20 à 40 %
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5. Rentabilité financière
• Evaluer la rentabilité en résidentiel
► Production solaire : 200 à 300 kWh générés par m² de panneaux et par an
soit pour une installation type 4m² entre 800 et 1200 kWh.
► Surcout par rapport a une installation classique : 5000€ - 7000 €, mais
soutien (prime) importante.
► Economie annuelle : entre 100 et 150 m³ de gaz économisés chaque année
pour une famille (70 à 100€ compte-tenu du prix actuel du gaz actuel).
► Economie sur toute la durée de vie de l’installation : Prix de l’énergie et
économie annuelle dans 25 ou 30 ans voire plus (durée estimée de
l’installation).
► Temps de Retour : Une dizaine d’année compte-tenu des primes, mais des
économies sur 25, 30 ans ou plus
Au niveau des outils de calcul rapide pour petites installations, il existe:
http://www.apere.org/simulateurs
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5. Rentabilité financière
• Evaluer la rentabilité en multi-résidentiel
► Calculateur Excel téléchargeable en ligne sur le site de BE
► Fonction : pré-dimensionnement d’installations solaires thermique de
production d’eau chaude
► Application : Production ECS pour bâtiments tertiaires, structures d’accueil
et logements collectifs (>300m³/an)
► Objectif : évaluer la faisabilité technique, économique et environnementale
de l’installation
► Résultats Ordres de grandeur
› surface de capteurs, volume de stockage,
› coûts d’investissement, économies d'énergie,
› émissions de CO2 évitées
► Utilisateurs : architecte, bureau d’études, conseiller PEB, installateur,
gestionnaire de bâtiments, responsable énergie, maître d’ouvrage, syndic,…
Quickscan Solaire Thermique
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5. Rentabilité financière
Limites d’utilisation : ● Pas adapté au dimensionnement de chauffe-eau solaires < 20 m²
● Pas prévu pour d’autres applications que la production d’ECS
► Préchauffage de l’eau de bassin
► Soutien de chauffage
► Refroidissement solaire assisté
► …
Logiciels de dimensionnement spécifiques : T*sol, Polysun,…
● Ne considère pas les contraintes techniques propres au bâtiment
► ombrage du champ de capteur
► accessibilité des locaux techniques
► place disponible pour le stockage
► …
• Evaluer la rentabilité en multi résidentiel
Quickscan Solaire Thermique
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6. Eléments de cahiers de charges
• Points d’attention:
● Eléments de stabilité (prise au vent des panneaux, lestage, … a
effectuer selon les normes)
● Etude d’ombrage (prise en compte de l’impact réel de l’ombrage
sur l’emplacement choisi)
● Evaluation des besoins (dimensionnement du système)
● Rendements de l’installation, durée de vie (matériel de qualité)
● Garantie de résultats solaires (pour les grandes installations,
implique l’installation de compteurs et le monitoring)
● Installateur Certifié !
• CDC type : ibge http://documentation.bruxellesenvironnement.be/documents/Energie_Guide_CdCTypeGRS_FR.PDF
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7. PEB
Source : Région Wallonne
« faire mieux que les
exigences réglementaires »
Impact des énergies renouvelables sur le niveau Ew, consommation
d’énergie de l’habitation en construction neuve ou rénovation lourde
● 12point Ew pour les maisons 2,3,4 façades
● Jusqu’à 20 points Ew pour les appartements
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8. Retour d’expérience
Source : Ines - TeleSuiWeb
► Valeur mesurées pour le résidentiel entre 200 et 300 kWh/m².an.
► Pour le collectif, les productivités peuvent dépasser 400 à 500 kWh/m².an, avec un « surdimensionnement
saisonnier» pour certaines installations.
● Pour les CESI, l’extrapolation belge (cas Bruxellois) des données PVGis, INES,
EnergizAir, monitoring personnels montrent des productivités réelles (pertes de
ballon comprises) entre 129 et 200 kWh/m²an, soit entre 10 et 16% de rendement sur
le gisement solaire.
● En 2007, l’Institut National de
l’Energie Solaire (INES) met en
place un système ("TélésuiWeb")
permettant un suivi de l'installation à
moindre coût pour toute installation
solaire.
● En 2013, 415 installations sont
monitorées par ce système, ce qui
permet de visualiser l’énergie
économisée selon le type
d’installation (cf. graphique).
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Source : Apere
● La rentabilité du CESI est d’autant meilleure que la consommation est importante.
Sur base des hypothèses prises, elle est de 17 ans pour des gros consommateurs
d’ECS (180 l) et quasi inexistante pour de plus petits consommateurs d’ECS
8. Retour d’expérience
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8. Retour d’expérience
Source : Cenergie et 3E
● Problèmes (fréquemment) rencontrés
► Absence de suivi/monitoring
► Composants non spécifiquement conçu pour le solaire (= danger !)
► Mauvais dimensionnement (vase d’expansion, etc …)
► Paramétrage de la régulation
► Equilibrage hydraulique (installations collectives)
► Surdimensionnement (perte de rendement importante)
► Thermosiphon sur les circuits glycol et ECS
► Thermosiphon ballon de stockage
► Sonde de température déconnectée/mal connectée (circulation nocturne, …)
► Manque de fluide (fuites non détectées)
► Isolation des conduites endommagées
► Problèmes d’ombrage, d’orientation
● Conclusion : installateur certifié indispensable
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9. Entretien
• Entretien
● MENSUEL :
► Suivi énergétique (relevé des compteurs)
► Contrôle de la pression du circuit (le cas échéant)
► Vérification de l’anode de protection du ballon tampon (le cas échéant)
● TRIMESTRIEL
► Contrôle des pompes et circulateurs
► Inspection visuelle des capteurs
► Vérifier les témoins des capteurs sous vide GETTER (le cas échéant)
► Contrôle de la soupape de sécurité
► Purgeurs d’air (vanne fermée pour purgeurs automatiques !)
● ANNUEL
► Contrôle de l’armoire électrique
► Qualité du fluide (réfractomètre et PH)
► Nettoyage et désinfection des réservoirs (en fonction du risque de légionelle)
► Contrôle des échangeurs à plaques (perte de charge, …)
► Pression du vase d’expansion
► Etat d’isolation des conduites
► Etalonnage et fixation des sondes de température
► Vérification des clapets anti-retour
Source : outilsoslaires.com
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• Entretien
● Installations domestiques : cfr « check up d’un système solaire » Ateliers de la rue Voot
● Installations collectives : cfr guide « grands systèmes solaires » IBGE
9. Entretien
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Outils, sites internet, etc… intéressants : ● Sites Web
► BE Solaire thermique : http://195.244.174.34/Templates/Professionnels/informer.aspx?id=32603
► Apere : www.apere.org et www.smartguide.be (guide des énergies renouvelables)
► BE Guide Batiment durable : www.environnement.brussels/guidebatimentdurable
› G_ENE08 Choisir le meilleur mode de production et de stockage pour le chauffage et l'eau chaude sanitaire
› G_ENE11 Intégrer des installations pour la production d'électricité renouvelable
► Cours sur le sujet : http://www.solairethermique.guidenr.fr/cours_solaire-thermique.php
► www.energieplus-lesite.be
► http://www.solaire-diffusion.eu
● Outils
► Quickscan solaire (cfr site BE)
► Inspection visuelle des capteurs
► http://www.apere.org/simulateurs (petites installations)
► http://www.solaire-diffusion.eu/outils-solaires/dimensionnement-logiciels-en-ligne.html
● CSTC
► NIT 212 : code de bonne pratique pour l’installation des chauffe-eau solaires (payant)
● Certification des installateurs
► Qualiwall www.qualiwall.be
► REScert www.rescert.be
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Références Guide Bâtiment Durable et autres sources :
● Guide Bâtiment Durable: www.environnement.brussels/guidebatimentdurable
[ENE08] Choisir le meilleur mode de production et de stockage pour le chauffage et l'eau chaude sanitaire
[ENE11] Intégrer des installations pour la production d'électricité renouvelable
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Ce qu’il faut retenir de l’exposé
● Gains énergétiques importants
● Importance du dimensionnement
● Importance du matériel de qualité et d’un
installateur certifié
● Primes intéressantes
● Suivi et entretien de l’installation indispensable
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Contact
Stéphane Barbier
Ingénieur HVAC
Pulsis
Coordonnées
: 0486.82.23.24
E-mail : stephane.barbier@pulsis.be
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