Si on considère les besoins énergétiques du secteur bâtiment et tertiaire,
on constate que la plus grande part est relative au chauffage. Ceci
est encore plus vrai dans les climats continentaux ou nordiques.
Pour ces derniers, l'irradiation totale annuelle n'est guère différente
de celle des climats continentaux. Par contre, le profil annuel de
la ressource solaire est différent, avec moins de soleil en hiver
est plus en été. Du fait du climat plus rigoureux, la saison de chauffage
y est plus longue, et c'est pendant les mi-saisons que le chauffage
solaire se révèle intéressant. |
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Les contraintes du chauffage solaire
Le soleil n'est pas une source d'énergie régulière, les capteurs ne
produisent de la chaleur que lorsque l'ensoleillement est suffisant.
Les besoins de chauffage sont les plus importants en l'absence de
soleil.
La nuit, les capteurs ne produisent rien, d'où la nécessité d'une
inertie suffisante du bâtiment et d'un stockage de l'énergie.
En hiver, il n'y a pas assez de soleil pour couvrir tous les besoins
de chauffage ; la solution du stockage intersaisonnier rencontre des
barrières techniques et économiques difficilement surmontables ; une
source d'énergie d'appoint s'impose. |
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Pendant la belle saison, la quantité d'énergie solaire
disponible est nettement supérieure aux besoins, le système devra
donc prendre en compte la production d'eau chaude sanitaire afin de
valoriser cette énergie gratuite. |
La problématique du chauffage solaire ne se résume donc pas à dimensionner
une surface de capteurs solaires.
C'est un ensemble complexe qui doit s'adapter au mieux aux caprices
de la météo pour en tirer le meilleur parti, alliant fiabilité, reproductibilité,
adaptabilité et réalisme économique. |
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Les systèmes solaires combinés
Lorsqu'on veut utiliser la chaleur du soleil pour fournir une partie
du chauffage d'une maison, on utilise un système solaire combiné
(SSC) : c'est une installation qui en général utilise deux sources
d'énergie (dans de rares cas trois sources) pour fournir de la chaleur
à deux usages, éventuellement trois si une piscine est raccordée
sur l'installation.
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Contrairement aux CESI, les SSC présentent une grande variété de
schémas hydrauliques. En effet, ils peuvent se différencier par
le type de stockage et la stratification de ce dernier, la nature
de l'émetteur de chaleur, le mode de raccordement de l'appoint,
le mode de production d'eau chaude sanitaire.
Quelques ordres de grandeurs
En première approximation, les besoins de chauffage journaliers
en kWh sont calculés avec la formule :
Besoins = 0.024 B.V. (Tambiante - Textérieure)
Pour une maison de 150 m² (375 m3), cela conduit aux besoins suivants,
pour une température ambiante de 20 °C :
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En comparaison, pour stocker 50 kWh, il faut chauffer
1 m3 d'eau 30 à 73 °C (chaleur volumique de l'eau = 1,16 kWh/m3.K), et
18 m3 de béton de 22 à 26 °C (chaleur volumique du béton = 0,7 kWh/m3.K)
Par ailleurs, l'ensoleillement moyen disponible à Chambéry
sur un plan orienté plein Sud et incliné à 45 ° vaut 1,74 kWh/m².jour
en janvier, 3.45 kWh/m².jour en mars et 4.54 kWh/m².jour en mai, alors
que les températures moyennes extérieures valent respectivement 2.2 °C,
7.2 °C et 13.6 °C.
On constate donc qu'un SSC devra intégrer en général une
capacité de stockage de l'ordre du m3 d'eau et une surface de capteur
d'une quinzaine de m².
Principes de fonctionnement
- Faire travailler le capteur au plus bas niveau de température possible
- Préférer des émetteurs de chauffage basse température (plancher et/ou
murs chauffants)
- Concevoir des schémas hydrauliques qui favorisent des retours "froids"
au capteur
- Éviter de mélanger solaire et appoint (mais attention à ne pas trop
complexifier les schémas hydrauliques)
Principes de dimensionnement
- Chercher à limiter les besoins
o isolation du bâti dans le cas de la réhabilitation
o limitation des consommations d'eau chaude sanitaire (limiteurs de
débits, douches plutôt que bains,…
- Diminuer l'écart entre besoins d'été et besoins d'hiver
- Il n'y a pas de climats à exclure a priori, et pas de lien direct
entre technologies et climats
- Les plages de choix pour l'orientation et l'inclinaison des capteurs
sont relativement larges |
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