Éco-construction d'un bâtiment à énergie positive

Ils sont de deux ordres :

• les appareils destinées au chauffage de l'eau chaude sanitaire,

• les appareils destinés au chauffage des locaux.

Elle peut se faire soit pour des maisons individuelles, soit pour des bâtiments collectifs. Le principe de fonctionnement est le même, le seul changement intervenant dans le dimensionnement des surfaces de captage (nombre de panneaux) et de la capacité de stockage.

Le cas le plus répandu dans l'habitat individuel est le CESI^[1] pour Chauffe Eau Solaire Individuel. Il se décline selon deux techniques :

• La production par thermosiphon : le ou les capteurs sont disposées en partie basse et le ballon de stockage est situé plus haut de façon à ce que la circulation du fluide réchauffé par le soleil se fasse naturellement par différence de masse volumique.

• Lorsque les capteurs sont situés en toiture et le stockage au sol (cas le plus général), le fluide est véhiculé par un circulateur et son fonctionnement est régulé par le module hydraulique grâce à un jeu de sondes de températures disposées sur les capteurs et le ou les ballons de stockage

Quel que soit le système, il faut prévoir une énergie d'appoint (résistance électrique ou raccordement à un système hydraulique extérieur : chaudière, PAC^[2]...) pour les jours où la production serait insuffisante. Selon les régions, le taux de couverture solaire peut avoisiner les 50 à 70% (source ADEME^[3]).

Il faut généralement compter une surface de captage de l'ordre de 10% de la surface à chauffer (ex : 10 m² de panneaux pour une maison classique de 100m²) ainsi qu'un système énergétique d'appoint pour gérer l'intermittence.

• Le stockage en dalle épaisse :

  Il s'agit d'un système développé en France par la société Clipsol sous l'appellation « PSD » pour plancher solaire direct. Le fonctionnement est basé sur le principe de l'accumulation et du déphasage dans le temps. La dalle (autour de 20 centimètres d'épaisseur) constitue une masse d'inertie et d'accumulation de calories apportées par un réseau d'eau chaude noyé dans le béton et chauffée par les capteurs. Ceci permet de limiter les pertes dues au stockage en ballon (constante de déperdition) et la restitution à travers des échangeurs.

  Il en existe plusieurs variantes :

  • Le PSDAI^[4] pour Plancher Solaire Direct à Appoint Intégré, raccordé à un système de production d'eau chaude intégré dans le même réseau (chaudière bois, fioul, gaz à eau chaude)

  • Le PSDAS^[5] pour Plancher Solaire à Appoint Séparé (chauffage d'appoint par convecteur associé ou non à un poêle ou un insert bois...)

• Le stockage en ballon : l'hydro-accumulation

  • Dans ce cas, l'inertie est obtenue en stockant l'énergie solaire reçue dans un ballon d'eau de stockage de forte capacité. Le dimensionnement du système est lié à des ratios :

  • Ratio « Surface capteurs »/ »Volume du ballon »

  • Ratio « Surface capteurs »/ »Surface à chauffer »,

  • ...

  L'énergie solaire stockée est ensuite distribuée dans les différentes zones d'émission de chaleur (Plancher chauffant, mur chauffant, radiateurs...).

  Le fonctionnement repose sur deux concepts différents :

  • « Le chauffage du retour » : Une chaudière assure le chauffage des locaux. Le départ de la chaudière va alimenter les radiateurs et accessoirement le ballon en cas de défection du système solaire. Le retour chauffage passe d'abord par le ballon de stockage réchauffé par les capteurs solaires avant de rejoindre la chaudière de sorte que la chaudière fournisse moins d'énergie, voire pas du tout pour maintenir la différence de température Aller/Retour (de l'ordre de 20°C).

  • « Charge et décharge d'un stock » : Les capteurs réchauffent le ballon de stockage et une chaudière intervient en appoint pour maintenir la température à l'intérieur du ballon lors des intermittences de production solaire. Le réseau d'émetteurs (radiateurs, planchers chauffants...) n'est raccordé qu'au stockage hydraulique

• Le couplage SSC / bois, une solution 100% renouvelable

  Le système solaire même avec un stockage présente un caractère intermittent et aléatoire. Tout comme le soleil, le bois délivre momentanément une importante quantité d'énergie en dégageant un minimum de résidus. La combinaison de ces deux énergie couplé à des équipements à forte inertie (hydro accumulation) présente l'intérêt de fournir une solution autonome à base d'énergie totalement renouvelable.

• Éviter les masques : selon l'inclinaison du soleil (saisons), un obstacle (arbre, bâtiment) peut amener des zones d'ombres localisées sur les capteurs. Il est nécessaire de faire un relevé des « masques » éventuels sur l'année avant toute implantation des capteurs.

• Dimensionner les surfaces de captage : un sur-dimensionnement des surfaces de captage n'amènera jamais une autonomie totale de l'installation et deviendra vite coûteux.

• Dimensionner les volumes de stockage : un sous dimensionnement confère une autonomie insuffisante de l'installation et des surchauffes entraînant des décharges hydrauliques intempestives (dépassement de la pression de sécurité).

  Un sur-dimensionnement peut être coûteux et ne pas produire une température de fonctionnement suffisante. Il faut étudier le meilleur rapport coût / avantage.

• « Classiques » : tube de cuivre serti sur une surface sombre sous verre armé,

• « Sous vide » : tubes sous vide remplaçables à l'unité montés en batterie sur un capteur (meilleur rendement en réduisant les pertes par rayonnement, mais plus fragile et plus cher).

• Un captage, un bloc hydraulique comprenant les organes de mesure (débitmètre, thermomètre, manomètre), de sécurité et de régulation (soupape, vannes, circulateur, vase d'expansion) avec un fluide caloporteur composé d'un mélange d'eau et d'antigel avec un bac de récupération externe en cas de décharge hydraulique du circuit.

• Les systèmes « vidangeables » : Le même système mais avec un bac interne pour que l'installation se vide automatiquement lors des périodes de non production (nuit, basse température) et puise à l'intérieur lors des redémarrages. L'eau seule est le fluide caloporteur et présente l'avantage d'éviter les rejets accidentels polluants dans l'environnement.