Le Thermosolaire individuel

Cette production d'énergie devient incontournable, il faut donc l'intégrer dans l'équilibre des énergies de la maison.

Quelques précautions s'imposent, mais pourquoi?

Les perturbations éventuelles proviennent de la nature des matériaux utilisés.

Les capteurs sont, en grande partie, en métal:
- Cadre et dos en aluminium ( très bon conducteur électrique)
- Unités de captage en cuivre et laiton.
- Réflecteurs en acier peint ou en acier Inox.
- Tubulure cuivre ou acier
- Isolation en laine de pierre (ou verre) ou en polystyrène.
- La surface extérieure est en verre structuré. ( dont les surfaces ne sont pas lisses)

L'accumulateur de chaleur:
- Cuve en métal, avec isolation synthétique.
- Plusieurs centaines (ou milliers) de litres d'eau en stock.
- Les organes électriques de régulation.
- Les tubulures cuivre ou acier. 
- La présence de liquide antigel dans le circuit.

Où peuvent se situer les problèmes?

a) Les capteurs modifient la perméabilité du toit à l'échange cosmo-tellurique.
b) Ils véhiculent des champs électromagnétiques provenant des pompes de circulations.
c) Ils en captent d'autres provenant de la maison ou de l'extérieur.
   En Suisse, l'obligation de relier les capteurs à l'équipotentialité des mises à terre fait qu'une perturbation sur une mise
   à terre se répercute partout, dans toutes les structures en métal, et c'est parfois catastrophique. (voir "les champs
   électromagnétiques", à la fin, les courants vagabonds)
d) L'isolation polystyrène capte et emmagasine l'électricité statique.
e) Le verre structuré déforme les ondes cosmiques.
f)  L'accumulateur est une importante masse en métal.
g) Lorsque le thermosolaire est couplé avec le chauffage de la maison, il y a souvent un stockage dans une eau qui n'est
    jamais renouvelée. Or l'eau est fragile, elle ne supporte pas longtemps d'être enfermée elle devient polluée et
    perturbante. dans le chauffage fuel ou gaz, la quantité d'eau est faible, puisque la chaleur n'est produite que durant le
    temps nécessaire au réchauffement du circuit. La chaudière à bois et le thermosolaire peuvent produire de la chaleur
    sans qu'il y aie des besoins, dans ce cas il faut la stocker. Pour un chauffage, ce stock peut dépasser 5'000 litres d'eau.
h) Le circuit d'eau qui va dans les capteurs doit soit être vidé en cas de gel, soit protégé par un antigel. L'antigel
    Monoéthylglycol (MEG, bleu) est un toxique. Le Monopropylèneglycol (MPG, rouge) est nettement mieux, mais reste
    perturbant à une concentration à plus de 20% (-8°C)
 

Ci dessous une installation de 25 m2 et 4'000 litres d'accumulation.
 

12 MM TIMOX APPER, soit   25,44 m2
pour chauffage, ECS, Piscine
 

Le choix de base était de ne pas mettre dans ou sur un lieu de vie des éléments créant des perturbations
électromagnétiques, des masses métalliques ni des véhicules ou produits polluants.
Il fallait limiter au maximum les éléments électriques dans les lieux habités.
Pour le chauffage, il n'a a que la vanne 4 voies et sa commande, le circulateur du circuit secondaire et (par la suite)
le circulateur pour l’eau chaude sanitaire.

L'ensemble du système de chauffage, c'est:
- L'accumulateur.
- Les capteurs solaires.
- Les circuits avec 3 échangeurs eau-eau et Un échangeur air-eau.
- La chaudière à bois en bûches.
- Le Bûcher (env. 20 m3).
- Le co-générateur.
- Le circuit primaire de chauffage des maisons.


Le système doit pouvoir évoluer pour intégrer:
- Une éolienne.
- Des capteurs photovoltaïques.
Pour assurer le fonctionnement du chauffage sans recours au nucléaire.

Le choix a été fait d'intégrer le tout dans un bâtiment nouveau. Le choix de la construction métallique est délibéré, c'est
une cage de Faraday. Une distance de 10 mètres à été choisie pour protéger les bâtiments habités.

La multiplicité des sources de chaleur et des circuits de consommation compliquait sérieusement une installation
classique avec les échanges de chaleur en dehors de l'accumulateur, avec des vannes, des soupapes électriques  et un ordinateur pour gérer le tout.

La simplification s'est faite par un système de giratoire.

Les sources prévues :
1) Chaudière à bûches de bois.
2) Cogénération échangeur de chaleur sur le refroidissement moteur.
3) Cogénération échangeur de chaleur sur échappement.
4) Capteurs solaires, avec échangeur de chaleur.
5) Un circuit de réserve.

Les circuits de consommation prévus :
1) Le circuit primaire du chauffage central.
2) Un échangeur de chaleur pour la piscine.
3) Un aéro-chauffeur pour le hangar
4) un circuit de réserve.
5) un circuit de décharge en cas de surchauffe.

Soit 10 circuits différents. L'accumulateur a donc été prévu pour y connecter 10 circuits.

Le système giratoire:
Comment çà fonctionne ? . . .
Dans le giratoire, tout ce qui passe par là entre dans le giratoire et en ressort où il doit aller.
L’accumulateur, c’est pareil.
Toutes les sources de chaleur y vont, et tous les circuits de consommation y puisent.
La seule différence est que le « cédez le passage à l’entrée du giratoire » est appliqué en fonction de la température du
fluide entrant.

Un avantage certain, il n’y a aucun mélange technique dans les divers circuits. En cas de panne sur un circuit, çà ne peut
pas venir de la vanne machin placée sur le circuit x, là–bas tout au fond.
 
L’accumulateur de 4'000 litres:
Il est construit à partir d’une citerne à fioul.
Il est sur 4 pieds avec silentblocs pour l’isoler complètement du bâtiment.
Isolation en cellulose de bois, épaisseur 200 mm, recouverte d’une bâche plastique.
Diamètre des prises d’eau : 8 circuits en 1’’, 1 circuit 1’’1/4, 1 circuit 1’’1/2.
Toutes les prises d’eau sont équipées de vannes à sphères ce qui me permet de construire les circuits l’un après l’autre,
sans devoir vidanger les 4'000 litres, et en cas de fuite ou de problèmes sur un circuit, de l’isoler immédiatement. La liaison
avec les circuits (production et consommation) de chaleur est assurée par des tuyaux souples en caoutchouc armé. L'accumulateur et ses circulateurs est ainsi isolé électriquement du reste de l'installation.

Question de place, de gravitation et de thermosiphon, il est à l’étage supérieur du hangar, en point haut de l’installation.
C’est une caisse vide, sans serpentins. Lorsqu’il y a des échangeurs, ils sont externe.
Il est en pression atmosphérique, avec un vase d’expansion ouvert placé plus haut que le sommet de l’accu.
Comme c'est l'eau de l'accumulateur qui passe dans les divers circuits, elle est constamment brassée, il y a très peu de
différence de température entre le haut et le bas de l’accu, d’où une capacité de stockage de chaleur plus grande.

Il fallait que le système ne subisse aucun dégâts si la température descend à -10°C durablement et qu'il n'a  personne pour chauffer au bois. Cette perspective a imposé de mettre tout le circuit de chauffage sous antigel (4'500 litres environ).
Cette concentration n'est pas dérangeante géobiologiquement avec la quantité que peut contenir un radiateur.
Ce n'est pas le cas de l'accumulateur...
Les panneaux solaires ont un circuit séparé avec un échangeur de chaleur. La concentration d'antigel y est plus forte (-15°C). L'antigel utilisé est du MPG.
La mise sous antigel a un autre avantage, il y a ainsi une protection anti-corrosion dans l'eau.

Le vase d’expansion :

De 4 à 95°C, l’eau prend 4% de volume en plus.
La variation de niveau du vase est donc de 160 litres.
Il est construit en plastique épais (8mm) soudé, capacité totale 320 litres.
Pour garantir l’absence d’air dans l’accumulateur, le niveau minimum dans le vase est de 20 cm. Le fond du vase est 15 cm
plus haut que le point haut de l’accumulateur.
Le remplissage est assuré par un système de chasse d’eau à flotteur métallique.
S’il faut remettre de l’eau, l’alimentation sera coupée dès que le niveau idéal à froid est atteint.
En chauffant, le niveau va s’élever et noyer le flotteur.
Pour éviter de mettre de l’eau trop chaude dans le vase, il est relié par la base de l’accu, le tuyau de liaison n’étant pas
isolé, le temps que l’eau monte les 2 mètres de tuyau 1’’, elle n’est plus que tiède.

La chaudière à bûches :

Puissance 40 kW, bûches jusqu’à 75 cm de long.
Modèle très basique.
Elle est sous l’accumulateur, dénivelé : 2,5 mètres env.
Elle est couplée à l’accu en 1’’1/2, en thermosiphon (pas de circulateur).
Au plafond, derrière la chaudière, la coulisse venant du bûcher. Au fond, le petit bois.
 

La co-génération :

La maison est, comme beaucoup, raccordée à EDF en monophasé 230V.
Le hangar est équipé d'un atelier de maintenance dont la plupart des machines sont en triphasé 400V. D’où problème…
Mais un problème n’est intéressant que par la solution qui est trouvée. Et c’est une co-génération.
Elle est aussi sous l’accumulateur.
36 kVA en auto-construction.
Moteur FIAT turbo diesel de 1,9 litre 80 CV, prévue pour tourner à l'huile végétale. En attendant, c’est le fioul, hélas.
Alternateur Leroy Somer 36 kVA en couplage réseau. Enfin, pour le couplage, ce n’est pas sûr…  les démarches avec EDF,
ce n’est pas ce qu’il y a de plus simple.
Le circuit de refroidissement  du moteur est indépendant de l’accu. Il est couplé sur un échangeur SWEP 08 eau - eau avec
un circulateur sur thermostat.
Il ne fallait pas que l’eau de l’accumulateur puisse être polluée par le moteur, ni que la rupture d’une durit me vide le
système.
Les gaz d’échappement  passent à travers un échangeur de chaleur air – eau.
Les deux échangeurs sont couplés à l’accu avec un circulateur.

Les capteurs solaires :  
12 MM TIMOX de 2,12 m2, soit   25,44 m2
Ils sont placés sur le toit du hangar, à 60° pour privilégier le fonctionnement en chauffage.
Ils sont couplés en 3 groupes de 4 pièces.
Chaque groupe selon le schéma suivant :
Deux capteurs en série à gauche, raccordements par deux Té, deux capteurs en série à droite.
Chaque groupe est équipé d’une vanne sphérique sur l’entrée pour pouvoir équilibrer les débits des trois groupes.
Ils sont couplés avec un échangeur SWEP 25 à circulation inverse.
Explication : L’échangeur n’a pas de réservoir. C’est deux circuits qui circulent entre des plaques en INOX.
L’eau de l’accumulateur commence à se chauffer avec la sortie du circuit des capteurs, c'est-à-dire avec de l’eau déjà
refroidie.

Plus l’eau de l’accu avance dans l’échangeur, plus elle se chauffe et elle côtoie de l’eau des capteurs de plus en plus
chaude, parce que plus près de l’entrée de l’échangeur.
Avec deux circuits en dynamique la surface d’échange peut être plus petite, mais il faut deux circulateurs.
L’échangeur est sous les capteurs, à la hauteur de la base de l’accumulateur.

Le circuit primaire de chauffage :
Il est sous terre et il relie le hangar, un chalet-studio et la maison.
Ce circuit peut tourner jusqu’à 80 ou 90°C, mais il est efficace dès 25-30°C.
Il est équipé pour un couplage avec le ballon d’eau chaude, en sélection manuelle ou automatique.
Il va jusqu’à la vanne 4 voies des collecteurs de distribution aux radiateurs.

La distribution interne :
Le choix s'est porté sur une distribution vers les radiateurs en parallèle, soit Un collecteur de distribution avec un jeu de
tuyaux pour chaque radiateur. Les tuyaux PE sont intégrés dans les combles (pour la plupart dans l’isolation du plancher
des combles)
Les radiateurs :
Ils ont été calculés pour travailler à basse température.
Avec des températures jour/nuit de 6/3°C, la température de la maison est de 20°C avec des radiateurs à 30°C env.
Les jours sans soleil,
il n'y a que la chaudière qui est en fonction durant 4 à 5 heures par jour. Les jours avec soleil, 1 à 2 heures.
La température de l’accu varie de 40-50°C en fin de chauffage à 25-30°C au moment de relancer la chaudière.

Le but à atteindre est que la chaudière bois ne soit allumée qu’en cas d’insuffisance de chaleur.

L’échangeur pour la piscine :   Deux circuits dynamiques.
L’eau de la piscine passe par la pompe, le filtre à sable puis la cuve de l’échangeur de chaleur.
Côté accu : serpentin acier avec protection polyuréthane, 1 circulateur.

L'échangeur SWEP 25: Sous-ensemble, avec les deux pompes de circulation, des vannes à sphères pour pouvoir
remplacer les pompes ou nettoyer l'échangeur sans vider les circuits.
Le circuit de décharge en cas de surpression, avec récupération.
En blanc, le vase d'expansion. Précontrainte de l'installation: 2 bars

Le tableau de contrôle: Il n'est pas toujours très agréable de devoir sortir de la maison pour connaître la
température dans l'accumulateur ou sur tout autre point des circuits. C'est la raison de ce tableau, situé dans la maison.

Les capteurs solaires  TIMOX de 2,12 m2 pièce. L'inclinaison est de 60°, ce qui correspond à un rendement optimum de
septembre à mars. Le taux de rendement en été est moindre, car les rayons de soleil ne sont pas à la perpendiculaire des capteurs. De cette façon, les capteurs ne sont jamais dans une zone de température critique. Le circuit de sécurité en
cas de surchauffe à été modifié en circuit antigel pour le hangar.

Le choix a été délibérément porté sur une priorité au chauffage. L'eau chaude sanitaire n'est que préchauffée par le
système solaire. C'est le meilleur rendement énergétique.

 

 

 

 
Les capteurs solaires viennent des groupements d'achat du Forum d'auto-construction Apper-solaire.

Avec de nombreux exemples de montage.
www.apper-solaire.org