Guide ECS Solaire 2011

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Sommaire des annexes (sur CDROM)

1. Les diffrentes phases du montage dun projet

2. tude de faisabilit ou pr-diagnostic solaire

3. Gnralits sur le rayonnement solaire

4. Caractristiques des principaux outils de calculComparaison logiciel CESCMontage projet

5. Influence des paramtres

6. La scurit sanitaire des installations

7. La protection antipollution

8. La rception des installations

9. Le maintien des performances

10. Fonds chaleur

11. Rfrences bibliographiques

12. Glossaire

En partenariat avec :

Guide de conceptiondes installations

Productiondeau chaude

sanitairecollective par nergie

solaire

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ADEME20, avenue du GrsillBP 90406 I 49004 ANGERS CEDEX 01

www.ademe.fr

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Lademe en brefL'Agence de l'Environnement et de la Matrise

de l'Energie (ADEME) participe la mise en

oeuvre des politiques publiques dans les

domaines de l'environnement, de l'nergie et

du dveloppement durable. Afin de leur

permettre de progresser dans leur dmarche

environnementale, l'agence met disposition

des entreprises, des collectivits locales, des

pouvoirs publics et du grand public, ses

capacits d'expertise et de conseil. Elle aide

en outre au financement de projets, de la

recherche la mise en oeuvre et ce, dans les

domaines suivants : la gestion des dchets, la

prservation des sols, l'efficacit nergtique

et les nergies renouvelables, la qualit de l'air

et la lutte contre le bruit.

LADEME est un tablissement public sous la

triple tutelle du ministre de l'Ecologie, du

Dveloppement durable, des Transports et du

Logement, du ministre de l'Industrie, de

l'Energie et de l'Economie numrique et du

ministre de lEnseignement suprieur et de

la Recherche. www.ademe.fr

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Ce Guide, document collgial de rfrence, appuy sur lesconnaissances les plus rcentes de nos experts nationaux,propose une dmarche simple et concrte pour concevoir,dimensionner, mettre en uvre et exploiter les installationscollectives de production d'eau chaude sanitaire par l'nergiesolaire.

Cette dmarche est base sur l'exprience et les bonnespratiques.

Il dcrit les tapes ncessaires l'laboration d'un projet concretd'eau chaude solaire collective. Pour chaque tape et pourchaque fonction, sous ensemble ou composant d'installation, lespoints cls sont dfinis sous forme de prconisations oud'exigences, afin de rendre ce document le plus oprationnelpossible d'un point de vue pratique.

Il est particulirement destin aux ingnieurs-conseils, auxbureaux d'tudes, aux services techniques des matres d'ouvrage,aux installateurs, aux exploitants et aux formateurs spcialiss.

Dans un large souci de promouvoir la qualit des installations solaires thermiques collectives(efficacit, durabilit, fiabilit), lAgence De lEnvironnement et de la Matrise de lEnergie,Electricit de France et Gaz de France, ont confi lAssociation ICO, sous la coordination du Bureau dEtudes Techniques ADRET, la rdaction dun guide professionnel pour laconception et la mise en uvre des installations de production dEau Chaude Sanitaire (ECS)par lnergie solaire.

Ont particip son laboration : Les Bureaux dEtudes Techniques : ADRET, AFIMEC, HOLISUD, ITF, TCEP INES Education LInstitut National des Sciences Appliques de Toulouse La socit PNEUMATEX Le cabinet dtudes ALPHEEISALPHEEIS en a assur la ractualisation 2011.

Coordination ADEME R. Morlot : SRER - VALBONNE F. Coroller : SCPT - Ple Communication VALBONNE

Ralisation Graphie 4 - VALLAURIS

Imprim grce au procd CTP avec des encres vgtalessur papier recycl certifi colabel Europen

ADEME Editions - 2011 - ISBN 978-2-35838-044-7

Crdit photos : ADEME, Roland BOURGUET - ADEME BOURGOGNE, LANGUEDOC ROUSSILLONCUS Habitat - ENERPLAN - TECSOL - Claudia ZERRATE

Directions rgionales Adresses Tlphone Tlcopie

ALSACE 8, rue Adolphe-Seyboth - 67000 STRASBOURG 03 88 15 46 46 03 88 15 46 47

AQUITAINE 6, quai de Paludate - 33080 BORDEAUX CEDEX 05 56 33 80 00 05 56 33 80 01

AUVERGNE 63, boulevard Berthelot - 63000 CLERMONT-FERRAND 04 73 31 52 80 04 73 31 52 85

BOURGOGNE 1c, boulevard de Champagne - Tours lithis - BP 51562 - 21015 DIJON CEDEX 03 80 76 89 76 03 80 76 89 70

BRETAGNE 33, boulevard Solferino - CS 41 217 - 35012 RENNES CEDEX 02 99 85 87 00 02 99 31 44 06

CENTRE 22, rue dAlsace-Lorraine - 45058 ORLANS CEDEX 1 02 38 24 00 00 02 38 53 74 76

CHAMPAGNE-ARDENNE 116, avenue de Paris - 51038 CHALONS-EN-CHAMPAGNE CEDEX 03 26 69 20 96 03 26 65 07 63

CORSE Lot 3F, Le Licanto - route de Vazzio - CS 9002 - 20700 AJACCIO CEDEX 04 95 10 58 58 04 95 22 03 91

FRANCHE-COMT 25, rue Gambetta - BP 26367 - 25018 BESANON CEDEX 6 03 81 25 50 00 03 81 81 87 90

LE-DE-FRANCE 6-8, rue Jean-Jaurs - 92807 PUTEAUX CEDEX 01 49 01 45 47 01 49 00 06 84

LANGUEDOC-ROUSSILLON Rsidence Antalya - 119, avenue Jacques-Cartier - 34965 MONTPELLIER CEDEX 2 04 67 99 89 79 04 67 64 30 89

LIMOUSIN 38 ter, avenue de la Libration - BP 20259 - 87007 LIMOGES CEDEX 1 05 55 79 39 34 05 55 77 13 62

LORRAINE 34, avenue Andr-Malraux - 57000 METZ 03 87 20 02 90 03 87 50 26 48

MIDI-PYRNES Technoparc Bt. C - Rue Jean-Bart - BP 672 - 31319 LABGE CEDEX 05 62 24 35 36 05 62 24 34 61

NORD - PAS-DE-CALAIS Centre Tertiaire de lArsenal - 20, rue du Prieur - 59500 DOUAI 03 27 95 89 70 03 27 95 89 71

BASSE-NORMANDIE BP 210 - 14209 HROUVILLE-SAINT-CLAIR CEDEX 02 31 46 81 00 02 31 46 81 01

HAUTE-NORMANDIE Les Gales du Roi - 30, rue Gadeau-de-Kerville - 76100 ROUEN 02 35 62 24 42 02 32 81 93 13

PAYS DE LA LOIRE 5, boulevard Vincent Gche - BP 90302 - 44203 NANTES CEDEX 02 02 40 35 68 00 02 40 35 27 21

PICARDIE 67, avenue dItalie - Immeuble Apotika - 80094 AMIENS CEDEX 03 03 22 45 18 90 03 22 45 19 47

POITOU-CHARENTES 6, rue de lAncienne-Comdie - BP 452 - 86011 POITIERS CEDEX 02 05 49 50 12 12 05 49 41 61 11

PROVENCE - ALPES - CTE DAZUR 2, boulevard de Gabs - BP 139 - 13267 MARSEILLE CEDEX 08 04 91 32 84 44 04 91 32 84 66

RHNE-ALPES 10, rue des meraudes - 69006 LYON 04 72 83 46 00 04 72 83 46 26

GUADELOUPE Immeuble Caf Center - Rue Ferdinand-Forest - 97122 BAIE-MAHAULT 05 90 26 78 05 05 90 26 87 15

GUYANE 28, avenue Lopold-Heder - 97300 CAYENNE 05 94 31 73 60 05 94 30 76 69

MARTINIQUE Zone de Manhity - Four Chaux Sud - 97232 LE LAMENTIN 05 96 63 51 42 05 96 70 60 76

RUNION Parc 2000 - 3, avenue Thodore-Drouhet - BP 380 - 97829 LE PORT CEDEX 02 62 71 11 30 02 62 71 11 31

Reprsentations dans les Territoires dOutre-Mer Tlphone Tlcopie

NOUVELLE-CALDONIE BP C5 - 101, promenade Roger Laroque- 98844 NOUMA CEDEX 00 687 24 35 19 00 687 24 35 15

POLYNSIE FRANAISE BP 115 - 98713 PAPEETE CEDEX 00 689 46 85 15 00 689 46 86 00

SAINT-PIERRE-ET-MIQUELON BP 4217 - 97500 SAINT-PIERRE-ET-MIQUELON 05 08 41 12 56 05 08 41 39 50

Centre de PARIS - VANVES

27, rue Louis-Vicat

75737 PARIS CEDEX 15

Tl. : 01 47 65 20 00

Fax : 01 46 45 52 36

Centre dANGERS

Sige social

20, avenue du Grsill - BP 90406

49004 ANGERS CEDEX 01

Tl. : 02 41 20 41 20

Fax : 02 41 87 23 50

Centre de VALBONNE

Sophia Antipolis

500, route des Lucioles

06560 VALBONNE

Tl. : 04 93 95 79 00

Fax : 04 93 65 31 96

Bureau de BRUXELLES

Maison des nergies renouvelables

63-67 rue dArlon

1040 BRUXELLES - Belgique

Tl. : 00 322 546 19 80

Fax : 00 322 401 68 68

Les implantations de lADEME

PRODUCTION DEAU CHAUDE SANITAIRE PAR NERGIE SOLAIRE I GUIDE DE CONCEPTION DES INSTALLATIONS COLLECTIVES

Pour commander nos ditions payantes, consultez notre catalogue interactifwww.catalogue-ademe-editions.com

1Production deau chaude sanitaire collective par nergie solaire I Guide de conception des installations

Dans le contexte de rduction des missionsde gaz effet de serre engag par la France(facteur 4 lhorizon 2050), les filiresBtiment et Energies Renouvelables sestructurent. Avec lavnement de la RT2012,le mode de pense de ces filires volue vers une refonte des modes constructifs,obligeant construire plus performant avecles Energies Renouvelables.

Le temps est dsormais venu de concevoirlnergie solaire non plus comme uneopportunit, mais bien comme unencessit. Energie inpuisable, lnergiesolaire thermique est particulirement bienadapte la production de chaleur, destination dusages aussi varis que leauchaude sanitaire, le chauffage, ou dans une moindre mesure le rafrachissementsolaire des btiments.

Facteur de russite indispensable cettenouvelle tape, le concept dexcellencenergtique et environnementale, dclinpar des exigences de qualit vis--vis desinstallations solaires thermiques, est crucialpour forger le capital confiance accord latechnologie par la matrise douvrage.

La qualit passe tout dabord par la mise enuvre de matriels prouvs en termes deperformance et de durabilit, conformes auxexigences normatives et rglementaires aussibien europennes que franaises, ce quepropose aujourdhui le march dans ledomaine du solaire thermique. Mais la qualitpasse galement par la comptence desacteurs, comme les installateurs (les

rfrentiels de formation et de qualificationse renforcent actuellement), et la matriseduvre.

Au regard de ces objectifs dexcellencenergtique et environnementale, lespremiers retours dexprience du FondsChaleur, issu du Grenelle de lEnvironnementpour permettre latteinte des objectifs 2020,montrent le besoin de prciser les bonnespratiques requises chaque phase du projet,pour la conception, le dimensionnement,linstallation et la maintenance dinstallationssolaires thermiques collectives de qualit.Cest galement partir du constat desretours du terrain que lADEME a fait lechoix de rendre obligatoire le suivi desperformances des installations, gage de bonfonctionnement et dconomies dans letemps, car tout ce qui se mesure samliore.

Destin aux Bureaux dEtudes et ServicesTechniques de la Matrise dOuvrage, ralisen concertation avec lassociation ICO etsous la plume dALPHEEIS, cet ouvrageactualis doit permettre la diffusion surlensemble du territoire, des schmashydrauliques dinstallations solaires collectivespour la production dEau Chaude Sanitairereconnus performants par lADEME. Enidentifiant clairement les points cls matriser pour rpondre aux exigences dequalit attendues, le guide doit contribuer la pleine satisfaction des matres douvrage, et la reconnaissance du solaire thermique parles utilisateurs comme une source deproduction de chaleur fiable, performante etincontournable.

Prface

Rmi ChabrillatDirecteur adjoint de la Direction Excutive desProgrammes (DEP)

PRFACE ........................................................................................................................................................................................................1SOMMAIRE GNRAL............................................................................................................................................2INTRODUCTION ....................................................................................................................................................5

1. LEXAMEN DOPPORTUNIT ........................................................................................................................................................71.1 LES LMENTS FAVORABLES UNE PRODUCTION DECS SOLAIRE ......................................................................................................8 1.1.1 Les motivations ......................................................................................................................................................................................................................8 1.1.2 La nature et le profil des consommations dECS ..................................................................................................................................................8 1.1.3 Le potentiel solaire du site................................................................................................................................................................................................9 1.1.4 Les possibilits dimplantation des capteurs ............................................................................................................................................................9 1.1.5 Les possibilits dimplantation du stockage ..........................................................................................................................................................10 1.1.6 Outil daide la dcision ................................................................................................................................................................................................11 1.1.7 Le prdimensionnement de linstallation solaire ................................................................................................................................................11

1.2 LES ORDRES DE GRANDEUR UTILES CONNATRE ........................................................................................................................................12 1.2.1 Surface de capteurs..........................................................................................................................................................................................................12 1.2.2 Cot dinvestissement ......................................................................................................................................................................................................12 1.2.3 Consommations dECS ....................................................................................................................................................................................................12 1.2.4 Environnement ....................................................................................................................................................................................................................13

2. LTUDE DE FAISABILIT..............................................................................................................................................................152.1 LOBJECTIF DE LTUDE DE FAISABILIT ......................................................................................................................................................................16

2.2 LVALUATION FINE DES BESOINS ET DES PROFILS DE CONSOMMATION....................................................................................16 2.2.1 Les besoins dECS dans l habitat ..............................................................................................................................................................................17 2.2.2 Les besoins dECS dans les htels et les centres de vacances......................................................................................................................17 2.2.3 Les besoins dECS dans les tablissements de sant ........................................................................................................................................182.3 LE DIMENSIONNEMENT DE LINSTALLATION SOLAIRE ..................................................................................................................................18 2.3.1 Objectif ....................................................................................................................................................................................................................................18 2.3.2 Critres de dcision et contraintes ............................................................................................................................................................................18 2.3.3 Le logiciel TRANSOL ........................................................................................................................................................................................................182.4 LES ARGUMENTS CONOMIQUES ....................................................................................................................................................................................20 2.4.1 Investissement......................................................................................................................................................................................................................21 2.4.2 Cot dexploitation et de maintenance....................................................................................................................................................................21 2.4.3 Temps de retour brut ........................................................................................................................................................................................................21 2.4.4 Cot global actualis ........................................................................................................................................................................................................21 2.4.5 Aides linvestissement ..................................................................................................................................................................................................21

2.5 LES ARGUMENTS ENVIRONNEMENTAUX....................................................................................................................................................................22

3. LTUDE PROJET ................................................................................................................................................................................233.1 GNRALITS ......................................................................................................................................................................................................................................24

3.2 SCHMAS DE PRINCIPE ..............................................................................................................................................................................................................24 3.2.1 Les installations collectives avec stockage centralis ........................................................................................................................................25 3.2.2 Les installations en eau technique ou double change ................................................................................................................................26 3.2.3 Les installations circuit primaire autovidangeable ..........................................................................................................................................27

3.3 LES POINTS CLS : LES CAPTEURS SOLAIRES ............................................................................................................................................................28 3.3.1 Le cadre rglementaire et administratif ..................................................................................................................................................................28 3.3.2 Lintgration des capteurs ..............................................................................................................................................................................................29 3.3.3 La prise en compte des masques et des ombres ..............................................................................................................................................30 3.3.4 Le calcul des masques ....................................................................................................................................................................................................32

3.4 LES POINTS CLS : LE STOCKAGE ......................................................................................................................................................................................33 3.4.1 Fonction du stockage ........................................................................................................................................................................................................33 3.4.2 Dimensionnement du stockage ..................................................................................................................................................................................33 3.4.3 Critres de choix du ballon de stockage de leau sanitaire............................................................................................................................34

3.5 LES POINTS CLS : LE DISPOSITIF DE REMPLISSAGE ..............................................................................................................................................35 3.5.1 Le choix de lantigel ..........................................................................................................................................................................................................35 3.5.2 Critres de slection ..........................................................................................................................................................................................................35 3.5.3 Prescriptions de mise en uvre et accessoires ..................................................................................................................................................35

3.6 LES POINTS CLS : LA ROBINETTERIE ET LES CANALISATIONS................................................................................................................36 3.6.1 Dimensionnement des canalisations ........................................................................................................................................................................36 3.6.2 Critres de slection des tuyauteries ........................................................................................................................................................................37 3.6.3 Prescriptions de mise en uvre des canalisations ..............................................................................................................................................37 3.6.4 Emploi des tuyauteries en acier noir ........................................................................................................................................................................38 3.6.5 Emploi de tuyauteries en cuivre ..................................................................................................................................................................................38 3.6.6 Calorifuge ..............................................................................................................................................................................................................................38 3.6.7 Dimensionnement des vannes et robinets..............................................................................................................................................................40 3.6.8 Critres de slection des vannes ................................................................................................................................................................................40

Sommaire gnral

3.7 LES POINTS CLS : LES CHANGEURS DE CHALEUR ........................................................................................................................................41 3.7.1 Fonction ..................................................................................................................................................................................................................................41 3.7.2 Dimentionnement ..............................................................................................................................................................................................................41 3.7.3 Prescriptions de mise en uvre ..................................................................................................................................................................................41

3.8 LES POINTS CLS : LES POMPES ET LES CIRCULATEURS ..................................................................................................................................42 3.8.1 Fonction ..................................................................................................................................................................................................................................42 3.8.2 Dimensionnement ..............................................................................................................................................................................................................42 3.8.3 Critres de slection ..........................................................................................................................................................................................................42 3.8.4 Prescriptions de mise en uvre et accessoires ....................................................................................................................................................43 3.8.5 Installations collectives appoint individualis ....................................................................................................................................................44 3.8.6 La matrise des consommations lectriques ..........................................................................................................................................................44

3.9 LES POINTS CLS : LES PURGES DAIR ............................................................................................................................................................................45 3.9.1 Fonction ..................................................................................................................................................................................................................................45 3.9.2 Prescriptions de mise en uvre ..................................................................................................................................................................................45 3.9.3 Installations collectives appoint individualis ....................................................................................................................................................46

3.10 LES POINTS CLS : LE VASE DEXPANSION DU CIRCUIT PRIMAIRE ....................................................................................................47 3.10.1 Fonction................................................................................................................................................................................................................................47 3.10.2 Dimensionnement du vase ........................................................................................................................................................................................47 3.10.3 Prescriptions de mise en uvre et accessoires ................................................................................................................................................49

3.11 LES POINTS CLS : LES SOUPAPES ....................................................................................................................................................................................49 3.11.1 Gnralits ..........................................................................................................................................................................................................................49 3.11.2 La mise en uvre des soupapes ..............................................................................................................................................................................49

3.12 LES POINTS CLS : LAPPOINT ET LA DISTRIBUTION ....................................................................................................................................50 3.12.1 Gnralits..........................................................................................................................................................................................................................50 3.12.2 Points importants ............................................................................................................................................................................................................50 3.12.3 Circuits secondaires........................................................................................................................................................................................................51 3.12.4 Les installations stockage et appoint individualis ......................................................................................................................................53 3.12.5 Conception, asservissement, rgulation, avec appoint lectrique ..............................................................................................................56 3.12.6 Conception, asservissement, rgulation, avec appoint gaz ..........................................................................................................................56

3.13 LES POINTS CLS : LA RGULATION ............................................................................................................................................................................57 3.13.1 Principes ..............................................................................................................................................................................................................................57 3.13.2 Les rglages ........................................................................................................................................................................................................................58

3.14 LES POINTS CLS : LA SCURIT SANITAIRE ..........................................................................................................................................................59 3.14.1 Gnralits..........................................................................................................................................................................................................................59 3.14.2 Stockage en eau technique ........................................................................................................................................................................................61

3.15 LES POINTS CLS : LE RISQUE DE BRLURE............................................................................................................................................................62

3.16 LES POINTS CLS : LQUILIBRAGE DES INSTALLATIONS COLLECTIVES INDIVIDUALISES ..........................................62 3.16.1 Principe ................................................................................................................................................................................................................................62 3.16.2 Les vannes dquilibrage ..............................................................................................................................................................................................63 3.16.3 Mthodes dquilibrage ................................................................................................................................................................................................63 3.16.4 La mise en uvre du dispositif dquilibrage ....................................................................................................................................................64 3.16.5 Lopration dquilibrage et son optimisation ....................................................................................................................................................66

3.17 LES POINTS CLS : LA MISE EN SERVICE DE LINSTALLATION ..................................................................................................................67 3.17.1 Principes gnraux..........................................................................................................................................................................................................67 3.17.2 Remplissage ......................................................................................................................................................................................................................67 3.17.3 Essais hydrauliques ........................................................................................................................................................................................................68 3.17.4 Essais de la rgulation ..................................................................................................................................................................................................68 3.17.5 Essais thermiques instantans ..................................................................................................................................................................................68

3.18 LES POINTS CLS : LA MAINTENANCE ET LE MAINTIEN DES PERFORMANCES ......................................................................70 3.18.1 Principes gnraux..........................................................................................................................................................................................................70

3.19 LES POINTS CLS : LA RCEPTION DE LINSTALLATION ET LA PRISE EN CHARGE PAR LEXPLOITANT ............71 3.19.1 La rception de linstallation ......................................................................................................................................................................................71 3.19.2 La prise en charge par lexploitant ........................................................................................................................................................................71

3.20 LES POINTS CLS : LE SUIVI DES PERFORMANCES ............................................................................................................................................72 3.20.1 Le suivi X3A ......................................................................................................................................................................................................................73 3.20.2 La garantie de rsultats solaires (GRS) ................................................................................................................................................................77 3.20.3 Le contrle de bon fonctionnement ........................................................................................................................................................................79 3.20.4 Instrumentation ................................................................................................................................................................................................................79

SOMMAIRE DES ANNEXES ............................................................................................................................................sur CD Rom

2 / 3Production deau chaude sanitaire collective par nergie solaire I Guide de conception des installations

Avec 265 000 m2 installs en 2009, le march franais de leau chaude sanitairesolaire collective offre un fort potentiel pour le dveloppement dusolaire thermique. Ainsi, bas uniquement sur le parc dhabitationsexistantes et le potentiel de constructions, le parc cumul pourraitreprsenter plus de 21 millions de m2 en 2020, soit prs de 7 millions de logements quips dun systme solaire thermique :lquivalent de 14 GWth.

Pour imprimer un tel rythme de croissance (objectif Grenelle de 745000 m2/aninstalls en 2020 pour le secteur du logement collectif), et faire dcoller unefilire prometteuse en termes defficacit nergtique et de moindre impactenvironnemental, les pouvoirs publics ont mis en place diffrents systmesdaccompagnement incitatifs : Crdit dImpt Dveloppement Durable ouPrt Taux Zro pour les particuliers, Fonds Chaleur Renouvelable pour lecollectif et le tertiaire : se rapprocher de votre ESPACE INFO ENERGIE(particulier) ou de votre interlocuteur ADEME en Direction Rgionale (matredouvrage, matrise duvre) pour obtenir les conditions doctroi de ces aides.

Le renforcement de la rglementation thermique en 2012 sera un levier pourla pntration du solaire thermique dans le neuf. Avec un march annuel 2020estim 2 900 000 m2 soit 2 GWth, 48 000 emplois seront mobiliss.


Introduction

Lobjet de cet ouvrage est de proposer aux bureaux dtudes techniques desprincipes simples pour concevoir, dimensionner et assurer la maintenance desinstallations, bass sur lexprience et les bonnes pratiques.

Ajuster les besoinsAvant toute dmarche de conception dune installation de production deau chaudesanitaire par lnergie solaire, avant toute tude systmique, tout choix de technologie,de matriel, voire dobjectif de taux de couverture solaire, il faut sattacher lapplication dun principe primordial et invariant : REDUIRE LES BESOINS.

Cet objectif de rduction des besoins est fondamental. Il doit rester prsent dans lespritdu concepteur tout au long de son travail. Il doit constituer un point dur, reprsenter uneimage forte dune ingnierie moderne plus tourne vers des aspirations vertueuses, quevers un chiffre daffaires croissant .

Faire simpleLa justification formelle des choix techniques doit devenir un mode de fonctionnementmoderne : CHASSER LINCANTATOIRE DES METHODES DE CONCEPTION ! - - - -Ladage le mieux est lennemi du bien est bien illustr dans nos conceptions. Ainsi,mme sil est toujours lgitime daller chercher le dernier kWh, la simplicit estsouvent gage de maintien de la performance dans le temps, de tenue des objectifs. Lacomplexit peut se situer dans lanalyse, dans lapproche dtaille des besoins et dessystmes et dans la synthse de tous ces lments pour tendre vers des solutionsoprationnelles, aises maintenir. Lobjectif est bien datteindre la performance prvuedurant les tudes la mise en service et surtout de la conserver dans la dure de vie delinstallation.

Sappuyer sur les retours dexprienceLes retours dexprience ont permis didentifier les bonnes pratiques applicables toutes lesinstallations, et les cueils viter. Ce sont ces bonnes pratiques qui sont prsentes dans ce guide.

LADEME soutient dans ce domaine dchange des bonnes pratiques, une communaut dacteursengags dans le domaine de la promotion de leau chaude solaire collective. Ce groupe dnommSOCOL, dont lanimation a t confie ENERPLAN, a pour objectif de favoriser ledveloppement de loffre et de la demande, par la sensibilisation au plus prs des cibles (HLM,htellerie, professionnels de la construction,).

Retrouvez toute linformation partage et participez llargissement de cette communaut surle site Internet www.solaire-collectif.fra) Ce quil convient de faire Estimation rigoureuse des besoins Schma hydraulique correct Indpendance production solaire / appoint Stratification stockage solaire Dimensionnement confortable des changeurs de chaleur Bonne purge dair des capteurs Rendre facile la gestion du fluide antigel Raliser une mise en route scrupuleuse avec contrles Formaliser une maintenance suivie de linstallation et qui rend des

comptesb) Ce quil faut viter Surestimation des besoins Surdimensionnement Choix de matriels de qualit mdiocre Mauvaises purges dair Mauvaise mise en service Exploitation peu performanteOn a, autant que faire se peut, limin les ralisations marginales, en choisissant les solutions lesplus simples mettre en uvre selon les rgles techniques, la rglementation actuelle et lesvolutions du march.

Cet ouvrage na donc pas pour objectif de se substituer aux rgles professionnelles, ni auxdispositions rglementaires. Il est plus particulirement destin aux bureaux dtudes, aux servicestechniques des matres douvrage et des exploitants de chauffage, aux formateurs qui souhaitentmieux connatre la conception, le dimensionnement, la mise en uvre des installations deproduction deau chaude par lnergie solaire.

Il a t rdig collgialement par un comit constitu de bureaux dtudes, dassociations etdorganismes institutionnels, en mettant en avant une approche oprationnelle marque, un sensdu terrain, un ct pratique, et une volutivit permettant des mises jour quand cela deviendrancessaire.

L A D E M Erecommande

Une rcente tude dauditsmontre que ce point cl

de linstallation solaire estdans la majorit des cas

mal matris.

LADEME recommande auxconcepteurs et installateurs

une vigilance touteparticulire sur ce point, dansla perspective de renforcer la

qualit des installations, et la prennit de la filire

solaire thermique.


Lexamen dopportunit

Cha

pitr

e

Avant de dmarrer une phase dtudes plus ou moins longue dune installationde production deau chaude sanitaire par lnergie solaire, comprenant unetude de faisabilit et une tude de projet avec ou sans excution, un bureaudtudes doit avoir un rle de conseil auprs de la matrise douvrage enproposant un examen dopportunit ayant pour but de rpondre la question:est-il opportun denvisager une production dECS solaire sur ce projet?

Cette dmarche doit tre base, si possible, sur une visite et une analyse rapide(1h ou 2h) du site envisag. Elle doit prendre en considration lensemble deslments suivants:

la motivation du matre douvrage et / ou des utilisateurs la nature et le profil des consommations dECS (hiver et t) le potentiel solaire du site les possibilits dimplantation des capteurs (surface, orientation, inclinaison,

masques) les possibilits dimplantation du stockageLa rponse la question pose sur lopportunit dune production ECS solairedoit tre simple (oui ou non) et doit dpendre uniquement des critresobjectifs lists ci-dessus.

1.1 Les lments favorables une production dECS solaire

1.1.1 Les motivationsDs le premier contact, le bureau dtudes doit sassurer des relles motivations du matredouvrage.

Les motivations fondes sur le respect de lenvironnement et la matrise des cots defonctionnement du btiment sont positives.

Par contre, il convient dtre prudent lorsque les motivations des matres douvrage sontdordre conomique et essentiellement fondes sur lespoir dune chasse aux subventionspermettant de financer tout ou partie de linstallation. Sauf cas particuliers, la recherche de larentabilit terme dune installation est gnralement illusoire en labsence daides ou desubventions.

De mme, les projets ports par une motivation politique (faire un coup solaire) peuventdans certains cas se rvler contre-productifs, par exemple lorsque le projet est mis en uvresur un btiment o les besoins en eau chaude sanitaire sont trop insuffisants ou irrgulierspour permettre une solution technique cohrente.

1.1.2 La nature et le profil des consommations dECS Les consommations dEau Chaude Sanitaire dun btiment reprsentent la principale donne analyser.

1


Lexamen dopportunit

Pour pouvoir envisager une installation de production dECS solaire performante et rentable,

il faut avoir des consommations dECS relativement importantes et stablestout au long de lanne.

Si ce nest pas le cas, les risques sont les suivants :

inciter le matre douvrage des dpenses trop importantes en rapport au faibleenjeu,

risquer des dtriorations importantes de linstallation dues des surchauffes encas de faibles consommations lt.

Sauf cas particulier (motivation ducative, dmonstrative, etc) en prenant toutes lesprcautions de dimensionnement ncessaires, il faut exclure, a priori, les projets dont lesbesoins en ECS ne sont pas considrs comme similaires aux hbergements permanents oude longue dure (besoins ECS quasi permanents sur lanne), soit :

les btiments scolaires non occups pendant les vacances dt (saufventuellement les logements de fonction),

les btiments sportifs peu utiliss lt (gymnases, vestiaires de stade, etc.) sauf,ventuellement sil y a une piscine proximit,

les btiments de bureaux sans restauration, les salles polyvalentes, etc.Pour apprhender au mieux ce paramtre, le bureau dtudes doit, ds cette phase :

relever les consommations, dans le cas de lexistant, valuer les consommations dans le cas du neuf en se basant sur les ratios donns

dans le chapitre suivant et en les ajustant en fonction de cas similaires oudutilisations particulires.

1.1.3 Le potentiel solaire du siteLa quantit dnergie solaire rcuprable dpend de la localisation gographique du projet etdes masques environnants. Il vaut mieux concevoir une installation de production dECSsolaire Lille en site dgag qu Marseille, cache derrire un immeuble deux fois plus haut! :cela est vident, mais il vaut mieux le dire.

Il est donc important pour le bureau dtudes de se rendre sur le site pour vrifier lesmasques alentours et ainsi valuer le potentiel nergtique solaire du site.

1.1.4 Les possibilits dimplantation des capteursDs la premire approche, le bureau dtudes, aprs avoir dfini les consommations dECS(volume et profil), devra pr-dimensionner et pr-implanter le champ de capteurs. Pour cela,il devra dfinir les paramtres suivants:

lorientation Dans lhmisphre nord, lorientation optimale des capteurs est le Sud ; unevariation de 60 Est jusqu 60 Ouest nest pas trop pnalisante (voir schmapage suivante).

Avis de lExpert

Lors de la rnovationdune installationexistante, il sera ncessairedeffectuer pralablementune campagne de mesuresdes consommations deauchaude sanitaire afin dedisposer de donnesquantitatives fiables pourdimensionner lesquipements solaires.

Avis de lExpertAttention !

Les ratios donnshabituellement pour desconsommations dECScorrespondent desconsommations maximaleset non des moyennes. Ilssont en gnral utiliserpour le dimensionnementdes appoints afin dassurerla fourniture du servicedeau chaude en labsencede soleil.

Pour le dimensionnementde la partie solaire duneinstallation de productiondECS par lnergie solaire,il faut prendre les ratiosmoyens atteints pendantles mois dt. Ils sont,dans la majorit des cas,infrieurs aux ratios utiliser pour ledimensionnement delappoint.

1 linclinaison

Linclinaison optimale est fonction de la variation des besoins dans lanne.Pour la production annuelle dECS lordre de grandeur est la latitude du lieu.Une variation de plus ou moins 20 nest pas trop pnalisante (voir schma ci-dessous).

Exemple de reprsentation de la variation des performances d'une installation de production d'eau chaude solaire(consommation constante toute l'anne, climat de Chambry)Source : Ines-Education

Les emplacements disponibles : en toitures, sur terrasses dgages, au sol Les masques solaires: ce stade du projet, il est possible de raliser une pr-

tude des masques dits lointains sans se rendre sur site en utilisant le logicielCarnaval disponible gratuitement sur Internet (www.incub.net).

La surface des capteurs: ce stade du projet, elle peut tre prdfinie sur labase de ratios. titre indicatif, des ratios sont donns la fin de ce chapitre.

1.1.5 Les possibilits dimplantation du stockageIl faut, galement, pr-dimensionner le stockage solaire ds cette phase de faon vrifierla possibilit dimplantation des ballons solaires. Une premire approche consiste pr-dimensionner le stockage sur la consommation moyenne journalire.

Cela permet de prdfinir le nombre et la taille des ballons et ainsi de vrifier :

la surface du ou des locaux techniques leur accessibilit (passage de porte, descalier, etc.) leur hauteur la liaison avec le ou les champs de capteurs la surcharge admissible par le btiment

Avis de lExpert

Pour les installations appoints individualiss,

linaccessibilit auxorganes de rglage est unecondition de non faisabilit

Lexamen dopportunit


1.1.6 Outil daide la dcisionLe tableau rcapitulatif suivant constitue un lment daide la dcision et permet derpondre la question: est-il opportun denvisager une installation de production dECSsolaire sur ce projet?

Critres

Motivations

Nature et profil des consommations dECS

Potentiel solaire du site

Implantation des capteurs

Implantation du stockage

Si tous les voyants sont au vert, il faut proposer sans hsiter une tude de faisabilit aumatre douvrage.

Si au moins 2 voyants sont au rouge, il vaut mieux expliquer que la production dECSsolaire nest pas des plus opportunes sur ce projet et quil vaut mieux travailler surdautres solutions plus adaptes.

Si un seul des voyants est rouge, il faut approfondir le sujet et voir, en collaboration avecle matre douvrage, comment rgler le problme dcel. Dans tous les autres cas, il esttout fait envisageable de proposer une tude de faisabilit.

1.1.7 Le prdimensionnement de linstallation solaire

1.1.7.1 ObjectifLobjectif est d'effectuer un pr-dimensionnement rapide de linstallation et de tester lapertinence de configurations alternatives (types de capteurs, surface du champ, volumedes ballons, etc.).

1.1.7.2 Critres de dcision et contraintesLes valeurs donnes ci-aprs sont des ordres de grandeur usuels, utiles pour une pr-tude. Elles seront affiner en phase projet.

Rentabilit conomique de linvestissement (productivit en kWh utiles/m2.an) :400 600 kWh/m2.an

Taux de couverture solaire annuel (en %): de 40 60 % Taux de couverture solaire au mois le plus chaud: 90 % maximum Investissement Impact environnemental Surface maximale disponible pour limplantation des capteurs Choix dorientation et dinclinaison limits pour les capteurs, ombrages Emplacement disponible pour le(s) ballon(s) de stockage

111.1.7.3 La mthode SOLOAu stade dune tude dopportunit, les calculs de pr-dimensionnement peuvent treraliss avec la mthode SOLO 2000, qui est la transcription informatique de laMthode mensuelle d'valuation des performances thermiques des installationssolaires de production d'eau chaude sanitaire dveloppe par le CSTB avec le soutiende l'ADEME. Les stations climatiques disponibles dans SOLO 2000 couvrent l'ensembledu territoire franais europen ainsi que les Dpartements et Collectivits dOutre-Mer(DOM-COM).

Le logiciel SOLO 2000 est tlchargeable gratuitement sur le site Internet du CSTB.(http://enr.cstb.fr/file/rub54_doc241_1.zip).

Un outil de calcul SOLO est disponible gratuitement sur le site de TECSOL et permetune approche rapide des projets. Elle est drive de la mthode de calcul dveloppepar le CSTB, dont elle utilise les algorithmes de calcul. Elle a t optimise grce la priseen compte des donnes mesures dans le cadre de la Garantie de Rsultats Solairesdont elle est la mthode de calcul de rfrence.

Une version de lapplication TECSOL est disponible pour IPhone. A lissue du calcul enligne, il est possible de recevoir par courrier lectronique une confirmation desvaluations.

1.2 Les ordres de grandeur utiles connatre

1.2.1 Surface de capteursLa surface approximative de capteurs prendre en compte pour un pr-dimensionnement est de 1 2 m de capteurs pour 100 litres de consommationjournalire dECS 60C.

Plutt 1 m pour 100 l/j Marseille, orients plein Sud, inclins 45. Plutt 2 m pour 100 l/j Lille, orients au Sud-est, inclins 60.

1.2.2 Cot dinvestissementEn 2010, le cot dinvestissement pour la ralisation dune installation de productiondECS solaire collective de type CESCC ou CESCD1 peut tre valu entre 800 et 1 000 HT par m de capteur solaire. Il varie fortement en fonction de la taille delinstallation solaire et de la nature du projet (neuf ou existant).

Le cot dinvestissement peut sortir de cette fourchette annonce, en fonction duschma hydraulique retenu (type CESCI, CESCAI notamment)

1.2.3 Consommations dECSPour les projets neufs (ou les projets existants dans lesquels il est impossible de faire desrelevs), les consommations ECS sont tablies partir de ratios. Certains ratios sontdonns dans le chapitre suivant. Pour une premire approche, il convient de minorer lesratios habituels de consommation dECS pris pour dimensionner les installationsclassiques. En effet, il est habituel de sur-dimensionner les installations de production

Avis de lExpert

La mthode SOLO a tconue pour calculer les

performances desinstallations correspondantaux schmas standards duguide. Elle peut galementtre utilise pour traiter :

- les installationscollectives individualises,

- le stockage en eautechnique.

La production solaire utiledune installation de

production deau chaudesanitaire dpend de faon

complexe de diffrentsparamtres :

- les donnesmtorologiques,

- les besoins,- le schma hydraulique,

- le dimensionnement.

Le pr-dimensionnementvise en gnral obtenir

un compromis acceptableentre deux objectifs

contradictoires : - un taux de couverture

solaire lev, - une productivit solaire

leve.


dECS classiques, de manire garantir le confort, alors quen solaire il faut sous-dimensionner, de manire privilgier la rentabilit du projet.

1.2.4 EnvironnementLe bilan environnemental dune installation de production dECS solaire est positifpuisquil ny a quasi aucun rejet de CO2 ou de polluants dans latmosphre pendant laphase de fonctionnement de l'installation, et que la consommation lectrique desauxiliaires est faible.

En termes de polluants, les quantits de rejets vits dpendent essentiellement desinstallations dappoint.

En terme de CO2, les rejets vits peuvent varier de 100 300 kg de CO2 par m2 decapteur selon lnergie dappoint.

1 CESCC (Chauffe Eau Solaire Collectif Centralis) :

Il comporte un ou plusieurs ballons collectifs de stockage de lnergie solaire intgrantchacun une production dnergie dappoint, fournie en partie haute du (ou des) ballon(s)de stockage solaire.

CESCD (Chauffe Eau Solaire Collectif Divis) :

Il comporte un ou plusieurs ballons collectifs de stockage de lnergie solaire spars duballon collectif de stockage de lnergie dappoint intgrant une production dnergiedappoint collective, fournie par un systme indpendant du (ou des) stockage(s)solaire(s).

Lexamen dopportunit

14 / 15

2Chapitre

Ltude de faisabilit

Production deau chaude sanitaire collective par nergie solaire I Guide de conception des installations

2 2.1 Lobjectif de ltude de faisabilitLtude de faisabilit dune installation solaire de production deau chaude sanitaire apour objectif de juger de lintrt du projet en fonction de la nature des besoins deauchaude (importance et rgularit annuelle), de lexistence de contraintes techniques ouarchitecturales fortes, partir :

dun dimensionnement de linstallation prenant en compte ces diffrentescontraintes,

de lvaluation de son cot, des conomies prvisionnelles, de limpact environnemental.

2.2 Lvaluation fine des besoins etdes profils de consommation

Lanalyse des besoins constitue le travail indispensable et prliminaire ltude duneinstallation et au choix des appareils de production.

partir dune estimation correcte des besoins, les outils de calcul et dedimensionnement permettent une bonne valuation des performances prvisionnellesdes installations.

La consommation deau chaude doit tre connue avec le plus de prcision possible.Lorsquil sagit dun tablissement existant, on procdera autant que possible desmesures de consommation pralables. Pour des projets neufs, on pourra utiliser lesniveaux de consommation indiqus ci-aprs. On notera que pour ce qui concerne laperformance future du systme solaire, il est prfrable de sous-estimer lesconsommations, plutt que de les surestimer. Les valeurs indiques sont desconsommations unitaires deau chaude 60C.

La connaissance du profil du puisage sur lanne est galement un lment important dudimensionnement. Le profil du puisage peut tre tabli, ou plutt approch selondiffrentes mthodes :

la mthode idale est de mesurer la consommation relle deau chaude. Cettemthode sera la plus adapte dans le cadre de rnovations dans le secteurtertiaire ;

les profils types bass sur des statistiques de consommations de btimentssimilaires.

Quelques valeurs indicatives de consommation dECS dans les btiments rsidentiels outertiaires, caractriss par des besoins deau chaude importants et rguliers, sontdonnes ci-aprs.

Avis de lExpert

Attention aux ratios deconsommations

couramment utiliss enplomberie: ils sont, le plus

souvent, levs et ontpour consquences un

surdimensionnement desinstallations de production

ou de distribution dECS(ce qui donne un

sentiment de scurit auBET). En solaire,

la scurit consiste plutt sous-valuer

les besoins.

Ltude de faisabilit


Type de restaurant Rapide Traditionnel Gastronomique

Litres 60 C par repas 4 7 11

2.2.1 Les besoins dECS dans lhabitat Les consommations dECS en logement peuvent varier normment en fonction de lalocalisation gographique et de la nature des occupants.

Les ratios retenir sont de 25 40 litres deau 60C par jour et par occupant.

Nombre de pices 1 2 3 4 5

Conso dECS 60C (l/j) 40 55 75 95 125

Avec des variations saisonnires suivantes :

(Rfrence : Mthode ESIM)

2.2.2 Les besoins dECS dans les htels et les centres de vacances

Selon la catgorie dhtel, la consommation journalire deau chaude est de 45 55 litrespar chambre et denviron 8 15 litres deau chaude en cuisine, par couvert.

La clientle devient de plus en plus sensible la protection de lenvironnement etlinstallation dquipements solaires dans un htel contribue son image. En revanche,lintrt des installations solaires dpend fortement du taux de remplissage deltablissement.

(Source : ICO/ALPHEIS)

Mois Janv. Fv. Mars Avril Mai Juin Juil. Aot Sept. Oct. Nov. Dc.

Coef. 1.15 1.10 1.05 1.10 1.03 1.02 0.91 0.77 0.92 0.95 1.03 1.07

Type htel Avec buanderie Sans buanderie

Simulation Plaine Mer/montagne Plaine Mer/montagne

Pas dtoile 40 50 30 45

1 45 60 35 50

2 50 65 45 55

3 65 85 55 75

4 80 110 70 95

Consommations journalires en litres deau 60 C par chambre

Avis de lExpert

En logement social, lavariation estivale peut trebeaucoup plus faible. Serenseigner auprs desmatres douvrage sur les habitudes de leurs locataires ou acqureurs.

2.2.3 Les besoins dECS dans les tablissements de sant Les consommations dECS en tablissement de sant (maisons de retraite, cliniques,hpitaux) peuvent varier normment en fonction de la population et de lencadrement.

Les ratios retenir sont :

maisons de retraite, foyers : de 40 60 litres deau 60C par jour et paroccupant (mais des consommations 2 4 fois moindres ont t observesnotamment sur des Maisons pour Personnes Ages Dpendantes lorsque lepersonnel d'encadrement est en nombre insuffisant)

cliniques, hpitaux : de 60 90 litres deau 60C par jour et par occupant.

2.3 Le dimensionnement delinstallation solaire

2.3.1 ObjectifLobjectif est d'effectuer un pr-dimensionnement rapide de linstallation et de tester desconfigurations alternatives (types de capteurs, surface du champ, volume des ballons, etc.).

2.3.2 Critres de dcision et contraintesLes valeurs donnes ci-aprs sont des ordres de grandeur usuels, utiles pour une pr-tude. Elles seront affiner en phase projet.

Rentabilit conomique de linvestissement (productivit en kWhutiles/m.an) : 400 600 kWh/m2/an

Taux de couverture solaire annuel (en %) : de 40 60 % Taux de couverture solaire au mois le plus chaud : 90 % maximum Investissement Impact environnemental Surface maximale disponible pour limplantation des capteurs Choix dorientation et dinclinaison limits pour les capteurs, ombrages

Emplacement disponible pour le(s) ballon(s) de stockage

2.3.3 Le logiciel TRANSOLAu stade dune tude de faisabilit, les calculs de dimensionnement peuvent tre ralissavec le logiciel TRANSOL qui est un outil de prdiction des performances thermiquesdes installations solaires : eau chaude sanitaire, systmes combins eau chaude + chauffage,climatisation dans l'habitat individuel, le logement collectif et le btiment tertiaire. Ilpermet de dimensionner simplement ces diffrents systmes en utilisant la puissance dumoteur de simulation dynamique TRNSYS. Dans un premier temps, un assistant intelligentguide lutilisateur, tape par tape, pour choisir le systme et renseigner les paramtres

Avis de lExpert

Faute dinformations fiables, il convient dtre

trs prudent sur lesconsommations

journalires et sur les taux doccupation.

2

principaux. Ensuite, un mcanisme de pr-dimensionnement automatique optimise lesystme ds sa cration.

TRANSOL intgre diffrents types de schmas hydrauliques pour la production dECSpar nergie solaire, ainsi quune large base de donnes climatiques et un systmed'interpolation de donnes afin de simuler le comportement d'une installation n'importeo dans le monde.

TRANSOL permet de calculer directement le Productible Solaire Utile (Qstu), donneutilise dans la procdure attache au Fonds Chaleur.

Donnes d'entre :

L'utilisateur choisit les composants de linstallation partir de bases de donnes de :

capteurs solaires, ballons, isolants, appoints lectriques/hydrauliques, changeurs de chaleur, machines absorption/adsorption.Une description fine (orientation, type de construction, prsence de chauffage/climatisation,protections solaires) permet de dterminer prcisment les besoins nergtiques dubtiment.


Ltude de faisabilit

2Rsultats :

Une fois tous les paramtres dfinis, le moteur de calcul utilis pour la simulationdynamique, TRNSYS, gnre un rapport Excel dtaill contenant 7 onglets :

description et rsum de linstallation, besoins nergtiques, balance nergtique, efficacit de linstallation, pertes, analyse conomique, consommations parasites.Une tude paramtrique permet de comparer diffrentes configurations dun mmesystme, pour optimiser le projet.

Plusieurs variables sont utilisables :

le nombre de capteurs, le nombre de capteurs en srie, lorientation des capteurs, linclinaison des capteurs, le volume des ballons solaires et dappoint, les modles de capteurs.

2.4 Les arguments conomiques Au stade de ltude de faisabilit, une valuation technico-conomique doit tre ralise.

Elle comportera :

une estimation du montant des travaux pour la ralisation de linstallationsolaire avec un cot dobjectif global,

une estimation du cot dtude pour une mission de matrise duvre, une estimation des cots annuels pour lentretien et la maintenance des

quipements solaires, ainsi que pour le suivi des performances par un contrle distance (tlcontrle, tlmesure),

des hypothses de cot de rfrence de lnergie traditionnelle (nergiesubstitue ou nergie dappoint), ainsi que de l'nergie lectrique utiliseconsomme par les auxiliaires (pompes, etc.),

la production nergtique annuelle attendue, le temps de retour brut, le cot global actualis sur la dure de vie de linstallation,

une indication sur les aides ou subventions possibles.

Avis de lExpert

La difficult consiste cerner lvolution dans le

temps des cotsnergtiques. Or personne

na de certitude dans cedomaine. Cest pourquoi,

nous prconisons deraliser 2 ou 3 simulations

avec des augmentationsannuelles du cot de

lnergie de 4%, 8% et 12%par exemple.

Ltude de faisabilit


2.4.1 Investissement Linvestissement doit comprendre lensemble des cots relatifs la conception delinstallation, aux quipements, lachat des dispositifs de comptage et de suivi desperformances des installations, leur mise en uvre et la formation des personnelsdexploitation et de maintenance, sils sont placs sous lautorit du matre douvrage.

2.4.2 Cot dexploitation et de maintenanceLe cot dexploitation est une grandeur difficile estimer a priori, puisquil dpendlargement de la performance de linstallation et des conditions relles dutilisation deleau chaude sanitaire (besoins, usages, conditions de soutirage)

Le cot dexploitation est calcul partir du cot de lnergie utilise par le systmedappoint et les quipements auxiliaires (pompes, rchauffeurs). Il inclut galement lecot des services de maintenance (entretien, rparation ou remplacement de tout oupartie des quipements de linstallation) et de tlcontrle, ainsi que les cots lis aupersonnel dexploitation.

2.4.3 Temps de retour brutLe temps de retour brut est le temps au bout duquel la somme des conomiesfinancires ralise par la substitution de lnergie solaire lnergie traditionnelle estgale au montant des investissements. Il sexprime en anne.

2.4.4 Cot global actualisLanalyse en cot global des solutions propose lvaluation sur un horizon conomiquedonn, de lensemble des cots initiaux lis linvestissement et de ceux lis lexploitation : cots de fonctionnement, cots de maintenance, frais financiers,remboursement demprunts, sur une priode conomique dfinie. Elle estgnralement utilise pour affecter un budget une opration ou pour juger de lintrtconomique de propositions diverses.

2.4.5 Aides linvestissementEn France, plusieurs dispositifs visent soutenir les projets de dveloppement desnergies renouvelables.

Dans le cadre des contrats de plan Etat-rgions, l'ADEME a mis en place des mcanismesd'aide aux tudes (aide la dcision) ainsi que des modalits d'aide aux travaux (aide l'investissement solaire). Le dtail des aides peut tre consult sur le site de lADEME(www.ademe.fr) ou de lassociation ENERPLAN (www.enerplan.asso.fr/).

Pour les constructions neuves remplissant des critres de performance nergtique ou comportant des quipements de production d'nergie renouvelable, la loi deProgramme fixant les Orientations de la Politique Energtique du 13 juillet 2005 (loi POPE) autorise le dpassement du coefficient d'occupation des sols dans la limite de 20 % et dans le respect des autres rgles du plan local d'urbanisme(www.ecoquartier.developpement-durable.gouv.fr).

Avis de lExpert

Il convient de prvoir unevisite dentretien rgulieravec les professionnels demaintenance :

- 2 4 visites annuellessur le site, si linstallationbnficie dun suivi distance desperformances

- ou 1 fois par mois sur lesite pour le relevmanuel des donnes deperformances delinstallation;

- 1 fois par an dans leslogements.

2 2.5 Les arguments environnementauxLa production dECS par les nergies traditionnelles (lectricit, fioul, gaz) a deuxconsquences principales :

a) Lpuisement rapide des ressources, qui ncessite de prvoir ds aujourdhuides sources dnergie alternatives. A titre indicatif, le tableau ci-dessous indiquela date prvue dpuisement des principales ressources (sources : AIE / OCDEet Energy Watch Group Uranium Ressources and Nuclear Energy) :

(Selon lAIE, la consommation annuelle devrait augmenter de 52% dici 2030).

b) Lmission de gaz effet de serre, de polluants et de dchets radioactifs, dontles effets touchent la fois la sant humaine et lvolution du climat et parconsquent celle des espces vivantes. Les installations dECS, du fait des kWhconomiss, participent ralentir lpuisement des ressources et rduire lesmissions de polluants et dchets. Le tableau ci-dessous rsume les missionsimputables chaque type dnergie pour lusage ECS et permet dvaluerlimpact environnemental positif dune installation solaire :

(Sources : ADEME - 2010)

(g/kWh) CO2

Dchets radioactifs

SO2 NOxFaibles etmoyens

Forts ettrs forts

Electricit(hors lectricit

d'originerenouvelable

utilise dans lebtiment)

40(pour le cas o les consommations

sont estimes au moyen d'unemthode de calcul)

84(pour le cas o les consommationssont tablies par des factures ou

des mesures)

0.05 0.01 0.4 0.17

Fiouldomestique 270 - - ND ND

Gaz naturel 205 - - - 0.17

Charbon 342 - - 2.58 0,95

EnergieRserves prouves sur la base de la

consommation annuelle en 2010

Uranium 30 50 ans

Charbon 220 ans

Ptrole 40 ans

Gaz 65 ans

Avis de lExpert

Il est indispensable que lesconclusions de ltude de

faisabilit ne se limitentpas un aspect financier

mais sensibilisent le matredouvrage dun point de

vue environnemental.


3 Chapitre

Ltude projet

3 3.1 GnralitsUne installation de production deau chaude sanitaire par lnergie solaire comporte engnral 5 sous-ensembles :

un circuit primaire solaire gnralement rempli de fluide antigel, un circuit secondaire solaire, un stockage solaire, un appoint, une distribution.La rduction des consommations dnergie par rapport une installation classique,dpend du climat, du lieu dimplantation des capteurs solaires, du dimensionnement etde la conception du systme, ainsi que du choix des composants et de leur maintenance.

Il est donc ncessaire, lors de ltude dun projet, de rechercher le meilleur ajustementconomique de la taille des quipements solaires aux besoins satisfaire, ainsi quuneconception optimale des sous-systmes, de manire :

optimiser le captage et le stockage de lnergie solaire, dissocier lnergie solaire et lnergie dappoint, pour conserver lnergie

dappoint un caractre de stricte complmentarit,

consommer en priorit lnergie solaire, limiter la consommation des auxiliaires lectriques, raisonner les risques sanitaires (lgionella), rendre lentretien et la maintenance aiss.

3.2 Schmas de principeLe prsent guide ne prtend pas couvrir avec exhaustivit lensemble des configurationspossibles rsultant des diffrents modes de raccordement des capteurs et des ballons(circuits primaires) et des rseaux de distribution de leau chaude (circuits secondaires).

Il sagit dun choix dlibr qui se justifie par la volont de promouvoir des solutionstechniques simples, fiables et robustes car prouves : un choix pour dissuader lesconcepteurs dinstallations solaires thermiques de saventurer dans des schmas tropcomplexes, souvent sujet dysfonctionnement.

Dans la suite de ce document, il est propos un schma type de circuit primaire solaire.Les schmas avec stockage centralis ou avec stockage individualis sont prsents dansle paragraphe : Le stockage.

Des schmas de circuits secondaires avec diffrentes solutions dappoint sontreprsents dans le paragraphe Lappoint et la distribution. Le schma concernant lesinstallations en eau technique (systmes doubles changeurs) est prsent dans leparagraphe relatif la scurit sanitaire. Par convention et soucis de simplicit, lesorganes disolement, de purge, ainsi que les organes de comptage ventuellementncessaires (GRS, suivi nergtique, ), ne sont pas reprsents sur les schmas.

Avis de lExpertL'nergie solaire

thermique rsulte del'utilisation de capteurs qui

transforment l'nergie durayonnement solaire en

chaleur vhicule par del'eau. Ce principe est

utilis pour fournir, soit del'eau chaude sanitaire

(chauffe eau solaire), soitencore pour contribuer auchauffage d'une habitation

(Systme SolaireCombin).

Il y a deux filiresprincipales selon le niveaude temprature du fluidechauff par les capteurs:

1) La filire moyenne ethaute temprature :

100C - 300C, base surlutilisation de capteurs concentration. Lnergiethermique fournie peut

alors soit tre utilisedirectement, soit

ventuellement convertieen nergie mcanique

et/ou lectrique au moyen de cycles

thermodynamiques.

2) La filire bassetemprature : 30C -

100C, dont les principalesapplications sont: le

chauffage des locaux, lerafrachissement, la

production deau chaudesanitaire ou industrielle, lechauffage de piscines. Les

capteurs gnralementutiliss sont des capteurs

solaires plans avec ou sanscouverture, ou bien des

tubes sous vide.

Ltude projet


3.2.1 Les installations collectives avec stockage centralis

Vers appoint

Vers m

itigeur

Le schm

a gn

ral type est le sch

ma co

llectif avec stockag

e centralis.

3Deux ballons solaires sont reprsents ici, titre indicatif, leur nombre et capacit tantdtermins par la taille de linstallation, la fonctionnalit et les dimensions du localtechnique.

Le type dappoint choisi est dfinir par le concepteur en fonction du reste de linstallation.Il ne faut pas oublier quune installation solaire est une partie dun systme global (typednergie de base, mode et niveau dnergie de production de chaleur, niveau dnergiede la distribution, distribution de chaleur, eau chaude sanitaire) et doit tre ralise encohrence. Ainsi lappoint pourra tre ralis diffremment selon que la production est haute ou basse temprature, selon que la puissance est limite ou non, etc.

3.2.2 Les installations en eau technique ou double changeL'eau rchauffe par le circuit solaire sert de stockage de calories restitues l'ECS viaun changeur instantan. On rencontre ce type dinstallation dans les btiments rsidentielsou les tablissements de sant lorsquon cherche se prmunir contre les lgionelles.

Les avantages

Pas de stockage d'ECS faible temprature limite le risque de contaminationdu rseau de distribution dECS par des bactries indsirables (lgionelles etpseudomonas en particulier). De plus, la prsence dun second changeur entreles capteurs et le rseau de distribution du fluide caloporteur supprime le risquede pollution de l'ECS par le fluide caloriporteur en cas de percement del'changeur du circuit primaire.

Les inconvnients

Du fait du double change et de la ncessit davoir une pompe supplmentaire,les performances de linstallation seront rduites.

Ltude projet


3.2.3 Les installations circuit primaire autovidangeable

Lorsque le systme est l'arrt, tout le fluide caloporteur se trouve stock dans le ballontampon, les tuyauteries et lchangeur du circuit primaire.

Lorsque le systme dtecte un besoin deau chaude, la pompe se met en marche, elleaspire le liquide caloporteur solaire et le remonte vers les capteurs. Le piston liquidepousse l'air prsent dans les capteurs vers l'changeur solaire. Lorsque les besoins sontsatisfaits, la pompe se coupe et la totalit du fluide prsent dans les capteurs se draine defaon naturelle (par gravit) vers le ballon tampon. C'est ce que l'on appelle l'auto vidange.

Les avantages

Systme trs simple sans vase d'expansion Circuit totalement ferm sans aucune perte de fluide Le fluide caloporteur est totalement protg pour de longues annes Nul besoin de recharger rgulirement le circuitLes inconvnients

Bruits de fonctionnement cause de la prsence dair dans les canalisations Puissance de la pompe ncessaire remonter le fluide vers les capteurs

(suprieure celle dun circulateur en circuit boucl).

Vers appoint Vers mitigeur

Avis de lExpertLes pointscomplmentaires suivantsdoivent tre respects :

1. Utilisation de capteurssolaires dont laconception hydrauliquepermet dassurer unevidange complte.

2. Pentes continmentdescendantes descapteurs solaires vers lerservoir pour assurerla vidange totale descapteurs solaires et des canalisationssusceptibles dtreexposes au gel.

3. Mise en uvre etdimensionnement descanalisations du circuithydraulique permettantdassurer correctementla purge des capteurssolaires et descanalisations lors duremplissage, avecnotamment labsencedobstacles singuliers et des vitesses decirculation suffisantes (> 0.4 m/s) pourentraner les bulles dair.

4. Prsence dun rservoirde rcupration dunecapacit quivalente aminima au volume defluide contenu dans lescapteurs solaires et lescanalisations exposesau gel, situ unehauteur infrieure auxcomposants susceptiblesdexposition au gel, et une hauteur suprieure la pompe decirculation.

33.3 Les points cls : les capteurs

solaires3.3.1 Le cadre rglementaire et administratifLes capteurs solaires participent de laspect bti et architectural des btiments. Ilsncessitent donc une autorisation de construire.

Selon la nature du projet, lautorisation de construire sera :

une dclaration de travaux (cerfa n : 10 073*01) accompagne dun plan desituation, dun plan de masse et dune reprsentation de laspect extrieur desouvrages,

un permis de construire (cerfa n 12 393*01 ou 46-0399) accompagn dunplan de situation, dun plan de masse, des plans des faades, des plans desniveaux et de la notice paysagre avec insertion.

Ces formulaires ainsi que les rglements durbanisme applicables au projet dinstallationsolaire sobtiennent auprs des services de lurbanisme des mairies.

Pour les applications de production deau chaude sanitaire, les pouvoirs publicsencouragent le recours l'nergie solaire, et prconisent des matriels rpondant desexigences de qualit et de fiabilit, prescrits et installs par des professionnels qualifis. Laqualification des capteurs solaires thermiques s'effectue au travers des procdures d'AvisTechnique et de certification de conformit cet Avis Technique (Marquage CSTBat), ouau travers de la certification europenne (Marquage Solar Keymark).

Dans le cas de la mise en uvre des capteurs solaires sur des toitures existantes, lesdispositions dfinies ci-aprs peuvent sappliquer moyennant une tude complmentaireconcernant notamment la reconnaissance des lments porteurs de la charpente, de lacouverture existante, de lisolant thermique et de ltanchit ainsi que lincidence sur lecheminement des eaux.

Dans tous les cas, la stabilit du champ de capteurs doit tre tudie en tenant comptedu poids propre des capteurs et des effets dus aux charges climatiques, conformmentaux rgles en vigueur :

rgles dfinissant les effets de la neige et du vent sur les constructions (RglesNV 65, Rgles NV 84, voire Eurocodes)

rgles pour le calcul et lexcution des constructions mtalliques (Rgles CM66),

rgles de calcul et de conception des charpentes en bois (Rgles CB 71),

DTU n 65.12 Ralisation des installations de capteurs solaires plans circulation de liquide pour le chauffage et la production d'eau chaude sanitaire,Cahier du CSTB 2204, Livraison 285, dcembre 1987.

Avis de lExpert

Le numro de la parcelleet la section cadastralesont ncessaires pour

reprer quel rglementsera respecter

concernant lintgrationarchitecturale des

capteurs. Les dispositionsgnrales du PLU et

larticle 11 de la zone (UA, NB) indiquent les

contraintes respecter.Dans certains secteurs,

des rglements pluscontraignants existent

(ZPPAUP, PRI) Ils sontgalement disponibles

auprs des services delurbanisme des

mairies.

Ltude projet


3.3.2 Lintgration des capteursLa conception, la mise en uvre et le fonctionnement des capteurs solaires ncessitentplus de soins que les solutions habituelles pour :

assurer une bonne efficacit nergtique des quipements,

obtenir une qualit esthtique satisfaisante,

respecter les rglements durbanisme.Lharmonie architecturale est un paramtre important de la russite de lintgration deslments solaires dans une construction. Si la solution la plus communment retenue at, jusqu ce jour, la mise en uvre des capteurs solaires de manire indpendante sursupport, sur toiture ou sur terrasses, dans toute lEurope, les fabricants de matriels, lesarchitectes et les matres douvrages travaillent perfectionner lintgration des capteurssolaires dans les sites.

Les solutions de capteurs intgrs en toitures, bien que largement diffuses, ne permettentpas de rpondre toutes les situations.

Les murs capteurs ne sont vritablement bien adapts quaux installations de chauffagedes locaux.

Il existe deux grandes familles de capteurs solaires thermiques :

les capteurs plans vitrs ou non vitrs,

les capteurs tubes sous vide.La figure suivante prsente les variations du rendement instantan en fonction de latemprature rduite T* = (Tm-Ta) / G pour plusieurs types de capteurs. (Tm : temprature moyenne du fluide, Ta temprature extrieure, G : irradiation (W/m)).

Le rendement des capteurs solaires thermiques (et par voie de consquence desinstallations) varie tout au long de la journe. Il est maximal en dbut de priode de chauffelorsque la temprature moyenne du fluide dans les capteurs est proche de la tempratureambiante.

Le rendement diminue au fur et mesure que la temprature moyenne dans les capteursaugmente.

Le rendement est nul lorsque la temprature moyenne du liquide dans les capteurs estgale la temprature de stagnation.

La temprature de stagnation dun capteur solaire thermique est la temprature atteintepar labsorbeur et les lments de tuyauteries qui y sont raccords, lorsque le fluidecaloporteur ne circule plus dans le capteur, aucune nergie ntant alors transfre versle stockage. Cest la temprature des capteurs lorsque linstallation est arrte. Pour lescapteurs plans vitrs, la temprature de stagnation est suprieure 120 C. Elle peut trevoisine de 200C avec des capteurs tubes sous vide.

La valeur de la temprature de stagnation est particulirement importante considrerlorsque les capteurs sont destins tre intgrs dans des lments de construction(toitures, gardes corps).

Avis de lExpert

Ds lors que les capteurssous vide permettentdatteindre destempratures suprieuresen fonctionnement et enstagnation, il convientdtre particulirementvigilant audimensionnement delinstallation et de sesorganes de scurit, ainsiquau choix descomposants (vasedexpansion, vannes,soupapes) et du liquidecaloporteur qui devrontpouvoir supporter sansdtrioration destempratures suprieures 120 C.

33.3.3 La prise en compte des masques et des ombresLe coefficient densoleillement f rend compte de la rduction ou de lattnuation delclairement li la prsence dombres portes sur les capteurs. Lorsqu aucun obstaclene porte ombre de faon significative sur les capteurs, le facteur densoleillement est gal lunit.

Cas 1 : Les ombres sont principalement causes par des obstacles loigns.La valeur annuelle du coefficient densoleillement f est fonction de la hauteurmoyenne sur lhorizon, des obstacles faisant face aux capteurs solaires.

La courbe suivante a t tablie pour des obstacles faisant face aux capteurs ayantune hauteur constante sur lhorizon. Elle reste applicable aux cas rels conditionque les variations de cette hauteur ne soient pas trop importantes.

Ltude projet

30 / 31Production deau chaude sanitaire collective par nergie so

Documents

Guide ECS Solaire 2011