Chauffage solaire et habitat bio climatique RT 2012

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  • • Le solaire bioclimatique.

    • Le solaire thermique passif.

    • Le mur Trombe (schéma).

    • Le mur Trombe (principe).

    • Le solaire thermique.

    • Le saviez-vous ?

    • Principe de l'énergie solaire thermique.

    L'emplacement des panneaux.

    Les solstices d'été et d'hiver.

     En savoir plus sur le solaire thermique.

    Les autres pages sur le solaire thermique           

    Solaire thermique Le solaire bio climatique : les apports gratuits

    Pour l’architecture cela consiste à prendre en compte des apports solaires caloriques dans l’orientation de la maison vers le sud, de grandes baies sur le coté sud, des petites fenêtres sur le côté nord ainsi que le choix de matériaux ayant une bonne masse thermique pour absorber la chaleur pendant la journée et la restituer pendant la nuit. Ces technologies peu coûteuses et gratuites à l’usage, permettent de faire des économies importantes. Il suffit d’intégrer ces normes au bâti car les maisons construites aujourd'hui seront toujours présentes lorsque toutes les réserves d'énergies combustibles auront été consommées.

    Solaire thermique Le solaire thermique passif :

    L’énergie solaire passive permet de tirer parti du rayonnement solaire par une architecture adaptée, permettant de limiter les besoins d’éclairage et de chauffage, tout en contribuant à la production du confort d’été. L’énergie solaire passive est utilisée pour le chauffage, le refroidissement d’un bâtiment et pour sa capacité à maximiser l’éclairage naturel les caractéristiques architecturales d’un bâtiment, comme son orientation et son emplacement, pour canaliser l’énergie thermique.

    Solaire thermique Le mur Trombe (schéma) : 

    Mur trombe. Doc encyclopédie ACQUALYS

    Ci-dessus, principe de fonctionnement d'un mur Trombe. Schéma ACQUALYS ®

     

    L’énergie solaire passive permet de tirer parti du rayonnement solaire par une architecture adaptée, permettant de limiter les besoins d’éclairage et de chauffage, tout en contribuant à la production du confort d’été. L’énergie solaire passive est utilisée pour le chauffage, le refroidissement d’un bâtiment et pour sa capacité à maximiser l’éclairage naturel les caractéristiques architecturales d’un bâtiment, comme son orientation et son emplacement, pour canaliser l’énergie thermique.

    La disposition des pièces principales de la maison doit être conçue afin de bénéficier d’un ensoleillement optimal. Les ouvertures (fenêtres, véranda, baie vitrée) des pièces à vivre devraient être principalement orientées vers le Sud. Il est conseillé d’orienter les pièces comme la buanderie ou le garage du côté nord puisque cette orientation est assez déficitaire et réservée à la lumière des ateliers des peintres. Trois configurations principales dominent l’architecture solaire passive :

    — Système à gains directs par les vitrages.

    — Système à mur Trombe.

    — Système couplant les deux précédents : une serre accolée à une maçonnerie.

     Solaire thermique Le mur Trombe (principe) : 

    Le mur Trombe ou mur Trombe-Michel, est un mur capteur de calories; il a été conçu par le Professeur Félix Trombe et l'architecte Jacques Michel. Son principe est simple : le mur Trombe est composé d'un bloc de matière à forte inertie (béton, pierre, etc.) qui accumule le rayonnement solaire du jour et le restitue pendant la nuit. Un double vitrage est placé devant cette paroi pour créer un effet de serre pour chauffer l'air. L'absorption du mur stockeur peut être améliorée en utilisant des matériaux sombres ou en le peignant en noir. Ce mur peut aussi être percé d'ouvertures pour permettre la circulation de l'air chaud. Des technologies de pointe comme des doubles ou triples vitrages à faible émissivité thermique peuvent augmenter le rendement thermique du mur. On peut rendre active cette technologie passive par l'ajout de ventilation motorisé sur les clapets de circulation d'air. Un Américain Edward Morse breveta le concept en 1881 (US patents 246626), mais ce brevet a été ignoré. Les premiers chocs pétroliers ont réhabilité ce principe peu consommateur d'énergie.

    Le mur capteur Trombe comporte des ouvertures qui permettent un échange entre l’air de la pièce et l’air contenu entre le vitrage et le mur. Lorsque le rayonnement solaire frappe le mur trombe, l’air froid intérieur se réchauffe en circulant entre le mur et le vitrage (voir schéma).
    Lorsque l’ensoleillement est insuffisant, l’air se refroidit. Des clapets obturateurs sont installés sur les ouvertures et en absence de soleil ils ont maintenus fermés.
    Le chauffage se fait donc de deux manières différentes :

    - Par convection, grâce à la circulation d’air.
    - Par rayonnement, grâce au déphasage du mur.

    Le mur trombe est une solution très intéressante permettant de réduire significativement les besoins de chauffage. (Apport de calories en moyenne équivalant à 50 kWh/m2/an).

    Solaire thermique Les règles de conception de l'architecture bioclimatique : 

    Les règles de conception conduisant à une architecture bioclimatique sont simples :

    - Grandes surfaces vitrées au sud et petites ouvertures au nord.

    - Absence d’ombrage sur les surfaces vitrées et occultations automatiques pour éviter les surchauffes d’été.

    - Isolation extérieure pour bénéficier de l’inertie thermique des murs et planchers et assurer le stockage thermique pour la nuit (chaleur en hiver, fraîcheur en été).

    Il convient également de faciliter les opérations de contrôle des dispositifs de protection des vitrages et de gestion de la ventilation naturelle, notamment en été.

    panneaux_solaires_thermique.jpg

    Le soleil peut produire gratuitement jusqu'à 80 % de l'eau chaude sanitaire et 35 % du chauffage d'un bâtiment. Photo ACQUALYS ®

    Solaire thermique Le solaire thermique : 
    Un capteur solaire* est un dispositif destiné à récupérer une partie de l'énergie du rayonnement solaire pour la convertir en chaleur utilisable pour les besoins d'eau chaude sanitaire ou de complément de chauffage. Un capteur solaire thermique (ou capteur héliothermique) est un panneau plat, d'une surface d'un m2 (pour faciliter et optimiser la pose) conçu pour recueillir l'énergie provenant du soleil et la transmettre à un fluide caloporteur. Les panneaux solaires sont les composants de base de la plupart des équipements de production d'énergie solaire. Les capteurs solaires thermiques sont plus rentables économiquement que les panneaux photovoltaïques grâce à leur rendement élevé avoisinant les 80 %.Grâce à des capteurs vitrés positionnés le plus souvent sur les toitures, il est possible d'installer un chauffe-eau solaire et/ou un chauffage solaire dans lesquels circule un liquide caloporteur réchauffé par le rayonnement solaire, qui transmet ensuite la chaleur à un ballon d’eau chaude sanitaire et éventuellement à un plancher chauffant basse température.

    En France, ce procédé permet de couvrir environ 60 % à 80 % en moyenne des besoins en eau chaude, ou d'apporter un complément de chauffage. Un chauffe-eau solaire est composé de 2 éléments principaux les capteurs solaires et un ballon de stockage. Un chauffe-eau solaire n'étant pas entièrement autonome, il faut un appoint supplémentaire : Soit le coupler à un chauffe-eau conventionnel pour assurer l’appoint les jours sans rayonnement suffisant (temps pluvieux ou très nuageux), soit électrique, bois, hydraulique, pompe à chaleur, etc. Il faut absolument éviter l'usage des cumulus électriques qui sont des appareils électriques à effet joule très consommateurs d'énergie dont les pertes calorifiques du ballon de stockage d'eau peuvent représenter entre 6 et 15 KW d'énergie primaire par mètres carrés et par an !

    * La norme ISO 9488 Énergie solaire — Vocabulaire, reprise par le comité européen de normalisation sous la désignation EN ISO 9488, déconseille l'usage du terme « panneau solaire » pour les applications thermiques, afin d'éviter toute confusion avec toutes les applications photovoltaïques, de même, il ne faut pas employer la locution « collecteur solaire » (qui est un anglicisme ou un germanisme) afin d'éviter la confusion avec le collecteur constitué de tubes qui dans de nombreux capteurs solaires, collectent le fluide chauffé à la sortie des ailettes de l'absorbeur montées hydrauliquement en parallèle.

    Solaire thermique Le saviez-vous ?

     

    Capteurs solaires. Doc ACQUALYS.jpeg

    L'énergie émise par le soleil et reçue par la terre en une heure pourrait permettre, si elle était récupérée en totalité, de pourvoir aux besoins énergétiques de l'humanité pendant un an.Schéma ACQUALYS ®

    Solaire thermique Principe de l’énergie solaire thermique :

    Suffisant à fournir à lui seul 100 % de l'eau chaude en été, le chauffe-eau solaire individuel (CESI) assure de manière optimale son préchauffage en demi-saison ou le réchauffage de l'eau de piscine. Un système solaire combiné (SSC) peut en plus fournir l'appoint du chauffage de la maison. La technologie actuelle permet d'excellentes performances sous toutes nos latitudes. Tout en assurant confort, indépendance et respect de l'environnement, elle permet des économies de 40 à 60 % par an en moyenne sur la facture de chauffage.

    Couverture solaire annuelle. Doc ACQUALYS.jpeg
    Ci-dessus, la couverture solaire moyenne d'une installation d'eau chaude sanitaire : des économies réalisables grâce aux calories gratuites du soleil.   Schéma ACQUALYS ®
    Solaire thermique L'emplacement

    Il est nécessaire de trouver une position convenable pour installer efficacement les capteurs solaires. Cet emplacement de 4 à 6 m2 (suivant les besoins) doit être orienté vers le Sud (du sud-est au sud-ouest) et être libre d'ombres portées par des arbres ou d'autres bâtiments quand en hiver le soleil est au plus bas sur l'horizon (solstice d’hiver). Ce graphique illustre les valeurs approximatives du rayonnement solaire global parvenant sur une surface horizontale en fonction de la météo. Par temps très couvert, la surface ne reçoit que 200 W/m², voire moins, il faut noter que la diffraction causée par les gouttelettes d’eau lors de précipitations limite le rayonnement solaire. Les niveaux de rayonnement sont élevés lorsque le ciel est dégagé et suivant le mois de l'année. Ils peuvent atteindre 800 à 1 000 Watts par mètres carré( w/m2). L’irradiance solaire représente la puissance du rayonnement solaire par unité de surface à l’extérieur de l’atmosphère terrestre. Elle s'exprime en W/m². L'irradiation solaire représente l'énergie du rayonnement solaire sur un intervalle de temps déterminé. Elle s'exprime en J/m² et en kWh/m². Un jour de grand soleil estival, l'irradiation peut atteindre des valeurs de l'ordre de 7 kWh/m².

    Solaire thermique Les solstices d'été et d'hiver

    Les solstices sont deux périodes de l’année où le soleil atteint ses positions les plus méridionales et septentrionales par rapport au plan de l’équateur céleste ou terrestre. Sur la sphère céleste il atteintalors sa plus grande déclinaison, positive (+23° 26') ou négative (-23° 26'). À la surface de la Terre, il passe ces jours-là précisément au zénith à midi pour les lieux situés sur les deux tropiques Tropique de cancer au nord, Tropique du Capricorne au sud.

    Solstices d'hiver et d'été. Documentation Acqualys

    En France, le jour du solstice d’été le plus long de l’année est situé entre le 19 juin et le 24 juin alors que le solstice d’hiver qui marque la plus longue nuit de l’année se situe entre le 19 et 22 décembre. Schéma Acqualys

    Les capteurs solaires peuvent être implantés sur un toit, une terrasse, par terre à côté de la maison ou sur une façade, et inclinés à environ 45° en moyenne (de 30° à 60°) afin de recevoir le maximum de rayonnement solaire. Idéalement, un capteur plan doit être orienté plein Sud et incliné à un angle perpendiculaire au rayonnement solaire, soit un angle de 50°, par rapport à l'horizontal. Des écarts sensibles sont envisageables parce que les pertes de performance sont souvent faibles.La pose de ces capteurs demande de solides compétences professionnelles car il faut savoir que la température maximale d’un panneau solaire peut monter à 230° un jour d’été, la température de fonctionnement se situant entre 160° à 180° la moyenne s’établissant à 130°. Il n'y a pas de problème d'autorisation pour l'installation d'un chauffe-eau solaire, sauf dans certains sites classés, il est alors préférable de se renseigner à la Mairie de votre commune pour vérifier si une déclaration de travaux est nécessaire. Pour une construction neuve, il est recommandé de prévoir l'intégration des capteurs dans la toiture dans un détail ou un élément architectural, comme un auvent ou un pan de toit. Les capteurs doivent figurer sur les dessins du permis de construire.

    Budget solaire Les autres pages sur le solaire :

    Les panneaux solaires thermiques.

    Les panneaux solaires photovoltaïques.

    Le bilan pollution des différentes énergies.

    Les autres pages sur le solaire thermique 

    respect_nature.gif  Afin de contribuer au respect de l'environnement, merci de n'imprimer cette page qu'en cas de nécessité. Pourquoi ?
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