Le plan fonctionnel ci-dessous peut faire un peu peur, mais une fois décomposé en sous-ensembles, c'est déjà plus facile... Les symboles utilisés sont mes propres symboles, car à l'origine, je n'avais pas prévu de le diffuser...
Plan général (hors solaire) :
En fait, tout est axé autour du ballon de stockage, et on peut décomposer le schéma principal en plusieurs parties :
3.1 – La chaudière
Pour conserver une bonne stratification dans le ballon, c'est-à-dire ne pas "mélanger" les eaux chaudes et froides, il faut toujours faire entrer l'eau chaude en haut, et surtout, ne pas amener de l'eau à 20°C dans une "strate" à 70°C, sous peine de la refroidir instantanément. C'est pourquoi j'utilise une vanne 3 voies thermostatique qui fait tourner en boucle fermée l'eau de la chaudière jusqu'à ce qu'elle dépasse 63°C. Ensuite seulement, elle entre dans le ballon.
La chaudière n'est pas chaude en permanence. Elle tourne lorsqu'elle est sollicitée, et peut ne pas tourner pendant plusieurs heures (ou jours) s'il n'y a pas de besoin, en particulier à la mi-saison. C'est une grosse différence par rapport à l'ancien système où la chaudière se maintenait à 70°C quelque soit le besoin (par rappel : 600L de fioul en été... Arrrrgghh).
Achat de la chaudière (CHAPPEE, année 2000) en enchère sur Ebay à 360 € + 40 € de carburant et de péage pour aller la chercher à 200 km. C'est très rentable ! Après un bon nettoyage du corps de chauffe et du brûleur, redémarrage impeccable...
La vanne 3 voies thermostatique fait partie d'un module LADDOMAT 21 qui inclut également le circulateur, les clapets anti-thermosiphon, et 3 vannes. Un peu cher (300 € sur site internet allemand), mais complet et pratique à monter. Infos sur le site de Termoventiler ici : http://www.laddomat.eu/index.php?sida=produkter&undersida=laddomat&produkt=laddomat_21&lang=en. Il me semble que certains montent ce genre de produit avec les inserts-chaudières, mais dans mon cas, je ne pense pas que ce soit nécessaire.
Le départ chaudière est branché sur l'entrée la plus haute (niveau 4/4), afin de satisfaire rapidement les besoins en ECS et chauffage. Le retour se fait au niveau 2/4, ce qui n'est volontairement pas le plus bas, afin de pouvoir toujours bénéficier de minimes apports solaire (j'en reparle plus loin).
3.2 – L'insert Godin 5152
Achat en février 2008 de l'insert pour la somme de 1413 € port inclus... Il était à ce moment autour de 2500 € en prix public, et autour de 1800 € sur divers sites internet. Et par le biais d'une recherche Google, j'ai trouvé un lien sur une page où il était à 1413 €. C'était probablement une erreur, car sur ce site, il était officiellement présenté à 1800 €, mais la page trouvée par Google donnait un prix plus bas. N'y croyant pas plus que ça, j'ai passé la commande, et le produit est arrivé 2 ou 3 semaines plus tard... Coup de bol !!!
Du coup, pas de regrets pour investir 277 € dans la soupape double de sécurité, d'autant que je n'ai pas vraiment envie de prendre de risque à ce niveau...
Coté branchement, l'insert est une source concurrente de la chaudière, donc branché à peu près de la même façon. L'eau chaude en provenance de l'insert arrive en partie haute du ballon (niveau 3/4, car niveau 4/4 déjà pris), et retour en partie la plus basse possible (niveau 1/4), afin d'avoir un volume de stockage maximal.
Autres accessoires : le circulateur, le clapet anti-thermosiphon, le purgeur auto, et la soupape double de sécurité.
Pour le moment, l'insert n'est pas encore installé, mais ça ne saurait tarder. Ce sera l'objet d'un prochain post...
3.3 – Les capteurs solaires
Également achetés sur internet sur un site allemand (décidément, ils ont vraiment une longueur d'avance dans ce domaine, là-bas...), ce sont des capteurs plans fabriqués en Autriche. Je partais initialement sur des capteurs à tube sous vide, dont les pubs du moment ventaient des performances extraordinaires, mais après recherches et analyses, il ne me semble pas que ce soit si favorable que cela, mais qu'encore une fois, ce soit beaucoup de business financier et marketing. La fragilité technique de ce type de capteurs m'a finalement fait retourner vers le bon vieux capteur plan, dont l'efficacité n'est plus à prouver.
Pourquoi 8 m² ? Je ne voulais pas risquer la surchauffe, c'est-à-dire produire plus que ce que je ne peux stocker. Pour une installation ECS seule, on compterait 3 ou 4 m² avec un ballon de 300L. Voulant utiliser les capteurs également en complément de chauffage, et disposant d'un ballon de 600 L (le maximum qui rentrait dans mon garage), je suis donc parti sur 8 m².
Coté branchements, rien de particulier. Flexibles inox isolés pour raccorder l'ensemble (capteurs vers station solaire et station vers le ballon). Station solaire TACOSOL FV70 3.0, vase d'expansion 35L, toujours sur le même site allemand.
Avec 2 hivers et 2 étés de recul, je dois avouer que l'apport solaire en complément de chauffage est inférieur à ce que j'avais estimé.
Les principales raisons sont :
- orientation des capteurs Est/Sud-Est, soit 70° par rapport au plein sud. C'est loin d'être optimal en hiver, lorsque le soleil est bas (en été, par contre, peu d'influence).
- 8 m², c'est peu pour du complément chauffage, surtout en étant Est/Sud-Est (équivalent 'plein sud' à 6 m²)
- il en faut des calories pour chauffer une maison ! Donc moins la maison est consommatrice, plus l'apport solaire est important en pourcentage... IL FAUT ISOLER !
Par contre, pour la production d'eau chaude, rien à redire. Ça chauffe même plutôt fort de fin juin à fin juillet. Une semaine de beau temps et tout le ballon est à 95°C... Pour éviter de chatouiller de trop près les températures max du système (bien qu'il y ait diverses protections), je masque un panneau durant la période la plus critique. Les températures atteintes plafonnent alors entre 80 et 85°C.
Si c'était à refaire, je le referais de la même façon, en combiné ECS / chauffage, mais je pense que je monterai directement 12 m² de panneaux.
Je ne voulais pas prendre de risque au début, mais maintenant, je me dis que quitte à masquer partiellement les panneaux, autant en mettre plus pour profiter du solaire l'hiver et à la mi-saison, et en masquer d'avantage quand c'est nécessaire.
Ou alors, ajouter une petite piscine et décharger une partie dedans...
3.4 – Le circuit d'eau chaude sanitaire (ECS)
Le ballon combiné est composé d'un ballon principal dans lequel est immergé un deuxième ballon, plus petit, de 170 L. L'eau chaude sanitaire (ECS) n'est donc bien évidement pas en contact avec l'eau du circuit de chauffage. La forme particulière du ballon immergé permet de conserver la plus grosse partie de l'eau chauffée en haut du ballon, là où c'est le plus chaud, mais il descend aussi tout en bas, là où c'est le plus froid et où se trouve le serpentin solaire.
La chaudière ne chauffe pas la partie basse du ballon, donc en l'absence de soleil, les 100 L du fond sont proches des 15/20°C. Dès qu'il y a un rayon de soleil, son énergie est envoyée dans cette partie du ballon, qui peut quand même monter, au plus fort de l'hiver, jusqu'à 30 ou 40°C. Ce n'est pas assez pour aller dans les radiateurs, mais c'est assez pour "préchauffer" l'ECS. Donc rien n'est perdu...
NB : l'ECS est prélevée du ballon par sa partie haute (plus chaude), mais elle y rentre par sa partie basse (plus froide). La conséquence est que lorsque de l'eau chaude est soutirée dans les robinets, l'énergie est d'abord prélevée dans le bas du ballon, là où le solaire agit en premier. Cela garantit un meilleur rendement des capteurs, puisque leur température est plus basse.
Coté branchements, ne pas oublier :
- la vanne thermostatique en sortie d'eau chaude, réglée sur 55°C histoire de ne pas avoir de l'eau à 90°C dans les robinets (aïe !)
- le clapet anti-retour pour ne pas réintroduire de l'eau chauffée dans le réseau d'eau,
- le vase d'expansion pour éviter d'envoyer les surpressions d'eau chaude aux égouts, chose que je trouve détestable d'un point de vue écolo...
- et la soupape de sécurité, au cas où.
3.5 – Le circuit de radiateurs
J'ai la chance d'avoir d'excellents radiateurs en fonte, surdimensionnés comme il faut pour n'avoir besoin, au plus fort de l'hiver, que d'une température de 45/50°C max. Ce sera donc parfait comme usage avec l'insert Godin 5152.
Dans le principe, la température de l'eau des radiateurs est calculée en fonction de plusieurs paramètres, et elle est ensuite ajustée régulièrement par une vanne 3 voies motorisée. C'est le rôle majeur de la régulation électronique.
J'ajoute à ce chapitre le vase d'expansion lié au circuit de chauffage. 10% du volume total (430 L pour le ballon (hors ECS) + 150 L dans les radiateurs + 20 L dans l'insert + marge), soit un beau vase de 80 L !
Une petite remarque "retour d'expérience" :
Il aurait été plus judicieux de brancher le départ radiateur au niveau 4/4 plutôt que 3/4. Initialement, je ne voulais pas prélever trop d'énergie en haut de ballon pour garder toujours une bonne quantité d'ECS, mais en fait, même au-dessus du niveau 4/4, il y a encore environ 150 L, ce qui est bien assez ! En branchant les radiateurs au niveau 4/4, j'aurais eu plus d'inertie entre 2 chauffes de la chaudière.
Mais maintenant que c'est fait, tant pis !!!
3.6 – La régulation de l'ensemble
La régulation est au cœur de l'installation, et pilote à peu près tous les éléments. Ses fonctions sont :
- calculer la température qui doit circuler dans les radiateurs,
- mettre en route ou arrêter le circulateur des radiateurs,
- ajuster la vanne 3 voies de départ en fonction de ce calcul,
- mesurer la température de l'insert et démarrer le circulateur si besoin,
- mesurer la température des capteurs solaires et démarrer le circulateur si besoin,
- démarrer la chaudière quand c'est nécessaire,
- enregistrer toutes les valeurs (températures et état du système),
- alarme si la température du ballon atteint 90°C (prévention),
- décharge dans les radiateurs si elle atteint 93°C (protection).
Huit températures du système sont relevées toutes les minutes :
- température dans le salon,
- température extérieure,
- température de départ des radiateurs,
- température en sortie de l'insert,
- température en sortie des capteurs solaire,
- température en haut du ballon (= ECS),
- température au milieu du ballon (= stock pour départ radiateurs),
- température en bas du ballon (= seuil pour démarrer le solaire)
Pour les radiateurs, l'objectif est d'y faire circuler une température à peu près constante, pour éviter d'avoir des fluctuations de température dans les pièces (c'était d'ailleurs le coté le plus désagréable de mon ancienne installation). Cette valeur est calculée en fonction de la consigne (par ex. 20°C, mais qui dépend elle-même de créneaux programmés jour/nuit), de la température extérieure, d'un coefficient qui correspond aux performances thermiques de la maison, et, en retour (contre-réaction), de la température mesurée dans la pièce. C'était un peu complexe à définir, mais le résultat est top !
Pour l'insert, son circulateur démarre lorsque la température en sortie devient supérieure à celle de l'eau du ballon (là où elle rentre). Il s'arrête lorsque la température de l'eau redescend en-dessous de la température la plus basse du ballon. Je n'ai pas encore pu vérifier tout ça, mais ça devrait être OK. Vivement cet hiver !!!
Pour les panneaux solaires, le principe est le même. Le circulateur démarre quand la température en sortie de panneaux est supérieure à celle du ballon (où ça rentre) + 8 degrés, et s'arrête quand elle repasse en dessous de t + 3 degrés. Il tourne donc entre t + 8°C et t + 3°C.
Quelques détails techniques :
La régulation est faite autour d'un microcontrôleur PIC 18F452 (de chez Microchip), qui dispose de 8 entrées analogiques pour mesurer des tensions. A l'aide de composants NTC (dont la résistance varie en fonction de la température), lesdites températures sont transformées en tensions, pour être mesurées sur les entrées analogiques du PIC.
Les commandes sont faites par le biais de 4 boutons poussoirs, et un afficheur de 4 lignes x 20 caractères donne le retour visuel.
Des relais pilotent les circulateurs et la vanne 3 voies motorisée.
Une petite mémoire de 500 Ko permet d'enregistrer une année complète de valeurs, pour pouvoir en faire l'analyse...
Et enfin, 'quelques' lignes de code font tourner l'ensemble...
Retour sur une belle journée de fin février :
Il y a 2 créneaux de chauffe : 5h00 à 8h00 le matin et 16h00 à 23h30 à 20,5°C de consigne. Le reste du temps à 18°C. La température mesurée dans le salon (en vert) reflète bien ces créneaux, à l'inertie de la maison près.
En violet, la température extérieure (de 2 à 10°C sur cette journée)
En jaune, la température en sortie des capteurs solaires, et en rouge / orange-foncé / orange-clair, les températures du ballon (haut / milieu / bas).
En bleu clair, la valeur calculée par la régulation (consigne pour la vanne 3 voies motorisée), et en bleu foncé, la température mesurée au départ radiateurs.
Les 3 'lignes' du bas (carrés bleus / rouges / jaunes) reflètent l'état des 3 relais (radiateurs / solaire / chaudière).
3.7 – Bilan des coûts...
Grâce à l'auto-construction (et les achats sur internet !), le coût de revient gloabl est assez bas, malgré le fait que je ne touche aucune aide de l'état.
Détail de la facture :
Chaudière CHAPPEE 22 kW (enchère E-bay), prix : 400 € (dont 40 € transport)
Brûleur CHAPPEE + circulateur insert (enchère E-bay), prix : 60 € (port compris)
Laddomat 21 (internet, Allemagne), prix : 300 € (dont 15 € port)
Insert-chaudière GODIN 5152 (internet, France), prix : 1413 € (port compris)
Soupape de sécurité insert (internet, France), prix : 277 € (port compris)
Ballon combiné 600L/170L (internet, France), prix : 1725 € (dont 195 € transport). Vu après coup sur un site allemand autour de 1000 €. Dégouté...
Vase d'expansion 80L (internet, Allemagne), prix : 90 € (dont 20 € port)
Matériel solaire (internet, Allemagne), prix : 1780 € (4 capteurs SFK21 : 1196 €, station solaire 195 €, vase + raccords 92 €, poudre antigel 40 €)
Flexible inox isolé pour solaire & insert (internet, Allemagne), prix : 500 €
Quincaillerie diverse (dont tubage chaudière, tubes cuivre 28mm, raccords, etc), prix 1100 €
Location poste à souder (au boulot), 15 €
Dédommagement ami pour les soudures (diamètre 28 et raccord acier ancien circuit), 200 €
Régulation électronique (fabrication maison), 0 €
Total : 7800 €
Et voilà... maintenant, y'a plus qu'à monter l'insert... Allez, au boulot !
Une petite mémoire de 500 Ko permet d'enregistrer une année complète de valeurs, pour pouvoir en faire l'analyse...
Voilà... maintenant je me demande si toute la colonne de boiseaux qui va jusqu'au toit ne repose pas, ou en partie sur la base du foyer...
