Télécharger la plaquette Production d`eau chaude solaire

Production
d’eau chaude solaire
Exemples bourguignons
Crédit photo : Mairie de Saint-Benin-d’Azy
On entend souvent dire que la Bourgogne est peu ensoleillée et que les jours de soleil
en hiver ne suffisent pas à couvrir nos besoins en énergie. Il est pourtant intéressant de
savoir, que sur une année, on peut récupérer en moyenne 500 kWh avec un mètre-carré
de capteur thermique orienté au sud, soit l’équivalent de l’énergie contenue dans 50 litres
de fioul et couvrir jusqu’à 60% des besoins d’eau chaude sanitaire ou industriellle.
La vraie question est de savoir si les besoins en eau chaude à faible température
(inférieure à 65°C) peuvent être couverts, sur une grande partie de l’année, par une
énergie renouvelable et gratuite : la réponse est généralement « OUI » !
Si le solaire nécessite des capteurs, un système de stockage et un système d’appoint pour couvrir les
besoins en cas de journées à faible ensoleillement, il présente des avantages en termes d’économie
d’énergie fossile et d’utilisation pertinente d’une énergie locale, renouvelable, disponible gratuitement
sur tout le territoire et avec zéro émission de gaz à effet de serre.
Questions préalables
pour réussir son projet...
Mes besoins d’eau chaude sont-ils importants entre mars et octobre ?
Y a-t-il un suivi des consommations d’eau chaude ?
Y a-t-il un projet, une opportunité de rénovation de l’installation dans les mois à venir ?
Quelle énergie sera remplacée, combien me coûte-t-elle ?
Hors période de chauffage, le solaire me permettra-t-il d’arrêter la production classique ?
Existe-t-il un emplacement, exposé au sud, où installer mes capteurs ?
Cet emplacement est-il proche du lieu de stockage de mon eau chaude ?
Les incontournables
pour un projet d’eau chaude solaire collective ou industrielle
Une étude sérieuse avant de se lancer
A partir d’un besoin d’environ 700 litres d’eau chaude par jour (représentant environ 20 m² de capteurs), une
étude de projet, permettant de vérifier la faisabilité technique et économique, est vivement recommandée. Cette
étude peut être aidée à hauteur de 50 à 70% de son coût.
Prévoir un suivi des performances
Souvent oubliés en raison d’un surcoût important, les équipements de comptage des consommations d’eau
chaude et d’énergie produite par le solaire permettront un suivi rigoureux des performances sur le long terme.
Comment ça marche ?
Les différents capteurs :
- les capteurs non vitrés ou capteurs souples : ils sont
adaptés pour répondre à une production estivale d’eau chaude à
une température d’environ 30°C/40°C. Ces capteurs très simples
sont constitués de matériaux plastiques souples (moquette solaire)
ou rigides, sans vitrage ni isolation. Ils conviennent généralement
pour couvrir économiquement les besoins de piscines extérieures.
Ils sont en général posés sur un sol stabilisé et ils doivent être
vidangés en hiver.
Crédit photo Mairie de Saint-Bénin-d’Azy
- les capteurs vitrés : ce sont les capteurs les plus courants,
ils sont constitués d’une face vitrée permettant l’élévation de
température (effet de serre), d’une plaque métallique recouverte
d’un revêtement sélectif absorbant (absorbeur) où circule de l’eau
glycolée qui transfère les calories vers un échangeur ou un ballon de
stockage et d’une face arrière avec une isolation thermique.
- les capteurs sous-vide : ils se présentent sous forme de
tubes transparents, le principe étant la circulation d’un fluide
caloporteur dans un absorbeur. Grâce au vide d’air dans le tube,
on obtient des températures élevées et à puissance égale, la
surface à installer est moindre par rapport à des capteurs vitrés.
Le stockage du solaire
Le fluide, qui circule en boucle dans les capteurs, sert de convoyeur de la chaleur vers le lieu de stockage. Ce
fluide cède sa chaleur soit via un échangeur à plaques relié au ballon de stockage, soit via un serpentin intégré
dans le ballon de stockage. La taille du ballon est liée au volume d’eau chaude que l’on souhaite utiliser par jour.
A noter dans le cas des piscines, c’est le bassin de natation qui sert directement de stockage.
Le système d’appoint
Le système d’appoint doit pouvoir couvrir 100% des besoins d’eau chaude lors d’un ensoleillement insuffisant ou
lors d’une opération de maintenance sur l’installation. En fonction de la taille de l’insallation, le système d’appoint
sera soit couplé au ballon solaire soit séparé du ballon solaire (à partir de 20 m² de capteurs). Dans tous les cas,
il est important d’adapter le schéma hyraulique de l’installation aux besoins du maître d’ouvrage. Les schémas les
plus simples sont les plus éprouvés et garantissent un bon fonctionnement de l’installation.
Stockage solaire avec
échangeur sur la boucle solaire
Crédit : ADEME
Echangeur optionnel
à partir de 20 m²
Distribution de
l’Eau Chaude Sanitaire
Départ bouclage ECS
Retour bouclage ECS
Ballon
solaire
Ballon
d’appoint
Eau froide
Energie
d’appoint
Circuit solaire
Arrivée Eau froide
En savoir plus...
De nombreux sites web apportent des précisions sur la conception et le dimensionnement des installations,
ainsi que sur les aspects techniques, juridiques et fiscaux. Il est utile de les consulter pour suivre l’actualité.
Syndicat des énergies renouvelables : www.enr.fr
Association des professionnels de l’énergie solaire ENERPLAN : www.enerplan.asso.fr (cf. rubrique
« énergie solaire thermique »)
Plateforme interprofessionnelle sur l’eau chaude solaire collective : www.solaire-collectif.fr
Référencement des matériels solaires thermiques domestiques : www.o-solaire.fr
Portail des installateurs d’énergies renouvelables (cf. QualiSol - appellation recommandée par l’ADEME) : www.qualit-enr.org
ADEME Bourgogne : www.bourgogne.ademe.fr
EXEMPLE A SUIVRE
Production d’eau chaude solaire dans une industrie :
SANOFI-AVENTIS À QUÉTIGNY (21)
Fin 2008, à l’occasion d’un projet de rénovation globale de son système de production et de distribution d’eau
chaude industrielle, sanofi-aventis a lancé une étude de faisabilité pour la mise en place d’une installation solaire
thermique et un audit complet de leur système de production et de distribution d’eau chaude. La solution solaire
a été retenue et 150 m² de capteurs vitrés ont été installés en juin 2009. Ils assurent une couverture de 48 % des
besoins du site pour le lavage des sols des salles de production et du matériel de production.
Descriptif de
l’installation
‘‘
Utilisation : eau chaude industrielle (lavage des sols et des matériels)
Surface de capteurs : 150 m²
Type de capteurs : 65 capteurs vitrés de marque ESE installés sur châssis en toiture terrasse (orientation Sud et inclinaison à 45° par rapport à l’horizontale)
Stockage solaire : 2 ballons de 5 000 litres soit
10 000 litres
Production solaire annuelle (estimation étude) :
93 000 kWh soit 617 kWh par m² de capteurs Taux de couverture (estimation étude) : 48%
Système d’appoint : gaz naturel (chaudière à hydro-
accumulateur de 4 000 litres)
Investissement : 194 051 € HT
Aides financières : 55% soit 108 000 € par le programme Fonds Chaleur 2009 (ADEME)
Économie annuelle : 4 650 € HT (base : gaz à
0,05 € / kWh) - (estimation ADEME)
Temps de retour : 41 ans hors subventions / 18 ans avec subventions
CO2 évité par an : 24 tonnes (base : 206 g/kWh)
Prix de revient du kWh solaire (investissement divisé par 20 années de production) :
0,10 € hors subventions / 0,06 € avec subventions
Bertrand HELIOT,
Responsable maintenance
générale sanofi-aventis
« Notre groupe est engagé très concrètement
dans le développement durable et c’est un
investissement important pour l’avenir que
nous venons de réaliser. Le temps de retour de
l’opération est de l’ordre d’une quinzaine d’années
avec les aides obtenues. C’est certes un peu
long pour un industriel mais c’est en termes de
préservation des ressources non renouvelables
qu’il faut apprécier cette réalisation.
L’opération a été bouclée en seulement 7 mois,
3 mois d’étude et 4 mois de travaux. Nous
sommes très satisfaits du solaire, il nous permet
d’économiser environ la moitié de l’énergie
nécessaire au chauffage des 12 000 litres d’eau
à 60°C que nous utilisons chaque jour. C’était
opportun de le faire au moment du renouvellement
de notre équipement de production et nous
sommes fiers de cette réalisation qui est la plus
importante en Bourgogne pour la production d’eau
chaude solaire. »
Une partie des 65 capteurs vitrés installés en
toiture-terrasse de l’établissement de Quétigny
(crédit photo : sanofi-aventis)
EXEMPLE A SUIVRE
Production d’eau chaude solaire dans un établissement touristique :
« LA MÉTAIRIE » À MÉZILLES (89)
En Puisaye, près du chantier médiéval de Guédelon et du château de Saint-Fargeau, la ferme de la Métairie
accueille des groupes d’enfants et d’adultes pour des stages pédagogiques ou des séjours de découvertes
notamment sur l’environnement. En 2006, lors de la construction d’un bâtiment d’hébergement, les propriétaires
ont installé un chauffe-eau solaire. Très satisfaits, ils ont équipé le bâtiment principal avec une seconde installation
solaire en 2009, à l’occasion de travaux de modification de la chaufferie, supprimant l’utilisation du fioul au profit
de plaquettes forestières (bois déchiqueté) produites localement.
Descriptif de
l’installation
Utilisation : eau chaude sanitaire
Surface de capteurs : : 29 m² au total
- Bât.1 (hébergement ) : 19,8 m²
- Bât.2 : habitation / restauration : 9,2 m²
Type de capteurs : inclinaison à 45° par rapport à l’horizontale
- Bât.1 : capteurs vitrés de marque Buderus installés
en toiture, orientation Sud
- Bât.2 : capteurs vitrés de marque Viessmann installés
en toiture, orientation Sud-ouest
Stockage solaire : Bât.1 : ballon de 1 000 litres /
Bât.2 : ballon de 500 litres
Production solaire annuelle (estimation 2010) : Bât.1 : 9 870 kWh / Bât.2 : 4 600 kWh
TOTAL : 14 470 kWh soit 500 kWh par m² de capteurs
Taux de couverture : environ 60 % des besoins annuels pour les 2 bâtiments
Système d’appoint :
Bât.1 : ballon électrique 500 litres
Bât.2 : chaudière à bois (raccordée au ballon solaire)
Investissement : 26 520 € HT
dont Bât.1 : 16 920 € HT / Bât.2 : 9 600 € HT
Aides financières : 40 % soit 10 727 € dont
Bât.1 : 6 767 € et Bât.2 : 3 960 € par les programmes PREMED 2006 et PECB 2009 (ADEME - Conseil régional)
Économie annuelle (estimation 2010) : 870 € HT (base : 0,06 €/kWh)
Temps de retour : 30 ans hors subventions / 18 ans avec subventions
CO2 évité par an : 580 kg par an (base : 40 g/kWh)
Prix de revient du kWh solaire (investissement divisé par 20 années de production) :
0,09 € hors subventions / 0,055 € avec subventions
Philippe
SAVOURE,
‘
Propriétaire de la ferme
pédagogique de Mézilles
« Notre établissement étant ouvert de mars à
octobre, il nous a semblé très judicieux d’utiliser
l’énergie solaire relativement abondante pendant
cette période. Nous avons réalisé une première
installation en 2006 lors de la construction
d’un bâtiment d’hébergement de 29 lits avec
19,8 m² de capteurs. En 2009, très satisfaits de
cette première expérience, nous avons équipé
un second bâtiment avec 9,2 m² de capteurs
supplémentaires lors du remplacement d’une
chaufferie fioul par une chaudière automatique à
bois déchiqueté.
Nous produisons gratuitement 100 % de nos
besoins en eau chaude de juin à août. De plus,
cela présente l’avantage d’arrêter complètement
la chaudière bois pendant cette période. Nous
cherchons aujourd’hui une solution pour assurer
une partie du chauffage des locaux avec le surplus
disponible lors de journées froides et ensoleillées.
Même si les investissements sont importants,
il nous paraît cohérent d’avoir fait ce choix
sans attendre que les ressources énergétiques
non renouvelables manquent ou deviennent
financièrement inabordables.
Nos équipements sont aussi utilisés au niveau
pédagogique pour sensibiliser les groupes
d’enfants que nous recevons. »
A gauche, le bâtiment d’hébergement et ses 19,8 m² de capteurs
A droite, le bâtiment d’habitation et de restauration et ses 9,2 m² de capteurs
(crédit photo : Philippe SAVOURE)
EXEMPLE A SUIVRE
Production d’eau chaude solaire dans un équipement communal :
La piscine de la Communauté de Communes
du Pays Clayettois à La Clayette (71)
La solarisation de piscines extérieures permet des économies de fonctionnement importantes avec un investissement
très raisonnable. C’est la garantie d’une facture énergétique peu élevée et le plaisir de se baigner dans une eau
chauffée avec une énergie locale et renouvelable. En 2007, la Communauté de Communes du Pays Clayettois
(CCPC) a installé l’équivalent de la surface de ses bassins en capteurs solaires non vitrés posés au sol (moquette
solaire) pour assurer un chauffage « éco-logique » de ses bassins et en est très satisfaite.
Descriptif de l’installation
Utilisation : chauffage de piscine
Surface de capteurs : : 432 m²
Type de capteurs : capteurs souples non vitrés (moquette solaire) de marque Giordano posés sur sol stabilisé
Stockage solaire : bassins extérieurs de 25x12 m et 12 x 10 m (équipés de couvertures isolantes) et pataugeoire
Production solaire annuelle (estimation 2010) : 160 000 kWh soit 370 kWh par m² de capteurs (pour 100 jours d’ouverture moyenne annuelle)
Taux de couverture : pratiquement 100% des besoins annuels (lié à l’ensoleillement de l’année)
Système d’appoint : réchauffeurs électriques (existants)
Investissement : 122 540 € HT (capteurs et raccordement)
Aides financières : 50% soit 61.270 € par le programme PREMED 2006 (ADEME - Conseil régional)
Économie annuelle (estimation 2010) : 8 000 € HT (base : électricité à 0,05 €/kWh)
Temps de retour : 15 ans hors subventions / 7,5 ans avec subventions
CO2 évité par an : 6,4 tonnes par an (base : 40 g/kWh)
Prix de revient du kWh solaire (investissement divisé par 20 années de production) :
0,04 € hors subventions / 0,02 € avec subventions
Bernard BAJARD,
‘‘
Vice-président de la CCPC
en charge des équipements
sportifs
« Depuis 2002, date du transfert de
la gestion de la piscine municipale de La
Clayette à la Communauté de Communes,
nous avons cherché des solutions pour
baisser son coût de fonctionnement. En
2006, nous avons réalisé des travaux pour
réduire les pertes d’eau et mis en place les
couvertures isolantes des bassins.
En 2007, suite à la visite d’autres piscines
équipées dans notre département, nous
avons installé les capteurs solaires. Nous en
sommes très satisfaits car, pendant la période
d’ouverture de fin mai à début septembre,
ils assurent, selon l’ensoleillement de
l’année, pratiquement 100% de nos besoins.
Globalement nous avons réduit de 75% la
consommation d’électricité de la piscine. Nous
sommes passés de 283 800 kWh en 2005 à
71 160 kWh en 2010.
Avec l’entreprise Veolia, qui assure l’ensemble
de la maintenance de la piscine, nous n’avons,
à ce jour, rencontré aucun problème particulier.
La durée de vie de l’installation étant estimée
à une quinzaine d’année, nous allons pouvoir
rembourser aisément l’investissement tout
en ayant la satisfaction de participer à la lutte
contre le changement climatique. »
FONCTIONNEMENT PISCINE SOLAIRE - SCHEMA DE PRINCIPE
Moquette solaire
posée au sol
Piscine
Filtre
Énergie
d’appoint
432 m² de capteurs souples posés au sol chauffent les bassins
(crédit photo : Communauté de Communes du Pays Clayettois)
EXEMPLE A SUIVRE
Production d’eau chaude solaire dans l’habitat social :
Les 7 pavillons locatifs de Mâcon-Habitat à
Dompierre-Les-Ormes (71)
En 2009, avec la volonté d’avancer dans les constructions économes en énergie, le bailleur social Mâcon-Habitat
a bâti 7 pavillons locatifs (5 T4 et 2 T5) à ossature bois intégrant des chauffe-eau solaire. Avec 12 cm de laine
de verre dans les murs, 30 cm en plafond, des menuiseries à double vitrage et une ventilation double flux avec
récupération d’énergie, ces pavillons dépassent la réglementation thermique en vigueur (RT 2005) et bénéficient
d’un gain de 34% sur les consommations de référence pour les T4 et de 37% pour les T5. Les chauffe-eau
solaire couvrent 60% des besoins en eau chaude sanitaire.
Descriptif de l’installation
Utilisation : eau chaude sanitaire
Surface de capteurs : : 4,6 m² par pavillon soit 32,2 m² au total
Type de capteurs : capteurs plan vitrés de marque Viessmann avec intégration en toiture (orientation Sud +20° ou +15° selon les pavillons et inclinaison à 20° par rapport à l’horizontale)
Stockage et appoint par pavillon : ballon solaire de 300 litres avec appoint par résistance électrique intégrée
Production solaire annuelle (estimation étude) : 13 520 kWh pour les 7 pavillons
Pour un T4 = 1 840 kWh soit 390 kWh par m² de capteurs (base 160 litres par jour à 60°C)
Pour un T5 = 2 160 kWh par pavillon soit 460 kWh par m² de capteurs (base 200 litres par jour à 60°C)
Taux de couverture (estimation étude) : environ 60 % des besoins annuels
Investissement : 26 465 € HT soit 3 780 € HT par pavillon
Aides financières : 70% soit 18 510 € dont 15 870 € (60%) par le programme PECB 2008 (ADEME - Conseil régional) et 2 640 € (10%) par le Conseil général 71
Économie annuelle (estimation étude) : environ 205 €/an pour un T4 et 240 €/an pour un T5
(base : électricité à 0,10 €/kWh)
Temps de retour : il n’y a pas de temps de retour sur l’investissement pour MACON-HABITAT car c’est le locataire qui bénéficie des économies réalisées, sinon il serait de 18 ans hors subventions (5,4 ans avec subventions)
CO2 évité par an : 550 kg par an au total pour les 7 pavillons (base : 40 g/kWh)
Prix de revient du kWh solaire (investissement divisé par 20 années de production) :
0,10 € hors subventions / 0,03 € avec subventions
‘‘
Patrice HUGOT,
Directeur Général de Mâcon Habitat
« C’est bien sûr dans une démarche globale de maîtrise de l’énergie que s’inscrit le recours à
l’énergie solaire. Cette solution prend sa valeur si elle est associée à un ensemble de solutions
économes en énergie sans réduction du confort.
Les prix de l’énergie deviendront de plus en plus sensibles et c’est avec une vision d’avenir que
nous avons fait ce choix. Si l’on veut maîtriser les charges annuelles de nos locataires, à terme il
paraît envisageable que le reflexe « chauffe-eau solaire » trouve sa place,
pour une grande part, dans toute construction neuve.
Dans notre région, à raison d’un ratio optimal
Les 7 pavillons locatifs équipés
de chauffe-eau solaire (crédit photo EURL MULOT Eric)
d’environ 1 m² de capteur installé
par occupant, on peut réaliser en
moyenne une économie d’énergie
de 50 à 60% sur l’année pour
la production d’eau chaude
sanitaire.
Même si l’investissement,
avant subventions, est élevé,
cette opération montre notre
volonté concrète et appliquée
à notre domaine d’activité,
d’aller vers un développement
durable et de réduire les
émissions de gaz à effet de
serre. »
Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie
Direction régionale Bourgogne
1C, boulevard de Champagne - Tour Elithis
BP 51562
21015 DIJON CEDEX
Téléphone : 03.80.76.89.76
Courriel : [email protected]
www.bourgogne.ademe.fr
Pour plus d’information
Lilian GENEY
[email protected]
© ADEME Bourgogne janvier 2012 // Rédactionnel Green Coaching Communication // Mise en page ADEME Bourgogne // Photos Olivier Perrenoud (photo d’ambiance) / ADEME Bourgogne
Contact