La technologie de chauffage solaire (aussi connue sous le nom de solaire thermique) convertit l’énergie solaire en chaleur utile : économiquement, efficacement et en toute sécurité. Maintenant, avec l’augmentation du coût de l’énergie et des carburants, l’utilisation de l’énergie solaire thermique est plus pertinente que jamais. Déjà, les systèmes solaires thermiques se trouvent dans chaque maison, dans leur forme la plus simple, celle du chauffe-eau solaire, tandis que les systèmes solaires thermiques centraux sont le choix habituel pour les installations hôtelières où les besoins en eau chaude sont encore plus difficiles. Cependant, les systèmes solaires thermiques ont également la capacité de couvrir une partie importante des besoins de chauffage (assistance au chauffage), ce qui les rend essentiels pour toutes les nouvelles maisons à l’avenir.
Les objectifs stricts de performance énergétique des bâtiments
La législation européenne et nationale KENAK 2017 sont pour la construction de nouveaux bâtiments fixe des conditions strictes pour leur efficacité énergétique. Plus précisément, tous les bâtiments nouvellement construits, après le 1er janvier 2022, doivent nécessairement être classés au moins dans la classe d’énergie A, c’est-à-dire que leur consommation d’énergie ne doit pas être supérieure à 60 KWh/m2/an.
Dans un proche avenir, les bâtiments nouvellement construits dans l’Union européenne et en Grèce à partir du 1/1/2025 et au-delà devront atteindre des niveaux de consommation d’énergie primaire dans la zone considérée comme nZEB (bâtiments à énergie quasi nulle, avec une consommation d’énergie < 25 KWh/m2/an).
À partir du 1/1/2030 et au-delà, les bâtiments nouvellement construits devront être à énergie zéro (ZEB).
Afin d’atteindre une telle efficacité énergétique dans le bâtiment, une combinaison d’interventions spécifiques est nécessaire, tant dans l’enveloppe du bâtiment (isolation thermique) que dans les systèmes de chauffage, de refroidissement, de ventilation et de production d’eau chaude, avec les Systèmes Solaires Thermiques étant une pièce importante dans le "puzzle" de la classification de l’énergie.
La maison du futur : Valoriser le rôle de l’énergie solaire thermique
Avec les besoins en énergie décrient ci-dessus, indiquent que le changement climatique est à son plus haut niveau et que la crise énergétique va envahir la planète entière. Il sera donc nécessaire dans un avenir proche, que chaque maison, devra être dotée d'un système solaire thermique, tant pour la production d’eau chaude domestique que pour le chauffage.
Plus précisément, une installation dans une maison neuve ou rénovée en énergie comprendra habituellement un système hybride composé d’un Système Solaire Thermique, d’une Pompe à Chaleur et d’un système photovoltaïque, de sorte que :
- La production d’Eau Chaude Domestique est exclusivement réalisée par le Système Solaire Thermique.
- Le système solaire thermique peut également contribuer au chauffage des locaux jusqu’à 50 %.
- La thermopompe couvre les autres besoins de chauffage et de refroidissement à un taux de 50% à 100% (les jours sans soleil).
- Le système photovoltaïque, pour produire l’énergie requise pour le fonctionnement de la pompe à chaleur, l’éclairage et les autres dispositifs du bâtiment.
Pa exemple :
Afin d’atteindre les performances ci-dessus dans une résidence de 100 m2, la classe d’énergie A dans la zone climatique B est requise :
- Un système solaire thermique avec un réservoir solaire de 500lt capacité et 8 m2 capteurs solaires de surface.
- Une Pompe à Chaleur 5KW (qui consomme en moyenne 10KWh/jour) et
- Un système photovoltaïque 2.5KW avec 12 m2 de surface de panneaux, afin de produire l’énergie consommée par la pompe à chaleur.
Un système comme dans l’exemple ci-dessus, aura un très bon retour sur investissement (ROI – Return of Investment), il économisera l’argent de son achat initial en moins de 5 ans, par rapport au coût de l’énergie économisée en prix d’octobre 2022, le délai de récupération peut être réduit à 2,5 ans. Avec les programmes subventionnés tels que "Épargne à domicile", le délai de récupération peut être réduit à 2,5 ans.
Les parties du système solaire thermique
Un système solaire thermique se compose des capteurs solaires, le réservoir solaire, la station solaire et le contrôleur solaire, la tuyauterie, ainsi que des accessoires tels que les vannes de régulation, les séparateurs de microfibres. , mélangeur à trois voies et vannes thermostatiques.
Schéma typique d’un système solaire thermique pour la production de DHW et l’aide au chauffage.
Capteurs solaires
Le rôle clé dans le processus d’acquisition d’énergie solaire appartient aux capteurs solaires. Ils lient le rayonnement solaire (énergie solaire) et le convertissent en chaleur précieuse (énergie thermique). À la place du tuyau, le collecteur a un matériau absorbant en aluminium. Cela lie l’énergie solaire, chauffe et transfère la chaleur à l’eau passant par des tuyaux en cuivre, qui reposent sur l’absorbant. Le revêtement spécial et l’isolation très efficace assurent que le moins de chaleur solaire possible est perdu.
Une attention particulière devrait être accordée à l’efficacité des capteurs solaires, car il y a de nombreux capteurs à faible efficacité sur le marché qui, en fin de compte, réduire l’efficacité globale du système solaire thermique. Idéalement, le capteur solaire devrait avoir une efficacité de ηcol > 60%, de sorte qu’avec moins de surface, il peut atteindre une efficacité maximale.
Réservoirs solaires (chaudières)
Le réservoir solaire recueille l’eau chaude qui circule dans les capteurs solaires, stockant l’énergie thermique. Il existe de nombreux types de réservoirs solaires sur le marché. Il est recommandé que le réservoir solaire soit au moins de classe d’énergie C, et idéalement il devrait être de classe B ou A. En ce qui concerne les types de réservoirs, il convient de mentionner les 2 types suivants:
Réservoir stratifié en fonction de la température :
Grâce à leur échangeur sphérique, ils stratifient l’eau selon les différents niveaux de chaleur et permettent ainsi une utilisation particulièrement rapide de l’énergie thermique stockée.
Ces types de réservoirs sont idéaux pour les installations hôtelières où une utilisation directe fréquente de l’eau chaude est nécessaire.
Réservoir d’eau douce :
Le choix le plus courant pour l’utilisation de l’eau et l’aide au chauffage. C’est un choix idéal pour une utilisation en combinaison avec la pompe à chaleur, mais aussi les chaudières, de toute forme. Ils ont un système d’accumulateur multifonctions simple pour l’utilisation de l’eau et le chauffage avec un échangeur solaire pour le chargement du circuit solaire et système de préparation sanitaire d’eau chaude intégrée dans un processus de transit-chauffage avec conduit en spirale en acier inoxydable.
Station Solaire
La station solaire est responsable du bon fonctionnement et de la synchronisation de tous les composants individuels. Une station solaire comprend le régulateur solaire, l’onduleur de la pompe solaire, une soupape de sécurité, un manomètre et des thermomètres, ainsi que des clapets anti-retour.
Le contrôleur solaire est proposé d’avoir des capacités de télécommande et de configuration du système solaire thermique, via Internet.
Tuyaux et isolation pour systèmes solaires
Pour la bonne circulation du fluide thermique et la réduction maximale des pertes du système solaire thermique, le bon réseau de tuyaux est nécessaire. Il est recommandé d’utiliser un tuyau en acier inoxydable spiralé, certifié pour les systèmes solaires, car il nécessite une résistance particulière à la température et à la pression.
Composants & Accessoires pour les Systèmes Solaires
Les vannes de régulation de pression, les séparateurs de microfibres, les vannes de mélange à trois voies et les vannes thermostatiques sont des composants essentiels d’une installation solaire thermique. Ils sont nécessaires pour l’équilibrage hydronique, la régulation et la ventilation du circuit solaire. Il est recommandé d’utiliser des produits certifiés pour une utilisation dans les systèmes solaires.
From the left: Thermostatic mixing valve, Regulating Valves, Solar Controllers
Le plus important : l'aspect du système solaire thermique
En plus de la sélection des matériaux et des produits appropriés, comme mentionné ci-dessus, le facteur le plus important dans l’installation des systèmes solaires thermiques est le bon dimensionnement, le bon aspect, qui est la conception optimale pour créer un seul système de chauffage économique, efficace et fiable, qui répond pleinement aux besoins du bâtiment (dans la production de chauffage et d’eau chaude domestique), mais en même temps de réduire les coûts d’exploitation annuels du système au point où son amortissement sera réalisé dans les plus brefs délais.
Les ingénieurs responsables doivent soigneusement consigner et étudier tous les facteurs et besoins de chaque installation et sélectionner la conception et les matériaux optimaux pour chaque cas. Cela exige bien sûr une excellente expertise et connaissance des produits disponibles sur le marché de la part des ingénieurs.
Enfin, un autre facteur important pour le fonctionnement correct et efficace des systèmes solaires thermiques est l’entretien régulier, qui doit être effectué par des techniciens qualifiés.
Technologie solaire thermique - Un "outil" important pour faire face à la crise énergétique
Tout ce qui précède nous amène à la conclusion que, face à une grave crise énergétique internationale et à l’explosion quotidienne des coûts de l’énergie, la technologie solaire thermique reste non seulement l’une des solutions les plus opportunes et fiables pour accroître l’efficacité dans le secteur résidentiel, applications commerciales et industrielles de chauffage et de production d’eau chaude. C’est la source d’énergie renouvelable ultime qui, avec les technologies de thermopompe et de système photovoltaïque, sera la composante clé de toutes les installations électromécaniques pour la production d’énergie thermique à l’avenir.
L’article de Georgios Char. Andrianos, publié dans le magazine de l’industrie "Le plombier et l’installateur de chaudière - mainteneur", Novembre-Décembre 2022.
