Comme introduction, lire: >> L’INSTALLATION ECS
Le dimensionnement d’une l’installation ECS&ch se base sur la consommation annuelle moyenne de chaleur du bâtiment, ECS et chauffage.
● la surface des capteurs qui se situe généralement entre 13.5 et 24 m2, est déterminée directement du volume de la consommation. L‘inclinaison et l‘orientation des capteurs doit aussi être prise en compte dans cette détermination. Idéalement les capteurs sont orientés au sud et inclinés entre 45 et 60°.
● Le volume du stock est au minimum de 110 litres par m2 de capteurs. Cela fait 2000 litres pour 18 m2 de capteurs.
Remarque Si la consommation totale de l’énergie dépasse celle d’une maison bien isolée, il faut prioritairement isoler la maison, car l’énergie solaire n’apportera dans ce cas qu’une maigre contribution au chauffage. Paradoxalement, augmenter de beaucoup la surface des capteurs ne sert à rien, car une maison mal isolée impose que les radiateurs travaillent à une température élevée –disons 50°. Or en hiver, les capteurs mêmes nombreux ne parviennent pas à produire assez de chaleur à 50°.
L’accumulateur combiné est un réservoir en tôle d’acier contenant une grande quantité d’eau morte. A la différence d’un chauffe-eau il ne contient pas directement l’ECS. Celle-ci y alors est préparée dans un chauffe-eau en forme de champignon (parfois d’une spire) de petit volume, et plongé dans l’eau morte. On entend par « eau morte » une eau qui est toujours la même, et qui ce fait elle ne réagit plus chimiquement (oxydation, rouille) avec le contenant.
Le stockage et le déstockage de la chaleur
● Stockage: le gros volume d‘eau morte permet d’accumuler, grâce aux échangeurs thermiques, la chaleur produite par les capteurs solaires et en période de chauffage, grâce à des piquages également celle qui est produite par un brûleur/poêle hydraulique. Un piquage est un orifice pratiqué dans la paroi de l’accu, qui permet d’y introduire de l’eau morte ou d’en extraire.
● Déstockage: l‘eau morte ainsi chauffée sert alors à chauffer l’ECS et à alimenter les radiateurs du chauffage via des piquages.
La chaleur des capteurs est stockée par l’entremise de 2 échangeurs de chaleur. Le premier occupe le tiers inférieur de l’accu, le second le tiers supérieur. La chaleur des capteurs peut être aiguillée en-bas ou en-haut. La régulation en décide. Le choix opéré par la régulation est fonction des conditions d’ensoleillement et des températures qui règnent dans l’accu au niveau de chacun des 2 échangeurs. Cela permet de produire dès que possible de la chaleur à température ECS. On parle alors de priorité ECS.
Le chauffage de l’ECS se fait au bain-marie dans un chauffe-eau de petit volume (par exemple 150 litres) en forme de champignon. Ce petit volume suffit pour passer les périodes sans soleil, car il est chauffé en continu au bain-marie par le gros volume d’eau morte dans lequel il est immergé. Comme dans tout chauffe-eau, l’eau froide du réseau y pénètre par le bas et en sort par le haut. Comme l’ECS sort en-haut et que l’accu est le plus chaud en-haut, l’eau sort du chauffe-eau à cette température.
A sa sortie l’ECS peut avoir une température très élevée. De ce fait, un mitigeur fait partie de l’installation.
A la différence de la majorité des chauffes-eau qui sont émaillés**, celui dont l’accu combiné est équipé est en inox. Sa durée de vie est de ce fait illimitée.
Vu son faible volume et du chauffage au bain-marie, le calcaire est emporté avec l’ECS qui en sort. Il ne s’entartre donc pas, même à 95°.
** l’émaillage se craquelle à la longue, et sa durée de vie se limite souvent à une douzaine d’années.
Le branchement des radiateurs sur l’accumulateur combiné a lieu par 3 piquages qui permettent par l’entremise d’une vanne 4 voies de fournir les radiateurs en eau à la température désirée. Il est à noter que seul le branchement fait partie de l’installation ECS&ch: ce qu’on y branche n’en fait pas partie. L’installation de la vanne 4 voies et ce qui va avec font partie de l’installation de chauffage qu’il est possible d’autoconstruire suite au cours avancé.
Le branchement du brûleur ou du poêle hydraulique sur l’accumulateur se fait par 2 piquages. Dans l’installation ECS&ch le brûleur ne chauffe pas l’eau par l’intermédiaire d’un échangeur de chaleur comme c’est le cas dans l’installation ECS, mais en introduisant l’eau qu’il a chauffé par un piquage situé en haut. L’eau à chauffer est tirée de l’accu par un piquage situé en-bas. Il est à noter que l’installation du brûleur et sa connexion sur l’accu ne fait pas partie d’une installation ECS&ch, mais de celle du chauffage.
La stratification A la différence de ce qui se passe dans un chauffe-eau ordinaire ou solaire qui comporte seulement deux piquages (un en haut pour en tirer l’ECS et un en-bas pour y introduire l’eau à chauffer), un accu combiné possède des piquages spécifiquement destinés au chauffage (radiateurs et brûleur). Deux sont situés au tiers de la hauteur, deux autres au 2/3 et un entre le 1/3 et les 2/3. Ils permettent d’une part d’introduire le la chaleur au 2/3 sous forme d’eau morte puisée au 1/3 et chauffée dans un brûleur (c’est la charge). En introduisant de la chaleur tout en en tirant il y a formation agrandissement, rapetissement et déplacement de strates. D’autre part ils permettent de tirer de la chaleur de zones de températures différentes (strates) pour alimenter les radiateurs ou le chauffage au sol.
Ce n’est pas tout car l’accu possède 2 échangeurs de chaleur qui eux permettent de chauffer au solaire deux zones spécifiques de l’accu.
EXEMPLE: Le solaire a permis de chauffer de l’eau jusqu’à 38°, les radiateurs ont besoin d’eau à 33°pour accomplir leur job et le haut de l’accu chauffé par le brûleur est à 65°. Grâce à un piquage appelé VL2 on peut puiser de l’eau dans la strate 38° et la mélanger à l’eau à 25° du retour radiateurs. On dispose ainsi d’eau à 33°. Premier avantage: l’eau de la strate 65° n’est pas utilisée pour le chauffage qui se fait alors entièrement au solaire. Elle est en réserve pour faire de l’ECS et servir au chauffage seulement au moment où la strate 38° sera épuisée. Grâce au piquage VL2 on peut utiliser prioritairement de l’eau chauffée au solaire.
Il y a un 2e avantage à disposer d’un piquage comme VL2. En tirant de l’eau par VL2, le volume de l’eau en retour des radiateurs est nettement plus grand que si on puisait de l’eau à 65°. Et c’est cette eau à 25° que le soleil parviendra à chauffer le plus et le plus facilement. On a donc intérêt à disposer d’un volume à 25° le plus grand possible. [Explication: pour faire de l’eau à 33° à partir d’eau à 65° et celle qui revient des radiateurs à 25°, il faut mélanger 4 volumes à 25° avec un volume à 65°. Il y a donc que le cinquième de ce qui revient des radiateurs qui retourne dans l’accu. Si maintenant on tire de l’eau à 38° par VL2 pour la mélanger à celle qui revient des radiateurs, il faut 5 volumes à 25° pour 8 à 33°. Il y a donc 8/13 de ce qui circule dans les radiateurs qui revient dans l’accu. Cela veut dire qu’il y a 3 fois plus d’eau à 25° qui se met au fond de l’accu et c’est justement cette eau que le solaire chauffe le plus facilement. Grâce au piquage VL2 on utilise non seulement prioritairement l’eau chauffée au solaire (1er avantage), mais on dispose aussi d’un volume plus grand qui se laisse facilement chauffer au solaire (deuxième avantage). Double gain ! ]
Quand le solaire ne suffit pas
A titre de sécurité la plupart des accumulateurs combinés sont équipés d’un corps de chauffe électrique. Ce dernier ne doit être utilisé qu’en dernier recours. Normalement lorsqu’une installation ECS&ch ne fournit plus l’ECS nécessaire, l’hiver est proche et le poêle hydraulique ou le brûleur est actif. On ne recoure donc pas au cops de chauffe électrique.