Chauffe eau solaire en auto installation (Version 2)
Durée du projet
Début du projet : avril 2013
Fin du projet : octobre 2014
Démontage : toujours en service en 2014
Préambule
Mon expérience avec le prototype du chauffe eau, m'a donné à la fois de la frustration : tout ça pour ça, et aussi l'espoir de bon résultats.
Ce qu'on va garder de la version 1
Branchements EFS et ECS
Globalement, ce qui a été mis en place dans la version 1 fonctionne, il n'y a aucune raison pour le remplacer.
Raccordements chaudière
Avec le recul, les raccords sont un poil long, mais ce système fonctionne sans fuite depuis plus d'un an.
Le fonctionnement en eau pure
Etant donné la caractéristique de ce projet : toujours en modifications, le fait de devoir vidanger l'installation une fois par an en hiver, n'est pas dérangeant.
L'avantage, c'est qu'il n'y a pas de poluant dans le circuit, et qu'on peut utiliser la pression du réseau pour remplir le circuit.
Rappels des problèmes de la version 1
La surface de panneaux
La surface est trop faible, l'eau chaude est tiède. Elle aurait été moins juste, si on n'avait pas eut autant de masques solaires.
La régulation solaire
Le fonctionnement tout ou rien, marche, mais il n'est pas optimum : Quand on a un passage nuageux, avec encore un peu de couverture solaire, il serait possible de continuer à tirer de l'énergie, en réduisant la vitesse de la pompe.
Je souhaiterai passer sur de la PWM (qui est en fait un gestion par train d'onde)
Un autre problème arrivait parfois quand un nuage passait un peu trop longtemps devant le panneau : le sens de l'échange thermique s'inversait : c'est le ballon qui chauffait le panneau, et comme la sonde du ballon a une inertie de dingue, la régulation ne voyait pas cette inversion.
Protection contre la foudre
La sonde extérieur n'est pas protégée contre la foudre, en cas d'orage, on peut griller la régulation solaire.
Le tableau électrique
Le tableau électrique est trop petit, et le cablage posé sur un mur n'est pas très propre.
La boucle sanitaire pour la salle de bain
Le tuyau qui va du ballon à la salle de bain, longe plusieurs murs et mesure plus de 10m de long, avec des ponts thermiques partout.
La distance ballon - Salle de bain n'est que de 4m à vol d'oiseau
.
La régulation de la boucle sanitaire
La régulation basée sur un élément mécanique à fort hystérésis donnait de mauvais résultats. Le fait de mettre un programmateur electronique mettait en température la boucle trop longtemps (pour être sur de pouvoir utiliser l'eau quand on voulait). Ce qui finalement gachait des calories (surtout en hiver)
L'accessibilité des tuyaux
Le passage de tuyaux dans un espace exigüe, avec en plus des raccords avec des joins, et des vannes était une mauvaise idée.
Fixation du vase d'expension
Le vase d'expension était posé au sol raccordé par un flexible souple : ce n'est ni très pro, ni très propre. Il empèche l'accès à l'arrière du ballon.
Purge
Certain points hauts n'étaient pas pourvus de purges automatiques, ça rendait l'installation difficile à purger : un des 2 tuyaux qui sortait de la maison était un point haut non prévu
Le monitoring
Il n'était pas aisé de savoir si l'installation avait tournée correctement.
Isolation du ballon
J'avais commencé, ça donnait de bon résultats, mais je pense qu'on peut faire mieux
Les problèmes liés à la nouvelle installation
La régulation solaire
Avec l'ajout d'un 2ème panneau se pose un problème de cycle de marche/arrêt de pompe qui ne me convient pas.
Si on met le capteur sur le premier panneau, l'eau chaude va tenter de se produire tôt le matin, mais en réchauffant le panneau voisin. Cela annulera tout le bénéfice du chauffe eau à ce moment là.
Et l'après midi dès que le premier panneau sera couvert, on aura le 2ème bien chaud qui se tapera une surchauffe car la pompe s'arrêtera trop tôt.
Bilan, au lieu de gagner avec une surface supplémentaire, on va perdre du temps de chauffe.
Avec plus de surface, on risque la surchauffe estivale. Même si l'inclinaison des panneaux limite pas mal, il faudra y penser.
Etude des solutions
La surface des panneaux
Finalement un 2ème panneau a été acheté sur le boncoin, il est légèrement plus petit (2m*1m), ce qui m'a permis de le rentrer dans la voiture et de rouler sans risque pour le panneau.
On aura le même problème que pour le premier, il n'est pas muni de raccords à vis utilisables, on apportera la même solution.
La régulation solaire
On sort les gros moyens, j'ai acheté une régulation solaire Solareg Genius Plus II qui permet de :
- Générer 2 circuits solaires indépendants en PWM
- Gérer des circuits On/Off en fonction de logiques particulières : avec des sondes
- Faire du dataloging sur un stick propriétaire
- Proposer un affichage déporté
- Proposer d'exploiter les informations connecté à un PC (port série)
Au passage, il faudra remplacer le circulateur avec régulation éléctronique, par 2 circulateurs consommant un peu plus. (25w au lieu de 5w pour la petite vitesse), il faut dire que le circulateur Alpha 2 L avec 6m de Colone d'eau était un peu surdimentionné.
Protection contre la foudre
Les sondes extérieurs seront équipées de parafoudre.
Le tableau électrique
Un tableau électrique un peu plus grand sera posé devant le chauffe eau (sur le panneau du coffrage).
La boucle sanitaire
Je vais poser 4 m de tuyau en parallèle avec le retour de la boucle sanitaire, ce qui permettra de pas mal réduire le temps de mise en service de la boucle, et surtout limitera la dissipation thermique dans la cave en limitant la surface d'échange et les ponts thermiques.
La régulation de la boucle sanitaire
Quand on fait compliqué et que ça ne marche pas, on tente de faire plus simple : une minuterie avec un bouton. Avant de prendre sa douche, on appuie sur le bouton (hors de portée de la douche), ça lance la pompe pendant 30 secondes. On rentre dans la douche, on ouvre, et c'est chaud.
Un inconvénient, c'est qu'il faut y penser, un avantage, c'est qu'on ne consomme des calories que quand on s'en sert, et non pour assurer un potentiel confort le jour où on a décidé de ne pas prendre sa douche à la même heure.
La disposition des tuyaux
On va faire plus simple, et acheter en nombre suffisant les raccords qu'il faut afin de limiter des raccords de raccords qui sont sources de fuites.
Tous les tuyaux seront apparent afin de permettre une maintenance facile.
Toutes les vannes devront être accessibles.
Tous les tuyaux seront fixés, afin de limiter les efforts sur les joins.
L'inconvénient, c'est que le prix de ces raccords, c'est plus cher que l'or... C'est à la limite du scandale.
Fixation du vase d'expension
Une potence sera achetée pour fixer le vase correctement. La potence permettra également une déconnection du vase sans devoir tout vidanger, elle sera également équipée d'une soupape de sécurité 3 bars et d'un manomètre.
La réalisation
Le masque solaire
A défaut de casser la maison pour le masque solaire du matin, on va tenter de réduire celui de l'après midi : un arbre.
Une vérification sur le PLU m'a permis de m'assurer que cet arbre n'était pas protégé, il y a 4 arbres dans la rue qui ont une interdiction de taille.
Ma propriétaire a également donnée son accord pour que je taille à mes frais cet arbre.
Ce sont des professionnels qui sont intervenus, l'arbre culminait à plus de 6m de haut.
Le 2ème panneau
Bien qu'un peu plus petit, le panneau sera posé sur un support réalisé en bois, avec des équères.
Seules les cornières en métal auront été achetée, le reste est de la récup.
Le tout sera posé sur des dalles de bétons afin de répartir le poids.
Remarque, les panneaux sont une très bonne niche à fourre tout
en hiver, le chat vient également s'y réfugier.
Le support a été fait sur la base de plans du premier, on ne change pas une équipe qui gagne. Il est beaucoup plus solide alors que le panneau est plus léger. Je n'ai pas choisi la taille des tasseaux récupérés, je n'ai pas fais mon difficile.
Tuyautage accessibles
Pour se rendre compte du problème lié à la tuyauterie..
Nous avons sur la photo :
- Le lien vers le chauffe eau (en fond)
- Le lien vers le vase d'expension : le flexible qui va vers la gauche
- le circulateur (retour vers le panneau)
- l'arrivée d'eau de mise en pressions (vanne papillon)
- la soupape de sécurité
- Sous le circulateur, on a une purge de l'installation
ça fait beaucoup de raccords à mettre ensemble, et donc beaucoup de risques de foirer quelque chose : la maintenance est impossible. Pour la petite histoire, j'ai du refaire cette pièce au moins 10 fois avant qu'il n'y ai plus de fuites, à tout redémonter à chaque fois, il y a de quoi péter un plomb. J'étais à 2 doigts d'abandonnée la première version à cause de ce raccord.
Je vais donc simplifier celà en éclatant tout ça.
Le circulateur sera déporté (on en aura 2), l'arrivée d'eau et le vase seront raccordé à cet endroit.
Le vase est à bonne distance du circuit solaire, ce qui lui permet de rester froid en toutes circonstances.
Contrairement à l'installation précédente, il faudra apporter 3 tuyaux vers l'extérieur. Ils passeront dans l'encadrement d'une fenêtre. En repartant, on rebouchera les trous avec de la patte à bois, et une bonne cornière en bois.
Je suis parano, et j'ai prévu une soupape de sécurité, si pour une raison idiote, toutes les 3 vannes intérieurs sont fermées, je ne veux pas qu'une surchauffe fasse monter en pression l'installation, la soupape fera son office (3bars).
Sur les photos, l'isolation est en cours, je ne suis pas très content du résultat. Malgré la double couche d'isolant, ce n'est pas super isolé.
La boucle sanitaire
Un tuyau est branché au plus proche du ballon, longe le retour, et se branche au niveau du raccord sous la salle de bain.
Tout comme la première installation, tout ce qui est monté doit être démontable, et l'installation d'origine remise en état. L'ancien tuyau sera donc laissé en place, il sera juste condamné.
La régulation de la boucle ECS
Un bouton poussoir a été mis à coté du lavabo, je pensais qu'il y avait un voyant intégré, ce n'est pas le cas, dommage, ça m'aurait permis d'ajouter l'info
la pompe tourne
.
Un voyant sera ajouté dans le tableau électrique du chauffe eau.
Planqué derrière le rouleau de PQ..
... un bouton, relativement loin de la douche (à plus d'un mètre). La minuterie crouset avec son voyant orange à coté.
Et pour le lapin crétin, c'était juste une blague en relation avec le PQ.
La régulation solaire
Là on va taper dans le vif du sujet.
La régulation une fois installée, pilotera 2 circulateurs grundfoss ups 25-40 de 25w (il existe d'autres modèles plus anciens qui consomment plus pour la même hauteur manométrique).
Quand on arrive sous l'ombre de l'arbre en milieu d'après midi, le panneau 1 n'est plus exposé, alors que le panneau 2 l'est.
La sonde sur le ballon est pipotée
, car ne récupère que la température de surface du ballon. Quand l'eau a chauffée, mais que la surface n'a pas encore pris la température, l'eau sortant par le retour est plus chaude que la température relevée. Le panneau non ensoleillé est donc chauffé
par cette eau. La sonde de panneau indique une température plus élevée que la température relevée en bas de ballon : la pompe reste en route.
Pour stopper ce phénomène, on relèvera la température en sortie du ballon (retour), et la température du haut du premier panneau. Si la différence est en faveur de l'eau de retour, on actionne un relai fermé au repos. Ce relais coupera la pompe.
Cette astuce n'est pas de moi, elle a été récupérée sur Apper : CR de BALAJOL.
Une fonction supplémentaire sera mise en place juste pour récupérer la température de l'eau
L'afficheur déporté (très pratique sera monté à l'étage pour ne pas avoir à descendre pour savoir si l'installation va bien)
Un radiateur muni d'une électrovanne a été installé en début 2014 pour gérer la surchauffe. Une sortie du régulateur devait être utilisée pour piloter cette electrovanne : si les panneaux sont trop chaud, celà veut dire que l'eau dans le ballon est chaude, et qu'on peut décharger dans le radiateur.
Il était prévu de récupérer les infos grace à l'interface série, sauf que le protocol SSK n'est pas documenté, et c'est une volontée ferme et définitive de Prozeda.
Monitoring de la chaudière
Je rentrerai pas dans les détails technique informatique de cette réalisation, un autre article y sera consacré.
La chaudière a une interface optique de management. Elle est bidirectionnelle et est normalement utilisée avec un outil : optolink. C'est très cher, et utilisé par un logiciel propriétaire destiné aux professionnels.
J'ai cependant trouvé un site : openv.wikispaces.com, qui traite du sujet, en utilisant une interface, fabriquée par l'un des membres. On trouve sur le site de quoi interoger la chaudière, et même la piloter.
Dans un premier temps, j'utilisais mon serveur pour héberger le soft, puis j'ai ensuite utilisé un raspberry rendant l'installation indépendante.
Ce dispositif a un rôle important quand à la gestion de la chaudière, il permet de surveiller une vanne qui a tendance à se griper. Il arrête la production d'eau chaude si au bout d'un certain temps, alors que la chaudière en production d'eau chaude, la température de l'eau n'augmente pas. Viessmann a vraiment déconné sur le coup de cette vanne d'inversion en plastique. On en parlera en détail dans l'autre article.
La gestion de la surchauffe
Pour éviter de l'eau trop chaude dans l'installation, il y a plusieurs techniques.
- Masquer un panneau : le résultat est radical, c'est facile à faire, mais faut regarder la météo tous les matins pour savoir si on va devoir couvrir ou non.
- couper la circulation quand l'eau est trop chaude dans le ballon, et remettre en route quand l'eau est très chaude dans les panneaux : on fonctionnera en saturation : cette technique ne me plait pas, car ça met à rude épreuve les soudures qui ne sont pas en Cuivre-Phosphore.
- faire fonctionner l'installation avec un dT plus important, les panneaux fonctionneront à une température plus élevée, ce qui réduira leur rendement, l'eau chauffera moins vite dans le ballon. Cette technique n'est pas applicable avec ma régulation.
- dissiper l'excédent de chaleur dans un radiateur pendant la chauffe : c'est la technique que j'ai choisie
La régulation permet de programmer une sortie en type "thermostat", en fonction d'une température donnée.
Pour alimenter le radiateur, j'ai réutilisé une électrovanne en laiton qui trainait chez moi.
Une vanne papillon est inclue à l'entrée du radiateur, pour régler finement la puissance du radiateur. Si c'est trop puissant, l'installation va faire des accoups.
La mise en service
ça ne marche pas du tout, mais alors pas du tout...
A la première mise en service, l'installation s'est tapée une surchauffe, alors que l'eau qui circulait était froide. J'ai d'abord cru à un problème de tuyau bouché. Mais l'eau circulait. J'ai ensuite cru à un problème de sondes, mais l'eau était fraiche.
J'ai finalement découvert qu'il y avait un bug
dans l'installation, le panneau historique était tuyauté à l'envers, ce qui marchait quand il tournait seul, mais foutait la grosse zone quand les 2 pompes tournaient en même temps.
A partir de là, je ne me fouterai plus de la gueule des plombiers qui raccordent par erreur les toilettes sur l'eau chaude, et oui, on voit le tuyau de droite, c'est froid, le tuyau de gauche, c'est chaud.. et puis on passe de l'autre coté du mur.. et boum.. un noeud au cerveau.
Le truc, c'est qu'il faut aller vite, et j'ai fini par recouvrir les panneaux, pour prendre le temps de comprence ce qui n'allait pas. Il m'aura fallu 2 jours pour trouver. J'en était arrivé à douter de mes compétences, et ça fait froid dans le dos de se rendre compte qu'on atteinds les limites de compétences.
Alors c'est en faisant des conneries qu'on apprend qu'un panneau peut également fonctionner dans l'autre sens (un peu moins bien), c'est une piste à creuser pour gérer la surchauffe ?
Bon, en fait, c'était une blague ? ça marche très fort.
La gestion PWM de la régulation permet d'aller chercher les calories quand il n'y en a plus, on gagne environ 1h de capture sur la journée.
Bien que ça puisse sembler compligué, la gestion avec les 2 pompes est performante, il a juste fallu fermer un peu les robinets en sortie de circulateurs, pour réduire le débit, et optenir de bon résultats.
En 2013 de juillet (mise en service de la régulation) à septembre, la chaudière n'a du se lancer que 6 fois. Alors qu'elle tourne 2 à 3 fois par jour pour faire de l'eau chaude en temps normal. Elle a du se lancer 2 fois en aout, alors qu'on recevait du monde, 9 douches par jour, au bout de 2 jours, il n'y avait plus asses de chaleur dans le ballon.
La gestion de la surchauffe
La surchauffe n'était pas gérée en 2013, en partant en vacances, je masquais un des 2 panneaux. Comme ils sont indépendant, l'installation pouvait fonctionner à régime réduit.
En 2014, j'ai voulu faire un truc mieux, avec un radiateur de décharge. Verdict, une electronvanne sur un circuit fermé sans grande différence de pression, ça ne fonctionne pas. Il faut une vanne à bille.
J'en avait achetée une d'occaz, ruinée, et comme l'été à été pourri, j'ai laissé comme ça.
Un robinet .. j'ai renvoyé et laissé comme ça..
Maintenant, quand je pars en vacances, j'ouvre légèrement la vanne papillon du radiateur, et la limitation suffit largement. Je ne le fais que quand je pars en vacances.
La plomberie
Les soudures froides sur les panneaux ATTENTION DANGER !, après 2 ans, ça pète sans prévenir. Mon installation en contenait 8 en début d'année, il n'en reste que 3 aujourd'hui.
Le problème de ces soudures
, c'est qu'on ne peut pas les démonter : pour les remplacer il faut que j'attends que ça pète. J'ai remplacé par des raccords olive de bonne qualité.
Quand je dis DANGER, ce n'est pas une blague. La première fois, le chat a pris une douche. la 3ème fois, ma femme a pris des éclaboussures d'eau (alors qu'elle sortait de la maison.) Heuresement, à cette distance, l'eau avait eut le temps de refroidir. Les fois suivantes, j'étais là dans la cave, et j'ai entendu la détente du vase d'expension.
A FUIR.. plutôt deux fois qu'une !!
Le monitoring
Le monitoring partiel permet de savoir si j'ai de l'eau chaude, et si l'installation a marchée convenablement. Il me permet également de déceler une panne : exemple ; il fait beau, et la température de l'eau baisse. Ca permet également de faire des comparaisons, et de s'appercevoir que isoler un balon d'eau chaude, c'est très très bien (on frise les 50% d'économie de gaz sur l'ECS).
Je reste sur ma faim, pour avoir des infos détaillée, il faut que j'utilise le datastick, pour le mettre dans mon PC. Ca reste un outil intéressant pour la mise en service, et le réglage de certains niveaux.
La conclusion de cette installation
Enfin, les résultats sont là, avec 2 panneaux, on frise les 95% d'autonomie en été (4 mois de l'année). En inter-saison, le préchauffage permet de diviser par 2 la consommation de gaz.
En 2013, le gain en gaz est estimé à 80€ entre juillet et octobre, en 2014 l'installation a tournée plus longtemps, mais le beau temps a fait défaut. En Aout, la chaudière s'est remise en service plusieurs fois.
La régulation de la boucle sanitaire simplifiée, remplie vraiment son office. On ne vide plus l'eau chaude en réchauffant la cave. L'usage du bouton est un peu contraignante, mais on s'y fait. Et dans la famille, tout le monde bave sur ce bouton maintenant, en trouvant le truc génial on appuit, on attend, on ouvre le robinet et c'est chaud
.
Cette année (2014), l'installation est encore en service en novembre, et elle produit parfois un peu d'eau chaude, l'année dernière elle avait été coupée en fin octobre. Des amis m'ont conseillé de passer au glycol, pour ne plus avoir à me soucier de vidanger l'installation. Sauf que voilà. J'ai un masque solaire en plus. La cloture de la maison, masque jusqu'à 1/3 du bas des panneaux en hiver. C'est idiot, ça grille toute la production.
Un masque solaire apparait au mois de décembre : l'immeuble en face couvre à partir de 11h du matin. On a donc du soleil de 9h à 11h, en faible quantité, il n'y a aucun intérêt à passer au glycol.
Et après ?
La régulation Solareg fait son travail, mais elle ne rempli pas son rôle de monitoring ce pour quoi je l'avais achetée.
Ces 2 expériences, et l'achat du livre de Pierre Amet m'ont permises de mieux maitriser le sujet. Ceci a l'inconvenient de m'avoir donné l'envie de continuer à aller plus loin dans le bricolage.
A la relecture de documentations techniques de chauffe eau commercialisés, je me suis aperçus que si mon chauffe eau n'a pas de doigt de gant pour récupérer la température basse. En fait, toutes les solutions se base sur un doigt de gant sur le retour du circuit hydrolique. On pourrait penser que ça fausse les mesures. Oui, ça les fausses. Par contre, ça assure un arrêt de la circulation en cas d'inversion de transfert d'énergie. C'est plus simple. Pour l'année prochaine, je vais devoir modifier la partie tuyaux.
Comme à chaque nouveaux projets de ce genre, il faut que l'installation tourne, car je ne suis pas seul à la maison, et ma femme n'acceptera pas qu'on se prive d'eau chaude pendant 1 semaine, si je changes tout.
La version 3 (dont le chantier commencera en début d'année 2015) verra sa régulation totalement refaite à base d'arduino, la régulation actuelle restera en backup.
Pour les gens qui ne me connaissent pas, on pourrait croire que c'est utiliser un rouleau compresseur pour écraser une mouche. Oui, 1000 fois oui. C'est exactement ça. En fait, l'idée est double : avoir un prétexte pour bricoler, avoir un prétexte pour apprendre et découvrir de nouvelles choses en me cassant la tête.
Dans un autre domaine, je suis entrain de réfléchir à l'algorithme à réaliser pour faire une bonne régulation à base de loi d'eau (pour le chauffage).
Plus loin encore, nous souhaitons déménager, et là je me lancerai dans un chantier de chauffage solaire.
Trois ans après le début...
ça fait 3 ans, déjà que le projet Chauffe eau solaire
a vu le jour, à l'époque, je ne pensais pas que j'arriverai à un résultat qui nous permet de subvenir à nos besoins quotidiens en été. Le résultat a dépassé toutes mes espérences.
J'ai cependant été déçu, et appris à mes dépends une bonne chose sur le soleil. Pour récupérer de l'énergie solaire, il faut que le soleil soit là, ça c'est un doute pour personne. Mais j'avais lu qu'on pouvait faire de l'eau chaude même par temps couvert. Oui, c'est vrai.. mais, ce n'est pas une généralité.
Pour savoir si le temps permet de récupérer de l'énergie, il suffit de sortir dehors. Si la luminosité ambiante donne l'impression de réchauffer la peau, alors l'installation pourra fonctionner. Si c'est gris, même clair.. mais qu'aucune sensation de chaleur sur la peau, alors l'installation ne fonctionnera pas.
De même, que ça surprend toujours les gens qui n'ont jamais touché à une installation solaire. ça peut produire même quand il fait froid. Ce n'est pas lié.
Par voie de conséquence, on ne produit pas forcément plus, s'il fait chaud dehors.
Liens
Je ne pouvais pas terminer cet article sans un hommage à 2 communautés :
- Sans ce site et ce forum, je ne me serais jamais senti capable de me lancer là dedans. http://apper-solaire.org
- Sans planeterenault.com, pour son soutient, je pense que je me serais dégonflé
Un dernier petit mot
Je vais également remercier ma femme qui a su supporter certaines douches tièdes, et a acceptée que je me lance dans ce genre de chantier. Certains amis me font remarquer "mais comment tu fais pour faire accepter un tel chantier au près de ta femme..". En fait, j'en sais rien, peut-être simplement car c'est motivé par des valeurs qu'on partage.