Principe et fonctionnement
Raccordé soit en direct à une batterie de capteurs solaires à eau soit par l’intermédiaire d’un échangeur à fluide caloporteur, le chauffage solaire est constitué le plus souvent d’un tandem « capteur/plancher chauffant » (chauffage solaire direct) ou d’un trio « capteur/échangeur/chauffage » (adaptation d’un chauffage traditionnel – à radiateurs par exemple – au solaire).
Selon le système installé, celui-ci peut aussi fournir l’eau chaude sanitaire ; il est souvent couplé à un dispositif d’apport thermique secondaire permettant d’assurer une continuité de service en cas de manque de soleil. L’option solaire assure d’obtenir de façon régulière des températures d’eau entre 45 et 60 °C, ce qui est plus faible que la production des chaudières traditionnelles et réserve en priorité son usage aux planchers chauffants. Il y a en effet un rapport entre la surface d’échange et la restitution correcte des thermies emmagasinées ; c’est toute la dalle qui joue le rôle de radiateur basse température.
Le plancher chauffant
Déjà bien connu et largement utilisé avec des sources thermiques traditionnelles aussi diverses que chaudières à bois, fuel, électricité, gaz…, ce système est plutôt préconisé pour une installation dès la conception de la maison qu’en rénovation. Cependant, il est toujours possible de l’installer dans une bâtisse existante dont on ne souhaite garder que les murs et la toiture. L’énorme avantage qu’il présente est son inertie thermique très importante. La température du sol est limitée à 28 °C, il n’y a donc aucun risque de sensation de jambes lourdes. Un thermostat ambiant permet de régler et de maintenir la température du logement. Le carrelage est le revêtement le mieux adapté pour une bonne diffusion de la chaleur. Les moquettes sur mousse et les parquets flottants ne sont pas autorisés.
Installation
Voici les différentes phases de sa mise en œuvre :
Décaissage (en rénovation)
1) Prévoir une bonne quinzaine de centimètres sur un vide sanitaire, un radier, un lit de sable ou autre surface de propreté stable. 2) Dans le cas d’une réalisation neuve, le prévoir dès le départ. 3) À cette étape, il est préférable de passer tous les réseaux de plomberie, évacuation, puits canadien, électriques… 4) Réserver les emplacements des cloisons intérieures.
Isolation
Un isolant de compression d’une épaisseur de 5 cm environ, si possible à base de matériaux naturels (chanvre, fibres de bois, liège ou autres – voir chapitre spécifique sur le sujet), est posé de façon jointive. Prévoir un isolant de pourtour pour éviter les ponts thermiques entre la dalle chauffante et les murs extérieurs et murs porteurs intérieurs, tout en permettant sa dilatation.
Installation des boucles
Se fait avec un « pas » (espacement) conseillé de 10 à 25 cm, selon l’étude thermique préalable. Ces boucles peuvent être réalisées en cuivre (très onéreux), en PER (polyéthylène réticulé), de préférence avec barrière antioxygène…
Les pièces qui nécessitent un chauffage plus important (salle de bains, pièce à vivre…) bénéficieront, par la seule réduction du pas de boucle sur leur surface, et sans augmentation de la température du circuit, de plusieurs degrés supplémentaires !
Raccordement
Les boucles sont toutes raccordées à une nourrice, ou collecteur, munie d’arrivées et de retours. Chaque nourrice comporte une vanne d’arrêt et un dispositif d’équilibrage indépendant imposés par la réglementation. Le collecteur est en outre doté d’une vanne d’arrêt général, d’un purgeur et d’un robinet de vidange (la vidange se fait à l’air comprimé).
Coulage de la chape
Le coulage, ou enrobage, doit se faire avec le circuit chargé en eau entre 6 et 10 bars. Le béton doit être additionné d’un fluidifiant plutôt que vibré, afin de ne pas endommager le circuit et qu’il ne colle pas au ciment. L’épaisseur conseillée est de 7 cm fini pour un plancher avec ballon tampon et 12 à 15 cm pour le cas d’un plancher solaire direct. Il est tiré de niveau à la règle. Contre toute idée reçue, ce type d’installation est aussi intéressante dans le Nord que dans le Sud, puisque même si l’ensoleillement est moins fort et les heures chaudes moins nombreuses au nord de la Loire, il faut chauffer plus souvent et sur une période plus longue ! En termes d’amortissement, et calculs en main, c’est donc même plus intéressant de faire appel au chauffage solaire dans le Nord…
Raccordement La nourrice est ensuite raccordée au système de production d’eau chaude (chaudière, échangeur, pompe à chaleur…).
Le plancher solaire direct (PSD)
Fonctionnement
L’eau chauffée par les capteurs est acheminée, via un module de transfert, dans le plancher chauffant basse température décrit cidessus. Cette technique utilise des composants classiques : circulateur, vase d’expansion, vannes, purges, régulation…
Si l’ensoleillement est insuffisant, on fait appel au réseau d’appoint. En été, et lorsque les besoins en chauffage sont satisfaits (beau temps), la chaleur produite peut être utilisée pour l’eau chaude sanitaire (ECS) ou le chauffage d’une piscine. Pour fournir un chauffage constant tout au long de la journée, malgré l’intermittence du rayonnement solaire, le PSD utilise l’inertie et la capacité de stockage de la dalle en béton. D’une épaisseur comprise entre 10 et 15 cm, celle-ci permet de restituer avec un déphasage la chaleur du jour et de « lisser » les apports solaires.
Dimensionnement
Pour calculer la surface de capteurs solaires nécessaire, on fait une moyenne entre les besoins d’été et d’hiver. Une installation peut satisfaire une part importante des besoins en hiver, mais s’avérer complètement surdimensionnée pour la production d’ECS durant l’été. On peut réduire l’écart des besoins entre les différentes saisons par une bonne conception du bâtiment en matière d’isolation et la recherche de débouchés pour la chaleur produite par fort ensoleillement.Les installations sont généralement prévues pour couvrir 30 à 70 % des besoins annuels en chauffage et ECS. La surface des capteurs est calculée pour une productivité de l’ordre de 350 à 400 kWh/an.m2, soit une moyenne de 15 m2 pour une maison disposant d’un plancher basse température de 100 m2.
Astuce
Un ensemble de capteurs bi-compartiment, dont le second est déconnecté (voire vidangé, ou recouvert de canisses faisant office d’ombrelle en été) permet de pallier le problème de surchauffe.
Dispositif d’appoint
Il permet de garantir la totalité des besoins, quelles que soient les conditions climatiques :
• Séparé : il consiste à rajouter sur un plancher chauffant basse température existant un système PSD dont la régulation sera indépendante de l’installation d’origine. Le couplage se fait au niveau hydraulique sur le circuit de retour du plancher chauffant.
• Intégré : l’énergie d’appoint provient d’une chaudière classique (intégrée au module de transfert) dont la régulation pilote l’ensemble du système de chauffage et de production d’eau chaude sanitaire en privilégiant l’apport solaire.
Coût
La consommation d’un plancher chauffant-rafraîchissant dépend de la pompe à chaleur installée, des caractéristiques du logement (zone géographique, isolation, surface à chauffer/climatiser…) et du confort souhaité. Pour une maison individuelle de 100 m2, de plein pied, équipée d’un plancher chauffant, le surcoût du plancher solaire direct est d’environ 8 300 € (main d’œuvre comprise, avec un capteur solaire de 13 m2).
Les chauffages conçus selon ces techniques permettent des économies variant entre 40 et 60 % en moyenne, selon que vous les comparez à l’une ou l’autre source d’énergie, qu’ils soient autosuffisants ou doivent être complétés par un apport thermique annexe. Pour relativiser ce surcoût, il faut prendre en compte que l’énergie solaire est gratuite et non polluante.
Aides Ce sont les mêmes que celles accordées aux chauffe-eau solaires.
