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Module de formation ANALYSE DE PROJETS DE CHAUFFAGE SOLAIRE DE L’EAU COURS D’AN

Module de formation ANALYSE DE PROJETS DE CHAUFFAGE SOLAIRE DE L’EAU COURS D’ANALYSE DE PROJETS D’ÉNERGIES PROPRES NOTES DU FORMATEUR Ce document donne la transcription de la présentation orale (voix et acétates) pour ce module de formation et peut être utilisé comme notes du formateur. Cette présentation orale donne une vue d'ensemble de cette technologie et un aperçu des algorithmes utilisés dans le modèle RETScreen. Le matériel de formation est disponible gratuitement sur le site Web du Centre d'aide à la décision sur les énergies propres RETScreen ® International : www.retscreen.net. ACÉTATE 1 : Analyse de projets de chauffage solaire de l’eau Ceci est le module de formation Analyse de projets de chauffage solaire de l’eau du cours d’analyse de projets d’énergies propres de RETScreen International. Dans cette présentation, nous examinerons l’exploitation de l’énergie solaire pour chauffer de l’eau comme ceux que l’on voit sur cette photo. Il s’agit de capteurs plans, vitrés, installés en Ontario, au Canada. Acétate 1 ACÉTATE 2 : Objectifs Ce module vise 3 objectifs: le premier est de passer en revue les principes fondamentaux d’un chauffe-eau solaire; le deuxième de vous présenter quels peuvent être les éléments essentiels à considérer dans une étude d’implantation d’un tel système; et le troisième de vous présenter le modèle RETScreen® International pour chauffage solaire de l’eau (CSE). Acétate 2 ACÉTATE 3 : Qu’est-ce que les systèmes de CSE fournissent? Un chauffe-eau solaire utilise l’énergie solaire pour chauffer de l’eau et peut ainsi combler toutes sortes de besoins en eau chaude, en autant que ces besoins soient modérés. Des systèmes intégrés, prêts à être installés, permettent de répondre aux applications résidentielles. Des systèmes conçus sur mesure avec de plus grandes surfaces de capteurs combleront des besoins plus importants pour des immeubles résidentiels, des restaurants, des hôtels, des motels, des hôpitaux ou des installations sportives. Ils s’adapteront également à certains procédés du secteur commercial ou industriel léger comme les lave-auto, les buanderies ou la pisciculture. Enfin, un usage souvent très rentable de l’énergie solaire est le chauffage des piscines. Acétate 3 RETScreen® International Page 2 de 11 ACÉTATE 3 : Qu’est-ce que les systèmes de CSE fournissent? (suite) En plus des économies d’énergie, un système solaire peut offrir d’autres avantages comme de devancer et de prolonger sans frais la saison de baignade, dans le cas d’un chauffe-piscine solaire, ou encore d’offrir une plus grosse réserve d’eau chaude. En effet, comme l’ensoleillement n’est jamais garanti au moment où il y aura des besoins d’eau chaude, on utilisera généralement un réservoir dédié au stockage de l’énergie solaire. Cette réserve supplémentaire, ajoutée au chauffe-eau classique, augmente le niveau de confort et la garantie de fourniture d’eau chaude. Les chauffe-piscines, quant à eux, permettent de devancer et de prolonger la saison d’utilisation d’une piscine en exploitant l’énergie solaire disponible à certaines périodes trop fraîches pour pouvoir profiter d’une piscine qui ne serait pas chauffée. La photo du haut montre un centre de conférence à Béthel au Lesotho dans le Sud de l’Afrique. On voit sur le toit les capteurs solaires noirs et les 2 réservoirs de stockage de l’eau chaude. Ce bâtiment intègre d’autres caractéristiques d’utilisation de l’énergie solaire permettant de bénéficier de l’éclairage naturel et d’électricité d’origine photovoltaïque. La photo du bas montre un développement résidentiel à Kungsbacka en Suède. Les pans de toit de couleur noire sont des capteurs solaires. ACÉTATE 4 : Composants d’un système de CSE Il existe plusieurs configurations de chauffe-eau solaires et les composants utilisés peuvent être différents d’un projet à un autre. Nous allons présenter un système dont la configuration utilisera la plupart des composants que l’on pourra retrouver dans un chauffe-eau solaire. Trois fonctions principales sont réunies dans un chauffe-eau solaire: la collecte de l’énergie solaire, le transfert de l’énergie thermique captée puis son stockage sous forme d’eau chaude. La première fonction est assurée par les capteurs solaires que l’on voit en haut à gauche de ce dessin et dans lesquels circule un fluide thermique, le plus souvent de l’eau ou un mélange antigel. Le fluide thermique circule à travers un échangeur de chaleur et cède sa chaleur à l’eau que l’on veut échauffer. Cette dernière est stockée dans un réservoir de préchauffage, à droite de l’échangeur de chaleur et permettra de répondre aux besoins d’eau chaude sanitaire, même pendant des périodes sans ensoleillement pouvant durer quelques jours. Les zones de couleur à dominante rouge ou bleue illustrent le phénomène de stratification des températures dans un réservoir d’eau chaude; celle-ci s’accumulant d’abord dans le haut du réservoir. L’eau froide, plus lourde, demeure naturellement dans le fond du réservoir avant d’être échauffée. C’est pourquoi on alimente un chauffe-eau en eau froide par le bas, et que l’on soutire l’eau chaude par le haut. L’eau est soutirée du réservoir de préchauffage solaire et sert à alimenter le chauffe-eau classique qui permet de compléter au besoin l’apport de chaleur pour garantir la fourniture d’eau chaude sanitaire à la température désirée. Acétate 4 Module de formation analyse de projets de chauffage solaire de l’eau Page 3 de 11 ACÉTATE 4 : Composants d’un système de CSE (suite) Dans la configuration présentée ici, l’échange de chaleur entre le fluide de la boucle solaire et l’eau du réservoir de préchauffage se fait par convection naturelle. Le phénomène de thermosiphon par lequel l’eau s’élève en s’échauffant pour être remplacée par l’eau froide, plus lourde, du fond du réservoir, évite ainsi l’usage d’une pompe circulatrice. L’eau chauffée à l’énergie solaire s’accumule d’abord dans le haut du réservoir de préchauffage. Le fluide de la boucle solaire circule en sens inverse pour augmenter l’efficacité de l’échangeur de chaleur et retourner à la plus basse température possible vers les capteurs solaires qui ont alors moins de pertes thermiques et ont un meilleur rendement. La boucle solaire est complètement séparée de l’eau chaude sanitaire et le fluide solaire y circule en boucle fermée. Cela permet d’utiliser un mélange antigel comme fluide thermique. Pour protéger le fluide solaire contre le gel et les surchauffes à l’arrêt, on peut concevoir une boucle à retour par gravité. À l’arrêt de la pompe, le fluide contenu dans les capteurs solaires et à l’extérieur du bâtiment peut retourner dans un réservoir tampon situé à un niveau inférieur. Durant les périodes de gel, le système n’est pas en opération et toute l’eau est drainée du capteur. Le système illustré ici montre une pompe circulatrice alimentée par un module photovoltaïque qui sert donc en même temps de système de contrôle puisque s’il y a assez d’électricité pour activer la pompe, c’est qu’il y a aussi assez d’ensoleillement pour produire de la chaleur. ACÉTATE 5 : Capteurs solaires sans vitrage Il existe différents types de capteurs solaires. Les plus simples et les moins coûteux sont les capteurs sans vitrage. Un panneau de matière plastique noire formant de multiples fines tubulures parallèles est étendu entre 2 tuyaux collecteurs, l’un servant d’alimentation, l’autre de retour du capteur solaire. L’eau qui circule dans les fines tubulures se trouve en contact avec la surface du panneau exposé au soleil et s’échauffe. Comme il n’y a pas de vitrage, l’ensoleillement atteint directement la surface absorbante du capteur solaire qui a donc un excellent rendement énergétique. Cependant, dès que la température de ce capteur s’élève, ses pertes thermiques sont également très importantes car rien n’empêche les pertes par radiation, ni par convection ni même par conduction à l’arrière du capteur solaire. Les pertes thermiques seront d’autant plus importantes que le capteur solaire travaille à une température plus élevée par rapport à la température ambiante et qu’il y a du vent. Pour ces raisons les capteurs sans vitrages seront utilisés dans des applications à basse température ou à usage saisonnier, par exemple en pisciculture ou pour le chauffage des piscines. Les capteurs sans vitrage ont plusieurs avantages, à commencer par leur faible coût, leur rusticité, leur légèreté et leur durabilité. Il s’agit des capteurs solaires les moins chers que l’on puisse utiliser. C’est pourquoi il s’agit du type de capteur le plus répandu en Amérique du Nord pour utiliser l’énergie solaire afin de chauffer les piscines. Comme ces capteurs sont en matière plastique, ce ne sont pas tous les modèles qui peuvent être raccordés directement au réseau d’eau d’une maison pour produire de l’eau chaude car la pression d’eau pourrait les endommager. Pour de telles utilisations, il faut bien se renseigner auprès du fabricant sur les spécifications de son produit. En revanche, ces capteurs sont tout à fait conçus pour pouvoir être branchés directement sur le circuit de filtration d’une piscine. Acétate 5 RETScreen® International Page 4 de 11 ACÉTATE 5 : Capteurs solaires sans vitrage (suite) La matière plastique de ces capteurs solaires est traitée pour résister aux ultraviolets et c’est pourquoi des garanties de 10 à 15 ans sont souvent offertes par les fabricants. Ces capteurs viennent en assez grandes dimensions, typiquement 1,5 m de large par 2,5 uploads/Management/ cours-chauffage-solaire-eau.pdf