Chauffe-eau solaire domestique combiné avec le chauffage radiant et la piscine

Il est totalement faux de prétendre qu'il fait trop froid au Canada pour utiliser l'énergie solaire active à des fins de production d'eau chaude domestique ou pour le chauffage radiant des immeubles. Au Canada, le soleil produit des radiations de lumière de l'ordre de 1,000 Watts/m² en hiver. À partir de 850 Watts/m², l'énergie solaire peut être absorbée thermiquement pour chauffer de l'eau domestique, l'air ambiant, une piscine ou l'eau de procédé industriel.

Un système à combiner
Au Canada, et particulièrement au Québec, la production d'électricité par l'utilisation de grands barrages permet de vendre l'électricité à très bas prix (0,07$ du Kw-Hr). Pour rentabiliser rapidement l'investissement des équipements liés à la captation et au stockage de l'énergie solaire thermique il faut multiplier leurs usages selon les saisons afin d'en tirer une performance optimale.

Combinaison selon les saisons. En automne et au printemps, les besoins énergétiques en chauffage seront beaucoup moindre et les capteurs serviront principalement à la production d'eau chaude domestique.
En été, les capteurs produiront beaucoup trop d'énergie pour les seuls besoins de l'eau chaude domestique. Le surplus pourra être utilisé pour le chauffage de l'eau d'une piscine extérieure ou intérieure.

Combinaison des systèmes solaires passifs et actifs. Lorsque l'orientation de l'immeuble le permet, il faut d'abord concevoir les systèmes solaires thermiques actifs de concert avec les systèmes de chauffages solaires passifs. En effet, lorsqu'il fait soleil, l'énergie solaire passive entrant par les fenêtres, suffit amplement à chauffer des immeubles bien isolés même lorsqu'il fait -15'C à l'extérieur. Dans une maison solaire passive, les capteurs serviront davantage au préchauffage de l'eau chaude domestique ainsi qu'aux pièces du sous-sol pour stocker l'énergie dans leur dalle de béton.

Le choix du capteur (collecteur thermique)

Il existe différents types de capteurs conçus en fonction des besoins et de l'orientation des bâtiments. Dans les pays froids, tous les capteurs doivent avoir les mêmes composantes de base:
1- Un vitrage. Pour créer l'effet de serre et protéger du vent la surface qui capte le soleil. Dans le domaine résidentiel on utilise généralement un vitrage double de polycarbonate. C'est un produit léger et résistant qui a aussi un effet isolant. Dans d'autres utilisations commerciales, le verre trempé est parfois préféré car il laisse passer davantage de lumière.
2- Une surface absorbante. Pour être transformée en chaleur l'énergie lumineuse doit être absorbée et ensuite transférée au mélange eau-antigel qui sert à transporter la chaleur absorbée vers le réservoir isolé dans la maison.
3- Un caloporteur. Le liquide qui transporte l'énergie captée est appelé le "caloporteur" car il transporte les "calories" qui sont une unité de mesure de la chaleur. Dans certains systèmes, l'air est utilisé comme caloporteur.
4- Un conducteur. Le transfert de la chaleur de l'absorbeur vers le caloporteur se fait par conductivité. Voilà pourquoi on utilise généralement le cuivre comme matériau de transfert de chaleur.
5- Un boitier isolant. Pour éviter les pertes de chaleur et les pertes d'efficacité de la plaque de transfert, le boitier doit être bien isolé.

Capteur recommandé. Pour les usages résidentiels courants de production d'eau chaude domestique et de chauffage radiant je vous recommande l'utilisation d'un capteur plat tel que le Day Star P8-215. C'est actuellement le meilleur rapport qualité/prix pour cet usage.
Certains capteurs sont conçus pour capter davantage d'énergie le matin (en fonction de l'usage et de l'orientation de l'immeuble). D'autres capteurs plus coûteux permettent de produire une eau à plus haute température. On les utilise davantage pour certains usages industriels.

Le choix du chauffe-eau

Il existe deux types de chauffe-eau solaires: celui utilisé uniquement pour des besoins d'eau chaude domestique et celui qu'on utilise en plus pour du chauffage radiant dans la maison.
Dans les deux cas, le liquide caloporteur venant du capteur n'entre pas en contact avec l'eau réchauffée. Le caloporteur circule dans une boucle en tuyauterie de cuivre insérée dans le chauffe-eau solaire qu'on appelle l'échangeur de chaleur.

Chauffe-eau domestique seulement. Le chauffe-eau solaire sert de préchauffage pour l'eau chaude domestique. Il est alimenté par de l'eau froide en provenance de l'aqueduc municipal ou d'un puits personnel. La température de l'eau froide varie énormément durant l'année. En été, l'eau arrive généralement à une température de 12'C et peut facilement être portée à 50'C par le capteur solaire. En hiver, l'eau arrive souvent à 1'C et l'énergie solaire ne peut pas suffire à tous les besoins d'eau chaude. Le chauffe-eau standard prend alors la relève pour combler les besoins supplémentaires.Sur l'ensemble de l'année, le chauffe-eau solaire peut combler 65% des besoins d'eau chaude domestique.

Le chauffe-eau à double fonction. Le chauffe-eau servant aussi au chauffage des locaux utilise un deuxième échangeur de chaleur placé dans le haut du réservoir pour capter l'énergie stockée dans le réservoir.
L'eau chaude peut être utilisée pour des systèmes de chauffage radiant à basse température comme les planchers radiants qui fonctionnent avec de l'eau à environ 30'C.
En général, nous recommandons d'envoyer l'eau chaude de ce système dans les dalles de béton isolées des sous-sols ou dans les dalles de béton des planchers de garages.Dans tous les cas, une isolation parfaite est primordiale.

Autres modes de distribution de chaleur

En plus du chauffage par plancher radiant, il est possible d'utiliser deux autres modes de diffusion de la chaleur.
Plinthes murales. En rénovation, il est parfois impossible ou trop coûteux d'installer un système de plancher radiant hydronique.On peut alors utiliser des plinthes (calorifères) à convection fonctionnant sur le réseau solaire hydronique.
Air chaud central. On peut aussi ajouter un échangeur de chaleur dans le plénum d'un système de chauffage central à air pulsé pour redistribuer la chaleur solaire dans l'ensemble de la maison.

Un concept énergétique global

L'écodesign. L'angle des capteurs doit être plus ou moins grand selon que le système installé servira à chauffer une piscine en été ou l'eau sanitaire et le chauffage ambiant. Le design global d'un immeuble doit prévoir l'usage des capteurs pour définir les pentes du toit afin que ceux-ci soient bien intégrés à son architecture. Que ce soit pour une maison neuve ou une rénovation, un système de chauffage à énergie solaire peut être rentabiliser lorsqu'il est bien conçu en fonction des besoins.

L'évaluation énergétique et l'installation par des experts

Pour que votre investissement soit rentable il est important de bien faire évaluer vos besoins par un expert en énergie solaire et en efficacité énergétique afin de tenir compte de l'énergie solaire disponible à votre latitude.
Pour bien performer, il faudra aussi s'assurer d'une installation de qualité, laquelle doit être réalisée par des entreprises en climatisation et chauffage expérimentées en énergie solaire.