L'une des utilisations de l'énergie solaire thermique est la production d’eau chaude sanitaire (ECS). Les capteurs solaires captent l'énergie du rayonnement solaire pour augmenter la température d'un fluide.
L'eau chaude sanitaire (ECS) est une eau destinée à la consommation humaine qui a été chauffée. Les principales utilisations sont:
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Utilisations sanitaires telles que salles de bains, douches, etc.
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Les utilisations de nettoyage telles que la vaisselle, la machine à laver, etc.
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Systèmes de chauffage central pour le confort thermique.
En termes d'énergie, un système d'eau chaude sanitaire implique des économies d'énergie importantes puisqu'il représente entre 25 et 40% de la consommation énergétique des habitations.
L'approvisionnement domestique en eau chaude pour plus de confort et de qualité de vie nécessite une température idéale de sortie d'eau chaude entre 37 °C et 42 °C.
Sur le plan intérieur, l'eau est traditionnellement chauffée dans des chauffe-eau électriques, des générateurs d'eau chaude au gaz. Cependant, obtenir de l'eau chaude sanitaire solaire est un moyen de chauffer de l'eau en utilisant des énergies renouvelables, en étant respectueux de l'environnement, et en permettant la rénovation énergétique.
Dans le cas des systèmes de chauffage, c'est une alternative à la pompe à chaleur.
Parfois, l’énergie solaire est complémentaire aux autres systèmes conventionnels d’énergie comme les chaudières à condensation.
Comment produire un système d'eau chaude sanitaire ?
Le moyen le plus simple d'obtenir de l'eau chaude sanitaire est l'énergie solaire.
L'eau chaude peut être transportée; donc, elle permet de transporter de l'énergie. L'eau chauffée peut être stockée dans un réservoir bien isolé fonctionnant comme chauffe-eau à accumulation ou circulée dans un circuit de chauffage pour chauffer une maison.
Les éléments essentiels qui composent une installation ECS sont:
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Chauffe-eau
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Pompe de circulation
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Pipelines
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Débitmètres
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Soupape de limitation de pression
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Vannes pour la distribution d'eau chaude aux points de consommation.
L'obtention d'eau chaude sanitaire est l'une des applications les plus utilisées de l'énergie solaire thermique. C'est une bonne option pour les maisons unifamiliales et aussi pour les communautés de quartier.
Performance d'une système de production d’eau chaude sanitaire solaire
L'angle que les rayons du soleil forment avec le sol détermine les performances énergétiques d’un système ECS. En été, le Soleil est plus perpendiculaire au sol qu'en hiver, de sorte qu'en été, il chauffe eau thermodynamique plus facilement qu’en hiver.
L'énergie nécessaire pour la production d'eau chaude sanitaire à une température spécifique dépend de la température initiale de l’eau froide avant de traverser le circuit. Ainsi, en hiver, lorsque l'eau du réseau est généralement plus froide, il faudra plus d'énergie thermique qu'en été.
Les installations solaires d'eau chaude sanitaire nécessitent un accumulateur d'eau pour stocker l'eau chauffée dans un réservoir bien isolé jusqu'à ce que nous ayons besoin de l'utiliser.
Cela tient essentiellement à deux raisons:
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En raison de la différence de rayonnement solaire reçu pendant les différentes heures de la journée, sans parler du rayonnement solaire nul reçu la nuit et,
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Parce que nous n'allons pas toujours utiliser l'eau chaude, c'est-à-dire que la plupart de la journée, nous n'utilisons pas d'eau, mais lorsque nous voulions prendre une douche, nous utiliserions beaucoup d'eau chaude en peu de temps.
Comment dimensionner un système ECS ?
D'un point de vue économique, il est impossible de prétendre dimensionner une installation solaire thermique pour obtenir toute l'eau chaude sanitaire dont nous avons besoin tout au long de l'année. Dans ce cas, il faudrait prévoir une structure beaucoup plus grande pour obtenir une grande quantité d'énergie thermique en hiver.
Cette énergie serait restée en été, ce qui ferait bouillir l'eau dans le réservoir de stockage, générerait de la vapeur et la pression de cette vapeur finirait par faire éclater le réservoir.
Une solution serait de rincer l'eau chaude et d'ajouter de l'eau froide, mais ce ne serait pas raisonnable ni le coût ni l'impact sur l'environnement.
Il existe de nombreuses réglementations dans différents pays qui régissent la taille des installations d'énergie solaire thermique pour l'ECS. L'objectif est qu'ils soient construits pour une consommation raisonnable en été et qu'ils aient un système auxiliaire lorsque le système ne peut pas atteindre la température d'eau souhaitée.
Types de systèmes ECS
Il existe deux types de chauffe-eau:
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Installations d'eau chaude sanitaire en circuit ouvert. L'eau potable passe directement par les capteurs solaires. Ce système réduit les coûts et est plus efficace car la perte de chaleur est minimale. Cependant, il présente des problèmes dans les zones à faibles températures ou à forte concentration de sels.
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Les systèmes d'eau chaude sanitaire en circuit fermé fonctionnent dans une boucle d'eau fermée et un échangeur de chaleur. Il existe deux systèmes différents: le flux thermosiphon et le flux forcé.
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Les systèmes de production instantanée chauffent l'eau à la demande; lorsque vous avez besoin d'eau chaude, elle s'écoule à travers les capteurs.
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Les systèmes de stockage sont le système le plus courant; l'eau chaude est stockée dans des réservoirs d'eau chaude pour être fournie en cas de besoin.
Quelle est la température pour l’eau chaude sanitaire ?
L'élément le plus important de ce type d'installations solaires est l'eau. En raison des caractéristiques de fonctionnement et d'utilisation de ces systèmes, il convient de s'assurer que l'eau se trouve dans certaines restrictions de température.
L'eau chaude sanitaire est soumise à différentes restrictions thermiques, qui régulent les températures de distribution et de consommation et augmentent la complexité de la projection de l'installation d'eau chaude sanitaire. La température minimale de l'installation est limitée afin d'éviter l'apparition de légionelles.
En résumé, la réduction de la température à moins de 50 °C dans le robinet et à 55 °C dans le réservoir doit être évitée dans des conditions de fonctionnement normales. L'ensemble de l'installation doit pouvoir supporter des températures de 70 °C.
Par contre, il faut éviter de toucher l'eau avec la peau à des températures supérieures à 40 °C, afin d'éviter d'éventuelles brûlures. Ceci peut être réalisé en mélangeant l'eau chaude de l'installation ECS avec de l'eau froide conventionnelle, en utilisant des mélangeurs.
Avantages de l'énergie solaire thermique pour l'eau chaude
La production d'eau chaude à partir de l'énergie solaire présente de nombreux avantages:
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Possibilité de recevoir des subventions.
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Économise jusqu'à 95% d'énergie pour la production d'eau tout au long de l'année.
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Les économies d'énergie impliquent des économies de coûts conséquentes.
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C'est écologique.
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Il ne pollue ni n'émet de CO2.
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Une consommation moindre de combustibles fossiles favorise l'indépendance énergétique du pays et de notre propre maison, s'il y a des problèmes d'approvisionnement.
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C'est le moyen le plus pratique pour le citoyen de contribuer à l'environnement.
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Longue durée de vie: environ 25 ans.
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Facile à utiliser: tout fonctionne automatiquement et l'utilisateur n'a pas à se soucier de rien.