La SAGA de mes capteurs solaires à AIR
Guy Isabel, février 2012
Localisation : Villedieu la Blouère , 49450 , Pays de Loire
( 47° 09.049 N et 1° 03.899 W )
guy.isabel chez orange.fr
Avant –propos:
Adepte du solaire depuis fort
longtemps déjà, mais plutôt partisan de la simplicité, j’ai opté dès
1985 pour la mise en place d’un ensemble chauffe-eau
SOLAHART de 300 litres, en thermosiphon. (Le terme CESI m’était
inconnu alors !). Matériel livré en « kit » par une
grosse entreprise d’électricité choletaise. Néophyte total
(newbie !), le ballon horizontal a été installé SOUS les
combles, et les 4 m2 de capteurs plus bas, à cheval sur la gouttière à
la manière d’une casquette, pour autoriser le fonctionnement
automatique tant espéré, malgré un aspect esthétique discutable !
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Photo 1 : Les capteurs du C.E. Solahart
Juste deux conduits droits de fort calibre entre les
capteurs et le ballon, sans pompe, régulateur, vannes et autre
vase d’expansion ! Fonctionnement très satisfaisant jusqu’à cet
hiver 2012, où le gel a endommagé ou fini d’user les divers
organes de sécurité. Bref, plus d’eau chaude, installation en urgence
d’un C.E. classique (à électrode de titane) capacité de 200
litres seulement.
Révision globale prévue de l’ensemble solaire au printemps, avec
remplacement à l’identique ou compatible des pièces d’usure
(anode, groupes de sécurité, soupapes, fluide, etc.)
Débuts de l’aérothermie:
A la même époque, donc 1985, j’ai entendu parler des capteurs à air,
grâce notamment à l’ouvrage de JL PERRIER, génial partisan
angevin du solaire, qui ira jusqu’à produire de l’hydrogène à partir
d’un gigantesque capteur à concentration …dans son terrain, qu’il
parcourait avec sa Simca 1000 spécialement équipée. Précurseur
dites-vous ? Hélas …
Je connaissais déjà à l’époque Michel You (oui, oui, celui
d’APPER), collègue enseignant dans le même lycée, dans la même
discipline : l’électrotechnique. C’est d’ailleurs grâce à lui que
j’ai pu acquérir un profilé spécial en aluminium noirci,
l’absorbeur de mon premier capteur à air, qui fonctionne toujours à ce
jour, et délivre un chauffage d’appoint solaire fort
apprécié ! Fiabilité dites-vous ?
Photo 2 : absorbeur aluminium noirci (montage vertical !)
Photo 3 : aspect du capteur à air initial de 2 m2, toujours en service
Particulièrement rapide à réagir, la
température en partie haute à l’intérieur atteint souvent 65 à 75°C,
avec un gain de 5 à 6°C dans la pièce correspondante, elle-même
chauffée par un simple convecteur à régulation électronique (réglé à
15°C, tarif EDF HC-HP).
Photo 4 : relevés du 12/2/2012 à 14 h, température extérieure -2°C
Satisfaction entière et économie en
pleine journée ensoleillée. Aucun souci de gel, de fuites, malgré la
neige ou autres gâteries météorologiques ; entretien minimal du
vitrage extérieur quand la pluie ne s’en charge pas ! Seule
exigence, ouvrir la trappe intérieure haute le matin, dès que la
température atteint environ 20°C dans le capteur, et la refermer le
soir pour éviter toute déperdition nocturne. Une habitude qui va
bientôt disparaitre avec la mise en place d’un asservissement
électronique, décrit dans notre ouvrage Eyrolles paru en janvier 2012.
(Voir
http://www.apper-solaire.org/?Publications/isabel )
Photo 5 : trappe intérieure manuelle, avec son capteur de température
Nouvelle version, absorbeur en ardoise:
Pour avoir constaté la dégradation de la « peinture noire »
sur l’absorbeur alu, et l’avoir rafraichi une ou deux fois, j’ai pu
constater à chaque fois que, la chaleur aidant, pendant de
longues périodes des émanations désagréables (et toxiques) étaient
perçues dans la pièce chauffée. Il fallait trouver un matériau plus
sain, noir de préférence et facile à mettre en œuvre. C’est mon épouse
qui trouva la solution un jour : et pourquoi pas de
l’ardoise ? Eh oui, pourquoi pas ? Et très vite un capteur
expérimental fût assemblé à la hâte avec des ardoises diverses
récupérées et le double vitrage intact d’une porte fenêtre inutilisée.
L’essai en plein hiver 2010 fût très concluant et le chantier débuta.
Photo 6 : capteur expérimental avec les ardoises de récupération (aucune isolation)
Rappel: principe de fonctionnement du capteur à air.
Chacun sait bien que l’air chaud a tendance à s’élever, donc, si l’air
prélevé en partie basse d’une pièce est réchauffé à l’EXTERIEUR, par
effet de serre, dans un capteur de préférence orienté au SUD, et
placé verticalement pour atténuer la surchauffe estivale, on pourra
récupérer cet air réchauffé et le réintroduire dans la pièce. En somme,
le capteur aérothermique peut se comparer à un multiplicateur ou
amplificateur de chaleur ! La thermo-circulation fait le reste du
travail, aidée il est vrai par un ventilateur de très faible puissance,
chargé de pousser l’air dans le capteur. Cette position basse évite
bien entendu de faire supporter au moteur la chaleur parfois élevée de
l’air obtenu après chauffage par les rayons du soleil !
Figure 7 : principe général du fonctionnement d’un capteur à air.
Sur cette figure on peut remarquer la
position de la trappe haute intérieure, à fermer le soir, mais aussi la
présence d’un autre clapet haut à l’extérieur, sur le sommet du
capteur. Cette sortie ne sera utile qu’en période estivale, un peu à la
manière d’une soupape de sécurité, pour permettre éventuellement à la
chaleur accumulée en excès de s’évacuer. Toutefois, en cas
d’ombrage naturel suffisant (arbres caduques), ou en présence d’une
avancée de toiture importante à l’aplomb du capteur, cette trappe ne
sera sans doute pas utile. En outre, l’angle solaire ou angle
zénithal, sera bien plus haut l’été que l’hiver ! La Nature
ici encore, fait bien les choses, et cette simplicité nous convient
particulièrement.
Le cahier des Charges du capteur devra répondre à plusieurs fonctions
distinctes, et de fait le profil retenu pour son cadre sera adapté à la
synthèse de toutes ces exigences, que nous pouvons résumer dans le
tableau suivant :
Construction du cadre:
Les dimensions du profil correspondent à notre modèle de capteur de 2
m2 environ, et peuvent être adaptées selon l’approvisionnement du sapin
DOUGLAS.
Voici un diaporama succinct des
étapes de cette construction, encore plus détaillée dans notre ouvrage.
A la fin de cette séquence, le capteur nu pèse environ 40 kg, et il est
prêt à être posé sur le mur SUD.
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Fixation, préparation des ouvertures:
Il s’agit de permettre le passage de l’air frais prélevé
dans le bas de la pièce et de l’air réchauffé en partie haute. Il
faudra aussi prévoir la fixation solide du capteur au mur , avec une
simple cornière en bas et deux équerres en tête .Un
« tube » en CTBX servira de coffrage et contiendra pour
le haut du moins une gaine alu ou un tube métallique , chaleur oblige .
Après la menuiserie, voici le temps de la maçonnerie, et des retouches
intérieures, plâtre et peintures…
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Une fois le capteur fixé au mur, et
les ouvertures finalisées, il convient de mettre en place la fine bande
réfléchissante en alu adhésif, pour « réfléchir » la chaleur
infrarouge dissipée sur l’arrière des ardoises qui formeront
l’absorbeur.
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Chicanes et ardoises:
Les chicanes en bois brut de 8 x 27 ont pour fonction de permettre à la
fois de fixer les ardoises et aussi de générer un parcours plus long
pour l’air frais du bas, qui s’échauffera au contact de l’absorbeur
lors de sa montée quasi naturelle. Leur mise en place par vissage sera
donc soigneusement étudiée et est en fait tributaire de la taille des
ardoises approvisionnées. Pour un parfait alignement des ardoises, nous
avons fixé provisoirement un guide vertical dans le même bois.
L’ardoise se perce facilement (trop même parfois !) Et son débit
sera grandement facilité si l’on peut faire usage d’une machine
électrique à disque diamanté lubrifié à l’eau. Bien entendu, il
convient de débuter la pose par le bas du capteur, pour que les
rangées successives masquent les vis des ardoises inférieures. La
rangée du haut recevra quelques vis noires plus discrètes !
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Photo 8 : capteur équipé, prêt à recevoir son vitrage.
Vitrage:
L’inertie thermique des ardoises est certes un avantage, mais nous
impose de prendre un vitrage trempé : un risque sérieux de casse
subsiste lorsque le différentiel de température entre l’intérieur et
l’extérieur du capteur survient, comme par exemple pluie, neige avec un
soleil bas, donc chaud en hiver. Le verre trempé est plus onéreux, mais
résistera à des températures de 250 °C avec une résistance
mécanique bien plus importante aussi. Compte tenu de la taille du
capteur (+ de 2m2), le choix d’un verre de 5mm nous a semblé plus
judicieux. L’étanchéité sera assurée très simplement par un joint
adhésif en EPDM, à la fois sous le vitrage, donc collé sur le châssis
et sous la pare close elle aussi en sapin Douglas. Un serrage équilibré
avec vis de 6 mm achèvera le montage. A noter que la partie basse du
vitrage reste libre à l’extérieur, pour une bonne évacuation de la
pluie.
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Photo 9 : coupe légendée du capteur à air
Gestion estivale:
Le capteur aérothermique donnera une pleine efficacité sur un mur SUD,
verticalement pour des raisons de simplicité. Il va de soi qu’il sera
opérationnel dès l’automne jusqu’au printemps. Mais en période
estivale, il serait prudent de veiller à son ombrage pour parer à tout
excès de chaleur (la trappe haute intérieure sera bien entendu
fermée !) Une avancée de toit peut déjà contribuer à limiter son
exposition ; on pourra également construire une
« casquette » ou brise-soleil pour réduire l’effet de serre.
Un ombrage naturel, avec des arbres à feuillage caduque est
envisageable, ou encore des structures horizontales en fil de fer pour
recevoir des plantes grimpantes non persistantes. Il reste
toujours la solution d’ouvrir le clapet prévu en partie haute du
capteur, en veillant à se préserver de la pluie (à moins de vouloir
créer un aquarium !)
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Photo 10 : février 2012, la neige est là, on attend le soleil
Options éléctroniques:
Une gestion automatisée de la trappe haute intérieure apporte un
confort certain, et assure un fonctionnement totalement autonome du
capteur (on pourra aussi envisager une alimentation solaire en 12
volts). L’idéal donc pour une résidence secondaire ou pendant quelques
jours d’absence, sans crainte de fuites ou dégâts du gel !
Nous avons installé un volet pivotant commandé par une petite moto
réductrice, asservi à la température qu’il faudra mesurer DANS le
capteur, donc après le volet. Tous les détails, plans, schémas, typons
figurent dans l’ouvrage Eyrolles, avec la gestion du petit ventilateur
d’air froid.