Mise en place des capteurs de température...

Pour la régulation, il est nécessaire de placer des capteurs aux endroits stratégiques de l'installation...
Je pars sur la base de capteurs Dallas 18B20

Il est prévu de mesurer les valeurs suivantes :

• Tcapt : température de l'air dans le capteur solaire
• Tint : température de l'air de la maison
• Text : température de l'air extérieur
• Tch : température de l'eau en haut de la cuve
• Tcb : température de l'eau en bas de la cuve (stratification ?)
• Tecs : température de l'eau chaude sanitaire (le serpentin échange-t-il bien ?)
• Trc : température de l'eau en sortie de capteur solaire (le capteur échange-t-il bien ?)

 Les températures mesurées dans l'eau se feront à travers un "doigt de gant" qui présente l'énorme avantage 'avoir accès au médium sans se mouiller ;-) autrement dit, on peut mesurer la température de l'eau sans être obligé d'être en contact direct avec elle. L'inconvénient majeur étant un retard sur l'information  : il faut le temps que le cuivre se mette à la température de l'eau, puis qu'il transmette cette température à l'air intérieur et enfin que ce dernier chauffe ou refroidisse le capteur..d'où la nécessité d'avoir un ajustement assez précis entre le capteur et le "doigt" pour améliorer le transfert.

Le principe retenu est de placer dans le flux d'eau un tuyau de cuivre de faible diamètre (6-8 mm) qui ne vienne pas perturber l'écoulement de ce dernier et de rendre étanche cette liaison. Pour cela, j'ai augmenté le diamètre du tube en soudant des éléments successifs.

Fabrication des doigts de gant pour Tecs et Trc :

Empilage de tuyau de cuivre de différents diamètres jusqu'au dernier (6-8 mm) ouvert sur l'extérieur, pincé-soudé à l'intérieur.

s

Pincé-soudé sur l'intérieur

Sur le Té en laiton qui s'insérera dans le retour du capteur solaire

Le capteur rentrera dans cet orifice, sera en contact "indirect" avec l'eau

La même chose réalisée pour la température de l'eau chaude sanitaire (Tecs) sur un Té en cuivre de 14 mm.

Essais..

La première journée de chauffe a permis à l'eau de la cuve de passer de 17 °C à 42 °C.
J'ai pris le soir une douche "solaire" un peu fraîche car la température de l'eau ne permettait pas encore de sortir en débit continu à 37 °C. L'eau du ballon est redescendue à 35 °C après cela.

La seconde journée de chauffe a fait passer l'eau de 32 °C (perte de 3 °C pendant la nuit, le ballon n'est pas encore très bien isolé) à 52 °C le soir.
La douche fut beaucoup plus agréable et le régulateur de température du robinet placé sur 37 °C a joué parfaitement son rôle.

Les 2,7 litres d'eau contenus dans le serpentin (24 m en diamètre 12 mm) sont forcément à la température de la
cuve..  Mais la température des litres suivants est moins triviale..
Le principe retenu ici est de chauffer l'eau sanitaire à la demande, lors de son passage dans le serpentin immergé dans l'eau de la cuve.

Est-ce que ça marche ? oui...

Cela dépend forcément du débit demandé, de la température de l'eau de la cuve, de la température initiale de l'eau, mais dans les conditions d'essai du jour, c'était concluant....

Débit, puissance ???

Le système est entré en fonctionnement aujourd'hui. Je m'interroge sur l'optimisation du débit de mon circulateur pour récupérer un maximum de calories.
 
Trop rapide, l'eau n'aura pas le temps de récupérer toute les calories du capteur et le rendement sera moins bon.

Pour mes premiers essais (sans régulation pour l'instant) aujourd'hui samedi 10 avril 2010 :
- la température de l'eau dans le réservoir était de 17 °C ce matin lors de la mise en route, il était 10H
- le soleil était présent ce jour, avec un voile nuageux intermittent, la température extérieure était de 18°C (Lyon)
- il était 16H et la température de l'eau (mesurée en haut de la cuve) était de 37 °C.
- le volume d'eau dans cette cuve est d'environ 180 L d'eau

Si je calcule correctement (?) :
- 180 L x (37 - 17) = 3600 kcal
- 3600 kcal / 860 = 4186 Wh
- 4186 Wh / 6h = 697 W

La puissance de mon capteur serait de 697 W (dans les conditions d'ensoleillement du jour) ?

Est-ce peu ? moyen ? important ?

Comment calculer le débit idéal ? doit-on passer par des essais en espérant que les conditions d'utilisation seront identique ??  


 


Par ailleurs, j'ai mesuré la puissance électrique consommée par le circulateur en vitesse 1 : résultat 40 W
A noter que la vitesse 1 n'est pas suffisante pour élever l'eau jusqu'au capteur solaire lors du démarrage. Il est nécessaire de commuter le circulateur en position 3 le temps que le système s'amorce, on peut alors se remettre en position 1.

Mesure de la puissance consommée par le circulateur.

Isolation des conduits

Phase finale de l'installation, après avoir vérifié que tout était opérationnel, sans fuite, l'isolation des tuyaux et l'étanchéité des passages de toits..

Le circulateur sera "entouré" d'isolant (laine de verre ?) à postériori, quand la régulation sera finalisée.

Les conduits extérieurs sont entourés de 2 épaisseurs de tuyau polystyrène et étanchéifiés par une bande alu / goudron auto-collante.

Idem pour l'arrivée d'eau

Isolation du capteur..

J'ai hésité longtemps avant d'opter pour l'insertion de laine de verre vis à vis du risque d'humidité (condensation) à l'intérieur du capteur. Si la laine se mouille, son efficacité est réduite à néant....
Mais rien n'est gravé dans la pierre et si cette solution ne devait pas s'avérer payante, il sera toujours possible d'opter pour un autre isolant.
Derrière le capteur se trouve donc la laine de verre (10 cm) puis une plaque de polystyrène extrudé de 3 cm d'épais, puis une plaque de 5 mm de contreplaqué marine protégé par une lasure.

Coupe de l'isolation...

La laine de verre mise en place

Le panneau de bois et le polystyrène sur la laine de verre.

Les deux panneaux arrières sont fixés.

Fixation des jambes de soutien arrières.

L'ensemble fixé.

L'étanchéité de la partie supérieure.

L'ensemble en place et quasiment opérationnel.. Il n'y a plus qu'à attendre le soleil....

Fixation du capteur sur le toit...

Monter le châssis sur le toit n'a pas été chose facile.. 65 kg à élever à 3m50 du sol tout seul... il a fallu user de stratagèmes...

Voilà le capteur en place, fixé uniquement par le bas pour l'instant...

Détail de l'étanchéité de la fixation et du passage du tuyau

Passage des fixations hautes..

Étanchéité des fixations hautes..

Les éléments de fixation arrière en attente du complément.

Détail de la descente du tuyau

Capteur mis en place mais pas encore isolé

Mise en place du cumulus

Il est placé dans une pièce à part (bruit du circulateur + retour d'eau).

Relier les réseaux Eau Froide et Eau Chaude au serpentin.. La vanne de remplissage..

La sortie basse avec le tuyau de niveau, le circulateur, la vanne de purge.

Les tuyaux en PER pour la liaison avec le capteur.

Les essais d'étanchéité.

Ajustement du chassis du capteur...

Le châssis de la fenêtre récupéré n'est pas assez profond pour accueillir le capteur et son isolation. Il est donc nécessaire de rajouter des éléments en bois :

Mise en place du capteur

Découpe des passages..

Absorbeur du capteur..

Le cuivre ayant une conductibilité thermique largement supérieure à tous les matériaux (doc), j'ai choisi de m'orienter vers une plaque de 2m x 1m en 0.5 mm d'épaisseur pour réaliser l'élément qui recevra les rayons solaires et transmettra les calories vers les tubes dans lesquels circule l'eau..
Le coût de cette plaque est d'environ une centaine d'euros (mars 2010). Pour ma configuration, il était nécessaire de la couper en 2 parties. J'ai heureusement pu le faire chez le marchand grâce à la mise à disposition de sa cisaille.

La plaque découpée

Pour optimiser la conduction de la plaque vers les tubes, j'étais parti initialement sur l'idée d'emboutir la plaque en lui donnant la forme du tube. L'opération s'est révélée être difficilement réalisable....

La puissance nécessaire pour emboutir une plaque sur 90 cm de long est relativement conséquente.... J'ai opté donc pour le brasage à l'étain des tubes sur la plaque.

 Mise en place d'une plaque sous le capteur

Début des brasures

J'ai fait l'erreur au début d'utiliser mon chalumeau pour fondre l'étain.... la flamme est trop petite et concentrée et ça coûte un bras... J'ai fin avec un bruleur butagaz qui chauffait sur une plus large surface, l'apport de l'étain en était facilité et beaucoup plus rapide...
Par ailleurs, la dilatation de la plaque de faible épaisseur la faisait gondoler tellement qu'elle s'éloignait du tube parfois jusqu'à plus de 1 cm, il était impossible de la souder.... Il a fallu user de stratagèmes pour maintenir la plaque "plaquée" sur le tube à souder...

Maintenir en contact plaque et tube pendant la soudure

Plaques soudées sur les 22 tubes

 Peinture en noir de l'ensemble, ce qui absorbera mieux les rayonnements (doc)

La peinture doit être celle prévue pour résister aux hautes températures (prévues pour barbecues, pot échappement etc...)  Deux bombes ont été nécessaires pour couvrir correctement la surface exposée.