L'installation, le démarrage et la maintenance du système solaire a pression
LA STATION SOLAIRE EST LE CŒUR DE L'INSTALLATION
Le circuit primaire d'une installation solaire en Belgique est réalisé de deux façons. Soit on utilise un système à retour, soit on choisit une installation solaire à pression. Dans ce dernier cas, le circuit entre la chaudière solaire et les capteurs solaires est complètement fermé. Dans cette série d'articles, nous discutons de l'installation générale, des points d'attention au démarrage et des travaux de maintenance nécessaires.
CIRCUIT FERME
Le principe de base d'un système solaire à pression n'est pas différent de celui des autres systèmes solaires: les capteurs solaires chauffent un fluide de transport qui est ensuite pompé vers la chaudière solaire et transfère sa chaleur via un échangeur thermique à l'eau du réservoir de la chaudière. Si nécessaire, la température de l'eau chauffée est ensuite augmentée à l'aide d'une chaudière ou d'un autre élément chauffant.
Fluide de transport
Dans une installation solaire à pression, le circuit entre les collecteurs solaires et le chauffe-eau solaire est fermé. Ce circuit abrite un mélange d'eau et de glycol qui ne gèle pas jusqu'à une température de -26°C environ. Ceci est important car le fluide de transport reste dans les capteurs et doit donc résister à de basses températures extérieures. Veuillez noter que le mélange exact est différent pour les capteurs plans que pour les capteurs tubulaires sous vide!
Raccord hydraulique
Le branchement des collecteurs sur le circuit intérieur se fait par le biais d'un raccord hydraulique (en plastique ou inox/cuivre) qui assure un transit flexible depuis l'extérieur vers l'intérieur. La conduite d'arrivée vers les collecteurs et de retour comprend un double tube flexible en inox rainuré emballé dans un isolant pour les températures très élevées (pas une simple isolation CC qui fonderait directement).
STATION SOLAIRE
Le tube d'arrivée et de retour, ainsi que la sonde sur le champ des collecteurs (ainsi que les autres capteurs) sont branchés sur la station solaire.
Cette station comprend, entre autres:
- le régulateur solaire: le centre de commande de l'installation. Le régulateur règle tous les appareils qui composent l'installation solaire (collecteurs, chaudière, chauffe-eau/ballon) les uns par rapport aux autres et ajuste le fonctionnement du système en fonction du profil de consommation des utilisateurs, de la température intérieure souhaitée, …. Le régulateur mesure par exemple la température dans les collecteurs et dans le chauffe-eau, et commande la pompe de circulation. Le régulateur solaire a également un rôle important en terme de sécurité. Si la température dans le chauffe-eau solaire est trop élevée (par ex. max. 80 °C), la pompe est désactivée;
- la pompe de circulation: est commandée électriquement par le régulateur solaire. La pompe est par exemple lancée dès que l'on mesure une différence de 8 à 10 °C entre la température sur le champ des collecteurs et celle dans le chauffe-eau. La pompe de circulation peut être activée en high-flow, low-flow ou peut augmenter ou réduire son débit (moduler) en fonction des températures demandées par le régulateur des sondes;
- deux clapets anti-retour: un sur le tube d'arrivée, l'autre sur le tube de retour. Il se peut aussi qu'il n'y ait qu'un seul clapet, sur la conduite de retour. Les clapets anti-retour empêchent la chaleur du chauffe-eau de remonter (la chaleur monte), la nuit par exemple, vers les collecteurs refroidis;
- deux robinets de fermeture avec thermomètre: un sur le tube d'arrivée et un sur le tube de retour;
- un manomètre: qui affiche la pression du système. Une installation fonctionne normalement sous une pression de 2 à 3 bars;
- une soupape: à partir de 6 bars, elle s'ouvre;
- un vase d'expansion: qui encaisse la dilatation du liquide;
- un vase intermédiaire: si la distance entre les collecteurs et la station solaire est limitée (moins d'un étage), on prévoit également un vase intermédiaire pour protéger la station solaire/le vase d'expansion des températures trop élevées. Les collecteurs pour CC et les collecteurs sous vide sont également équipés d'un vase intermédiaire;
- deux robinets à bille: pour remplir et vider l'installation.
DEMARRAGE
L'installateur note les principales données de l'installation, comme le type de système solaire et de chauffe-eau, le régulateur, le vase d'expansion, la station solaire, la pression du vase d'expansion, … L'orientation des collecteurs, l'inclinaison de la toiture, le nombre de collecteurs, la hauteur statiques des collecteurs, le type de branchement etc. sont également enregistrés. Il entre toutes ces données dans un protocole de démarrage.
L'installation correcte des différents composants de l'installation solaire (champ de capteurs, chaudière, station solaire, régulateur, etc.) est contrôlée visuellement.
REMPLIR L'INSTALLATION
Les bonnes conditions
Après l'inspection visuelle, l'installation est remplie. Ceci n'est possible qu'avec un faible rayonnement solaire (p.ex. le matin) ou avec des capteurs couverts. Si les capteurs atteignent des températures trop élevées, un choc thermique peut être provoqué par la grande différence de température entre le liquide de remplissage et les capteurs, ce qui peut endommager le système.
Liquide de remplissage
L'installation est remplie par une station de remplissage qui injecte le mélange d'eau etde glycol sous pression dans le système. Ce mélange diffère de celui utilisé pour les collecteurs sous vide et les collecteurs plats. Pour les collecteurs sous vide, on ajoute des inhibiteurs, pour protéger le liquide de remplissage en cas de températures plus élevées qui peuvent atteindre jusqu'à 300 °C, contre 200 °C pour les collecteurs plats.
Certains fabricants ne proposent qu'un seul mélange eau-glycol pour les deux types de collecteurs. Il est alors résistants aux hautes températures à l'arrêt pour les collecteurs sous vides, mais convient aussi pour les collecteurs plats.
Station de remplissage
La station de remplissage comprend une entrée et une sortie à brancher sur la station solaire sur les conduites d'arrivée et de retour grâce aux robinets à bille. Les deux clapets anti-retour de la station solaire sont débloqués (pour ne pas empêcher le remplissage) et le robinet avec thermomètre est fixé sur la conduite d'évacuation (pour créer un circuit fermé).
Remplissage
Ensuite la pompe de la station injecte le mélange eau-glycol à un débit moyen de30 litres par minute et à une pression d'environ 4 bars dans le circuit. Pendant le remplissage, le réservoir (en général un réservoir de 25 à 30 litres) est rempli pour que la pompe n'injecte pas d'air dans le système. La station de remplissage doit rester active pendant le pompage jusqu'à ce que le mélange eau-glycol soit transparent et ne contienne plus de bulles d'air.
Les endroits plus difficiles d'accès peuvent être débranchés (par ex. un vase d'expansion), et pour réaliser le vide d'air total, le circuit est souvent monté de manière inversée. Attention, si l'installation est équipée d'un débitmètre, il ne sera pas possible de l'inverser et le sens de circulation doit absolument être respecté.
Assez de pression
La pression d'installation minimum est calculée sur la base de la différence de niveau entre le vase d'expansion et les collecteurs (= la hauteur statique), par ex. 2,6 bars revient à une colonne d'eau de 20 mètres et suffit pour la plupart des installations (pour une hauteur statique jusqu'à 20 mètres).
Il faut une pression spécifique dans les collecteurs. La pressionest prescrite par le fabricant des collecteurs. Il prescrit par ex. une pression d'au moins 1 bar pour des collecteurs sous vide.
La pression du vase d'expansion doit être calculée en fonction de la pression du circuit et de la hauteur de l'installation. Si pendant le remplissage on ne crée pas suffisamment de pression, le robinet à bille sur la conduite de retour du circuit solaire doit être fermé pour que la station de remplissage puisse injecter assez de pression.
TEST DE FONCTIONNEMENT
Dès que la pression est suffisante, on referme les deux robinets à bille, on bloque les clapets anti-retour et on ouvre le robinet équipé du thermomètre. Le nombre de litres de mélange injecté dans le circuit, la pression du système et la pression du vase d'expansion sont enregistrés.
L'installation peut alors tourner. Pour ce faire, on va sélectionner la fonction test du régulateur et démarrer manuellement la pompe de circulation. Pendant ce test, la pompe tourne à puissance maximale ce qui permet de vérifier que tout fonctionne bien. Une fois ce contrôle effectué, on arrête le test et le système est actionné en mode automatique.
ENTRETIEN
CONTROLE VISUEL
Tout d'abord, l'ensemble de l'installation est contrôlé visuellement. Cela comprend le contrôle des collecteurs, la fixation de l'étanchéité, des capteurs, ....
On s'intéresse aussi aux détails. Notamment l'isolation autour des conduites qui partent des collecteurs vers l'intérieur, sensible aux attaques des oiseaux (qui viennent se servir de l'isolation pour aménager leur nid). Si l'isolation est entièrement picorée, le tuyau risque de perdre énormément de chaleur (ce qui peut avoir un impact sur le rendement de l'installation). On conseille donc lors de l'installation d'utiliser la version protégée des conduites solaires pour le tracé extérieur.
CONTROLE DE LA PRESSION
Après le contrôle visuel de l'installation à la recherche de dommage éventuels, on mesure la pression du système. Si elle est égale à celle mesurée lors de l'installation, c'est qu'il n'y a aucun problème à craindre. S'il y a une différence, c'est qu'il y a une perte quelque part ou un dysfonctionnement d'un système de mise sous vide. Il faut donc mettre le doigt sur le problème et le réparer, avant de remettre le système sous pression à l'aide de la station de remplissage.
Il est très important que l'utilisateur vérifie lui-même régulièrement la pression. L'idéal est de contrôler la pression sur une installation à l'arrêt.
ANALYSE DU MELANGE EAU-GLYCOL
Le liquide de remplissage dans le circuit vieillit. Il perd ses propriétés au-delà d'un certain temps (et ne résiste donc plus au gel). Le temps nécessaire à ce vieillissement et au terme duquel il faut remplacer le liquide dépend de l'utilisation de l'installation (il est impossible d'estimer un délai fixe). C'est pour cela qu'il faut contrôler la qualité du mélange eau-glycol.
Contrôle
Le contrôle se fait à l'aide:
- d'une bandelette test: on mesure le pH du liquide. Un pH entre 7 et 9 est bon. Si la valeur est inférieure, c'est que le mélange devient acide et qu'il doit être remplacé;
- un réfractomètre: la limite de protection au gel du liquide doit être calculée. Le réfractomètre permet de mesurer l'indice de rupture du mélange. S'il est inférieur à -25 °C, il est temps de remplacer le liquide de l'installation.
Ces instruments sont des outils importants, mais souvent, on voit directement si le liquide a besoin d'être remplacé ou non. Un liquide de remplissage qui sent mauvais, de couleur jaunâtre ou brune, devenu visqueux, ou dans lequel de fines particules noires flottent, a besoin d'être remplacé.
Remplacement
S'il faut remplacer le liquide, il faut vider entièrement le circuit (via les robinets à bille). Le liquide périmé est récupéré dans des bidons (par exemple ceux qui contenaient le nouveau mélange eau-glycol). On contrôlera la quantité de liquide évacué et celle restante dans le circuit (la quantité totale de liquide injecté est reprise sur la fiche d'installation).
Pour extraire le liquide qui reste dans l'installation, on pompe le nouveau mélange dans le circuit à l'aide de la station de remplis-sage (l'arrivée est branchée sur la station de remplissage, pas la sortie). Le nouveau mélange va donc pousser l'ancien hors du système. Dès que la quantité attendue a été retirée du circuit et le mélange est à nouveau clair, il suffit de brancher la sortie sur la station de remplissage et d'aspirer l'air hors de l'installation.
En cas de circuit très encrassé, on utilisera un produit de nettoyage spécifique avant de réinjecter le nouveau mélange eau-glycol.
CONTROLE DU VASE D'EXPANSION
On vérifie ensuite que le vase d'expansion fonctionne toujours bien et qu'il n'a subi aucun dommage. Pour ce faire, on va isoler le vase d'expansion du système et laisser la pression du liquide diminuer (le vase d'expansion doit toujours pouvoir être débranché du système sans que le circuit ne doive être purgé, de préférence avec une soupape), pour ensuite mesurer la pression dans la partie oxygénée.
Si la pression est inférieure à celle mesurée lors de l'installation, on peut réinjecter de l'air sec pour retrouver la bonne pression. S'il y a du liquide dans ce compartiment, c'est que la membrane du vase d'expansion est endommagée et que le vase d'expansion doit être remplacé.
