Concevoir un combi-système

Typiquement, l'eau chaude sanitaire consomme de 10 à 40% des besoins en chaleur utilisés dans une maison pendant l'année. La proportion des besoins d'énergie pour l'eau chaude et pour le chauffage varie suivant le volume habitable, l'isolation thermique, le nombre des habitants,...

Caractéristiques d'un chauffage solaire

• Variations saisonnières importantes, aucun besoin en été,
  
• puisage de chaleur modéré et continu,
  
• périodes avec une demande réduite ou nulle (la nuit ou périodes avec des apports solaires passifs),
  
• température de distribution faible (30 à 50°C) mais température de retour relativement élevée (25 à 40°C); peu de différence entre l'entrée et la sortie du circuit de distribution,
  
• circuit de distribution fermé.
  

Caractéristiques de production d'eau-chaude sanitaire solaire

• Besoins similaires pendant l'année,
  
• puisage important pendant des périodes courtes avec des périodes longues sans consommation,
  
• entrée d'eau froide à basse température (4 à 20°C suivant la localité et la saison),
  
• température de distribution élevée (45 à 60°C),
  
• perte d'eau chaude après utilisation.
  

Captage solaire et appoint pour répondre aux besoins

Dans un combi-système il y a au moins 2 sources de chaleur : 

• les capteurs solaires,
  
• l'appoint (fioul, gaz, bois, électricité, ..) qui fourni le complément des besoins.
  

En règle générale, les capteurs doivent fonctionner à une température faible afin d'assurer un bon rendement. D'autres contraintes sont liés à la source de l'énergie d'appoint choisie.

La difficulté est de combiner les différents besoins et contraintes dans un système économique et fiable qui extrait un bénéfice maximal de chaque mètre carré de capteur solaire.

Stockage et stratification de chaleur

Afin de fournir les besoins en eau chaude sanitaire et en chauffage simultanément, l'eau doit être disponible à deux températures différentes. 

On pourrait utiliser deux ballons de stockage avec un système de contrôle intelligent. Cependant, il est également possible d'utiliser un seul ballon, car l'eau chaude monte, et l'eau moins chaude se trouve en bas du ballon. On appelle ce phénomène "stratification verticale".

La stratification thermique de l'eau dans un ballon peut être établie en ajoutant de la chaleur en partie haute ou en prélevant de la chaleur en partie basse. Les ajouts et les prélèvements peuvent s'effectuer directement avec les entrées ou les sorties du ballon, ou bien au moyen d'échangeurs placés à l'intérieur du ballon.

Choix du système solaire combiné

Les différences principales entre les combi-systèmes solaires sont liés aux méthodes de stockage de chaleur, caractérisées par : 

• le nombre de ballons de stockage, 
  
• la conception des circuits et les types d'échangeurs, 
  
• la vitesse de circulation du fluide caloporteur,
  
• le dimensionnement de tous les composants.
  

Les différents combi-systèmes sont identifiés par :

• la méthode de stockage de la chaleur en provenance des capteurs,
  
• la méthode de stratification de l'eau chaude, l'ajout et le prélèvement de chaleur du ballon de stockage,
  
• la méthode de gérer l'appoint de chauffage (avec stockage ou pas).
  

Note : Le projet de recherche de l'Agence Internationale de l'Énergie (Heating and Cooling Programme -Task 26) a permis une collaboration des experts de plusieurs pays européens afin d'analyser et d'optimiser les meilleurs techniques. 

L'AIE dénomme 21 différents types de "combi-systèmes".