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| Date : 08.12.2004 23:50:21 De : Service technique Sebasol VD |
Combien de vitrages en montagne ? | Bonjour,
Bonne question, que nous nous étions posée jadis. Il y a en Suisse un programme de construction énergétiquement performante qui porte le nom de Minergie. Nous nous sommes toujours intéressés à ce programme et les réalisations de http://www.sebasol.ch/realisations.asp sont pleines de bâtiments Minergie ou Minergie Monsieur Jourdain. Dans ce cadre, nous avons exploré la possibilité de mettre du solaire thermique sélectif double vitrage en montagne, ceci en modifiant notre capteur, qui est justement concu pour permettre des modifications. Ce qui suit résume l'essentiel de nos conclusions.
Comme il n'existe pas de capteurs plan vitrés sélectifs double vitrage sur le marché à notre connaissance, nous ne possédons pas de coefficients C0, C1 et C2 qui pourraient permettre de le simuler directement au sens que nous avons décrit dans le forum sous
capteur solaire Posté par alain le 10.06.2003
capteur solaire Posté par Service technique Sebasol VD le 07.08.2003
capteur solaire Posté par Christian le 10.08.2003
La première chose à faire pour répondre à la question est donc d'approximer un tel capteur. Si on se réfère aux courbes théoriques données sous
capteur solaire Posté par Christian le 10.08.2003
on peut voir que la perte par la vitre d'un sélectif plan vitré d'epsilon 10% et d'une température de 100°C intérieure, soumis à un vent qui occasionne une perte par turbulence de 10 W/m2K sous des conditions réalistes de pente est de 3.6 W/m2 K s'il est simple vitrage et 2.4 W/m2K s'il est double vitrage. La différence est donc de 1.2 W/m2K. Elle n'est évidemment pas constante, comme le montre les courbes qui suivent, mais on peu en première approximation la prendre comme telle.
Toute les autres pertes étant les mêmes par ailleurs (fond, côtés etc.), on peut en première approximation rapprocher cette différence du facteur C1 qui permet de déterminer le rendement d'un capteur et dire, en première approximation toujours, qu'un capteur sélectif simple vitrage qui aurait un C1 de X W/m2K aurait un C1 de (X-1.2) W/m2K s'il était double vitrage. C'est donc un avantage du point de vue de la perte.
Par contre, du point de vue du gain, l'existence d'un double vitrage ajoute deux interfaces air-verre au capteur et donc, 2 réflexions et une absorption dans les 4mm du second verre, qui vont diminuer à chaque fois au mieux de 4% l'énergie restante après le passage de l'interface précédente. Après un premier verre il restera environ 88% (grosso modo 2x4% et 4% d'absorption). Après le second verre il restera 77%. Nous disons au mieux car sous influence rasante, il est fort probable que moins de radiation ne passe encore. Disons donc en première approximation qu'au lieu de perdre 11% supplémentaire on pert 13%. On passe donc de 88% de transmission à 75% de transmission et cette perte est un manque à gagner même si la température du capteur égale la température extérieure, ie si le capteur n'a pas de perte. Il est donc à rapprocher du C0 qui donne le rendement du capteur en situation thermodynamique quasistatique, c-à-d quand le capteur est en équilibre thermique avec l'extérieur. On peut alors dire en première approximation qu'un capteur sélectif simple vitrage de C0 X [-] aura un C0 de (X-0.13) [-] s'il est double vitrage.
En lieu et place du vitrage on pourrait mettre un film de téflon dont le simple but serait de séparer les deux couches d'air et donc d'obtenir le pouvoir isolant, tout en diminuant les pertes par transmission/absorption. Le film de téflon était utisé à l'origine dans notre capteur non sélectif double vitrage, ce n'est donc pas une utopie que de d'envisager cette solution. Dans ce cas il n'y aura pas d'absorption (film très mince) et on peut en première approximation considérer qu'il n'y qu'un seul interface. On réduit donc la trasmission de 88% à 84% et le C0 diminue de 0.04.
Enfin, en première approximation on dira que le C2 de ces deux capteurs ne change pas. On peut donc à ce moment simuler, par exemple avec Polysun que vous pouvez télécharger en version démo sur www.solarenergy.ch, la version sélectif double vitrage de n'importe quel capteur sélectif simple vitrage de la liste.
On a donc deux cas de figure
Variante Verre. C0double = C0simple - 0.13 et C1double = C1simple - 1.2, C2 inchangé
Variante Téflon. C0double = C0simple - 0.04 et C1double = C1simple - 1.2, C2 inchangé
Pour les simulations nous avons utilisé un bâtiment qui serait minergie en plaine, soit isolé avec 20cm dans les parois et le toit, 10cm dans le sol, fortement solaire passif, équipé d'un double flux de récupération 90% pour une consommation inférieure ou égale à 0.35 W/m3h de renouvellement d'air. Surface de référence énergétique de 150m2 chauffés environ et construction légère type chalet. Température de consigne de 20°C. Ce bâtiment correspond au standard "construction légère, très isolée, très passive, ventilation" de Polysun (onglet chauffage, sous-onglet sélection du bâtiment).
Comme station météo de montagne nous avons pris St.Moritz (1800m d'altitude).
Comme système principal de chauffage nous avons pris un pierre ollaire séparé du solaire, ce qui permet d'utiliser le Jenni comme un système d'appoint pur tel que décrit dans le dialogue du Forum précédent celui-ci. Et donc de l'utiliser à la plus basse température possible sans qu'il subisse la concurrence, même limitée par la stratification, du chauffage d'appoint dans le Jenni.
Comme consommation ECS nous avons considéré une famille de 4 personnes relativement économes, soit 150 L/jour à 55°C, équivalente à 3 personnes standard selon le standard de gaspillage de l'eau occidental. Il est clair qu'on ne parle pas de piscine et autres billevesées, qui tirent les données de simulation en direction du préchauffage et la santé mentale humaine en direction du plancher.
Et comme capteur de base nous en avons pris un au hasard, par exemple le nôtre. Surface 18m2, orientation sud, pente 60°. Par exemple des capteurs appuyés contre le mur de terrasse sud, celle ou l'on prend l'apéro, typique d'une construction de montagne (qui a tendance à mettre la façade au S et les pans de toiture en E/O).
Les résultats sont donnés par le tableau excel ci-dessous.
On peut voir que la Variante Verre ne gagne rien sur le sélectif simple vitrage de base. En clair, les économies sur les pertes sont annulées par la moindre transmission. La variante téflon gagne, parce que le gain de transmission est relativement préservé alors que les pertes sont diminuées.
Cependant, on s'aperçoit que les différences de gain sont de l'ordre de 2% annuels de couverture solaire. Dans ces conditions, les contraintes techniques, exacerbées en haute montagne (gel, dilatation etc.), et le coût supplémentaire en argent et en travail d'une variante double vitrage, qu'elle soit de type verre ou téflon, ne valent absolument pas la chandelle. Ou pour parler autrement, ne valent pas les quelques bûches en plus ou en moins qu'on met dans le pierre ollaire.
J'espère que vous remarquez que la couverture annuelle des besoins pour ce bâtiment à 1800m d'altitude par les 18m2 de solaire thermique est de l'ordre de QUATRE-VINGT CINQ POUR CENT.
Cet exemple montre que la question de la performance du bâtiment et de la consommation prévalent sur les solutions techniques miraculeuses et autres boniments de vendeurs sur la performance des capteurs.
Il montre aussi que si les capteurs sélectifs plan vitrés le sont avec une vitre et une seule, c'est parce qu'on s'est apercu depuis longtemps que faire plus compliqué relevait de l'archarnement thérapeutique.
Cela montre enfin que si les questions théoriques peuvent être gratifiantes pour l'esprit, le seul pas significatif pour économiser du fossile et épargner du CO2 est celui qui consiste à réaliser son installation.
Avec nos salutations ensoleillées
Le Nain dans les Tuyaux
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