Le prédimensionnement d'une ECS solaire collective se fait en deux opérations. Le volume de stockage solaire est pris égal à la consommation journalière minimale mensuelle, relevée de préférence au printemps ou à l'automne. La surface de capteurs s'en déduit ensuite par un rapport donné par la fiche SOCOL 2021, pour une inclinaison de 45° et une orientation plein sud : 40 à 45 litres par mètre carré dans le tiers nord de la France, 50 à 75 dans le tiers centre, 70 à 100 dans le tiers sud. La base de besoin retenue pour le solaire est de 30 litres par personne et par jour à 60 °C, soit 54 litres à 40 °C pour une eau froide à 15 °C.
Poser la base de besoin avant de parler de capteurs
Pourquoi le ratio solaire diffère du ratio de dimensionnement classique
La fiche SOCOL le dit explicitement : les ratios de dimensionnement solaire sont différents des valeurs prises pour un dispositif conventionnel de production d'ECS. Le solaire est un préchauffage, il y a toujours un appoint qui atteint la consigne. Le dimensionnement de l'apport solaire se fait donc sur la fourchette basse des besoins, celui du système d'appoint sur les besoins en pointe. Confondre les deux produit un champ de capteurs surdimensionné et un appoint sous-dimensionné.
La base de besoin en logement
En logement, la fiche SOCOL retient 30 litres par personne et par jour à 60 °C, soit une donnée équivalente à 54 litres par personne et par jour à 40 °C pour une eau froide à 15 °C. Cette valeur est prudente par construction, puisqu'elle vient de la synthèse des fourchettes basses de besoins constatés en France. Le besoin réel de l'immeuble, celui qui sert à dimensionner l'appoint, se calcule séparément et fait l'objet du calcul des besoins ECS d'un immeuble collectif.
Le relevé qui remplace le ratio
Dès qu'une campagne de mesure est possible, elle prime sur le ratio. Le Fonds Chaleur de l'ADEME la rend d'ailleurs obligatoire sur certaines opérations. Attention à l'interprétation : des consommations anormalement faibles révèlent souvent un dysfonctionnement plutôt qu'une sobriété. Un mitigeur lent, mal réglé ou qui fuit, combiné à un appoint trop chaud ou à un débit de boucle excessif, provoque des entrées d'eau froide qui court-circuitent le compteur d'eau chaude sur une part significative des soutirages.
Le tableau des ratios de prédimensionnement
Volume de stockage solaire
Le volume de stockage est pris égal à la consommation journalière minimale mensuelle, notée Vminmensuel. Le choix du mois est déterminant : privilégiez les mois de printemps ou d'automne, parce que les consommations estivales sont souvent très basses en logement et conduiraient à un dimensionnement faux.
Surface de capteurs par zone géographique
| Situation géographique | Rapport Vminmensuel sur surface estimée |
|---|---|
| Tiers nord de la France | 40 à 45 l/m² |
| Tiers centre de la France | 50 à 75 l/m² |
| Tiers sud de la France | 70 à 100 l/m² |
La surface obtenue est une valeur de prédimensionnement, valable pour une inclinaison de 45° et une orientation de 0° sud. Elle doit être reprise dans un logiciel de dimensionnement de type SOLO 2018 pour optimiser le taux de couverture solaire utile, en utilisant la variation saisonnière de la température d'eau froide.
Majoration lorsque le solaire alimente le bouclage
| Hypothèse d'énergie de distribution | Cas visé | Majoration de la surface de capteurs | Volume de stockage |
|---|---|---|---|
| Qdis = 0,6 × QECS | Immeubles neufs | + 10 % | inchangé |
| Qdis = 1 × QECS | Immeubles anciens | + 30 % | inchangé |
Le rapport réel entre pertes de bouclage et besoins d'ECS varie généralement entre 0,6 et 1,5. Une majoration de surface impose d'augmenter en conséquence le dimensionnement du circuit primaire, débit et échangeur de chaleur, faute de quoi les capteurs supplémentaires ne produisent rien d'exploitable. Les leviers de réduction des pertes sont traités dans le bouclage du réseau ECS.
Vérifier le champ de capteurs sur le site réel
Orientation, inclinaison et écart aux conditions de référence
Les ratios sont donnés pour 45° d'inclinaison et une orientation plein sud. Tout écart se rattrape dans le logiciel de dimensionnement, pas par une règle de trois sur le tableau. Relevez l'orientation réelle de la toiture, son inclinaison et la surface effectivement disponible d'un seul tenant, en tenant compte des zones de circulation et des ancrages.
Masques et ombrages portés
Un masque proche pèse plus qu'une orientation imparfaite. Relevez les cheminées, édicules, souches, antennes, arbres et bâtiments voisins, avec un relevé de masques à plusieurs heures de la journée et non à une seule. Un champ compact et dégagé produit davantage qu'un champ étalé pour contourner un obstacle, parce que la longueur de primaire et les pertes associées augmentent avec l'étalement.
Choix technologique et risque de stagnation
Les capteurs plans conviennent aux toitures standard avec un bon rapport coût sur performance. Les tubes sous vide se justifient quand la surface est contrainte ou que l'on vise des températures plus élevées. Sur les applications à occupation estivale réduite ou nulle, la question du solaire se pose avant celle de la technologie, et il faut alors s'orienter vers des solutions auto-vidangeables ou des capteurs spécifiques pour se prémunir des surchauffes.
Hydraulique, régulation et mise au point
Boucle primaire, échangeur et stockage
Le schéma robuste repose sur une boucle primaire en eau glycolée et un échangeur vers le stockage solaire, dont le fluide se contrôle au point de gel et au pH plutôt qu'au calendrier. Soignez la stratification du ballon solaire : piquages bien placés, faibles vitesses, et un raccordement qui n'introduit pas d'eau chaude d'appoint dans la zone préchauffée. Le préchauffage solaire ne vaut que si l'appoint ne vient pas réchauffer le bas du ballon.
Ne pas surélever la température de l'appoint
C'est la règle la plus souvent enfreinte. Surélever la consigne d'appoint pénalise directement l'apport solaire, puisque le champ de capteurs travaille alors sur un ballon déjà chaud. La consigne d'appoint se fixe au niveau requis par l'obligation sanitaire et par le confort, pas au-dessus. Le calorifugeage de la totalité du dispositif de production, de stockage et de distribution est de la même famille de décisions.
Mise au point et suivi
La mise au point est ce qui transforme un champ de capteurs en kWh utiles. Vérifiez l'écart de température de déclenchement de la pompe primaire, la dissipation ou l'arrêt en cas de stagnation, l'équilibrage des colonnes de bouclage et les priorités d'appoint. Prévoyez un point de contrôle à un ou deux mois avec relevés, puis un suivi mensuel du taux de couverture réel sur les compteurs installés.
Chiffrer, justifier et faire voter
La note de dimensionnement à joindre au dossier
Posez noir sur blanc la base de besoin retenue en litres par personne et par jour, la température à laquelle elle est exprimée, le mois de consommation minimale utilisé, le rapport de zone appliqué, la majoration éventuelle pour bouclage, et le logiciel utilisé pour l'optimisation. Datez et versionnez. En cas d'écart constaté en chantier, notez la correction et son effet sur la surface et sur le taux de couverture attendu.
Situer le solaire dans le projet global
Le solaire ne se choisit pas contre un générateur mais avec lui, puisqu'il ne fait que du préchauffage. Le choix de l'architecture de production et du générateur d'appoint se traite dans la production ECS collective, et l'arbitrage entre familles de systèmes s'appuie utilement sur une matrice de décision.
Préparer le dossier avec Argile
Avec Argile, vous construisez plusieurs plans de travaux sur le même relevé, avec les hypothèses de besoin explicitées et le reste à charge calculé aides et primes CEE déduites. Le dossier sort daté, comparable et opposable, ce qui est exactement ce qu'attend une assemblée avant de voter une opération dont la performance se mesurera dans deux ans.
