Hivernage des chauffe-eau solaires : comment prévenir le gel des canalisations et les dommages.

Protection antigel pour les systèmes de chauffage solaire de l'eau

Les capteurs et leur tuyauterie extérieure des systèmes de chauffage solaire de l'eau sont souvent endommagés par la dilatation de l'eau gelée durant les rudes mois d'hiver, notamment dans les régions froides de haute latitude. Il est donc indispensable de prévoir des mesures de protection contre le gel pour ces systèmes. Voici quelques mesures courantes de protection contre le gel pour les systèmes de chauffage solaire de l'eau.

Choisir des capteurs solaires résistants au gel

Le capteur est un élément essentiel d'un système de chauffage solaire de l'eau, car il doit être installé à l'extérieur. Choisir un capteur résistant au gel permet d'éviter les dommages causés par le gel pendant les rudes mois d'hiver.

Le capteur à tubes sous vide à caloducs et le capteur à tubes sous vide entièrement vitrés avec tubes insérés à l'intérieur, présentés au chapitre 1 de cet ouvrage, sont tous deux des capteurs résistants au gel. L'eau chaude n'entrant jamais directement dans les tubes sous vide, les tubes de verre qui les recouvrent ne sont jamais en contact avec l'eau. De plus, la capacité en fluide caloporteur des caloducs étant très faible, les tubes sous vide sont protégés du gel même à des températures de plusieurs dizaines de degrés Celsius en dessous de zéro.

Un autre type de capteur antigel est le capteur plan à caloducs. Contrairement aux capteurs plans classiques, celui-ci utilise des caloducs à la place des tubes dans la structure tubulaire de l'absorbeur. Ces caloducs utilisent un fluide caloporteur à bas point d'ébullition et bas point de congélation, empêchant ainsi le gel de l'absorbeur. Cependant, leurs performances techniques et économiques étant inférieures à celles des capteurs à tubes sous vide mentionnés précédemment, leur utilisation reste encore limitée.

Système à double circulation utilisant de l'antigel

Un système à double circulation (ou système à double circuit) intègre un échangeur de chaleur au système de chauffage solaire de l'eau. Le capteur et le côté chaud de l'échangeur forment le premier circuit (ou boucle primaire). Un fluide caloporteur à bas point de congélation assure la protection antigel du système. Les systèmes à double circulation sont compatibles avec les systèmes de chauffage solaire de l'eau à circulation naturelle et forcée.

Dans les systèmes à circulation naturelle, bien que l'antigel soit utilisé dans le circuit primaire, le réservoir d'eau chaude est situé à l'extérieur, et les canalisations d'eau froide et d'eau chaude sont également partiellement installées à l'extérieur. Même isolées, ces canalisations extérieures ne peuvent garantir que l'eau qu'elles contiennent ne gèlera pas pendant les nuits froides d'hiver. Par conséquent, lors de la conception du système, il est important de prévoir un moyen de vidanger l'eau chaude des canalisations après utilisation. Par exemple, une canalisation d'arrivée d'eau chaude de type siphon pourrait également servir de canalisation d'arrivée d'eau froide, une vanne d'arrêt installée à son extrémité supérieure permettant de contrôler son ouverture et sa fermeture, et ainsi de vidanger la canalisation.

Système de retour avec vidange automatique

Dans un système de circulation forcée à boucle unique, un différentiel de température est généralement utilisé pour contrôler le fonctionnement de la pompe à eau de circulation, et le réservoir de stockage d'eau est généralement situé à l'intérieur (au rez-de-chaussée ou au sous-sol). Pendant la journée en hiver, lorsque le rayonnement solaire est suffisant, le contrôleur différentiel de température active la pompe de circulation d'eau, permettant au capteur de fonctionner normalement. La nuit ou par temps nuageux, lorsque le rayonnement solaire est insuffisant, le contrôleur différentiel de température arrête la pompe à eau de circulation, permettant à l'eau du collecteur et des tuyaux de refluer par gravité dans le réservoir de stockage d'eau, évitant ainsi les dommages causés par le gel. Le lendemain, ou lorsque le rayonnement solaire revient à des niveaux suffisants, le contrôleur différentiel de température redémarre la pompe à eau de circulation, pompant l'eau du réservoir de stockage d'eau vers le déflecteur, permettant ainsi au système de continuer à fonctionner. Ce système antigel est simple et fiable, ne nécessitant aucun équipement supplémentaire. Cependant, la pompe à eau en circulation dans le système doit avoir une hauteur manométrique élevée.

Ces dernières années, certains pays ont commencé à appliquer des mesures de reflux d'antigel aux systèmes à double circuit. Dans ce système, le premier circuit n'utilise pas d'antigel, mais toujours de l'eau comme fluide caloporteur dans le capteur. La nuit ou par temps nuageux, lorsque l'ensoleillement est insuffisant, la pompe de circulation s'arrête automatiquement et l'eau du capteur s'écoule par siphon vers un petit réservoir spécialement conçu à cet effet. L'eau est ensuite repompée dans le capteur le lendemain ou lorsque l'ensoleillement est à nouveau suffisant, permettant ainsi au système de reprendre son fonctionnement.

Utiliser un système de drainage pour vider l'eau stockée

Dans un système à circuit unique à circulation naturelle ou forcée, une sonde de température est intégrée à la tuyauterie sous l'absorbeur du capteur ou à la température extérieure la plus basse, et reliée à un régulateur. Lorsque la température de l'eau dans le capteur ou la conduite extérieure approche le point de congélation (3-4 °C), le régulateur, en fonction du signal de la sonde, ouvre la vanne de vidange et la vanne de purge d'air. L'eau contenue dans le capteur et les conduites extérieures s'écoule alors par gravité hors du système, empêchant sa réutilisation et assurant ainsi l'effet antigel souhaité.

Circulation nocturne automatique d'eau chaude à partir d'un réservoir de stockage

Dans un système à circuit unique avec circulation forcée, une sonde de température est intégrée à la tuyauterie sous l'absorbeur du capteur ou au niveau de la température ambiante extérieure la plus basse, et reliée à un régulateur. Lorsque la température de l'eau dans le capteur ou la conduite extérieure approche du point de congélation (par exemple, 3-4 °C), le régulateur active l'alimentation électrique, démarrant la pompe de circulation. Celle-ci achemine l'eau chaude du ballon de stockage vers le capteur, ce qui permet d'élever la température de l'eau dans le capteur et les conduites. Lorsque la température de l'eau dans le capteur ou la conduite atteint une valeur prédéfinie (ou après une durée de fonctionnement prédéfinie de la pompe), le régulateur coupe l'alimentation électrique, arrêtant ainsi la pompe de circulation. Ce système antigel consommant une certaine quantité d'énergie pour le fonctionnement de la pompe de circulation, il convient aux régions sujettes à des gelées occasionnelles, mais non à des températures extrêmement basses.

Dans un système à circuit unique à circulation naturelle ou forcée, un ruban chauffant autorégulé est installé dans la section extérieure de la canalisation la plus exposée au gel. Ce système utilise une thermistance placée à proximité du ruban chauffant et reliée à son circuit. Lorsque le ruban est alimenté, il chauffe l'eau dans les canalisations et augmente simultanément la température de la thermistance, ce qui accroît sa résistance. Lorsque la résistance de la thermistance atteint une certaine valeur, le circuit est interrompu, le ruban chauffant est mis hors tension et la température diminue progressivement. Ce processus se répète indéfiniment, empêchant ainsi le gel de l'eau dans les canalisations extérieures et évitant la surchauffe du ruban chauffant, source de danger. Ce système antigel consomme une certaine quantité d'électricité, mais il est efficace dans les régions très froides.