Lorsque Terry McIlveen a construit sa maison dans le Maine en 1997, il a fait un choix inhabituel d’installer un plancher chauffant par rayonnement. «Les gens pensaient que j’étais fou», dit-il. Cependant, depuis lors, le rayonnement thermique du sol est devenu de plus en plus populaire et il est facile de comprendre pourquoi. Ce type de système de chauffage fonctionne en pompant de l’eau chaude – ou de l’eau et du propylène glycol (antigel) – à travers un système de tuyaux dans le sol. Cela signifie que les maisons qui utilisent ce système de chauffage deviennent plus chaudes du sol vers le haut. En hiver, il n’y a pas de sols froids sous les pieds – au lieu de cela, le sol est la partie la plus chaude de la maison.
McIlveen a rapidement découvert une commodité supplémentaire: le grand chauffage par le sol correspond parfaitement à l’eau chaude solaire. Si vous chauffez déjà votre maison avec de l’eau chaude, ce n’est qu’une autre étape pour chauffer cette eau à l’énergie solaire. Au printemps 2010, McIlveen a embauché ReVision Energy, une société solaire du sud du Maine, pour installer des capteurs solaires sur le toit pour l’aider à chauffer sa maison et produire de l’eau chaude sanitaire, réduisant ainsi la consommation de mazout jusqu’à 25% chaque année.
Le système a coûté 20 000 $, alors McIlveen a décidé de le financer avec un prêt. Ses économies de carburant exactes chaque année dépendront du nombre d’hivers qu’il devra travailler avec le chauffage, ainsi que du prix en constante évolution du mazout – mais il sait que s’il économise seulement deux réservoirs de carburant par an, il peut couvrir ses remboursements de prêt.
L’utilisation de l’eau chaude solaire pour chauffer un espace ne fournira pas 100% de vos besoins en chauffage. Vous aurez toujours besoin d’une source de chaleur supplémentaire pour ne pas gaspiller votre poêle ou votre chaudière. Mais dans les nouvelles constructions, cette source de chaleur supplémentaire peut être beaucoup moins chère (par exemple, un système plus petit). Cependant, dans les bonnes conditions, un système solaire thermique peut remplacer une part importante des sources d’énergie conventionnelles pour le chauffage des locaux et l’eau chaude sanitaire.
Tim Merrigan, directeur principal du programme pour le chauffage et la climatisation solaires au Laboratoire national des énergies renouvelables, affirme qu’un système solaire thermique peut supporter jusqu’à 40% de la charge de chauffage annuelle pour certains propriétaires. Bob Ramlow, un consultant solaire avec une vaste expérience dans les systèmes de chauffage solaire, dit que la plupart des gens dans des maisons bien isolées et solidement construites peuvent économiser jusqu’à 50%.
Utiliser plus d’énergie solaire et moins de combustibles fossiles présente un certain nombre d’avantages environnementaux. En investissant dans un tel système, vous réduisez les émissions de gaz à effet de serre et les autres formes de pollution résultant de l’extraction et de la combustion de combustibles fossiles. Mais il y a souvent des économies de coûts aussi, parce que vous chauffez cette eau avec la lumière du soleil gratuite, et toutes les économies sur vos factures de carburant s’additionnent. C’est pourquoi Ramlow insiste sur le fait que si vous appréciez le système, ne regardez pas seulement le prix de départ, mais aussi le retour sur investissement au fil du temps. Le rendement variera en fonction d’un certain nombre de facteurs, notamment le prix du mazout de chauffage, l’exposition solaire de votre maison et les charges de chauffage moyennes. Ramlow estime que pour les systèmes de chauffage solaire installés dans le Wisconsin, le retour sur investissement typique se situe entre 10 et 15 pour cent par an.
De l’eau chaude pour la maison, plus le chauffage domestique!
Vous pouvez installer un système de chauffage solaire dans une maison existante en tant que rénovation, mais cela fonctionne encore mieux s’il est conçu pour une nouvelle construction (un peu plus à ce sujet). Dans tous les cas, il fait presque toujours partie d’un système qui fournit également de l’eau chaude pour le ménage. Si vous envisagez d’investir dans un système d’eau chaude solaire, vous n’avez pas nécessairement besoin d’allumer le chauffage des locaux, mais si vous envisagez de chauffer les locaux à l’énergie solaire, vous voudrez certainement aussi obtenir de l’eau chaude sanitaire.
La raison en est une économie simple: pourquoi installer un système de chauffe-eau solaire uniquement utilisé pour le chauffage (besoin saisonnier), alors que vous pourriez également l’utiliser pour l’eau chaude sanitaire (nécessaire toute l’année)? Le système combiné offre les deux. En hiver, lorsque le potentiel solaire est le plus bas, les capteurs fournissent peu de chauffage des locaux et une partie de la consommation d’eau chaude sanitaire. En été, lorsque la charge de chauffage est nulle, les collecteurs devraient pouvoir fournir la majeure partie, sinon la totalité, de l’eau chaude pour les douches, la lessive et vos éviers.
Les systèmes combinés d’eau chaude et de chauffage des locaux peuvent être assemblés de plusieurs manières. Les spécificités dépendent de la demande en eau chaude, des charges de chauffage totales et du type de chaleur supplémentaire. Mais une constante est le besoin d’un moyen de stocker l’énergie solaire. Lorsque l’appel de chaleur est le plus élevé – par exemple, une nuit de janvier qui refroidit les os – le potentiel solaire est le plus bas. Ainsi, les systèmes comprennent généralement un ou plusieurs réservoirs de stockage d’eau, où la chaleur des capteurs solaires peut être transférée pendant la journée et utilisée la nuit ou par temps nuageux.
L’eau du réservoir (ou des réservoirs) est chauffée par un liquide, tel que le propylène glycol, qui circule à travers les capteurs solaires et l’échangeur de chaleur. Lorsque le thermostat demande le chauffage des locaux, le système entre d’abord dans le réservoir solaire. Les réservoirs peuvent être grands, avec une capacité de 1000 gallons ou plus, mais ils sont souvent beaucoup plus petits.
Les capteurs solaires sont au cœur de tout système et sont généralement installés sur un toit orienté au sud. En plus des collecteurs, des réservoirs, des pompes et des commandes, les systèmes de chauffage solaire des locaux comprennent également une source de chaleur supplémentaire. Il peut s’agir d’une petite chaudière, d’un poêle, d’une pompe à chaleur ou même d’un poêle à bois – qui peuvent tous prendre le relais lorsque la demande de chaleur dépasse vos ressources solaires.
Chauffage au sol à air et autres alternatives
Le chauffage et le stockage de l’eau sont au cœur de tout système de chauffage solaire, mais les propriétaires doivent également décider de la meilleure façon de distribuer cette chaleur dans toute la maison. Il existe plusieurs options.
Le chauffage au sol distribué est spécialement conçu pour les capteurs solaires, car la température de l’eau peut être relativement basse – 120 degrés Fahrenheit ou moins. C’est dans la plage de chaleur que les capteurs solaires peuvent produire confortablement. Ce type de système de chauffage comprend également généralement des matériaux de grande masse tels que le béton et les carreaux. Cette masse de chaleur aide à stocker la chaleur et égalise les fluctuations de température ambiante en libérant progressivement de la chaleur.
Les radiateurs conventionnels semblent être une autre bonne option, car ils dépendent également de l’eau chauffée. Cependant, les radiateurs ne peuvent pas épouser avec autant de succès les capteurs solaires. Que les ailettes soient en fonte autoportante ou autoportante, les radiateurs sont généralement conçus pour des températures d’eau comprises entre 160 et 180 degrés. Atteindre cette température est un véritable fardeau pour les capteurs solaires.
Cependant, selon l’expert solaire DIY Gary Reysi, il est possible de concevoir un système qui utilise le chauffage par le sol pour produire de la chaleur utile avec des températures d’eau plus basses, en utilisant des unités de pied spéciales qui fonctionnent avec de l’eau à basse température.
Vous pouvez également utiliser des capteurs solaires dans un système de chauffage à air pulsé en ajoutant un échangeur de chaleur dans un serpentin à eau chaude au conduit de retour. Ed Murray, président d’Aztec Solar à Rancho Cordova, en Californie, a utilisé cette stratégie pour la modernisation. Il ajoute un thermostat à deux étages qui pompe d’abord l’eau chaude solaire et ne recourt au poêle que si le potentiel de chaleur dans le réservoir solaire est trop faible. Si le système est correctement conçu, un propriétaire ne devrait jamais sentir l’air froid dans les registres, dit Murray.
Lorsque j’ai contacté Viessmann Manufacturing Co. à Waterloo, en Ontario, on m’a dit que ces solutions de rechange au rayonnement du chauffage par le sol sont possibles, mais elles ne devraient pas être votre premier choix. Ils ne sont tout simplement pas aussi efficaces que la distribution de chaleur hydraulique à travers les tuyaux sous le plancher.
Cependant, Ramlow offre un autre point de vue. Il explique que si vous avez déjà un système de chauffage forcé, il est logique de l’utiliser avec un système d’eau chaude solaire car c’est beaucoup moins cher que d’installer un chauffage par le sol (et la climatisation est plus facile avec les systèmes à air pulsé). Ramlow a installé un certain nombre de systèmes de chauffage solaire qui utilisent la chaleur à air pulsé et est satisfait de leur bon fonctionnement.
Commencez par l’efficacité énergétique de la maison
La quantité de mazout ou de gaz naturel économisée par un système de chauffage solaire dépend de divers facteurs, mais aucun n’est plus important que la façon dont la maison est construite. Si un peu de chaleur fuit à travers les murs extérieurs et le toit d’un bâtiment – ce qu’un concepteur d’énergie appellerait une petite charge de chauffage – les capteurs solaires peuvent faire une grande différence. Si les charges de chauffage sont élevées, ce qui est souvent le cas dans les maisons anciennes, la part des factures de chauffage que les capteurs solaires peuvent réduire est beaucoup plus faible.
Si vous avez une maison de construction conventionnelle avec une faible quantité d’isolation, des fuites d’air incontrôlées et des fenêtres soufflées, l’isolation et l’étanchéité à l’air doivent être considérées comme une première étape vers l’adaptation solaire de l’espace de chauffage. L’ajout d’isolation est un moyen économique de réduire immédiatement vos factures de chauffage, et si vous êtes prêt à investir dans un système de chauffage solaire, la chaleur produite ira beaucoup plus loin dans le sens du chauffage de votre maison.
Fortunat Mueller, ingénieur chez ReVision Energy dans le Maine, explique que la société envoie à ses clients potentiels une fiche d’information recommandant trois prérequis pour le chauffage solaire: isolation R-30 dans les murs et R-50 dans le plafond, système de distribution basse température et système de chauffage d’appoint à haut rendement.
«Nous demandons aux gens d’envisager d’abord de moderniser l’isolation pour réduire la charge», déclare Mueller. «Ensuite, nous pouvons concevoir un système solaire qui supporte réellement 30 à 40% de la charge, tandis que dans une vieille maison de campagne perméable du 18e siècle, je pourrais couvrir le toit avec de l’énergie solaire et tout ce que je peux faire, c’est une charge thermique de 2%.
C’est l’une des raisons pour lesquelles le chauffage solaire des locaux convient si bien aux nouvelles constructions. Dans une nouvelle maison, vous devez de toute façon acheter un nouveau système de chauffage et un chauffe-eau solaire, vous pouvez donc choisir des options qui fonctionnent bien avec un système de chauffage solaire dès le début. Vous pouvez également commencer avec des niveaux d’isolation élevés et construire une maison bien fermée avec de faibles charges de chauffage.
Une autre option pour les maisons neuves est d’inclure le principe de la construction solaire passive qui réduira la charge de chauffage. Les stratégies de conception passive-solaire comprennent le fait de faire face au long axe de la maison vers le sud, le dimensionnement approprié des auvents de toit, et l’utilisation de matériaux de construction de grande masse et de fenêtres haute performance. Dans une maison solaire passive bien conçue, la charge de chauffage sera déjà minime, de sorte que les capteurs solaires devraient être en mesure de fournir encore plus de chaleur à la maison.
Coûts et économies d’eau chaude solaire
Les facteurs clés qui déterminent le prix d’un système de chauffage solaire comprennent la taille de la maison, la quantité de chauffage que le système est conçu pour gérer, les coûts locaux des collecteurs, des pompes et des commandes, et la compétitivité du marché solaire localement.
Le système solaire de Terry McIlveen pour sa maison de 3 300 pieds carrés dans le Maine a coûté 20 000 $. C’est ce qu’Ed Murray a estimé qu’un système similaire dans une maison de 2 000 pieds carrés coûterait à Sacramento, en Californie. Un autre installateur du Connecticut facture environ 17 000 $ pour un système combiné de chauffage d’eau et de chauffage domestique de 2 000 pieds carrés.
Soit dit en passant, ces trois systèmes étaient à peu près au même prix, mais arriver au «coût moyen» d’un système de chauffage solaire est un effort. Au moins aucun installateur ou expert en énergie renouvelable à qui j’ai parlé ne l’aurait deviné. Chaque système est essentiellement conçu pour une maison spécifique avec des besoins énergétiques spécifiques. Les coûts locaux de main-d’œuvre et d’équipement varient, tout comme les incitations fiscales. Le crédit d’impôt fédéral actuel sur les systèmes de chauffage solaire de l’eau utilisés pour préparer l’eau chaude sanitaire est égal à 30 pour cent du coût, mais dans certains endroits, les incitations étatiques et locales réduiront encore plus les coûts.
Bien que les coûts d’installation puissent être assez élevés, les coûts de maintenance doivent être faibles. Le ballon d’eau chaude solaire peut nécessiter une inspection et un remplissage périodiques, et diverses vannes, pompes et capteurs doivent parfois être remplacés. Dans l’ensemble, les systèmes de chauffage solaire nécessitent un peu d’attention pendant longtemps.
Comme mentionné précédemment, en ce qui concerne les coûts, le facteur crucial à considérer est le retour sur investissement à long terme. Ces chiffres varient en fonction des spécificités de votre maison et du climat. En général, plus un système de chauffage solaire peut remplacer de combustible fossile, plus il devient financièrement attractif.
Bien que personne ne puisse prédire avec précision le coût futur du mazout, du propane, du gaz naturel ou de l’électricité, il est clair qu’à long terme, les prix de ces ressources en constante diminution augmenteront. En revanche, les systèmes de chauffage solaire des locaux, comme les autres systèmes d’énergie renouvelable, ont des coûts prévisibles que vous pouvez amortir sur la durée de votre prêt hypothécaire. Le coût d’expédition de l’eau chaude pour le ménage et une partie du chauffage des locaux sera le même pour la durée de votre prêt hypothécaire que le jour de l’installation du système. C’est un avantage qu’un système de chauffage conventionnel ne peut tout simplement pas égaler.
Faites-le vous-même chauffage solaire
Si vous êtes intéressé par un système de chauffage solaire et que vous êtes plutôt beau, envisagez de construire le vôtre! Un éditeur qui participe aux travaux de Gary Reys chauffe sa maison avec un système de chauffe-eau solaire combiné au rayonnement du chauffage par le sol. Le plan de Reys, présenté dans l’édition de décembre 2007 / janvier 2008, comprend l’installation de capteurs solaires sur un bâtiment indépendant bien exposé au soleil, comme un hangar ou un autre bâtiment de stockage. Il a réussi à installer tout ce système, y compris le rayonnement de chauffage par le sol, après la maison a été construite. Parce que cette conception vous permet de placer des capteurs solaires là où se trouve leur meilleure exposition au soleil, elle est suffisamment flexible pour fonctionner dans de nombreuses situations différentes. Pour obtenir des instructions détaillées sur la construction de ce système, consultez le plan de chauffage solaire pour toute maison.
Comment acheter un système de chauffage solaire
Si vous décidez d’investir dans un système de chauffage solaire de l’eau et des locaux, votre première étape consistera à trouver un installateur solaire ou un concepteur de système capable de mettre en place un système adapté à vos besoins. Mais comme vous le savez peut-être, l’énergie solaire est chaude en ce moment! De nombreux installateurs solaires ne font que se lancer dans l’entreprise et n’ont pas beaucoup d’expérience. Alors, comment en trouver un bon?
L’Association des Industries Solaires propose une liste en ligne de certains de ses membres qui sont des installateurs. Le Conseil nord-américain des praticiens certifiés de l’énergie tient à jour une liste des installateurs qui ont réussi l’examen de certification de l’organisation. Ces deux groupes industriels sont de bons points de départ, mais tous vos installateurs locaux ne seront probablement pas répertoriés, une recherche sur Internet est donc également une bonne idée. Une fois que vous avez commencé avec quelques noms, poser les bonnes questions peut vous aider à trouver les meilleurs prospects: depuis combien de temps sont-ils en affaires? Combien de systèmes ont-ils installés? L’entreprise a-t-elle un ingénieur solaire interne?
Bien que les installateurs indépendants puissent choisir le composant de leur choix, les fabricants qui produisent la plupart (sinon la totalité) des composants eux-mêmes proposent parfois des systèmes packagés. Par exemple, lorsque j’ai contacté Viessmann pour demander une offre, ils ont fourni un exemple de proposition pour l’eau chaude et le chauffage des locaux sur mesure pour une maison hypothétique à Portland, dans le Maine, en quelques heures seulement. Tous les composants Viessmann sont répertoriés dans le document, et un dessin schématique et des estimations des économies d’énergie et de la production solaire sont inclus, ainsi que les coûts d’équipement estimés. Le service est pratique et peut réduire les coûts de main-d’œuvre sur site car certains des composants sont livrés en pré-assemblage. Le fait qu’un système packagé soit attrayant ou non peut dépendre du talent local disponible. Un ingénieur solaire m’a dit que les systèmes emballés qu’il a vus étaient « un peu décevants en termes de performances et – à mon avis – inutilement coûteux ». Il a suggéré que ces ensembles seraient meilleurs pour les nouvelles constructions que pour la modernisation.
Les fabricants de composants d’énergie renouvelable peuvent également aider à trouver des revendeurs ou des installateurs locaux, et peuvent même offrir directement des services de conception. En voici quelques-uns que vous pouvez consulter:
Apricus
Bosch
Butler Sun Solutions
EnerWorks
FAFCO
Héliodyne
Oventrop
Rheem
Stiebel Eltron
SunEarth
Technologies thermiques
Produits solaires Trendsetter
Viessmann
Plus de ressources
Apprenez-en davantage sur les incitatifs financiers fédéraux pour les énergies renouvelables (la recherche de «crédits d’impôt»). Vous pouvez également trouver des incitations spécifiques au pays ou au service public.
En savoir plus sur les options de chauffage solaire de l’eau et l’espace dans Solar Water Heating, Bob Ramlow et Benjamin Nusz.
