Suivi et évaluations énergétiques de chauffe-eau solaires individuels en Guadeloupe Projet présenté par Sonia garde

Tableau 3 : Caractéristiques des installations étudiées
Il est à noter que mi-juillet 2006, l’installation n°3 a été démontée à la demande de l’usager et remplacée en septembre 2006 par l’installation n°17. La surface de capteur et la taille du ballon de stockage sont les mêmes ainsi que le type et la marque du CESI. Par contre, la zone géographique et le nombre de personnes occupant le logement diffèrent. Ces installations ne sont donc pas réellement comparables car les consommations en ECS devraient varier en influant sur les performances.

De plus, des problèmes sont apparus sur l’installation n°15 fin août 2006 ce qui a conduit à son démontage fin octobre 2006.

Pour ces deux installations, nous ne disposons donc pas d’un an de mesures pour le niveau 1. L’instrumentation de niveau 2 a été réalisée mais les données sont se révélées exploitables. Parmi les quatorze sites instrumentés de niveau 2, seuls 12 ont donc pu être étudiés.
Pour les autres installations n’ayant pas pu nous fournir de données de niveau 2, les raisons diffèrent. En effet, dans certains cas, l’intégration de l’instrumentation de niveau 2 était peu aisée alors que pour d’autres, les résultats du suivi de niveau 1 n’ont pas été jugés assez concluant pour faire l’objet d’une étude de niveau 2 (consommation en ECS trop faible).

5. 
   Problèmes rencontrés au cours de la campagne
   

Lors de la phase de mise en place des installations, deux principaux problèmes ont été rencontrés perturbant leur installation :

• 
  Des problèmes d’étanchéité sur certains serrages provoquant des fuites au niveau des compteurs qui ont nécessité la vérification de l’ensemble de ces compteurs.
  
• 
  Des fissurations sur les raccords en laiton quelques jours après la mise en service.
  

Ces problèmes ayant entraîné la présence d’eau à l’intérieur des intégrateurs de 3 installations, il a été décidé de changer de manière systématique les raccords sur l’ensemble des sites.
Suite à ces problèmes, plusieurs utilisateurs se sont montrés réticents à poursuivre l’étude sur leur installation et il a donc été nécessaire de les convaincre à nouveau.

Au cours de la phase de suivi, de nouveaux désagréments se sont produits sur certains sites tels que des pannes diverses au niveau de l’appareillage ou des problèmes dus à des sondes sectionnées qui ont entraîné des arrêts de mesure sur ces installations d’un ou deux mois suivant les cas.

4. 
   Calcul des résultats et bilan de la campagne de suivi des CESI
   

1. 
   Evaluation des performances énergétiques – Niveau 1
   

1. 
   Principe de fonctionnement et calculs effectués
   

Figure 11 : Schéma de principe d’un CESI sans appoint

Les chauffe-eau solaires installés en Guadeloupe ne disposant pas de système d’appoint, la production solaire est égale à la production d’eau chaude qui est mesurée directement par le compteur d’énergie.

Connaissant l’énergie produite (Q) et le volume d’eau chaude consommé mensuellement (V), il devient alors possible de déterminer l’élévation moyenne de la température de l’eau (T) au cours de chaque mois suite à son passage dans le CESI. Elle est obtenue de la façon suivante :

Où 1,16 représente la capacité calorifique de l'eau en kWh.m^-3.K^-1.

En se basant dans un premier temps sur des données Météo France concernant la température de l’eau froide délivrée en arrivée de CESI puis en les affinant par la suite avec les résultats obtenus au niveau 2 pour les installations où ces mesures ont été réalisées, la température de l’eau chaude en sortie de ballon peut être calculée.

Finalement, pour des raisons de facilité de comparaison entre différentes installations, on définit conventionnellement une consommation d’ECS "normalisée" par la consommation d'ECS en l/jour à 50 °C. Cette valeur est communément utilisée en métropole car tous les chauffe-eau sont dotés d’un système d’appoint et peuvent ainsi produire de l’eau à plus de 50 °C que l’on mélange ensuite à de l’eau froide pour obtenir l’eau à 50 °C. L’expression en litre par jour à 50 °C n’est cependant pas adaptée aux CESI guadeloupéens qui ne sont pas équipés de systèmes d’appoint et produisent donc de l’eau chaude qui peut avoir une température inférieure à 50 °C sans pour autant être inutilisable. L’indicateur C₄₀ représentant la consommation en litres par jour à 40 °C est donc privilégié dans cette étude au dépend de l’indicateur C₅₀ qui laisserait croire à tort à une consommation d’eau chaude inférieure en Guadeloupe par rapport à la métropole [3]. Cette consommation d’eau chaude C₄₀ est calculée de la façon suivante :


Où  est le nombre de jours considéré pendant lequel on a mesuré V, et T_ec et T_ef sont les températures d’eau chaude et d’eau froide en entrée et sortie de ballon.

2. 
   Economies réalisées
   

Les installations fonctionnant sans appoint, elles ne consomment aucune énergie. L’économie réalisée par le chauffe-eau solaire correspond donc à la consommation d’énergie d’une installation de référence équivalente c'est-à-dire, à la somme de la production solaire mesurée et des pertes thermiques dues au stockage de l’eau chaude dans le ballon. Ces pertes ne pouvant être mesurées, elles ont été évaluées à l’aide de la RT 2000.

Avec : C_r : Coefficient de perte du ballon de stockage en Wh/(l.K.jour) qui vaut selon la RT 2000 : C_r = 1,25.V_ballon^-0,33

Nous n’avons cependant pas cherché à calculer les pertes thermiques avec précision pour chacune des installations étudiées. Nous avons ainsi pris des valeurs moyennes pour chaque paramètre (Vballon = 200 l ; Tecs –Tamb = 25 °C) ce qui nous a permis d’estimer les pertes thermiques des chauffe-eau solaires à 300 kWh par an.

Finalement, en connaissant ce qu’aurait été la consommation d’énergie d’une installation équivalente si l’eau n’avait pas été chauffée grâce au capteur solaire, il est possible de déterminer les émissions de CO₂ évitées ainsi que les économies réalisées par rapport à un chauffe-eau électrique.

En effet, selon l’ADEME, les émissions évitées représentent 0,680 kg de CO₂ par kWh électrique non consommé. Cette valeur est particulièrement élevée car elle est spécifique à la Guadeloupe et prend en compte le fait que l’électricité est très majoritairement produite par des centrales thermiques dans les DOM.

Selon les chiffres EDF, les économies s’élèvent à 0,099 € par kWh électrique non consommé car c’est le prix de vente TTC aux particuliers d’un kWh en Guadeloupe.

3. 
   Présentation et analyse des résultats de niveau 1
   

• 
  Caractéristiques des productions en eau chaude sanitaire
  

Les résultats présentés dans le tableau suivant ont été ramenés à une durée de 1 an afin de les rendre comparables :

N°	Nombre pers.	Surface m²	Type	Durée (jours)	Production solaire		ECS				Economies
					kWh/an	kWh/m²	m3	Tecs (°C)	l/j à 40 °C	l / j / p. à 40°C	€/an	kg CO2/an
1	3	2,0	Th	434	776	388	25	55	160	53	107	732
2	2	2,0	Th	529	466	233	16	57	140	70	76	521
3	2	1,4	AS	207	513	366	25	46	107	54	81	553
4	3	2,8	AS	500	665	237	19	60	159	53	96	657
5	5	4,0	Th	531	775	194	15	76	232	46	107	732
6	3	2,0	Th	466	883	442	38	52	265	88	117	805
7	2	2,0	Th	461	147	73	6	49	31	15	44	304
8	2	2,0	Th	526	746	373	31	53	232	116	104	712
9	3	4,0	Th	445	2361	590	45	74	493	164	264	1810
10	6	4,0	Th	446	1668	417	47	59	351	59	195	1339
11	3	2,0	Th	440	193	97	6	61	57	19	49	336
12	6	1,6	AS	430	663	428	54	43	196	33	95	655
13	4	4,0	Th	464	547	137	14	66	162	40	84	577
14	4	4,0	Th	362	1047	262	38	56	317	79	133	917
15	6	6,0	Th	157	946	158	30	57	220	37	123	848
16	1	3,6	CF	371	298	83	13	47	58	58	59	408
17	4	1,4	AS	343	691	493	25	56	214	53	98	674
18	4	2,8	AS	296	966	345	32	54	191	48	125	861
19	4	4,0	Th	265	1383	346	30	67	274	68	167	1145
20	2	3,1	AS	94	376	121	13	57	117	58	67	460
Moy	3,4	2,8			809	286	26	58	202	59	110	755
Min	1	1,4			147	73	6	43	31	26	44	304
Max	6	6,0			2 361	590	54	76	493	164	264	1 810