Suivi et évaluations énergétiques de chauffe-eau solaires individuels en Guadeloupe Projet présenté par Sonia garde
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- Quantité d’eau puisée selon les jours
Profils de puisage
Graphe 11 : Profils de puisages en fonction du jour (Installations n°14 et 16) Les deux graphiques nous montrent deux types de profils de puisage complètement différents. Sur les résultats de l’installation n°16, on observe une répétitivité parfaite du profil des puisages du lundi au jeudi avec un pic très important le matin autour de 6h puis quasiment aucune consommation en ECS le reste de la journée. A partir du vendredi, ce pic matinal est moins prononcé et les consommations en journée deviennent plus importantes. Au contraire, pour l’installation n°14, il n’y a pas de différence entre les profils de puisage obtenus en semaine et ceux enregistrés le week-end. De plus, si on observe quand même toujours des pics de consommation sur le graphique, les puisages n’ont pas lieu à horaires fixes d’un jour sur l’autres et ceux-ci s’effectuent de manière ininterrompue pendant la journée. Là encore, il est intéressant d’identifier la répartition des principaux puisages au cours d’une journée sur l’ensemble des installations à partir des relevés de puisages quotidiens observés sur des périodes assez longues.  
Graphe 12 : Répartition des principaux puisages (Installations n°1 et 16) Les deux profils ci-dessus n’ont pas été réalisés comme les autres en ne retenant que les puisages effectués au moins un jour sur deux aux mêmes horaires sur la période de mesure de niveau 2. En effet, en raison d’une plus grande irrégularité des consommations de la part de ces usagers, ont été retenus les puisages ayant eu lieu respectivement dans au moins 30 et 40 % des cas à ces horaires. Il faut noter que les deux seules installations pour lesquelles il n’ait pas été possible de réaliser un profil correspondant à la moitié des jours de mesure sont les deux installations pour lesquelles les mesures de niveau 2 ont duré plus de 8 mois au lieu de 2 à 3 mois pour les autres installations.   
Graphe 13 : Répartition des principaux puisages (Installations n°8, 14 et 20) Les graphiques 12 et 13 présentent les principales différentes habitudes de consommation qui ont été obtenues de la part des usagers. Sur le graphique correspondant à l’installation n°1, on peut voir que l’eau chaude est principalement utilisée tôt le matin et en début de soirée et de manière équitable. Ce profil est plus ou moins à rapprocher avec celui de l’installation n°20 qui bien qu’il soit nettement plus nuancé avec des périodes de puisages plus longues montre tout de même une prépondérance des consommations en début de matinée et en soirée. En revanche, le profil de l’installation n°16 n’est pour sa part constitué que d’un pic indiquant une forte consommation d’ECS le matin. La consommation le reste de la journée est plus faible conformément aux résultats précédemment présentés et n’a pas lieu à heures fixes d’une journée sur l’autre car aucun autre pic n’apparaît, montrant que seul 50 % de la consommation d’eau chaude est toujours puisée à heure régulière. Sur le graphique de l’installation n°8, on observe 3 périodes de puisage au cours de la journée : une le matin, une en soirée et une autour de 12h où la consommation est inférieure au deux autres. Finalement le dernier profil présenté est celui de l’installation n°14. Il montre principalement que la consommation s’effectue tout au long de la journée. Si deux périodes creusent sont observées entre 9 et 12h puis entre 15 et 17h, on peut tout de même conclure que les puisages ont lieu de manière régulière sur la journée au vu du pourcentage d’ECS consommée en moyenne chaque heure par rapport à la consommation journalière moyenne des usagers.
 
Graphe 14 : Consommation en ECS en fonction du jour (Installations n°14 et 16) Les résultats de l’installation n°14 montrent que la quantité d’eau chaude consommée ne varie pas d’une journée sur l’autre : les puisages sont très importants quel que soit le jour. Au contraire, le second graphique indique une augmentation très nette des consommations en ECS le week-end sur l’installation n°16.
En plus du profil de puisage des usagers, les relevés de niveau 2 permettent de vérifier le niveau de confort fourni par les chauffe-eau solaires grâce à la connaissance de la température de l’eau chaude qui est mesurée au moment de chaque puisage. En effet, on peut considérer qu’en dessous de 40 °C, l’eau qui sort du ballon n’a pas été suffisamment chauffée par le capteur solaire. Jusqu’à présent, nous n’avions évalué les risques liés à une insuffisance de chauffage qu’à partir de la température mensuelle moyenne en estimant que plus elle était basse, plus il y avait des risques que certains puisages aient eu lieu à des températures inférieures à 40°C. Pour plus de précision, nous avons donc cherché à connaître l’évolution de la température de l’eau sur une période donnée. 
Graphe 15 : Evolution de la température de l’eau sur 1 semaine (Installation n°17) Grâce au graphique 15, on observe qu’il y a de fortes variations entre le jour et la nuit de la température de l’eau chaude et dans une moindre mesure de celle de l’eau froide. L’eau du ballon de stockage atteint ainsi des températures très élevées en journée mais la nuit, la température de l’eau chaude passe quotidiennement en dessous de la limite des 40°C. Cette forte amplitude s’explique d’une part par les types de CESI utilisés en Guadeloupe (autostockeur ou ballon en extérieur) qui soumettent l’installation aux baisses de température nocturnes et d’autre part par l’absence d’appoint pour compenser l’influence de cette diminution de la température extérieure combinée à l’absence de rayonnement solaire. A partir de ce graphique, on peut donc affirmer qu’il y a un risque pour les usagers que le confort ne soit pas maximal le matin, principalement lorsqu’il y a eu un fort puisage d’ECS la veille au soir engendrant une rentrée d’eau froide dans le ballon qui n’a pu être chauffée pendant la nuit. Ce graphique montre également que la température de l’eau froide peut être très élevée en journée (jusqu’à 45 °C). L’explication vient du fait que la température est mesurée juste à l’entrée des autostockeurs ou des ballons et donc qu’en cas de puisages peu fréquents, l’eau chauffe dans les tuyaux exposés au soleil. Suivant la configuration des installations (longueur des tuyauteries) et la fréquence des puisages, la température d’eau froide mesurée est ainsi plus ou moins élevée. Précédemment, en étudiant le profil de puisage des usagers, nous avions remarqué que la consommation d’eau chaude tôt le matin était relativement importante sur l’ensemble des installations étudiées. Comme c’est à ce moment de la journée que la température de l’eau pose problème, il était donc nécessaire de chercher à déterminer quelle proportion d’ECS était puisée à une température inférieure à 40°C. Les deux graphiques suivants (16 et 17) présentent donc à cet effet le pourcentage d’eau chaude consommée selon la température. 
Graphe 16 : ECS consommée à différentes températures (Installation n°17) 
Graphe 17 : ECS consommée en fonction de la température (Installation n°17) Ces graphiques montrent que 19 % de l’eau qui a été puisée au cours de ces 3 mois avait une température inférieure à 40 °C. Cette proportion n’est donc pas négligeable. Sachant que la température moyenne de l’eau froide entrant dans le ballon est supérieure à 32 °C, on en déduit que les 4 % d’eau puisés entre 34 et 36 °C n’avaient quasiment pas été chauffés à leur sortie du ballon et que les puisages effectués le matin n’assurent pas un confort maximal même si cette eau ne se révèle jamais très froide. Au contraire, il est intéressant de noter qu’en journée, la température de l’eau chaude devient très élevée (voire même dangereuse) ce qui montre tout de même que l’installation est capable de fournir de l’eau chaude même en cas de forts puisages. Si les puisages effectués en dessous de 40 °C sont relativement nombreux, l’écart entre la température de l’eau en sortie et la limite acceptable instaurée est rarement très important. L’énergie qu’il aurait fallu apporter à l’aide d’un système d’appoint afin d’atteindre la température de 40 °C au moment des puisages a donc été calculée pour chaque mois et présentée sur le graphique suivant. 
Graphe 18 : Appoint nécessaire pour atteindre 40 °C (Installation n°17) Sur cette installation, on observe que l’appoint mensuel nécessaire pour atteindre un confort maximal, soit une température de puisage toujours au moins égale à 40 °C est très faible et qu’en pourcentage de la production solaire de l’installation, il ne représente au maximum que 4 % en novembre. Le principal problème lié à cette installation n’est donc pas vraiment le fait que les usagers puisent de l’eau qu’ils pourraient ressentir comme trop froide car les températures de puisages restent relativement acceptables étant donné le climat guadeloupéen mais plutôt que dans le ballon de stockage, la stagnation de l’eau à une faible température favorise le développement de légionelles. En effet, pour lutter contre ces bactéries, il est préférable d’assurer la circulation de l’eau or, sur cette installation, le puisage quotidien ne correspond en moyenne qu’à un tiers du volume de stockage. De plus, il est recommandé de chauffer l’eau au moins à 50 °C (idéalement 60 °C) pour tuer la bactérie car son milieu optimal de prolifération se situe autour de 37 °C.
 
Graphe 19 : ECS puisée en fonction de la température (Installations n°14 et 16) Les résultats obtenus avec l’installation n°14 sont très bons. En effet, la température de l’eau en sortie de ballon n’est jamais inférieure à 40 °C et la valeur moyenne est très élevée. La régularité des puisages le long de la journée n’explique pas tout car comme pour les autres installations, la consommation en ECS tôt le matin est quand même assez importante. Au contraire, pour l’installation n°16, on observe que près des deux tiers des puisages réalisés le sont à une température inférieure à 40 °C. La température de l’eau en sortie de ballon est même descendue en dessous de 30 °C alors que la température moyenne de l’eau froide entrant dans le ballon a été mesurée à 28 °C. Dans ces cas précis, l’eau n’avait donc quasiment pas été chauffée par le capteur solaire. Ce résultat est à mettre en corrélation avec le profil des consommations obtenu précédemment pour cet usager : en semaine, la très grande majorité de sa consommation d’eau chaude a eu lieu tôt le matin alors que l’eau stockée dans le ballon situé à l’extérieur s’est refroidie pendant la nuit en raison de l’absence de rayonnement. L’importance des puisages matinaux ne constitue cependant pas la seule explication à cet inconfort car on observe que même en journée, l’eau n’atteint pas une température élevée. Par conséquent, si même soumis à un important rayonnement solaire le capteur n’est pas en mesure de fournir de l’eau chaude, on peut supposer que l’installation a un problème de dimensionnement.
En Guadeloupe, les chauffe-eau solaires installés sont principalement des autostockeurs et des thermosiphons monoblocs. Précédemment, il a été observé de fortes amplitudes de température pour l’eau chaude entre le jour et la nuit. Le graphique suivant représentant l’évolution de la température sur une semaine pour deux types d’installations différents permet de comparer ces variations de température pour des chauffe-eau thermosiphons monoblocs et autostockeurs. 
Graphe 20 : Evolution des températures sur 2 types d’installations L’isolation thermique des ballons des thermosiphons permet de limiter la diminution de la température de l’eau chaude stockée la nuit par rapport à une installation de type autostockeur. Les puisages matinaux s’effectuent donc à des températures acceptables. Le tableau suivant présente sur l’ensemble des installations de type thermosiphon d’une part et autostockeur d’autre part, le pourcentage d’eau chaude puisée à une température inférieure à 40 °C.
Tableau 8 : ECS puisée à T < 40 °c par rapport au type de CESI Le tableau 8 confirme les observations précédentes montrant un plus fort pourcentage d’eau puisée à une température peu élevée dans le cas de l’utilisation d’un chauffe-eau de type autostockeur.
Le site équipé d’un thermosiphon à circulation forcée correspond à l’installation n°16. Au vu des résultats obtenus au niveau 2, il apparaît que cette installation n’est pas en mesure de chauffer l’eau de manière convenable. En effet, la température de l’eau chaude en sortie a été mesurée à 39 °C en moyenne et plus de la moitié des puisages ont été effectués à une température inférieure à 40 °C (pour une température d’eau froide moyenne égale à 28 °C). L’isolation thermique du ballon de stockage ne devant pas constituer un problème d’après les résultats obtenus pour les thermosiphons monoblocs et le dimensionnement de cette installation étant semblable aux autres, ces faibles températures peuvent peut être s’expliquer par un dysfonctionnement au niveau du régulateur.
Les tableaux 9 et 10 résument les résultats obtenus sur chacune des installations ayant fait l’objet d’un suivi de niveau 2.
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