Ballons d’eau chaude, ballons solaires, chauffe-eau

Le rôle d’un ballon dans une installation sanitaire est de stocker de l’eau chaude qui sera disponible par la suite. Le fait de stocker de l’eau chaude permet de disposer de plus de temps pour la chauffer et donc d’avoir un besoin de puissance de chauffe moins important.

Par exemple, les chauffe-eau électriques instantanés domestiques de notre fabricant auront une puissance de minimum 3,5 kW et jusqu’à 6 kW alors que les résistances que nous proposons dans les ballons d’eau chaude sanitaire (ECS) vont généralement de 1,4 à 3 kW maximum. Le volume contenu dans les chauffe-eau instantanés est faible puisqu’ils peuvent produire l’eau chaude au fur et à mesure du besoin. Les ballons d'eau chaude sanitaire permettent, eux, de conserver un abonnement électrique moins important : la résistance n'est utilisée qu'en appoint des capteurs solaires pour la production d'eau chaude.

Les ballons d’eau chaude sanitaire sont donc une solution tout à fait adaptée pour unchauffe-eau solaire : ils permettent de stocker l’énergie solaire produite par les panneaux tout au long de la journée. Il faut donc choisir la taille du ballon en fonction des consommations pour disposer de l’autonomie suffisante (en général 2 jours de consommation). Cette solution, fiable et dont le fonctionnement est relativement simple, permet de réaliser des économies grâce à l'utilisation d'une énergie renouvelable.

De même les ballons tampons et les ballons tampon hygiéniques permettent de stocker une grande quantité d'eau chaude, donc d'énergie, qu'on aura pu chauffer dans la journée s'ils disposent d'un échangeur solaire, ou par exemple lorsqu'on chauffe au bois, durant la flambée. L'énergie est stockée et peut être utilisée au besoin, plus ou moins rapidement.Dans un chauffe-eau solaire, le volume du ballon, en relation avec le besoin d’eau journalier est aussi nécessairement en rapport avec la surface de capteurs solaires thermiques. Pour plus de détails sur le sujet, je vous renvoie à la page « dimensionnement d’un chauffe-eau solaire » de notre page de conseil. N'hésitez pas à consulter nos différents kits solaires, par exemple les kits circulation forcée ou les kits solaires thermosiphon.

Les échangeurs dans un ballon solaire

Les échangeurs permettent le transfert de l’énergie en provenance de la source de chaleur vers l’eau du ballon. Ils sont nécessaires quand on ne veut pas mélanger les fluides : par exemple, on ne veut pas mélanger le fluide caloporteur du réseau solaire ni l’eau du réseau de chauffage à l’eau chaude sanitaire du logement. On ne veut généralement (sauf exceptions astucieuses voir à cette page le Plancher Solaire Direct) pas mélanger l’antigel du réseau solaire à l’eau de chauffage : remplir le ballon tampon d’antigel coûterait très cher. Par contre, il n’est en théorie pas utile de mettre un serpentin pour séparer l’eau d’un poêle ou d’une chaudière de l’eau du ballon tampon.

Les ballons solaires sont dotés d’échangeurs en forme de serpentin, largement dimensionnés afin d’optimiser l’échange et de permettre aux panneaux solaires de travailler à plus basse température et donc d’être plus efficaces. Les échangeurs des ballons de chaudière sont moins dimensionnés : la chaudière fonctionne à relativement haute température, la surface de l’échangeur peut être sensiblement plus faible. Vous pourrez le constater sur nos ballons d’eau sanitaire à 2 échangeurs : l’échangeur haut destiné à la chaudière ou au poêle bouilleur est moins dimensionné que l’échangeur bas destiné au réseau solaire (fiches techniques téléchargeables sur chaque page produit). On peut donc sans problème utiliser un ballon solaire avec une chaudière, il est cependant déconseillé d’utiliser le serpentin d’un ballon destiné à la chaudière pour collecter l’énergie solaire.

L’isolation des ballons

Pour conserver la chaleur, les ballons sont recouverts d’une couche d’isolant.

Jusqu'à 500 litres, il s’agit le plus souvent d’une couche de mousse polyuréthane haute densité, dont l’épaisseur varie en fonction de la fabrication :

- le bas de gamme avec des épaisseurs de 30 à 40 mm ; vous n’en trouverez pas sur ce site.

- le milieu de gamme qui était encore il y a peu ‘le top du top’ d’après les fabricants, avec une épaisseur de l’ordre de 50 mm, voire plus. Ces ballons sont de qualité tout à fait correcte, pour peu que les trappes soient aussi isolées.

- le haut de gamme, avec des épaisseurs de 75 mm de mousse polyuréthane, voire des isolations plus complexes, combinaisons de mousses et de zones d’air, afin de limiter l’encombrement de cette isolation. Le coût de ce type de produits est tout à fait justifié lorsque le ballon est dans une zone froide (garage, altitude…). Ailleurs, pour les chauffe-eau solaire, c’est peut-être un peu luxueux.

Au delà de 500 litres, on trouve souvent des isolants sous forme de mousse souple de 10 cm d'épaisseur. Pratique, cette isolation peut s'enlever, ce qui facilité le passage des portes.

Certains modèles de ballon de volume 300 et 500 litres disposent d'isolant démontable : ce sont les modèles SW et SB.La classe d’énergie des ballons d’eau sanitaire est déterminée par une norme européenne : Les classes pour les ballons vont de A à F. Nous vous fournissons plus de détails bientôt, car ils sont bien cachés sur internet... De manière indicative, les ballons de classe A perdraient moins de 1/2 kWh par jour, les ballons de classe B moins de 1, les ballons de classe C moins de 1.5 kWh par jour, lorsque l'eau qu'ils contiennent est à 60°. Cette valeur est indépendante du volume du ballon, il sera donc plus facile d'atteindre une classe A avec un petit qu'avec un gros ballon.

Les différents types de ballons solaires

Il existe 3 types de ballons qui ont des rôles différents dans une installation domestique, solaire ou non :

Les ballons d’ECS

Destinés à stocker l’eau chaude sanitaire, ils sont particulièrement adaptés aux installations de chauffe-eau solaires ou de chauffage par poêles bouilleurs ou chaudière bois ainsi qu’avec les équipement à granulés de bois (pellets en anglais) . Ils permettent de préparer l’eau chaude (on les appelle aussi parfois préparateurs d’eau chaude sanitaire) quand l’énergie est disponible et de la conserver jusqu’à utilisation. Ce type de ballons est aussi utilisé avec des chaudières à combustible fossile car il évite des redémarrages fréquents de cycles de chauffe, ces derniers fatigant les équipements (démarrage à froid, donc sous le point de rosée ce qui engendre des risques de rouille, dilatations ce qui sollicite les joints, rallumage…).

La cuve des ballons est généralement en acier. L’intérieur de ces ballons doit résister à la corrosion, nous n’aimerions pas boire de l’eau chargée de rouille et les ballons se perceraient rapidement. Ces ballons sont généralement protégés par un émaillage intérieur, on parle de ballons émaillés ou sont fabriqués en inox. A une époque, certains disposaient aussi d’échangeurs en cuivre. Sauf avis contraire, nous distribuons des ballons émaillés.

Ils sont de surcroît protégés de la corrosion (il peut exister des trous dans l’émaillage ou se concentrerait la corrosion) par une anode. L’anode magnésium est la plus répandue : on dit qu’elle est sacrificielle car elle se corrode et il faut la contrôler et la remplacer régulièrement (c’est valable sur la majorité des ballons, y compris les ballons électriques, mais souvent, on ne le fait pas par ignorance ou négligence, le remplacement du ballon est alors inéluctable à plus ou moins moyen terme). On peut aussi utiliser une anode électronique, auquel cas il faudra s’assurer qu’elle ne tombe pas en panne.

Les ballons tampons

Ils sont destinés à stocker de l’énergie pour le chauffage de l’habitation. Ils contiennent donc de l’eau de chauffage, qui circule entre le poêle bouilleur et/ou la chaudière, le ballon et le réseau de chauffage domestique (planchers, murs chauffants et/ou radiateurs).

Ces ballons peuvent être munis de systèmes plus ou moins sophistiqués qui évitent que l’eau revenant du circuit de chauffage ne crée trop de turbulence et de brassage dans le ballon : ils permettent de garder une bonne stratification de l’eau dans le ballon (eau plus chaude en haut, eau moins chaude en bas). On les appelle ballons stratifiés. Il est utile d’avoir des systèmes de stratification lorsqu’on a besoin d’eau à différentes températures : par exemple lorsque l’eau est utilisée à la fois pour des radiateurs (température supérieure à 40° au moins) et du plancher chauffant(température inférieure à 30° en général). Ainsi, en gardant l’eau du plancher en bas du ballon, on dispose d’un ballon dont la partie basse reste autour de 20°, température à laquelle les installations solaires sont très performantes même en plein hiver. On connectera le retour radiateur dans l’orifice ‘retour stratifié’ du ballon ou à mi hauteur, sensiblement là ou on prend l’eau pour le plancher chauffant.

Ces ballons sont généralement en acier, sans protection particulière. Lors du remplissage par de l’eau du réseau d’eau, l’oxygène contenu dans l’eau crée de la corrosion, mais en quantité négligeable. Une fois qu’elle a créé toute la corrosion qu’elle pouvait, l’eau devient chimiquement inerte, c’est la raison pour laquelle l’eau d’un réseau de chauffage est parfois appelée ‘eau morte’. Ceci est vrai dans les réseaux de chauffage dotés d’un vase d’expansion fermé tel que ceux que nous vous proposons.

Dans le temps - on trouve encore des installations, quelquefois récentes- il était courant d’installer des vases d’expansion ouverts, gros entonnoirs situés au point haut des circuits. L’eau reste alors à l’air libre et peut se charger en oxygène en permanence. Lorsque les réseaux et équipements sont prévus pour (échangeurs en cuivre ou en inox, radiateurs en fonte, cuves en acier inox ou émaillés), cela ne pose pas de problème. Mais ces équipements sont aujourd’hui très onéreux, il est beaucoup plus économique d’utiliser un vase d’expansion tels que ceux que nous proposons : des cuves avec vessie sous pression. L’utilisation d’un vase d’expansion ouvert avec les équipements actuels, du type de ceux que nous proposons, causera inévitablement une corrosion accélérée des équipements : les vases d’expansion ouverts sont à proscrire de la grande majorité des installations actuelles, incompatibles avec tous nos ballons.

Les ballons tampon combinés

Ces ballons tampon servent à la fois à stocker de l’eau de chauffage et l’eau chaude sanitaire. Pour la partie chauffage, le fonctionnement est identique à celui d’un ballon tampon classique. Pour la préparation d’eau sanitaire, il existe deux techniques :

- le ballon tampon combiné avec préparateur chauffé au bain marie , on dit fréquemment ‘tank in tank’ (la langue anglaise offre des raccourcis très parlants). L’eau chaude sanitaire est contenue dans un ballon émaillé contenu dans la cuve, et chauffe ‘au bain marie’, donc assez lentement. Cette technique, assez ancienne, est tombée en désuétude avec l’arrivée sur le marché du suivant, aussi nous ne le proposons qu’à la demande.

- le ballon combiné hygiénique : variante apparue il y a quelques années : un serpentin inox largement dimensionné est immergé dans l’eau du ballon tampon. D’une contenance de quelques dizaines de litres (une trentaine sur les ballons de 1000 litres par exemple), il est dimensionné de manière à permettre le réchauffage de l’eau en continu pour un soutirage ‘raisonnable’ : disons 2 robinets. Il ne convient pas aux installations collectives ou le soutirage peut être important en débit instantané. En contrepartie de ce inconvénient ‘débit’, il présente un avantage indéniable : l’énergie stockée dans le ballon est disponible indifféremment pour tous les besoins : 20 personnes à la maison l’été ? Un ballon tampon de 1000 litres permettra de disposer d’un volume d’eau chaude conséquent. C'est ce type de ballon qui est utilisé dans nos kits chauffage solaire.

Dans les ballons tampons combinés, les cuves contenant l’eau morte sont en acier noir (non protégé), il faut donc proscrire les vases d’expansion ouverts. La partie sanitaire se traite comme indiqué dans la rubrique ballons d’ECS : rien à faire dans les ballons hygiéniques dont le serpentin d’eau sanitaire est en inox, vérifier périodiquement et changer au besoin l’anode dans les ballons ‘tank in tank’.

Et pour les chauffe-eau électriques : les règles sont les mêmes pour les ballons, il faudra vérifier périodiquement l’anode ; pour les chauffe-eau instantanés, la micro-cuve est en inox, donc rien à faire.

Un certain nombre d’équipements et accessoires sont proposés avec nos ballons. Ils sont requis pour la protection des systèmes : prenez le ou les kits d’accessoires, vous-pouvez bien-sûr détailler pièce par pièce si vous disposez déjà de certains éléments, inutile de jeter un groupe de sécurité ou un mitigeur en bon état, les raccords diélectriques qui protègent le ballon de la corrosion galvanique (à condition de monter acier contre acier, nous vendons des raccords inox pour adaptation aux sorties des ballons) ne s’usent pas non plus.

Pour le dimensionnement de ces ballons, je vous propose notre site de conseils :

www.solaire-diffusion.eu .