Le liquide caloporteur

Après avoir passé beaucoup de temps sur Internet pour accumuler tous les renseignements nécessaires sur le liquide caloporteur pour chauffe-eau solaire, je me suis dit qu'il serait peut-être intéressant de partager mes trouvailles.

Le liquide calporteur est le liquide qui va transférer la chaleur de vos panneaux solaires à votre échangeur de chaleur. Ses trois principales caractéristiques sont:

  • sa viscosité;
  • sa température de congélation;
  • sa température d'ébullition.

Il est habituellement composé d'un mélange de propylène glycol et d'eau dans différentes proportions en fonction de vos besoins. Déterminez donc les caractéristiques de votre système (viscosité, congélation et ébullition) afin de trouver la bonne concentration.

Viscosité
La viscosité du liquide est sa faciliter à "couler". Plus le liquide est visqueux, plus il résiste au déplacement, plus la pompe doit forcer et plus il est difficile de le faire circuler. Inversement, moins le liquide est visqueux, mieux il va circuler. On cherchera donc un mélange le moins visqueux possible. Le propylène glycol pur a un indice de viscosité plus élevé que l'eau. Donc moins il y en a, mieux c'est. Je n'ai malheureusement pas encore trouvé de chiffres pour quantifier cette information.

Température de congélation
L'eau, en gelant, prend du volume, et cela peut faire éclater les tuyaux de votre installation. Il est donc important que le liquide utilisé ne gèle pas. Ici, plus la concentration de glycol sera élevé, plus le point de congélation sera bas. Il est donc important de connaitre la température la plus basse pouvant être atteinte dans votre région. Pour Montréal par exemple, sur les 5 dernières années, la température la plus basse rapportée a été de -28 degrés Celcius. Le tableau ci-dessous vous donne le point de congélation pour différents niveaux de concentration de glycol.

Point de congélation
Solution de propylene glycol
(en % de la masse)
0 10 20 30 40 50 60
Temperature oC 0 -3 -8 -14 -22 -34 -48
oF 32 26 18 7 -8 -29 -55

Ainsi pour Montréal, vous constaterez que la concentration minimale suggérée devrait se situer aux alentours de 45% pour les mois d'hiver.

Température de d'ébullition
La température d'ébullition du liquide caloporteur est la température à partir de laquelle il va changer d'état et, en ce qui concerne le glycol, la température à partir de laquelle il va commencer à se dégrader. Les ébullitions successives du liquide finissent par détériorer sa capacité à transporter la chaleur mais vont aussi commencer à le rendre plus acide, ce qui va abimer votre système. C'est pourquoi il convient habituellement de vidanger le système et de remplacer le liquide caloporteur environ tous les 3 à 5 ans.

Point d'ébulition
Solutino de propylene glycol
(en % de la masse)
0 10 20 30 40 50 60
Temperature oC 100 100 101 102 104 106 107
oF 212 212 213 216 219 222 225

Comme vous pouvez le voir, la température d'ébullition reste pas mal stable quelle que soit la concentration. Le liquide va donc se détériorer à peu près de façon équivalente quel que soit le % de glycol. D'où l'importance de vérifier sa qualité tous les ans.

Conclusion
Comme vous avez pu le constater, la température d'ébullition et la viscosité du mélange ne changent pas beaucoup quand la concentration change. C'est donc la température minimale dans votre région qui doit primer pour votre choix. Pour contrôler l'état de votre mélange eau/glycol, vous pouvez procéder à différentes analyses. Prélevez une petite quantité de mélange, et placez-la au congélateur avec un thermomètre. Contrôlez ainsi sa température de congélation (ou assurez-vous que même au plus froid de votre congélateur, le liquide de gèle pas). Vous pouvez aussi procéder à une analyse du pH. Mesurez l'acidité de votre mélange au moment de remplir vos tuyaux. Ensuite, une fois par an, vérifiez si le pH a évolué et s'il convient alors de procéder au remplacement du liquide. N'ayant encore jamais fait ces étapes de vérification, je ne peux pas vous donner de valeurs chiffrées, mais vous pouvez considérer que des valeurs inférieures à 7 ou 6,5 indiquent que le liquide est à remplacer.

Vous retrouverez tous ces chiffres ainsi que des outils de conversion sur le site The Engineering Toolbox (en)

Verdire son jardin à Montréal?

Comme chaque année, j'ai planté de nombreuses plantes, des bulbes, des annuelles, des vivaces, le tout dans le but de fleurir et de verdir mon jardin, que ce soit à l'avant coté rue, ou à l'arrière, coté ruelle.

Agérates, cinéraires, lys, capucines, gazanias, calendulas, oeillets d'inde, muguets, et j'en passe, sont venu rajouter de la couleur (ou en rajouterons sous peu).

La plupart de ces plantes ont grandit dans mon sous-sol. Les graines achetées à l'automne, plantées à l'hiver et germées quelques jours plus tard on eu droit à la plus grande attention de ma part pour m'assurer d'avoir une bonne "récolte" et ainsi pouvoir embellir mon terrain.

L'opération a particulièrement bien fonctionné, et cette année encore notre terrain devrait être vraiment agréable à regarder.

Ça, c'est le beau coté de l'opération.

Le mauvais coté, c'est que j'habite à Montréal... D'accord, c'est pratique pour le métro, pas besoin d'avoir de voiture, ce qui est plus écologique et rejoint mes convictions, mais à Montréal habitent toutes sortes de monde.

Depuis le début du printemps, 20% de mes jonquilles ont été coupées, mon genévrier c'est couvert de crottes de chien, mes lys ont été piétinés et leur clôture arrachée. Je ne sais pas s?ils arriveront finalement à fleurir cette année.

L'année dernière, c'était les lys et les échinacées qui étaient passées sous les ciseaux des passants. Et j'imagine que d'ici la fin de l'été, ça ne sera pas mieux cette année.

D'accord, les lys sont au pied de l'arbre sur le trottoir, donc sur le terrain de la ville, mais toutes les autres plantes sont sur mon terrain, parfois très proche de la maison, mais cela ne semble arrêter personne. Et même dans le cas des lys, il n'y a aucune raison de les saccager de la sorte.

C'est décourageant. À chaque jour je me demande "Qu'est-ce qu'il va manquer dans mon jardin aujourd'hui?"...

Les solutions ne sont malheureusement pas nombreuses. Déménager? Pas vraiment possible. Installer une clôture? Pas très joli, et je doute que ça les arrête. Finalement, je vais probablement déplacer toutes les plantes à fleurs à l'arrière où elles ne seront pas accessibles, et les remplacer pas des plantes vivaces à feuilles. C'est moins joli, d'accord, mais au moins elles ne passeront pas à l'arrachage à chaque printemps.

Finalement, la vie à Montréal, ça a ses avantages, mais ça a surtout des inconvénients...

JM

Inclinaison des panneaux solaires

Ayant prévu de faire installer prochainement des panneaux solaires (tubes sous vide), je me suis penché sur la question de l'inclinaison de ceux-ci.

La majorité des installateurs recommandent une inclinaison de 45 degrés. Pour les tubes, on recommande de plus grandes inclinaisons pour réduire le risque d'accumulation de neige (je ferais un article ultérieurement à ce sujet). Mais qu'en est-il des performances?

La premiere méthode que j'ai utilisé pour évaluser l'inclinaison des panneaux est basée sur les résultats donnés par l'outil RETScreen. En effet dans ce dernier, vous avez la possibilité de modifier l'angle d'installation des panneaux (Slope of solar collector) et de constater l'impact sur l'énergie reçue (Monthly average daily radiation in plane of solar collector(kWh/m²/d)).

La deuxième méthode, plus traditionnelle, se base tout simplement sur la position du soleil et sur le fait que pour recevoir la plus grande quantité d'énergie possible, le panneau doit être installé face au soleil, la surface du panneau étant alors à 90 degrés des rayons solaires.

Bien qu'il semble plus naturel d'utiliser le chiffres basés sur la position du soleil, je pense que les chiffres donnés par RETScreen sont plus performants et j'expliquerai pourquoi à la fin de cet article.

Analyse basée sur RETScreen

Basé sur les chiffres donnés par RETScreen, la meilleure inclinaison pour les panneaux à Montréal est de 37 degrés à l'année, avec laquelle on obtient un rendement moyen de 3,982 kWh/m²/j.

Or si vous avez le courage d'ajuster vos panneaux (ou les moyens de les faire ajuster) au printemps et à l'automne, vous pourriez en retirer encore plus d'énergie.

En effet, pour la période du 21 mars au 20 septembre, l'inclinaison la plus optimale est de 18 degrés, ce qui permet de récupérer en moyenne 5,049 kWh/m²/j.

Pour la période du 21 septembre au 20 mars, l'inclinaison la plus optimale est de 64 degrés, ce qui permet de récupérer en moyenne 3,36 kWh/m²/j.

Sur l'année, ces petites interventions vous permettent d'obtenir un rendement moyen de 4,2045 kWh/m²/j, soit un gain de 5,29% par rapport à une installation non modifiée.

Maintenant, on pourrait pousser l'optimisation encore plus loin afin d'en tirer le maximum. Il serait possible de modifier l'inclinaison tous les mois, ou encore 4 fois par an, etc.

Janvier: 76 degrés avec 3,5523 kWh/m²/j.
Février: 69 degrés avec 4,3447 kWh/m²/j.
Mars: 50 degrés avec 4,6818 kWh/m²/j.
Avril: 25 degrés avec 4,6033 kWh/m²/j.
Mai: 11 degrés avec 5,1897 kWh/m²/j.
Juin: 2 degrés avec 5,7220 kWh/m²/j.
Juillet: 7 degrés avec 5,8302 kWh/m²/j.
Août: 20 degrés avec 4,9614 kWh/m²/j.
Septembre: 36 degrés avec 4,3685 kWh/m²/j.
Octobre: 53 degrés avec 3,3253 kWh/m²/j.
Novembre: 62 degrés avec 2,1705 kWh/m²/j.
Décembre: 76 degrés avec 2,3330 kWh/m²/j.

Ce qui ferait une moyenne de 4,2568 kWh/m²/j, soit un gain de 6,46% par rapport à une installation statique.

Maintenant, à vous de choisir. 12 interventions sur vos panneaux pour 6,46% de chaleur en plus? 2 interventions pour 5,29%? Ou alors une installation statique? Vous pouvez aussi couper la poire en deux et modifier l'inclinaison 3 ou 4 fois par an. À vous de choisir. Pour ma part, je pense m'orienter vers 3 ou 4 visites sur le toit. Cela me permettra aussi de m'assurer que l'installation est toujours en bon état et d'effectuer un peu d'entretien si nécessaire.

Comme dans tout, la modération donne les meilleurs résultats. 12 modifications apporteraient à peine plus de 1% de chaleur de plus que seulement 2 modifications. Est-ce vraiment nécessaire?

Concernant les degrés d'inclinaison, vous remarquerez que pendant les mois d'hiver, l'inclinaison recommandée est supérieure à 60 degrés, ce qui réduit de beaucoup les risques d'accumulation de neige sur vos panneaux.

Analyse basée sur la position du soleil dans le ciel

Les données utilisés pour cet analyse sont assez simple à trouver sur internet. Vous pouvez consulter la courbe du soleil ICI.

L'équation correspondante se trouve ICI.

Pour résumer, voici ce qu'il faut retenir.

Inclinaison = (latitude du lieu) ? Arcsinus ( 0,4*Sinus*(N.360/365))

N = étant le nombre de jours entre l?équinoxe de printemps (21 mars de chaque année) et le jour considéré, de signe négatif vers la saison froide.

Pour Montréal, la latitude est de 45,54.

Ce qui donne, par exemple, pour le premier janvier, inclinaison = 45,54 - arcsinus (0,4*sinus(-80*360/365)) = 68,65 degrés

Ainsi, l'inclinaison moyenne sur l'année est de 45,17 degrés.

Pour chaque mois, on obtient les valeurs suivants.

Janvier: 66,18
Février: 58,26
Mars: 47,26
Avril: 35,69
Mai: 26,63
Juin: 22,43
Juillet: 24,37
Aout: 31,89
Septembre: 42,67
Octobre: 54,27
Novembre: 63,88
Decembre: 68,5

Si vous souhaitez avoir 2 inclinaisons, il semblerait que les valeurs optimables soient de 30,61 degrés pour les mois de avril à fin septembre, et de 59,73 de octobre à fin mars.

Je n'ai malheureusement aucune idée comment calculer la quantité d'énergie que cela représente.

Quelle inclinaison choisir?

RETScreen vs position du soleil, quelle inclinaison est la plus optimale, et pourquoi? Voici pourquoi je pense que les chiffres de RETScreen sont plus optimaux que ceux basés sur la position du soleil. Attention, ceci est ma propre analyse. Même si j'ai passé beaucoup de temps à éplucher les chiffres et les diagrammes, même si je pense que mes conclusions sont bonnes, n'hésitez pas à les vérifier par vous même.

Hiver

En hiver, mais aussi en automne ou au printemps, les angles proposés par RETScreen sont assez similaires à ceux basés sur la position du soleil. En mars par exemple, RETScreen conseil 50 degrés alors que l'inclinaison basée sur la position du soleil est degrés. En décembre, 76 contre 68. Il n'y a pas une grosse différence et je ne m'attarderais donc pas sur ces valeurs.

Été

C'est en été que les choses changent. RETScreen conseil 2 degrés contre 22 pour la position du soleil. Pourquoi?

Il y a à mon avis plusieurs raisons à cela.

La premiere raison se base sur la position du soleil au levé et au coucher. Le 22 mars, le soleil se leve exactement à l'est et se couche exactement à l'ouest. Les panneaux étant installés plein sud, ils profitent donc à 100% de l'énergie solaire.

Mais plus on se rapproche du 22 juin, plus le soleil se leve au nord-est et se couche au nord-ouest.

Plus les panneaux sont inclinés, moins ils vont se faire de l'ombre à eux même quand le soleil. Or avec des panneaux inclinés à 22 degrés, il faudra plus de temps pour le soleil pour atteindre la surface de chauffage qu'avec une inclinaison de 2 degrés. Le 22 juin, cela cela représente 45% de temps de soleil en plus pour une inclinaison à 2 degrés.

Néanmoins, il faut aussi prendre en compte que le fait d'incliner plus les panneaux va réduire la quantité d'énergie reçue.

On gagne donc plus de temps d'ensoleillement, mais on reçois moins d'énergie. Au final, comme le montre RETScreen, je pense que 2 degrés pour le mois de juin vous apporteront plus de chaleurs que 22.

La deuxieme raison est liée à l'inclinaison moyenne. 22 degrés pour le mois de juin représente l'inclinaison minimal du panneaux, c'est à dire l'altitude (90-22=68 degrés) la plus haute pour le soleil. Or il atteint cette altitude seulement une fois dans l'année. Il est donc préférable de trouver une position moyenne qui permet de tirer un profit maximum de l'énergie toute au long de la journée et non pas à un instant précis.

Pour conclure, je vous recommande donc d'incliner vos panneaux suivant les valeurs tirées de RETScreen.

Attention toute fois. Il n'y a pas juste le soleil que vous devez prendre en compte dans votre choix. Certains critères doivent parfois aussi être pris en compte. Par exemple, en hiver, la neige peut recouvrir les panneaux. Ainsi, un angle inférieur à 50 degrés va empecher la neige de glisser Il faudra donc attendre qu'elle fonde, ce qui peut prendre du temps. Au Québec et dans les Maritimes, il peut neiger aussi en avril, ne l'oubliez pas. Ensuite, le vent. Plus l'angle est faible, plus le panneau est couché et moins il va prendre dans le vent. Ceci est encore plus important pour les panneaux plats. Enfin, l'aspect. Certaines municipalités demandent à ce que les panneaux ne soient pas visibles de la rue. Plus l'angle sera élevé, plus les panneaux seront hauts et plus ils seront visibles. Donc fait attention à tous ces critères avant de faire votre choix.

Si vous voulez aller un peu plus loin sur le sujet, voici quelques sites très interessants. Certains parlent de la Suisse, d'autre de la Belgique, mais au final il est assez facile de tenir les mêmes raisonnements quelque soit votre localisation sur le globe.

Energie plus (Belgique)
Mini traité d'électricité (Mais le principe est à peu pret le même pour le solaire)
Animation sur la position du soleil dans le ciel
Lever, coucher, durée du jour à Montréal

JM

Un peu de recyclage.

Ayant remplacé l'allée de pavés unis de ma cours par de la terre et de l'herbe afin de verdir un peu mon tout petit terrain, je me suis retrouvé à devoir me départir de nombreux pavés et de dalles de béton.

Comme j'ai réalisé les travaux en deux étapes, j'ai vendu les pavés retirés à la première étape, mais après la deuxième étape, je me suis retrouvé avec une poignée de pavés unis, une poignée de dalles en béton, une poignée de bordures en ciments, etc.

Trois solutions s?offraient alors à moi pour m'en départir:
- Les jeter petit à petit aux vidanges;
- Louer un véhicule et les porter à l'éco-centre;
- Chercher quelqu'un d'intéressé à les récupérer.

J'ai évidemment choisi la 3ieme option afin de réduire mes trajets (émissions de CO2) et de réduire la quantité de déchets partant à l'enfouissement. J'ai donc déplacé tous les pavés en bordure de mon terrain et placé une annonce sur Kijiji en informant les personnes intéressées qu'elles n'avaient qu'à venir se servir par la ruelle.

Résultat, 3 jours après avoir placé l'annonce, il ne restait absolument rien dans la ruelle! Tout avait été pris. Première leçon de recyclage.

Au mois de février 2009, nous avons fait installer notre nouveau foyer au bois. Afin d'installer une cheminée réglementaire, nous avons dû démonter 25 pieds de cheminée en briques. Cela représentait environ 3000 briques à détacher de la cheminée, à sortir et à corder correctement. Soit environ 2 palettes de briques. Fort de notre première expérience de recyclage, nous avons décidé d'essayer de donner les briques au lieu de louer un container pour s'en départir.

Un mois après avoir mis les annonces et sortie les briques, environ 80% d'entre elles ont trouvé preneur! Résultat, au lieu de louer un containeur ou de faire de nombreux voyages à l'éco-centre, un seul voyage devrait suffire à apporter ce qu'il reste. Deuxième leçon de recyclage.

Moralité, si vous avez des matériaux de construction qui sont encore à peu près en état et qui pourraient être réutilisés, au lieu de prendre du temps à les apporter à l'éco-centre ou participer à l'encombrement de nos décharges, essayez tout simplement de les donner. Ca fera des heureux, vous n'aurez pas à vous fatiguer à les déplacer vous-même et vous réduirez ainsi l'impact sur l'environnement (réduction des déchets, rejets de CO2 pour la fabrication des matériaux neufs, etc.).

Chauffe-eau solaire

Intéressé par les énergies verte, je suis "tombé" l'année dernière dans la revue "La maison du XXIeme siecle" sur une initiative intéressant. La compagnie Energie Verte Benny Farm lançait son projet Acces Énergie dont le but est de promouvoir le chauffage de l'eau solaire en créant un groupe d'acheteurs potentiels afin de partager les expériences et de réduire les couts.

Je me suis donc inscrit pour une visite afin d'évaluer les possibilités d'installations, ainsi qu'à une séance d'information afin d'en apprendre plus.

Au lieu de vous raconter encore une fois comment le chauffage solaire de l'eau fonctionne, je vais plutôt vous rediriger vers des sites très pratiques qui l'expliquent déjà en détails.

Éco-énergie à Montréal
Énergie propre
Éco Habitation

Néanmoins, voici quelques détails auxquels il vous faudra penser si vous souhaitez vous lancer dans l'aventure. Ces détails sont basés sur mon expérience personnelle de la décision d'installer un chauffe-eau solaire. Je partagerai aussi dans ces pages l'évolution de mon installation ainsi que les informations sur les performances réelle mesurées du système.

Les contraintes

  • L'installation des panneaux sur le toit doit se faire de manière à ce qu'ils ne soit pas visible de la rue. Cela peut paraitre facile, mais sachant que les panneaux peuvent faire jusqu'à 4 pieds de haut, cela réduit de beaucoup la surface de toit où on peut les installer;
  • L'installation du ballon d'eau chaude contenant l'échangeur prend de le place. En effet, si vous voulez profiter pleinement du système, il est préférable d'installer un ballon d'au moins 80 gallons. Ce ballon vient de rajouter à votre système de chauffage existant et fonctionnera comme un préchauffage. Vous ne pouvez donc pas vous départir de votre systeme actuel;
  • Le système vous donnera rarement 100% de votre eau chaude. Il est prévu pour vous fournir 100% de votre eau chaude au 21 juin afin de ne pas produire plus d'eau chaude que nécessaire. Vous pouvez aussi optez pour l'option d'installer plus de panneaux afin de produire plus d'eau chaude tout au long de l'année, mais cela va réduire légèrement la rentabilité de l'installation;
  • Pour installer les panneaux sur le toit, et le ballon dans le sous-sol, l'installateur va devoir relier les deux pas 2 tubes de cuivre. Cela signifie faire descendre les tubes le long de la maison (impact sur l'apparence) ou percer le toit (impact sur l'étanchéité ou la garantie du toit). La solution la plus simple reste celle de la façade, bien qu'à mon avis la solution la plus économique soit celle du perçage du toit car le tube se retrouve protégé du froid et le trajet est souvent plus court;
  • Dernier inconvénient, et non le moindre, le prix! Pour une installation avec un seul panneau, c'est à dire l'installation de base, prévoyez environ 7.000$. Plus vous voulez de capteurs, plus le prix va monter. Néanmoins, il se peut que vous soyez admissibles à une subvention pour votre installation. Cette subvention pourrait rembourser de 2700$ à 4250$ en fonction du nombre de panneaux installés.

Les avantages

  • Le prix, tout en étant un inconvénient, est aussi un avantage. En effet, avec le système, vous allez produire environ 100% de votre eau chaude en été. Vous allez donc économiser sur vos factures d'électricité. Il est pour le moment difficile de chiffre les économies (référez vous au site Éco-Énergie à Montréal), mais nous reviendrons sur ce point;
  • Le chauffage de l'eau solaire est une énergie définitivement verte, ne produisant aucune rejet et permettant de restituer une très grande partir de l'énergie captée. En optant pour un tel système, vous aidez à réduire les émissions polluantes;
  • Si la pompe de circulation du liquide caloporteur (glycol, liquide qui circule dans l'échangeur de chaleur et dans les panneaux solaire) est connecté à un panneau photovoltaïque (produisant de l'électricité), alors votre système de chauffage de l'eau pourra fonctionner même lors des coupures de courants;
  • Le chauffage de l'eau solaire est un système plutôt novateur. En faire installer un permet de dynamiser le marcher, responsabilité les gens et permettra peut-être de trouver des façons d'optimiser le tout.

Mon projet installation

Pour ma part, j'ai choisi de faire installer 3 panneaux, si la place le permet, afin de maximiser la quantité d'eau chaude récupérée. Dans la même logique, je vais donc aussi opter pour une réserve d'eau chaude important, c'est à dire d'au moins 80 gallons. Ne souhaitant pas avoir de tubes sur la façade arrière de ma maison, j'ai choisi de percer le toit et de faire passer les tubes de liquide caloporteur le long de la cheminée. Cela afin de réduire les pertes de chaleurs, de faciliter l'installation (car il suffit de passer le tube tout droit jusqu'au sous-sol) et pour des questions esthétiques.

Souhaitant suivre les performances de mon système de façon précise et continue, j'ai prévu de placer un capteur de température à l'entrée de la réserve d'eau chaude solaire, à la sortie de cette même réserve, à l'entrée du liquide caloporteur dans l'échangeur et à la sortie de ce dernier. Tous ces capteurs seront reliés à un microcontrôleur afin de stocker les résultats en temps réel. Cela afin de pouvoir mesure l'apport réel du chauffage solaire et chiffrer les économies.

Prochaines étapes

Les prochaines étapes du groupe sont les suivantes:

  • 6 Fév. 2009: Date limite de soumission pour les fournisseurs d?équipements;
  • 20 Fév. 2009:Date limite de soumission pour les installateurs;
  • Fin-février, début Mars : Rencontre avec le groupe d?achat pour choisir les fournisseurs et les équipements;
  • Début mars: Initialisations des installations. (Objectif : compléter toutes les installations pour la fin avril).