Utiliser la puissance du soleil pour chauffer une piscine
Le chauffage de piscine solaire est l’une des utilisations les plus rentables de l’énergie solaire aujourd’hui. La majorité des piscines nécessitent une forme de chauffage, soit pour augmenter la température de l’eau pendant les saisons de printemps et d’automne, soit pour maintenir une température constante tout au long de la saison estivale, lorsque la piscine est le plus utilisée. En général, les piscines de loisirs et de jardin n’ont besoin que d’une chaleur à basse température, ce qui est l’endroit où les capteurs solaires plans non concentrateurs sont les plus efficaces.
Comme nous l’avons vu précédemment, les collecteurs solaires plans capturent l’énergie gratuite du soleil qui peut ensuite être utilisée pour chauffer l’eau de votre piscine, offrant une alternative économique aux chauffages de piscine conventionnels à gaz ou électriques qui sont coûteux.
En installant un système de chauffage de piscine solaire, l’utilisation d’une piscine normale peut être augmentée jusqu’à quatre mois par an simplement en utilisant l’énergie thermique du soleil. Le type de système de chauffage solaire variera selon chaque conception de piscine, son emplacement et l’ensoleillement disponible, mais le principe de base reste le même.
L’eau de la piscine est circulée à travers un collecteur solaire à panneaux plats, généralement monté sur un toit ou à côté de la piscine, elle est chauffée par l’énergie solaire du soleil et absorbée par l’eau qui s’écoule dessus ou à travers celui-ci avant que l’eau chaude ne soit renvoyée dans la piscine.
Les systèmes de chauffage de piscine ne nécessitent pas de réservoir de stockage d’eau séparé, car la piscine elle-même sert de réservoir de stockage et, dans la plupart des cas, la pompe de filtration de la piscine peut être utilisée pour faire circuler l’eau de la piscine à travers les panneaux solaires, faisant de ce système un système actif à circulation forcée.
La température de l’eau de baignade confortable est relativement basse par rapport à d’autres usages de l’eau chaude, tels que les bains et les douches. Les collecteurs solaires plans sont les plus efficaces à des températures basses et sont donc bien adaptés pour le chauffage de piscines où un grand volume d’eau doit être chauffé juste de quelques degrés au-dessus de la température ambiante plutôt que de chauffer une plus petite quantité à une température beaucoup plus élevée. Un système de chauffage solaire correctement dimensionné peut augmenter lentement la température de la piscine d’au moins 5 à 10oC (10 à 20oF) au-dessus de la température normale de l’eau, maintenant une température confortable chaque fois que l’eau passe à travers le collecteur solaire.
En été, lorsque l’énergie solaire est à son maximum, aucun chauffage de piscine n’est généralement nécessaire, et nager dans la piscine doit donc être à la fois rafraîchissant et confortable lorsque la température ambiante et l’intensité du soleil sont à leur plus élevé, donc chauffer l’eau de la piscine à une température trop élevée n’est peut-être pas souhaitable. Cela signifie que des températures élevées, disons au-dessus de 30oC (85oF), ne sont pas requises. Une température de l’eau de piscine d’environ 24 à 28oC (75 à 82oF) devrait suffire pour la majorité des gens, car l’objectif d’un système de chauffage de piscine solaire est de chauffer un grand volume d’eau juste de quelques degrés.
De plus, un système de chauffage de piscine solaire peut être utilisé pour refroidir une piscine tout en la chauffant. Pendant la période la plus chaude des mois d’été, pomper l’eau de la piscine à travers le système solaire la nuit peut faire baisser la température de la piscine de plusieurs degrés en une seule nuit, procurant une température de baignade plus rafraîchissante si les conditions sont favorables, car le collecteur à panneaux plats peut agir comme un dissipateur de chaleur (radiateur) par rapport aux températures nocturnes plus fraîches.
Ces exigences de température de piscine relativement basses peuvent facilement être satisfaites par un simple système de chauffage de piscine solaire utilisant des collecteurs plats stationnaires. Ils peuvent chauffer l’eau efficacement jusqu’à environ 60oC (140oF), donc il y a beaucoup de marge et pas besoin d’utiliser des collecteurs à tubes évacués ou concentrés qui sont plus coûteux. En ce qui concerne les types de collecteurs à panneaux plats adaptés au “chauffage de piscine solaire”, il existe de nombreuses façons de chauffer l’eau, voici donc quelques-unes des conceptions les plus courantes.
Conceptions de chauffage de piscine solaire
Chauffage solaire par tube noir – Ce type de système de chauffage de piscine solaire est très simple, peu coûteux et peut être installé en quelques heures. L’eau de la piscine est pompée à travers une bobine ou une boucle de tuyau en polyéthylène noir exposé au soleil, et tant que le soleil brille directement sur la bobine en plastique, l’eau qui sort de l’autre côté est plus chaude.
L’avantage d’utiliser des bobines de tuyau en polyéthylène est que le tuyau en plastique de jusqu’à 25 mm (1″) de diamètre est relativement peu coûteux à acheter et facile à manipuler, il est donc peu coûteux d’ajouter des tuyaux supplémentaires à la boucle. De plus, ce type de système de chauffage de piscine solaire est très facile à changer ou à modifier en fonction de toute taille ou longueur requise.
Cependant, l’inconvénient des boucles de tuyaux noirs solaires est leur faible efficacité à absorber l’énergie solaire, car une très grande surface ou longueur de tuyau est nécessaire pour fournir une quantité significative d’absorption de chaleur. Cependant, placer la bobine de tuyau sur une feuille de papier aluminium ou ajouter des réflecteurs autour du tuyau améliorera légèrement son efficacité.
Étant donné que les chauffages de piscine à tuyaux noirs ne fonctionnent que sous la lumière directe du soleil, ils souffrent de pertes de chaleur élevées, ils ne peuvent donc augmenter la température de l’eau à l’intérieur du tuyau que de quelques degrés au-dessus de la température ambiante. Les matériaux plastiques des tuyaux tels que : PVC, ABS, polypropylène, polyéthylène, etc. ne sont généralement pas très durables ou résistants à la lumière directe du soleil en raison de la dégradation ultraviolette (UV) du matériau polymère, la durée de vie de ce type de système de chauffage de piscine solaire est donc assez limitée à quelques saisons.
Chauffage par collecte ouverte – Les panneaux solaires de chauffage de piscine à collecteurs ouverts, aussi connus comme collecteurs à goutte, sont essentiellement des feuilles de métal sur lesquelles l’eau s’écoule ou “goutte” par le dessus. La plaque d’absorption du collecteur est peinte en noir pour maximiser l’absorption de la radiation solaire et est fabriquée en acier ou en cuivre, qui collecte la radiation solaire directe et la convertit en chaleur. De plus grandes plaques d’absorption augmentent la surface d’absorption, la chaleur résultante étant éliminée par l’eau s’écoulant directement sur la plaque.
Collecteur de chauffage solaire à collecteur ouvert typique
Ce type de système de chauffage de piscine solaire est très simple à construire et peut être facilement fabriqué maison. Le collecteur solaire peut être soit un panneau plat noirci, soit une plaque de toiture en tôle ondulée. La feuille ondulée est placée à un angle face au soleil et possède un collecteur en cuivre ou en plastique en haut avec un certain nombre de petits trous le long de sa longueur.
L’eau de la piscine est pompée depuis la piscine jusqu’au collecteur supérieur. Elle sort ensuite des trous à basse pression et s’écoule lentement sur la surface de la plaque sous l’effet de la gravité, absorbant la chaleur au fur et à mesure.
Un bac en métal ou un grand tuyau de gouttière en plastique est situé en bas de la plaque pour collecter l’eau chauffée qui est ensuite renvoyée, par gravité ou pompée, directement dans la piscine. L’eau de la piscine sera réchauffée par le rayonnement solaire directement et par le transfert de chaleur provenant du collecteur lui-même.
Les collecteurs ouverts à panneaux plats utilisent parfois des bandes de caoutchouc ou de silicone courant verticalement le long de la plaque pour empêcher l’eau de s’écouler d’un côté même si le collecteur n’est pas parfaitement aligné. L’utilisation de feuilles ondulées a l’avantage que l’eau est répartie uniformément sur toute la largeur du collecteur, car elle restera dans les vallées de la plaque pour être collectée au fond.
Bien que ce type de collecteur solaire pour piscine soit très simple et facile à fabriquer, il présente un inconvénient majeur : il n’est pas très efficace en raison de pertes significatives. Les pertes par évaporation, en particulier, sont assez importantes à cause du vent qui peut souffler librement sur la surface de l’absorbeur pour la refroidir, ainsi que du vent qui souffle la poussière et la saleté sur le panneau solaire. De plus, au fil du temps, des sels et d’autres particules dissoutes vont contaminer le panneau à mesure que l’eau s’évapore.
Les chauffe-piscines solaires à collecteurs ouverts sont également très inefficients à des températures d’eau élevées et/ou à des températures ambiantes basses, comme les jours froids ou nuageux, car davantage d’énergie peut être perdue à travers le panneau un jour froid que celle qui est gagnée. Couvrir la plaque d’absorption avec une feuille de polycarbonate plat transparent ou un verre mince peut aider à réduire certaines de ces pertes, mais l’augmentation de la perte de chaleur due à l’espace d’air chaud entre la plaque du collecteur et la couverture peut obscurcir la vitre lorsque celle-ci se condense, réduisant ainsi la quantité de radiation solaire qui atteint le collecteur.
Collecteur solaire sandwich – Dans un collecteur solaire à panneaux plats de type sandwich, l’eau de la piscine s’écoule entre deux plaques métalliques d’absorption (qui peuvent également être en plastique moulé) qui sont soudées le long de leur périmètre pour créer un design de sandwich étanche. Les deux plaques absorbeuses de chaleur, l’une étant appelée plaque supérieure et l’autre plaque inférieure, sont également soudées par points à intervalles variés le long de la plaque pour former des espaces étroits appelés canaux, à travers lesquels l’eau s’écoule.
L’eau circulante entre dans le collecteur solaire à une extrémité, s’écoule à travers le design de sandwich vide et sort par l’autre extrémité en absorbant la chaleur du collecteur en cours de route. Le flux d’eau continue dans ce cycle et la température augmente progressivement après chaque passage à travers le collecteur. Les collecteurs solaires sandwich sont donc des collecteurs actifs car ils nécessitent une pompe pour faire circuler l’eau de la piscine à travers ce type de système de chauffage de piscine solaire.
La forme et la taille du design de sandwich sont importantes pour assurer un bon contact entre l’eau et la plaque de collecteur afin de maximiser le taux de transfert de chaleur entre les deux. Certains designs de plaques intègrent des creux, des estampages ou des restrictions d’écoulement dans les canaux pour agiter l’eau à l’intérieur des canaux, l’empêchant de s’écouler trop rapidement dans les canaux, augmentant ainsi son efficacité.
Les collecteurs solaires sandwich utilisés pour les systèmes de chauffage de piscine solaire sont beaucoup plus efficaces pour transférer l’énergie solaire que le type de collecteur ouvert précédent. De plus, en tant que collecteurs sandwich non vitrifiés, ils ne souffrent pas des pertes dues au vent et à l’évaporation.
Ils sont similaires dans leur conception aux collecteurs de stockage à collecteur intégré ou aux collecteurs ICS, car la conception des canaux peut permettre de stocker un grand volume d’eau à l’intérieur, ajoutant ainsi au poids structurel s’ils sont montés sur un toit. Leurs débits élevés et leur faible pression adéquate permettent un maximum de transfert thermique tout en réduisant une pression excessive sur la pompe. Les chauffe-piscines solaires sandwich peuvent également être utilisés à l’envers la nuit pour refroidir l’eau de la piscine.
Collecteur solaire non vitrifié – Ces types de collecteurs solaires pour piscine sont simples et peu coûteux, avec de nombreux types différents de collecteurs thermiques “non vitrifiés” disponibles, spécialement conçus pour être utilisés comme chauffages de piscine. Le collecteur thermique “sandwich” ci-dessus appartient également à la famille des collecteurs non vitrifiés.
Les collecteurs solaires thermiques non vitrifiés sont spécialement conçus pour les applications à basse température, ce qui les rend idéaux pour le chauffage des piscines et des spas, et sont donc fabriqués en plastique polypropylène stabilisé aux rayons ultraviolets (UV). Les collecteurs en plastique polypropylène sont semi-rigides, mais deviennent plus flexibles lorsqu’ils sont chauffés par le soleil. Les collecteurs solaires non vitrifiés sont légers, existent dans une variété de formes et de tailles, et avec un entretien et un soin appropriés, ils peuvent aider à chauffer l’eau des piscines pendant jusqu’à 20 ans.
Les systèmes de chauffage de piscine solaires non vitrifiés se composent généralement d’un certain nombre de tubes lisses ou nervurés de 1/4″ (6mm) courant sur la longueur du panneau collecteur.
Ces tubes thermiquement conducteurs sont soit droits dans une configuration parallèle, soit connectés comme un seul tube continu disposé en configuration serpentine. Cette configuration de tube serpentin élimine la possibilité de fuites dans le collecteur, produisant un flux plus uniforme.
Les collecteurs solaires non vitrifiés sont très similaires en conception aux collecteurs plates standards. Leur conception se caractérise par l’absence de couvercle en verre transparent ou en polycarbonate (d’où leur nom de “collecteurs non vitrifiés”) et d’isolation thermique.
En effet, le collecteur chauffe une piscine à la même température ambiante qui entoure la piscine et a peu ou pas de perte thermique, ce qui signifie qu’il n’a pas besoin d’être isolé. La température de l’eau générée par un collecteur solaire de piscine non vitrifié dépend donc de la température de l’air extérieur et ne fonctionne pas efficacement à moins que la température ambiante soit plus élevée que la température de la piscine. Lorsqu’il est nécessaire de chauffer la piscine à une température plus élevée, il devient plus important d’isoler le collecteur, sinon les pertes par convection seront inacceptablement élevées.
Parce que les collecteurs de piscine non vitrifiés n’ont pas de couvercle en verre, l’absorbeur solaire fonctionne souvent avec une efficacité supérieure à celle des collecteurs vitrifiés. Cela est dû au fait que le couvercle en verre transparent (ou en polycarbonate) peut bloquer ou réfléchir jusqu’à 20% de la radiation solaire entrante ; sous certaines conditions, ils peuvent donc fonctionner avec une efficacité supérieure à celle des collecteurs d’eau chaude vitrifiés standard. Cependant, l’efficacité diminue rapidement si la température de la piscine est supérieure d’environ 6 à 8oC à la température ambiante. La vitesse du vent environnant a également un effet négatif sur l’efficacité de l’absorbeur.
Collecteur solaire vitrifié – Les collecteurs solaires utilisés pour les systèmes de chauffage de piscine sont très similaires à ceux utilisés pour l’eau chaude domestique décrits dans les tutoriels précédents. Un collecteur solaire vitrifié se compose de tubes en acier inoxydable ou d’autres matériaux de tube qui ne sont pas affectés ou corrodés par les produits chimiques de la piscine, qui sont fixés à une plaque d’absorption en métal noir. La plaque et les tubes sont enfermés dans une boîte isolée et recouverts d’une feuille de verre ou de polycarbonate (d’où leur nom “collecteur vitrifié”) pour prévenir les pertes de chaleur.
Le couvercle transparent réduit les pertes de chaleur à l’avant du collecteur, tandis que l’isolation peut prévenir les pertes de chaleur à l’arrière et sur les côtés. Cela signifie qu’ils peuvent fonctionner à une température plus élevée et sont moins affectés par le vent, la pluie et les températures d’air frais.
Les collecteurs solaires vitrifiés sont plus couramment utilisés pour les piscines intérieures, les piscines de santé ou d’hydrothérapie et les spas qui nécessitent généralement une température d’eau plus élevée. Les collecteurs solaires vitrifiés peuvent également être utilisés pour des piscines extérieures dans les climats frais ou venteux pour le chauffage de piscine toute l’année. Cependant, l’inconvénient des collecteurs vitrifiés est qu’ils sont plus coûteux que d’autres formes de chauffage de piscine solaire, rendant leur utilisation comme système de chauffage de piscine solaire moins attrayante.
De plus, en plus de chauffer uniquement l’eau de la piscine, les collecteurs solaires vitrifiés peuvent également être utilisés dans un environnement de piscine s’il y a un besoin pour de l’eau chaude dans les vestiaires. Par exemple, les collecteurs thermiques solaires peuvent être utilisés pour chauffer l’alimentation en eau chaude domestique pour les douches, les bains, etc. dans les vestiaires.
Bains à remous et spas – Les collecteurs solaires vitrifiés peuvent également être utilisés pour le chauffage des bains à remous et des spas. La température d’eau requise pour ceux-ci est plus élevée que pour une piscine standard, avec des températures atteignant généralement plus de 40oC (100oF).
Le volume et la surface exposée de l’eau à l’intérieur d’un bain à remous ou d’un spa sont beaucoup moins importants que dans une piscine, et par conséquent, un collecteur thermique solaire de plus petite taille peut être utilisé. La température élevée de l’eau crée un besoin énergétique important, en particulier lorsque la baignoire a refroidi pendant la nuit ou lorsqu’elle n’est pas utilisée, donc les collecteurs solaires vitrifiés sont généralement employés car ils peuvent chauffer l’eau à des températures beaucoup plus élevées.
Dimensionnement pour le chauffage solaire de piscine
Les différents collecteurs solaires de piscine décrits ci-dessus ne sont que quelques exemples des nombreux types de conceptions de plaques d’absorption et de passage de l’eau qui existent aujourd’hui pour une utilisation dans un système de chauffage de piscine solaire, chacun ayant ses avantages et inconvénients spécifiques.
La taille du collecteur solaire requise pour le chauffage de piscine solaire est déterminée par de nombreux facteurs, notamment : la localisation géographique ; la taille et la forme de la piscine ; la température souhaitée de la piscine, la saison de baignade, le temps dont on dispose pour réchauffer la piscine ainsi que les conditions de vent et l’ombrage des arbres, murs ou clôtures, etc. Mais une règle générale est que vous aurez besoin d’un système équivalent à environ 50 à 80% de la surface de la piscine. C’est la surface de l’eau et non le volume de l’eau.
Les panneaux solaires thermiques destinés à être utilisés dans les systèmes de chauffage de piscine sont disponibles en tailles standards de panneaux de 4′ x 8′, 4′ x 10′, 4′ x 12′, qui peuvent être montés à côté de la piscine ou sur un toit adjacent, facilitant ainsi l’installation de la pompe, du filtre et de la tuyauterie.
Le chauffage des piscines est une application populaire de l’énergie solaire thermique fournie gratuitement par le soleil et l’installation d’un système de chauffage solaire pour piscine peut vous faire économiser beaucoup d’argent par rapport à un chauffage de piscine électrique ou à gaz plus conventionnel et standard, tel qu’un chauffage de piscine.
Si votre piscine est en plein soleil, le soleil aide à élever et à maintenir la température de l’eau gratuitement. Dans de nombreux cas, vous pouvez ajouter un système solaire à votre pompe de filtration et à votre plomberie existantes, chauffant l’eau de la piscine au fur et à mesure qu’elle est filtrée. Acheter et installer un système de chauffage de piscine solaire peut représenter un investissement important, alors assurez-vous de comparer et de trouver la meilleure combinaison de prix, de performance et de garantie.
Une dernière réflexion : bien que chauffer votre piscine puisse être un investissement coûteux, vous pouvez économiser de l’argent sur vos coûts de chauffage solaire de piscine et le dimensionnement de collecteurs solaires simplement en utilisant une couverture thermique pour piscine, également connue sous le nom de couverture réchauffante pour piscine. Une couverture réchauffante pour piscine agit comme une couverture solaire aidant à minimiser les pertes de chaleur nocturnes ainsi qu’à prévenir la perte de produits chimiques et l’évaporation de l’eau lorsqu’il y a du vent, rendant la piscine et le système solaire plus efficaces.
Il existe principalement deux types de couvertures pour piscines : des couvertures thermiques/opaques qui couvrent complètement la surface de la piscine et aident à prévenir la perte de chaleur et d’eau. Si ces couvertures sont laissées en place pendant la partie ensoleillée de la journée, elles peuvent aussi transmettre une certaine chaleur dans la piscine.
Le deuxième type est la couverture solaire de piscine en disque qui flotte à la surface de l’eau, absorbant les rayons du soleil et aidant à transmettre la chaleur du soleil à l’eau en dessous. Ces couverts flottants aident également à prévenir la perte de chaleur et d’eau pendant la journée et la nuit, aidant à réduire la taille et la complexité de votre système de chauffage solaire de piscine.