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Chauffe-Eau Solaire Individuel Optimisé (CESI Optimisé)

Mis à jour le
Ce couplage gaz naturel/solaire thermique est aujourd’hui l’une des solutions les plus pertinentes de production de chauffage et d’eau chaude sanitaire pour répondre aux exigences de la RT 2012 en maison. Le Chauffe-Eau Solaire Individuel (CESI) Optimisé permet également d’atteindre une haute performance énergétique en cas de rénovation.
BÂTIMENTS RÉSIDENTIEL
  • Maison neuve
USAGES
  • Chauffage
  • ECS

Fonctionnement du CESI Optimisé

Le CESI Optimisé est un Chauffe-Eau Solaire Individuel doté d’un appoint séparé alimenté au gaz naturel. Il comprend :

  • un unique capteur solaire (environ 2 m²),
  • un ballon de stockage solaire de 110 à 200 litres maximum.

Le CESI Optimisé est généralement associé à une chaudière à condensation instantanée ou micro accumulée. Reliée au ballon solaire, elle réalise l’appoint pour les besoins d’ECS et couvre les besoins en chauffage du logement.

Schéma de principe d'un CESI Optimisé (source : CRIGEN)
Schéma de principe d'un CESI Optimisé (source : CRIGEN)

Le CESI Optimisé préchauffe l'eau grâce l'énergie solaire de la manière suivante :

Lors de son passage dans le capteur solaire, le fluide caloporteur emmagasine de l’énergie et est réchauffé.

Le fluide caloporteur transmet ensuite son énergie à l’eau contenue dans le ballon solaire via un échangeur noyé.

La chaudière à condensation, montée en série avec le ballon de stockage solaire, apporte si besoin, le complément d'énergie nécessaire pour porter l'ECS à sa température de consigne.

Le couplage du CESI Optimisé à une chaudière à condensation permet d'avoir de l'eau chaude sanitaire à chaque instant tout en bénéficiant des avantages de la chaudière à condensation pour la production de chauffage. En fonction du débit spécifique d’ECS souhaité, la chaudière à condensation peut aller de 24 kW (~14 l/min) jusqu’à 35 kW (~16,5 l/min).

La chaudière gaz à condensation assure également la production de chauffage du logement : elle reprend le même principe de fonctionnement qu’une chaudière traditionnelle et permet en plus d’optimiser la récupération de la chaleur contenue dans les produits de combustion, tirant ainsi profit de toute l’énergie libérée lors de la combustion du gaz. Dans une chaudière classique, le circuit d’eau du chauffage central est réchauffé uniquement grâce à la combustion du gaz naturel. La chaudière gaz à condensation récupère en plus l’énergie contenue dans les fumées. En effet ces fumées contiennent de la vapeur d’eau qui libère de la chaleur en se condensant. En récupérant cette chaleur (dite chaleur latente), la chaudière à condensation bénéficie d’un surplus d’énergie et consomme moins d’énergie que les chaudières traditionnelles.

Tous les types d’émetteurs peuvent être associés à la solution « CESI Optimisé et chaudière à condensation » : radiateurs, PCBT, vecteur air, etc.

Les fabricants proposent des CESI optimisés aux tailles et configurations variées : ballon de 110 à 200 l, capteur de 2 à 2.5 m², capteur auto-vidangeable ou sous pression. Ceci permet de disposer d'une solution adaptée à chaque besoin.

Différentes configurations de la solution « Chaudière à condensation et CESI Optimisé » existent :

  • CESI optimisé classique - Elle est composée d'un capteur, d'un ballon solaire contenant l'eau chaude sanitaire avec un échangeur noyé dans lequel circule le fluide caloporteur (eau ou eau+glycol) et d'une chaudière à condensation instantanée ou micro accumulée. Le circuit solaire est à circulation forcée mise en route par un circulateur. Conformément à la réglementation, un mitigeur thermostatique contrôle la température de l'eau chaude distribuée.
  • CESI Optimisé avec capteurs auto-vidangeables - La configuration de base est dotée d'un système à vidange automatique des capteurs : lorsque la pompe s'arrête, le capteur et la partie de la boucle solaire située à l'extérieur se vidangent par gravité. La vidange s'effectue soit dans l'échangeur solaire surdimensionné à cet effet, soit dans un réservoir placé entre les capteurs et le ballon solaire. Ceci permet de répondre à la problématique de surchauffe et de gel du fluide. Il faut toutefois être vigilant sur l'installation : pour que le système fonctionne correctement, une pente minimale (dont la valeur varie selon les fabricants) est nécessaire tout au long du circuit entre le capteur et le ballon ; il faut éviter également les contre-pentes. Dans tous les cas, le niveau bas des capteurs doit être plus haut que la partie supérieure du ballon (là où le fluide arrive).
  • CESI Optimisé avec « By-pass » solaire pour la chaudière - Un accessoire de type « by-pass » solaire peut être installé au niveau de la chaudière pour protéger cette dernière. L'ECS préchauffée par le solaire contourne (« by-pass ») la chaudière si l'ECS est à une température supérieure à une température seuil fixée par le fabricant du kit (généralement, égale ou inférieure à la température de consigne de la chaudière).

Dimensionnement du CESI Optimisé

Afin de maximiser l’économie d’énergie d’appoint tout en minimisant l’investissement, le CESI doit être dimensionné en fonction des besoins en eau chaude sanitaire (ECS) du logement. Le surdimensionnement de la partie solaire (capteurs solaires) est à éviter car il pénalise fortement l'optimum technico-économique de l'installation.

Dimensionnement du ballon solaire

De manière générale, dans le cas d'un CESI à appoint séparé (ballon monovalent), le volume du ballon de stockage d'ECS correspond à peu près aux besoins journaliers en ECS des occupants. Des retours d’expérience réalisés par le CSTB sur le Chauffe-Eau Solaire Individuel montrent que la consommation journalière d’une personne résidante avoisine les 33 litres d’ECS à 50°C (ou 26 litres à 60°C ).

 

Dimensionnement de la chaudière d'appoint

Comme l’installation doit répondre aux besoins d'ECS à tout moment, même en l'absence d'ensoleillement, la chaudière d'appoint doit être dimensionnée sans tenir compte de la partie solaire de l'installation.

La chaudière à condensation réalise l'appoint complémentaire de manière instantanée : c'est donc son débit spécifique qui détermine le confort. C'est pourquoi la plupart des fabricants proposent d'associer à leur CESI optimisé des chaudières plus puissantes, ce qui permet d'assurer si besoin un plus grand niveau de confort  en eau chaude sanitaire (défini par le label Promotelec).

 

Dimensionnement de la chaudière d'appoint

Puissance maximale de la chaudière à condensation

Débit spécifique moyen correspondant

Rappel de l'exigence Promotelec

25 kW 14 l/min 13 l/min (1 sdb)
30 kW 16,5 l/min 16 l/min (2 sdb)

 

Dimensionnement de la chaudière d'appoint

Le choix de chaudière proposé par les fabricants permet toujours d'assurer un bon débit spécifique et de respecter l'exigence du label Promotelec. Vous pouvez retrouver toutes les informations concernant ce label sur le site Promotelec.

 

Dimensionnement et orientation du capteur solaire

A partir du volume de stockage solaire, il est possible de déterminer la surface de capteurs en tenant compte des conditions locales (orientation, inclinaison, irradiation) :

  • dans le nord de la France : 50 à 70 litres de stockage solaire pour 1 m² de capteurs plans,
  • dans le sud de la France : 70 à 90 litres de stockage solaire pour 1 m² de capteurs plans.

Même si une orientation plein Sud garantit les meilleures performances du système solaire si celui-ci est installé correctement, il y a une grande marge de manœuvre, tant en orientation qu'en inclinaison pour la pose d'un CESI, comme le montre la figure ci-dessous : en l'absence de masque, du sud-sud-est au sud-sud-ouest et avec des inclinaisons entre 15 et 60° les performances sont équivalentes à 5 % près ; et pour des orientations sud-est ou sud-ouest des inclinaisons de 30 à 45° sont encore équivalentes. Par contre, les orientations plein Est ou plein Ouest sont à considérer avec attention.

Baisse des performances par rapport à l’orientation optimale
Baisse des performances par rapport à l’orientation optimale (source : INES Education)

La productivité d’un CESI Optimisé installé dans le nord de la France est peu différente de celle d'un CESI Optimisé installé dans le sud. L'écart de productivité n'est pas du tout proportionnel à l'écart d'ensoleillement pour 2 raisons : 

  • d'une part une partie de l'ensoleillement supplémentaire du sud n'est pas valorisée parce que la demande est déjà satisfaite en cours de journée,
  • d'autre part la plus faible température de l'eau froide dans le nord améliore le rendement du capteur. 

Quelle que soit la localisation géographique de la maison, le CESI optimisé a été conçu pour répondre aux exigences EnR de la RT 2012 sans renforcement de bâti même dans le Nord et pour couvrir une partie des besoins en ECS (en moyenne la moitié) de la maison.

Mise en œuvre du CESI Optimisé

Les principales étapes de mise en œuvre du CESI Optimisé sont les suivantes :

  • Pose du capteur solaire et de la liaison capteur/ballon : le capteur peut être posé en terrasse, sur toiture ou en intégration de toiture. La pose sur toiture ou en intégration de toiture peut être sous-traitée au couvreur.
  • Pré-installation du ballon solaire : il se pose comme un chauffe-eau électrique. Il faut également réaliser le raccordement départ / arrivée vers le capteur.
  • Pose de la chaudière à condensation : son installation est classique.

La pose du CESI Optimisé est plus simple que celle du CESI Classique, avec 1 ballon plus petit et plus léger à manier et 1 seul capteur à poser sur le toit. Ainsi, l’installation d’un CESI Optimisé nécessite 1 journée de pose.

Les fabricants ont fait de nombreux efforts pour pré-monter les produits, ce qui représente un gain de temps supplémentaire et réduit aussi les possibilités d'erreurs. Le coût de la pose est donc réduit par rapport à un système de CESI classique.

Il est recommandé de faire appel à un installateur ayant une qualification en solaire thermique type QUALISOL afin de garantir la bonne installation du matériel. Vous pouvez retrouver toutes les informations sur la qualification QUALISOL sur le site Qualit’Enr

 

Maintenance du CESI Optimisé

La maintenance annuelle d’un CESI Optimisé consiste à :

  • Vérifier une fois par an le bon fonctionnement du circuit solaire principal : niveau de pression, niveau de glycol, etc.
  • Réaliser l’entretien classique de la chaudière à condensation.

Il est préconisé d’inclure ces éléments dans un unique contrat de maintenance.

La durée de vie d'un CESI Optimisé est d’environ 15-20 ans, ce qui est supérieur à la durée de vie d'un chauffe-eau électrique, par exemple. La durée de vie du CESI Optimisé, comme de tout autre produit, est déterminée par la qualité de l'équipement et de la maintenance.

Indication tarifaire du CESI Optimisé

Le prix d’un CESI Optimisé (incluant la chaudière) se situe entre 5 600 et 6 600 €HT fourni posé. Ce prix varie en fonction de la marque, du volume de vente et du coût de la pose.

Fabricants de CESI Optimisés

  • Atlantic
  • Chaffoteaux
  • Chappée
  • De Dietrich
  • Eklor
  • Saunier Duval
  • Vaillant
  • Viessmann

Solution utilisant ce produit

Solution CESI optimisé  et Chaudière à condensation

Chauffe-Eau Solaire Individuel Optimisé & Chaudière à Condensation

L’association d’un Chauffe-Eau Solaire Individuel (CESI) Optimisé et d’une chaudière gaz à condensation constitue une solution économique, compacte et performante pour répondre aux besoins en eau chaude sanitaire (ECS)... Voir la solution
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