Dans un ballon à double serpentin, quel serpentin chauffe quelle partie du ballon ?

Quelle partie du ballon chaque serpentin chauffe-t-il ?

Le serpentin inférieur chauffe tout le volume situé au-dessus de lui, ce qui, en pratique, signifie l'ensemble du ballon. Le serpentin supérieur ne chauffe que la couche située au-dessus de sa propre position, généralement les 30–40 % supérieurs du ballon. Rien de ce qui se trouve sous un serpentin ne se réchauffe, car l'eau réchauffée, moins dense, le dépasse aussitôt en montant.

Ce n'est pas une subtilité. C'est la règle de conception qui fait fonctionner un ballon à double serpentin, et l'inverser gaspille l'essentiel de l'énergie solaire que le ballon était censé capter.

Pourquoi le serpentin solaire doit-il être le serpentin inférieur ?

Parce que la production d'un capteur dépend de la température de l'eau qui lui est fournie. Un capteur plan alimenté en eau du réseau à 15 °C fonctionne à haut rendement ; le même capteur alimenté avec de l'eau à 55 °C prise en haut d'un ballon ne produit qu'une fraction de cette énergie, et par faible ensoleillement il ne produit rien du tout.

Placer le serpentin solaire en bas garantit que les capteurs rencontrent toujours l'eau la plus froide du système. Cela signifie aussi que la chaudière, qui travaille par le haut, ne préchauffe jamais l'eau que le soleil s'apprête à réchauffer. Le volume compris entre la base du ballon et le serpentin supérieur est le volume solaire dédié, et il doit être au moins égal aux besoins en eau chaude d'une journée complète du foyer.

Que se passe-t-il quand les deux serpentins sont placés en bas ?

La chaudière porte tout le ballon à 60 °C, et la boucle solaire ne trouve alors plus d'eau froide nulle part. Le rendement des capteurs s'effondre, le taux de couverture solaire est divisé par deux ou plus, et l'installation semble défaillante alors qu'elle est seulement mal raccordée. C'est l'une des erreurs de conception les plus courantes en rénovation, et elle se répète chaque fois qu'on fait fonctionner avec deux sources un ballon prévu pour un seul serpentin.

L'erreur inverse consiste à brancher la boucle solaire sur le serpentin supérieur d'un ballon à double serpentin correctement construit. Les capteurs ne chauffent alors que le tiers supérieur, les deux tiers inférieurs restent froids, et le stockage utile se réduit au tiers de ce qui a été payé.

Quelle taille donner à chaque serpentin ?

Dimensionnez le serpentin inférieur pour la source basse température et le serpentin supérieur pour la chaudière. Pour le solaire, comptez environ 0,2–0,35 m² de surface de serpentin par m² de surface d'entrée du capteur : un champ de 4 m² demande environ 1,0–1,4 m² de serpentin. Pour une pompe à chaleur, le serpentin inférieur doit être bien plus grand (2,5–3,0 m²), pour les raisons exposées dans quelle surface de serpentin faut-il pour un ballon de pompe à chaleur.

Le volume du ballon suit la même logique : comptez 50–70 litres de stockage par m² de capteur, le rapport traité dans surface de capteurs et volume du ballon. Un ballon élancé est un atout dans les deux cas, car un rapport hauteur/diamètre supérieur à 2,5:1 environ maintient les couches séparées et donne à chaque serpentin une zone de travail nette.

Comment disposer les sondes et la régulation ?

Trois positions de sonde font tout le travail :

• Sonde du ballon solaire, dans un doigt de gant à hauteur du milieu du serpentin inférieur. Le régulateur solaire la compare à la sonde du capteur et démarre le circulateur à environ 6–8 K d'écart, pour l'arrêter à 3–4 K.
• Thermostat de la chaudière ou du ballon de pompe à chaleur, à hauteur du serpentin supérieur, de sorte que l'appoint ne fasse que compléter le haut du ballon.
• Sonde anti-légionelles ou de puisage près de la sortie, si le régulateur exécute un cycle de pasteurisation.

Réglez la consigne d'appoint 5–10 K sous la cible solaire. Si la chaudière peut maintenir tout le ballon à 60 °C, la stratification disparaît, et la production solaire avec elle : c'est la même défaillance que de placer les deux serpentins en bas, mais atteinte par la régulation plutôt que par la tuyauterie.