Maison en Paille à Aurel

Depuis la mi-février, avec le retour du soleil, les choses vont bien mieux. Plus besoin d'énergie d'appoint. Une belle journée suffit à chauffer la maison et à accumuler environ une journée de besoin, même pour des températures autour de 0 dehors. Comme le sol extérieur est bien refroidi, les pertes du plancher me semblent augmenter (l'isolation périphérique est très imparfaite), il est indispensable de le chauffer en permanence pour maintenir le confort. C'est pourquoi la température de la cuve de stockage n'a pas encore trop dépassé les 40°C.

La stratification fonctionne bien malgré la forme de la cuve. Je pense que les faibles débit d'entrée et de sortie de l'eau y sont pour quelque chose. L'EPDM d'étenchéité des parois (peu conducteur de chaleur comparé à l'acier des cuves de stockage habituelles) ne crée pas de flux d'eau susceptibles de mélanger les couches.

Le graphique suivant illustre les températures mesurées à différentes hauteurs dans la cuve.

Les courbes sont groupées par 2 car il y a 2 colonnes de capteurs, séparées d'environ 2,5 mètres, mais donnant des valeurs très proches qui confirment bien que l'eau forme des couches horizontales de température homogène.

Le plancher étant en fonctionnement permanent, il y a diminution régulière des températures des dernières couches (le tuyau est mobile, incliné selon la température souhaitée d'envoi de l'eau vers le plancher). L'eau est prélevée sur plusieurs couches car le tuyau est incliné et percé de nombreux orifices d'entrée, sur plusieurs mètres (ce sera peut-être modifié un jour).

A partir de 12h00 - car il y avait de la brume avant - les capteurs solaires entrent en action. L'eau est prélevée en bas de cuve (la plus froide), réchauffée par les capteurs, et placée en haut de la cuve. Le débit des capteurs est ajusté pour que la température d'arrivée de l'eau soit légèrement supérieure à celle de la couche présente en haut de cuve.

Il y a vraimment beaucoup de matière à analyser dans ces courbes. Je n'ai pas le temps de le faire actuellement et me satisfait simplement de voir que ça fonctionne plutôt bien. Nous n'aurons probablement plus besoin d'énergie de chauffage d'appoint, et donc un taux de couverture supérieur à 90%.Je ne désespère pas de faire mieux l'an prochain (et aussi d'améliorer le confort car on se contente de température parfois limites). Par exemple en ajoutant un film plastique devant les capteurs, faisant double vitrage et améliorant l'efficacité par faible ensoleillement (sous 200W/m², on ne récupère quasi rien actuellement).

Pour ceux que ça intéresse, je mets le fichier XL des mesures de début 2013 ici: link

Je souhaite vraimment faire la lumière sur le fonctionnement des capteurs solaires thermique en autovidange. Vu la capacité de la cuve, je ne peux pas utiliser d'antigel - à moins de prévoir un échangeur pour le circuit solaire. Mais cela serait couteux (il faut échanger une 20aine de kW) et peu efficace (tout échange nécessite une différence de température, et la hausse, serait-ce de 5 ou 10°C de la température des panneaux influe très négativement leur rendement).

J'ai encore eu des soucis de vidage des capteurs. Et cette fois, le gel s'est produit dans un collecteur, qui s'est fendu. Il a fallu ressouder, à l'intérieur du panneau - une grosse galère.

J'ai revu sensiblement la tuyauterie de retour capteur (vers la cuve) pour améliorer la pente. Mais quelques essais de vidange me montrent des choses surprenante :

Après vidange, il reste de l'eau dans la canalisation capteur vers cuve. Si j'aspire (à la bouche), je peux faire remonter de l'eau largement jusqu'à la hauteur du premier capteur. En revanche, si je souffle (à peine un petit souffle), l'eau semble s'évacuer car à la suite de celà, je n'aspire plus que de l'air, impossible de faire remonter de l'eau.

Et pour comprendre ce qui se passe, j'ai mis un capteur de pression au point A et fait des enregistrements.

Pour un remplissage des capteurs, j'obtiens cette courbe :

Au vidage, voilà les mesures :

Le soucis, c'est qu'en fin de vidage, la pression reste négative. J'attribue cela au fait que le vidage est violent du fait de l'empilement des capteurs : lorsque l'air arrive en haut des capteurs (vers 55 secondes), il y a 4 mètres de pression qui tendent à vider les capteurs. Cela prend seulement 40 secondes pour les vider (soit environ 10litres en tout), c'est à dire un débit de 15 litres/minute (bien plus qu'un robinet domestique ouvert à fond).

L'air entre dans le circuit par un trou de 3mm de diamètre seulement. Avec ce débit, il est clair que ce trou constitue une perte de charge notable, qui fait que la pression à cet endroit est négative, provoquant donc la remontée d'eau de la cuve dans la liaison retour capteur -> cuve. Cette eau doit même remonter un peu dans la partie verticale, et rester ainsi en fin de vidage, suspendue par la dépression dans les capteurs.

Poru évacuer cette eau résiduelle, il semble qu'il début de remplissage d'une dizaine de secondes suffise. La pression reprend alors une valeur proche de 0. Il faut maintenant que je vérifie que ça marche systématiquement, et que je programme un petit "Postvidage" sur ma régulation. 

Pour ce qui est de tester l'efficacité de cette stratégie face au gel, je serai vite fixé : les températures sont bien négatioves au petit matin en ce moment...

Bon, ben pour ce qui est de chauffer 100% solaire cette année, c'est raté.

2 semaines sans voir le soleil ont suffit pour faire passer le stockage de près de 50°C (en haut) à 24°C - et ça ne suffit plus pour maintenir la maison en température quand il gèle dehors..

Et comme la pompe à chaleur d'appoint n'est toujours pas en service (j'attend juste son remplissage en gaz, le reste est prêt), il nous faut faire du feu.

J'ai refait la couverture de la cuve de stockage avec un joint collé en périphérie de la partie horizontale, et une bâche PVC de 0.5mm d'épais posée de dessus. + isolation et plaques d'OSB pour faire un peu de poid et comprimer le joint.

En ouvrant la cuve, j'ai constaté que le polyane était mal mis en place à un endroit, et que la vapeur d'eau disposait d'un passage gros comme le poing pour sortir.. Ce qui explique j'espère les 30 litres d'eau par mois que j'ai ajouté à la cuve et les pertes de chaleur bien supérieures aux calculs (je serai vite fixé)...

Pas mal de soucis pour ce gros stockage.. Donc peu de photos.

D'abord l'eau de pluie (des toitures) dont l'évacuation est insuffisante et qui tend à s'infiltrer la où elle peut, c'est à dire notamment dans la fosse prévue pour la cuve de stockage. Comme le terrain est argileux, l'eau a tendance à y rester et ce n'est pas agréable pour bosser.

J'ai tout de même mis en place l'isolant d'abord : 20 cm d'épais coté extérieur, 12cm coté maison. 10 cm en dessous, 4 cm coté "petite cloison du bout de la cuve" (elle sera isolée par derrière)

Puis, la bâche EPDM : pas si facile, car c'est lourd, et rien n'est d'équerre. J'ai du la ressortir de la cuve pour préparer les pliages à l'intérieur, sur un sol bien plat. Pour enfin pouvoir la mettre en place. Il reste des plis. Tant pis. J'ai fixé la bâche en haut avec des plats alu (blanc), sur tout le tour (pas encore fini sur la photo ci dessous). 

On voit sur l'image les perçage pour les tuyaux. J'ai utilisé des tubes filetés en laiton et soudé un écrou du coté inaccessible (entre la bâche et l'isolant - qui fait 4cm d'épais dans cette partie). J'ai ensuite pincé la bâche avec un autre écrou. J'ai eu de la chance : cette bâche est faite de lés soudés les uns aux autres. Il y a des surépaisseurs au niveau de ces soudures. Cette surépaisseur est tombée pile poil au niveau des entrées de tubes les plus basses, juste au milieu des trous) percer pour les tubes laitons. Résultat, la bâche est bien plus solide à cet endroit, tant mieux.

Cependant, il faut faire attention à ces perçages : on a tendance à percer petit dans l'EPDM (évidement..). Résultat,  le deuxième écrou est difficile à visser, car l'EPDM coince dans le filetage. J'ai eu une fuite à cause de cela, heureusement localisée plutôt proche de la surface... et pas tout au fond.

Comme le temps se refroidissait, j'ai accéléré le mouvement (style vite fait, mal fait -et donc à refaire bientôt). J'ai mis l'échangeur ECS (6*4m de tube cuivre diam 18, en Z, avec environ 1m² d'ailettes cuivre soudées notamment sur le dernier tube horizontal (qui est dans la partie la plus haute de la cuve), rempli la cuve avec de l'eau de pluie qui ne manque pas cet automne. J'ai recouvert de polystyrène extrudé de 20mm flottant sur l'eau, puis un poliane (de récup, percé et à remplacer prochainement), puis 2 couches d'isolant mince multireflecteur (19 couches en promo).

J'ai recouvert le tout d'un système de toiture style verranda (sandwich polystyrène - alu) et profilé alus. C'est un peu luxueux, mais ça ne bougera pas et ça fait un beau réflecteur blanc pour les panneaux placés derrière.

J'ai ensuite raccordé les pompes sur la cuve, histoire de vérifier le comportement, et surtout la stratification (que je peux bien analyser, car j'ai immergé deux guirlandes de capteurs de température verticaux, pour faire des mesures chaque 20cm de haut  (et 10cm pour la dernière section).

Résultat d'une belle journée :

Pour que ça stratifie, il faut vraiment un bon contrôle des débits dans les capteurs. Je suis en train de modifier la régulation : en fonctionnement, le débit est modifié automatiquement pour que l'eau arrivant de chaque groupe de capteur soit à une température T égale à la température moyenne en haut de cuve + un Delta T d'autant plus grand que le débit est fort (actuellement +15° pour 100% de débit).

Une telle régul n'est pas simple, car le temps de réaction est élevé (lorsque l'on varie le débit, la température de sortie met du temps à se stabiliser). Pourtant, il est nécessaire d'agir assez fort sur le débit, notamment de le rédurie rapidement lors des passages nuageux, sans quoi la température de sortie baisse trop. Il est souvent nécessaire de beaucoup diminuer le débit des capteurs pour maintenir une température d'arrivée acceptable (surtout lorsque le fond de la cuve était froid). Et ce, sans désamorcer les capteurs (le niveau dans la cuve influe beaucoup sur le débit minimum acceptable).

Tout cela va encore demander pas mal de mise au point. Mais en gros, ça marche : on parvient à stratifier, à conserver la chaleur plusieurs jours, et à produire de l'ECS (le petit chauffe eau en série fonctionne environ 50% de moins qu'avant, avec une température en haut de cuve de 30 à 40°C) 

Reste des soucis :

L'arrivé d'eau de pluie inonde systématiquement ma "chaufferie" (la zone enterrée en bout de cuve).

L'évaporation semble importante (environ 4-5 litres par jour) et assez cohérente avec la baisse de température mesurée en l'absence de soutirage. (en supposant les pertes thermiques par les parois faibles).

Le dispositif prévu pour alimenter le plancher ne marche pas : il s'agit d'un long tube percé, sur lequel est fixée une poche plastique (perfusion) raccordée à une pompe à air. L'objectif est de gonfler la poche pour faire monter ou descendre ce tube dans la cuve (comme un sous-marin), afin de prélever de l'eau plus ou moins chaude. Mais c'est instable, car la pression de l'eau réduit le volume de la poche d'air quand le tube descend, ce qui accélère la descente. On ne peut pas atteindre un équilibre. Je vais expérimenter une solution : l'ajout d'une chaine plastique fixée au bout du tube, et qui tombe naturellement vers le fond. Pour faire monter le tube, il faut alors vaincre le poids (hors poussée d'archimède) de la chaine (celle qui ne touche pas le fond). Cela devrait suffire à stabiliser la position.

Provisoirement, j'alimente le plancher avec l'eau du haut de la cuve (la plus chaude), et je régule l'apport de chaleur par le débit dans le plancher (très faible également pour éviter de casser la stratification de la cuve).

Suite au prochain numéro...

Après quelques mois assez calmes coté chantier, une brutale accélération des événements s'est produite. L'entreprise de terrassement est (enfin) venue pour finir les accès, mettre en place des enrochements et préparer une fouille pour la cuve de récupération d'eau de pluie.

Pour faire simple (entendez bon marché), on a utilisé une fosse septique béton de 3000 litres. Elle est simplement reliée à une partie du toit (la plus grande - environ 70 m²). 

L'eau y coule par gravité, et il y aura une petite pompe (à membrane) pour la remettre en pression vers les différents usages (notamment les toilettes).

Il y avait un filtre dans la fosse. J'ai un peu modifié le branchement pour qu'il soit présent à l'entrée et non en sortie de cuve.

J'imagine que les cailloux sont de la pouzzolane.

Ensuite, on a pu remettre en forme le terrain et surtout, planter des arbres :

Ca s'est bien goupillé pour une fois. Et maintenant, il pleut - et on est content car il n'y a pas besoin d'arroser...