Douche solaire à partir de 2 radiateurs

Low Tech Developer

https://wiki.lowtechlab.org/wiki/Douche_solaire_%C3%A0_partir_de_2_radiateurs

Dernière modification le 01/10/2021

Difficulté

Hard Difficile

Durée

5 day(s) jour(s)

Coût

300 EUR (€)

Description

Douche solaire constituée d'un corps de chauffe contenant 2 radiateurs, ainsi qu'une douche réalisée à partir de cuve en plastique.

Sommaire

douche, douche solaire, radiateur, chauffe eau

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Introduction

Qui n'a pas rêvé de se laver avec une douche solaire ?

Le soleil représente une source abondante et facilement disponible d'énergie. En générale, chaque transformation d'énergie pour l'électricité présente un rendement faible :

- 20% pour le solaire (photons -> électricité)

- 30% pour l'éolien (mécanique -> électricité)

- 30% pour le nucléaire (thermique -> électricité)

Cherchons donc à minimiser les transformations d'énergie !

Dans cet optique, je me suis intéressé à la douche solaire, je voudrais partager avec vous le mode d'emploi pour réaliser un chauffe eau solaire, ainsi qu'une douche en extérieure. Le chauffe eau solaire présentée ici est réalisé à partir de deux radiateurs simple paroi de 1m² chacun, d'un cadre, d'un ballon de 80L avec échangeur et d'une douche.

Le chantier a duré 5 jours, 1 jour pour le cadre et les radiateurs, 4 jours pour la plomberie. La plomberie est décidément la partie la plus complexe de ce tutoriel !

Les étapes du projet :

Réfléchir

• Réfléchir au projet
• Choisir son corps de chauffe, son ballon et sa tuyauterie
• Réfléchir au circuit d'eau, identifier les raccords
• Positionner le corps de chauffe et la douche

Fabriquer la douche solaire

• Récupérer les matériaux
• Nettoyer et peindre les radiateurs
• Réaliser le cadre des radiateurs
• Mettre en place les circuits d'eau
• Réaliser un test d'étanchéité
• Fabriquer la douche
• Fabriquer le support pour porter le corps de chauffe

Utilisation régulière

• Vidangez le circuit l'hiver
• Si le circuit fermé baisse en pression, branchez le circuit du réseau pour remonter en pression.
• Si la pression de l'un des circuits baisse rapidement, une fuite est présente, il faut refaire la filasse.

Matériaux

Pour le cadre

planche OSB

Poutre, planches

Vis à bois

structure transparente pouvant être attachée au cadre (plexiglass, verre ou fenêtre)

matériaux réfléchissant et isolant (couverture de survie avec isolant ou cache vitre pour voiture)

Tasseaux

2 radiateurs simple paroi

Outils

Pour le cadre

Scie circulaire + circuit long pour couper

Visseuse

serre-joint

Scie radiale

Étape 1 - Les deux types de ballon et la tuyauterie

Comment réchauffer l'eau ? Soit avec de l'électricité, et il s'agit d'un ballon électrique, soit avec une source de chaleur, et on utilisera un ballon avec échangeur.

Ballon électrique

Le ballon électrique est un réservoir d'eau avec un seul circuit d'eau. L'eau entre dans le ballon, est chauffé par une résistance électrique et ressort du ballon. Ce système est utilisable uniquement sur une période festival en extérieur (risque de gel).

Ballon avec échangeur

Le ballon avec échangeur avec un ballon avec deux circuits d'eau. Il permet de transférer la chaleur d’un fluide à un autre sans que ceux ci ne se mélangent. Dans un ballon, il prend la forme d’un serpentin où le fluide circulant dedans vient réchauffer l’ECS (Eau Chaude Sanitaire) présente dans le ballon.

Dans le cas d'une douche solaire, voici les circuits d'eau :

circuit ouvert : réseau, eau froide -> douche, eau froide

circuit ouvert : réseau, eau froide-> ballon, échangeur -> douche, eau chaude

circuit fermé : chauffe eau solaire, eau chaude -> ballon, échangeur -> eau froide -> chauffe eau solaire, eau chaude

Avec ce système, le circuit récupérant l’énergie solaire dans le panneau est indépendant du circuit d’ECS. Ainsi l’eau utilisé pour une douche ne sera pas passé dans le panneau. Comme les circuits sont indépendants, l'eau du circuit fermé peut être glycolé.

Fonctionnement en hiver ?

Lorsque l'eau gèle, elle se fige et gagne en volume, ce qui peut endommager le réseau. Afin de pallier à ce problème, il faut utiliser un fluide avec une température de solidification inférieure à la température extérieure.

Un exemple est l'eau glycolée, il s'agit d'une eau à laquelle on a ajouté un pourcentage de glycol (par exemple 20%) afin que cette eau ne puisse geler. L'eau glycolé ne peut être utilisé avec le ballon électrique, car il ne faut pas se doucher avec de l'eau glycolé. En revanche, il est possible d'avoir de l'eau glycolé dans le ballon avec échangeur. (circuit fermé).

Seul le système avec de l'eau glycolé (et donc le ballon avec échangeur) peut être utilisé toute l’année à l’extérieur.

Raccordements et les différents types de tuyauterie

La Plomberie ! Un vaste chantier, et sûrement la plus grande difficulté de ce tutoriel. Afin de s'assurer de l'étanchéité du circuit, il convient de bien se renseigner.

Étape 2 - Choisir son corps de chauffe, son ballon et sa tuyauterie

Les choix techniques et les explications

Comment choisir la bonne tuyauterie et le bon ballon ? Comment identifier les raccordements ?

Nous avons choisit de réaliser un ballon avec échangeur, afin d'utiliser l'énergie du soleil (d'où l'intérêt de ce tutoriel !). Ce ballon a été acheté d'occasion sur 'Le bon coin'. Il sera également possible en théorie d'utiliser ce ballon l'hiver. Comme la douche est en extérieure et non isolée, la douche ne sera pas utilisée l'hiver. Il faudra donc purger le circuit l'hiver.

Pour la tuyauterie, nous avons choisit

- des tuyaux de jardin et des tuyaux PER, le tuyau de jardin est flexible et peu cher, le tuyau PER est non flexible et peu cher.

- des embouts, des té, des bouchons en laiton, car moins cher

- pour les raccordements, si l'embout est plat, on utilise un joint en caoutchouc, sinon, on utilise de la filasse avec de la graisse. Si le joint en caoutchouc ne donne pas satisfaction, on utilise de la filasse avec de la graisse.

Pour le corps de chauffe, d'autres systèmes sont possibles,

- un simple tuyau de jardin peint en noir (non utilisé car il y a des pertes thermiques importantes)

- peindre le ballon en noir (utile pour un besoin plus important)

- utiliser le circuit de refroidissement d'un réfrigérateur (non utilisé car il faut géré un fluide polluant)

Notre besoin est de prendre 4 douches en extérieur pendant l'été. Nous avons donc opté pour deux radiateurs simple parois en série.

Étape 3 - Préparer les radiateurs

- Poncer avec un outil rotatif les radiateurs pour enlever la rouille, ainsi que la peinture

- Nettoyer l'intérieur des deux radiateurs avec du vinaigre et de l'eau chaude

- Peindre avec une bombe noir ou avec de la peinture noir mate antirouille

Étape 4 - Coffrage radiateur

Fonctionnement

Le but du coffrage est d'emprisonner l'air chaud. En effet, si tout se passe bien, la température va monter. L'intérêt du coffrage est de minimiser l'échange d'énergie entre le radiateur et l'extérieur. Il faut donc avoir un coffrage isolé et étanche.

Actions !

Nous avons réalisés un cadre de 2,1m par 1m ????

- Prendre une planche d'OSB, (ou lier deux planches d'OSB et les lier)

- Disposer deux radiateurs, prendre les mesures

- Prendre des poutres, les couper à bonne dimension avec une scie à onglet radiale. Les planches horizontales doivent prendre les sommets, cela permet d'éviter l'infiltration d'eau en cas de pluie.

- Couper la planche d'OSB avec une scie à plateau.

Étape 5 - Coffrage radiateur

- Visser les poutres à l'OSB

- Ajouter une isolation par le fond avec des agrafes et du scotch alu

Pour l'isolation, nous avons choisit un isolant pour pare-brise de voiture. Nous les avons couper au cutter, puis attacher avec du scotch aluminium.

Étape 6 - Coffrage radiateur

rajouter des tasseaux

poser les radiateurs en les liant
- Rajouter éventuellement des planches afin de pouvoir faire rentrer les deux radiateurs

ajouter les tuyaux de jardin

Étape 7 - Présentation du circuit d'eau à partir du ballon

Fonctionnement générale

La douche doit être alimentée en eau froide et en eau chaude. Le réseau fournit un eau froide a une pression de 3 bar. Le circuit est composé de trois circuits d'eau.

circuit ouvert EFS : réseau, eau froide -> douche, eau froide

circuit ouvert ECS : réseau, eau froide -> ballon -> douche, eau chaude

circuit fermé thermosiphon : chauffe eau solaire, eau chaude -> ballon -> eau froide -> chauffe eau solaire, eau chaude

Le circuit d'eau fermé fonctionne par thermosiphon. L'eau se réchauffe avec le soleil, qui gagne légèrement en volume. Cet augmentation de volume va engendrer un courant, c'est le mécanisme du thermosiphon.

Pour que le mécanisme de thermosiphon fonctionne, le trajet parcouru par l'eau en sorti du corps de chauffe doit toujours être ascendant (ou montant). Il ne peut y avoir de coude ou de circuit descendant, car cela induirait une perte de charge importante, alors que le débit est faible.

Le branchement du ballon à échangeur

Lorsque l'on récupère le ballon, il possède plusieurs orifices, comment attribuer les circuits d'eau ?

Le ballon possède quatre orifices :

- un petit orifice à sa base de taille courte (le trou n'est pas profond, car il y a un coude)

- un petit orifice à sabase de taille longue

- un grand orifice à sa base

- un grand orifice en hauteur

Le circuit avec un diamètre supérieure est utilisé pour le circuit avec le débit le plus faible. En effet, nous disposons de deux circuits, l'un fonctionnant avec la pression du réseau (3 bar), l'autre fonctionnant par le mécanisme de thermosiphon. La pression engendrée par le mécanisme de thermosiphon est très faible, il faut donc lui donner toutes ses chances ! Et pour cela, le circuit fermé aura le droit d'avoir le grand des diamètres :)

Étape 8 - Présentation du circuit d'eau

Points importants

Le vase d'expansion permet de gérer la différence de volume, il se positionne à l’endroit le plus froid du système, car la différence de volume sera la plus faible.

La soupape de sécurité est conçue pour évacuer du fluide en cas de surpression. On installera un groupe de sécurité à un point chaud pour chacun des circuits.

On installera une vanne au point le plus bas, afin de pouvoir évacuer l'eau.

Il est possible d'augmenter la pression du circuit fermé en le branchant sur le réseau

Idées astuces

• Isoler les circuits d'eau chaude avec ...
• Installer un chauffe eau instantané (fonctionnement électrique) pour les aléas climatiques et le confort utilisateur
• Installer une vanne entre chaque élément du circuit (ballon, corps de chauffe, réseau, douche) afin d'isoler une éventuelle fuite.
• Ajouter un thermomètre avant et après le corps de chauffe, afin de s'assurer du fonctionnement de la douche.
• Vous pouvez estimer le volume d'eau du circuit avec une bouteille d'eau. Le volume intérieur de notre radiateur est de 4L.

Étape 9 - Comment choisir les tuyaux et les raccordements ?

- Faire un schéma du système et des éléments importants (douche, réseau, corps de chauffe, vase d'expansion, soupape de sécurité, thermomètre)

- Identifier les raccords de chaque système

- réfléchir aux pièces permettant de raccorder les éléments

Astuces : il est utile de faire des marques sur le ballon pour ne pas se tromper de circuit tuyau rouge eau chaude, tuyau bleu eau froide, poser une indication sur chaque tuyau

Si un raccord est présent, on peut l’enlever avec un chalumeau, sinon, on le remet avec une pâte à joint

Étape 10 - Fabrication de la douche

Ici nous avons réalisés une douche à partir de deux grandes cuves plastique.

- Enlever le cerclage métal

- Découper la cuve à la meuleuse

- Assembler les deux cuves

- Couper le cerclage en métal

- Lier les deux cuves avec des vis pour le métal et avec de la colle et du piston pour le plastique

Coffrage ou douche : prendre du bois imputrescible, ou prendre du bois, le brûler

si douche en palette et en extérieur, laisser les palettes prendre la pluie

Étape 11 - Test d'étanchéité

Étape 12 - Savoir ou se lève et se couche le soleil

Première image

Posée à plat et orientée, cette carte donne les positions de lever (à l'Est) et coucher (à l'Ouest) du soleil autour du 21 de chaque mois. Les positions extrêmes correspondant logiquement aux solstices d'été et d'hiver, la direction médiane aux équinoxes de printemps et d'automne.

Deuxième image

La carte indique l'inclinaison du soleil à midi pour chaque mois de l'année, angle minimum au solstice d'hiver (-+21 déc.), angle maximum au solstice d'été (+-21 juin). Cet direction est calculée pour la France (latitude 50° Nord). L'angle doit être augmenté de 5° par 800 km lorsque l'on descend au Sud jusqu'à l'équateur (Soleil au plus haut) et soustrait de 5° par 800 km si l'on voyage vers le Nord.

Troisième image

Dans une journée, l'angle h reste le même. Ainsi l'angle du corps de chauffe par rapport au sol peut rester le même dans la journée.

Étape 13 - Positionnement des éléments

Créer le support pour maintenir le radiateur avec 2 planches aux bonnes dimensions

Position du corps de chauffe

Évaluer la hauteur des arbres et des maisons avec le théorème de Pythagore

Orientation du panneau

orientation sud : on maximise la quantité d'énergie assimilée par le panneau

orientation est : on profite des premiers rayons de soleil

orientation sud-est : compromis entre les deux configurations

Angle du panneau

Notes et références

https://fr.wikipedia.org/wiki/Thermosiphon

Eclowtech, animateur atelier de fabrication de douche solaire (corps de chauffe + cabine)

https://eclowtech.fr/

Savoir ou se lève et se couche le soleil

http://www.photos-depot.com/compas.htm

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