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date de publication13.12.2016
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EE52 : Aspects environnemental et économique du chauffe eau solaire

Table des matières


  1. Présentation de l’étude

Comparaisons énergétique et économique d’un CES pour une maison de retraite d’une capacité de 125 places, située à Clermont-Ferrand dans les cas suivants :

  • installation d’un CES sans action sur le besoin d’ECS,

  • installation d’un CES, puis action sur le besoin d’ECS,

  • action sur le besoin d’ECS puis installation d’un CES.

Ces comparaisons seront faites avec la méthode SOLO pour la partie énergétique et avec un tableur pour la partie économique (sur la base d’hypothèses paramétrables).

L’objectif est de mettre en évidence le fait que des points de vue énergétique et économique, on a tout intérêt à d’abord réduire le besoin, pour ensuite recourir aux ENR.

  1. Définitions des scénarios

On considère une maison de retraite d’une capacité de 125 places, située à Clermont-Ferrand. La consommation d’ECS à 60°C est connue, et à peu près constante sur l’année : 7500 l par jour. Cette eau chaude est actuellement produite par un préparateur à gaz d’une quinzaine d’années. L’établissement possède en outre une vaste toiture orientée au sud, inclinée à 30° par rapport à l’horizontale.

Afin de vérifier la pertinence d’un chauffe eau solaire, on cherche à comparer cinq scénarios, des points de vue énergétique, environnemental (émissions de GES) et économique.

Scénario 1 : pas de changement dans la production d’eau chaude sanitaire

Scénario 2 : installation d’un chauffe eau solaire sans action sur le besoin d’ECS

Scénario 3 : installation d’un chauffe eau solaire puis maîtrise de la consommation d’ECS

Scénario 4 : maîtrise de la consommation d’ECS puis installation d’un chauffe eau solaire

Scénario 5 : maîtrise de la consommation d’ECS sans installation d’un chauffe eau solaire

Hypothèses économiques générales

Prix du kWh électrique 0,04 €/kWh

Prix du kWh gaz 0,04 €/kWh

Prix du m3 d’eau 2,5 €/m3

Taux d’actualisation des coûts 3 % par an

Le coût d’investissement dans une installation solaire thermique est évalué par 2000 € + 1 € x volume de stockage (en litres) + 1000 € x surface du capteur (en m²).

Facteurs d’émissions retenus (Source Bilan Carbone®)

Electricité 23 g éq C / kWh

Gaz 65 g éq C / kWh

Scénario 1

Pas d’investissement.

Le besoin annuel en énergie est estimé à 156 MWh. Il est entièrement couvert par le préparateur gaz dont le rendement est évalué à 80%.

Scénario 2

Eléments retenus pour le dimensionnement de l’installation solaire :

Consommation journalière : 7500 l

Installation à circulation forcée, avec échangeur intégré.

Volume de stockage : 3 ballons de 2500 l, isolés par 10 cm de laine minérale, installés dans un local à 15°C.

Capteur plan : facteur optique B = 0,8, coefficient de déperdition thermique K = 4,5 W/m².K, superficie S = 100 m².



Tableau 2. Résultats obtenus pour le scénario 2 avec la méthode SOLO sur www.tecsol.fr.

La consommation électrique de l’installation est estimée à 350 kWh/an.

Scénario 3

L’installation solaire est dimensionnée avec les éléments retenus au scénario 2, mais l’utilisation de matériel performant, la formation du personnel et la sensibilisation des résidents permet d’obtenir une consommation journalière de 40 l par jour et par personne, soit 5000 l par jour au total.



Tableau 3. Résultats obtenus pour le scénario 3 avec la méthode SOLO sur www.tecsol.fr.

L’installation de matériels performants représente un investissement de 30000 € sur l’ensemble de la maison de retraite.

Scénario 4

Cette fois, l’installation est dimensionnée pour une consommation journalière de 5000 l.

Eléments retenus pour le dimensionnement de l’installation solaire :

Installation à circulation forcée, avec échangeur intégré.

Volumes de stockage : 2 ballons de 2500 l, isolés par 10 cm de laine minérale, installés dans un local à 15°C.

Capteur plan : facteur optique B = 0,8, coefficient de déperdition thermique K = 4,5 W/m².K, superficie S = 70 m².



Tableau 4. Résultats obtenus pour le scénario 4 avec la méthode SOLO sur www.tecsol.fr.

Scénario 5

Dans ce cas, on se contente de réduire la consommation d’eau chaude sanitaire (40 l par jour et par personne, soit 5000 l par jour au total), mais on conserve une production totalement au gaz.

  1. Comparaisons - Critères économiques



Figure 1. Coût cumulés sur 20 ans pour les différents scénarios.

Remarque 1 : Les résultats obtenus dépendent fortement des hypothèses. Est-il crédible de partir sur une augmentation de 3% / an en moyenne pour l’énergie sur les vingt prochaines années ?

Remarque 2 : On ne tient pas compte ici des aides disponibles pour financer l’investissement dans un CES.

Remarque 3 : La rentabilité économique de l’installation n’est pas évidente (comparaison des scénarios 1 et 2, 4 et 5).

Remarque 4 : D’un point de vue strictement économique, le plus intéressant, sous les hypothèses retenues, est de se contenter d’agir sur la consommation.

Remarque 5 : Réduire la consommation avant le dimensionnement de l’installation permet de diminuer de trois années le temps de retour sur investissement.

  1. Comparaisons – Critères environnementaux



Figure 2. Energies consommées et émissions de GES par an selon le scénario.


le plus économique

le plus écologique


Figure 3. Coût cumulé et GES économisés sur 20 ans.


STI2D-M1

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