Qu'est-ce qu'un fluide caloporteur ?
Un fluide caloporteur est un liquide ou un gaz qui possède des propriétés lui permettant de transporter de la chaleur. À titre de comparaison, le fluide frigorigène joue le même rôle, à la différence près qu’il absorbe et transporte du froid.
Les fluides caloporteurs sont majoritairement utilisés pour transférer la chaleur provenant de capteurs solaires vers les émetteurs de chaleur (ex. : radiateurs, plancher chauffant…) à l’intérieur d’un logement. Ce transfert de chaleur s’effectue par le biais d’un absorbeur de chaleur relié à chaque panneau solaire thermique. Une fois le fluide caloporteur chauffé, ce dernier est acheminé à l’intérieur du logement via un réseau de tubes sous vide.
Un fluide caloporteur peut également alimenter en chaleur un chauffe-eau solaire. Pour cela, le fluide va transiter vers un échangeur thermique. Les échangeurs thermiques permettent de transférer la chaleur véhiculée par un fluide caloporteur à l’eau de chauffage ou l’eau chaude sanitaire (ECS).
Quels sont les différents fluides caloporteurs pour une installation solaire ?
Il existe plusieurs fluides caloporteurs avec différentes propriétés selon l’utilisation souhaitée.
L’eau
L’eau est le liquide caloporteur le plus accessible et le plus économique pour les systèmes de chauffages solaires.
Ce liquide peut également être utilisé pour des systèmes de chauffe-eau solaires.
Ses principaux avantages sont :
- un prix peu élevé ;
- une composition naturelle.
Le principal désavantage est que l’eau gèle à des températures inférieures à zéro. Ce fluide caloporteur n’est donc pas conseillé dans les zones les plus froides du territoire.
Les glycols
Les glycols représentent un mélange d’eau avec un fluide antigel. Les principaux glycols utilisés pour un système de panneaux solaires sont l’éthylène et le propylène.
Contrairement à l’eau, les glycols présentent l’avantage de ne pas geler à basse température.
Ces fluides caloporteurs sont donc à privilégier dans les zones dans lesquelles il gèle régulièrement en hiver.
Les huiles thermiques
Les huiles thermiques sont également des fluides caloporteurs. Le principal avantage des huiles thermiques comme vecteur de chaleur est leur résistance à de très hautes températures.
Ce type de fluide caloporteur peut ainsi être utilisé sur les installations solaires à hautes températures, comme sur un système de capteurs solaires thermiques.
Le dioxyde de carbone supercritique (CO2)
Le dioxyde de carbone supercritique représente du CO2 amené à une température et à une pression supérieures aux valeurs critiques. Cet état modifié permet au CO2 de réagir à mi-chemin entre le gaz et le liquide.
Ce fluide est notamment utilisé dans les systèmes solaires thermodynamiques à concentration. Il présente l’avantage de pouvoir véhiculer efficacement la chaleur à des températures élevées.
Chaque fluide caloporteur présente ainsi des propriétés utiles pour différentes installations solaires et différents climats. Dans tous les cas, seul un installateur professionnel dans le domaine des systèmes solaires thermiques pourra vous conseiller sur le type de fluide le plus adapté à votre projet.
Quelles sont les propriétés physico-chimiques à connaître ?
Les propriétés physico-chimiques de chaque fluide caloporteur vont influer sur la performance énergétique de votre système de panneaux solaires.
Voici donc les principales propriétés à prendre en compte.
La capacité thermique
La capacité thermique représente la capacité d’un fluide à absorber une certaine quantité de chaleur par unité de masse ou par volume.
Plus un fluide aura une capacité thermique élevée et plus ce fluide sera capable de stocker de la chaleur.
La conductivité thermique
La conductivité thermique permet de mesurer la capacité d’un fluide à transférer de la chaleur.
Plus un fluide a une conductivité thermique élevée et plus ce fluide transfère efficacement la chaleur d’un point A à un point B.
La plage de températures de fonctionnement
La plage de températures de fonctionnement est la fourchette de températures dans laquelle un fluide présente un fonctionnement optimal. Certains fluides peuvent ainsi fonctionner à des températures élevées et d’autres à de basses températures.
Cette propriété permet de choisir un fluide qui ne subira pas de détérioration selon les conditions climatiques recensées sur le lieu de l’installation.
Les points de fusion et de solidification
Les points de fusion et de solidification permettent de connaître avec précision les températures qui vont entraîner un changement d’état du fluide caloporteur. Par exemple, il s’agit d’être informé de la température en dessous de laquelle le fluide va passer à un état solide (gel).
Cette information permet de choisir un fluide qui ne présente pas de risque de gel dans la région où est installé le système de panneaux solaires.
La stabilité chimique
La stabilité chimique d’un fluide caloporteur représente sa résistance à la décomposition chimique ou à la corrosion.
Cette donnée permet de choisir un fluide chimiquement stable afin d’augmenter la durée de fonctionnement des systèmes solaires thermiques.
La densité
La densité d’un fluide est également à prendre en compte pour garantir une bonne circulation de ce dernier dans le circuit, notamment dans les systèmes de circulation forcée.
La viscosité
La viscosité est une information renseignant sur la capacité d’un fluide à circuler facilement au sein d’un circuit.
Par exemple, une viscosité élevée va entraîner une résistance à l’écoulement dans le circuit du système de panneaux solaires. Il est donc conseillé de choisir un fluide avec un degré de viscosité modéré.
Toutes ces propriétés permettent ainsi de faire un choix adapté concernant le fluide caloporteur qui sera le plus efficace pour transporter la chaleur produite par les panneaux solaires dans le logement.
Quel est l’entretien conseillé ?
Un fluide caloporteur va être utilisé intensivement dans une installation de panneaux solaires.
De ce fait, quelques gestes sont à intégrer pour l’entretien d’un fluide caloporteur :
- Surveiller la performance du système de panneaux solaires afin de détecter une éventuelle fuite de fluide caloporteur ;
- Inspecter visuellement l’état du circuit dans lequel circule le fluide caloporteur dans le but de détecter une éventuelle fuite sur ce circuit ;
- Contrôler la pression du fluide caloporteur, en faisant notamment appel à un professionnel ;
- Faire purger le système en cas de présence d’air dans le circuit pouvant réduire la pression et amoindrir la performance du chauffage solaire ;
- Faire remplacer le fluide par un professionnel lorsque le fluide est dégradé ou contaminé par de la corrosion ;
- Protéger le circuit contre le gel dans les régions froides ;
- Faire effectuer une maintenance préventive par un professionnel.
Le niveau d’entretien exigé va notamment dépendre du fluide caloporteur utilisé et du système de panneaux solaires. Par conséquent, prenez conseil auprès d’un professionnel dans ce secteur pour connaître avec précision l’entretien à réaliser.
Pour trouver des professionnels qualifiés près de chez vous, rendez-vous sur le réseau Guide-Artisan !
Guide Artisan
Quelle est leur durée de vie ?
Tous les fluides caloporteurs ne présentent pas la même durée de vie. La composition du fluide va bien évidemment influer sur la durée d’utilisation. D’autres facteurs sont également à prendre en compte, tels que :
- L'intensité d'utilisation du système de panneaux solaires ;
- La température et la pression de fonctionnement ;
- La qualité de l'installation ;
- Le niveau d'entretien de l'installation ;
- Les conditions météorologiques.
Voici les durées d’utilisation estimées pour les principaux fluides caloporteurs solaires :
- Plusieurs années pour l'eau, selon les conditions météorologiques et la fréquence des gelées ;
- 5 à 10 ans pour les glycols ;
- 10 à 20 ans pour les huiles thermiques ;
- Plusieurs décennies pour le dioxyde de carbone supercritique (CO2).
Dans tous les cas, d’autres facteurs extérieurs peuvent dégrader la qualité du fluide, tels que la présence de corrosion dans le circuit. C’est pourquoi une vérification ainsi qu’un entretien effectués par un professionnel sont indispensables pour allonger la durée de vie d’un fluide caloporteur.
Quelles sont les innovations et les avancées technologiques dans ce domaine ?
Les fluides caloporteurs solaires ont de nombreuses utilités dans ce contexte d’accélération de la transition énergétique.
De ce fait, ces derniers font l’objet de nombreuses innovations afin de s’adapter aux nouveaux enjeux de performance énergétique et de réduction de notre empreinte carbone.
Les principales avancées technologiques de ces dernières années portent sur :
- Les fluides caloporteurs améliorés, représentant des fluides dont les propriétés ont été modifiées dans l'objectif d'augmenter la performance énergétique des systèmes dans lesquels ils sont intégrés (ex. : baisse de la viscosité, augmentation de la conductivité thermique, élargissement de la plage de températures de fonctionnement, etc.) ;
- Les fluides organiques qui sont composés de produits organiques, dans le but de tendre vers des systèmes de panneaux solaires plus respectueux de l’environnement ;
- Les nanofluides qui contiennent des nanoparticules ayant l’avantage de mieux absorber et mieux transférer la chaleur produite par des panneaux solaires ;
- Les fluides durables qui sont plus résistants à la dégradation chimique et à la corrosion pour allonger leur durée de vie.
L’utilisation même de ces fluides a fait l’objet d’avancées technologiques avec :
- la modélisation et la simulation numérique des systèmes de panneaux solaires en intégrant les propriétés des fluides caloporteurs afin d’optimiser leur utilisation ;
- le développement de l’IoT (internet des objets) qui permet d’intégrer des éléments connectés sur les installations solaires pour optimiser la production des panneaux solaires et prévenir tout problème de fonctionnement pouvant dégrader le fluide caloporteur.
Ces innovations technologiques permettent ainsi d’optimiser les propriétés des fluides caloporteurs dans le but d'améliorer l’efficacité énergétique des installations de panneaux solaires.
Comment choisir le bon fluide caloporteur pour votre installation ?
Au moment de choisir des panneaux solaires thermiques, il est également essentiel de choisir le type de fluide caloporteur le plus adapté à cette installation.
Plusieurs critères sont à prendre en compte :
- Les propriétés physico-chimiques du fluide qui doivent être compatibles avec les caractéristiques techniques du chauffage solaire (ex. : la capacité thermique, la conductivité thermique, la plage de températures de fonctionnement, le point de fusion et de solidification, la stabilité chimique, la compatibilité avec les matériaux, le niveau de toxicité…) ;
- L’application souhaitée (ex. : utilisation d’un système de chauffage central avec raccordement à des capteurs solaires, production d’eau chaude sanitaire [ECS] avec installation d’un chauffe-eau solaire individuel [CESI], etc.) ;
- Les conditions météorologiques, avec notamment l’intensité et la durée des périodes de gel ;
- L’efficacité énergétique souhaitée ;
- Les réglementations en vigueur, afin de choisir un fluide autorisé en ce qui concerne la sécurité et la protection de l’environnement par rapport à la localisation ;
- L’entretien et la durée de vie du fluide, afin de choisir à la fois un fluide performant et résistant durant plusieurs années d’utilisation ;
- L’impact environnemental du fluide, afin de privilégier si possible une installation de panneaux solaires plus respectueuse de l’environnement.
N’oubliez pas de demander conseil auprès du fabricant de votre système de panneaux solaires. Ce dernier pourra vous informer sur les types de fluide caloporteur pouvant être utilisés pour un fonctionnement optimal.
Comment optimiser le rendement énergétique ?
Outre le taux d’ensoleillement, le choix du fluide caloporteur va influer sur le rendement énergétique des panneaux solaires.
Par conséquent, pour optimiser le rendement énergétique, il est conseillé de :
- Choisir un fluide adapté au système de panneaux solaires en demandant conseil au fabricant ou à un installateur professionnel ;
- Choisir un fluide avec une conductivité thermique élevée, afin d’optimiser le transfert de la chaleur à l’intérieur du logement ;
- Surveiller régulièrement le niveau du fluide et faire appel dans les plus brefs délais à un professionnel en cas de baisse du niveau en deçà des recommandations du fabricant ;
- Faire vérifier la qualité du fluide par un professionnel, afin de s’assurer que le fluide est exempt de contaminants, de particules de corrosion ou de toutes autres impuretés ;
- Faire vérifier la pression du fluide par un professionnel, afin de maintenir un niveau de pression suffisant pour absorber et transporter efficacement la chaleur dans le logement ;
- Maintenir une température du fluide dans la plage de fonctionnement du système, en prévoyant si nécessaire une isolation des composants du circuit exposés à de basses ou à de hautes températures en extérieur ;
- Privilégier des capteurs solaires ainsi que des échangeurs thermiques de qualité, afin de permettre au fluide caloporteur de transmettre efficacement la chaleur provenant du rayonnement solaire à l’intérieur du logement ;
- Utiliser des systèmes de stockage thermique — tels que les batteries thermiques — afin de pallier les variations de production des panneaux solaires ;
- Intégrer des technologies avancées, avec des fluides améliorés permettant de mieux absorber et de mieux véhiculer la chaleur.
Il s’agit uniquement ici que de quelques pistes pour optimiser le rendement de vos panneaux solaires. À noter que seul un professionnel pourra vous orienter vers des solutions d’optimisation de rendement énergétique compatibles avec votre système de panneaux solaires et vos besoins énergétiques.
Quelles sont les législations et normes à respecter en France ?
Les systèmes de panneaux solaires et de panneaux photovoltaïques sont soumis au respect d’un certain nombre de réglementations et de demandes d’autorisation. Mais saviez-vous que l’utilisation de fluide caloporteur est aussi soumise à des réglementations ?
Ces réglementations ont pour objectif :
- D’encadrer leur utilisation à des fins de sécurisation ;
- De limiter leur impact sur l’environnement.
Ainsi, les principales législations et normes à respecter sont :
- Les normes européennes et françaises concernant les systèmes de chauffage, telles que la NF EN 12 828 ;
- Les réglementations thermiques, avec notamment le respect de la RT 2012 et de la RT 2020 imposant des seuils minimaux en performance énergétique.
De même, chaque type de fluide caloporteur peut être soumis à d’autres réglementations spécifiques. Il s’agit surtout des fluides dont l’utilisation présente une certaine dangerosité ou peut être polluante pour l’environnement.
Un professionnel spécialisé dans les installations de panneaux solaires pourra vous renseigner sur les réglementations applicables selon votre projet, que ce soit pour un système de chauffage d’appoint ou central.
Les fluides caloporteurs permettent ainsi de développer des systèmes de panneaux solaires efficaces. Ces derniers présentent différentes propriétés leur permettant de transporter la chaleur d’un point A à un point B. Les avancées technologiques actuelles permettent de concevoir des systèmes de production de chaleur efficaces reposant sur le transfert de la chaleur produite par les rayons du soleil dans un logement.
Dans un contexte de transition énergétique, les fluides caloporteurs sont amenés à jouer un rôle de plus en plus important. Il existe des fluides plus performants et moins polluants que d’autres. Les avancées technologiques et les réglementations en vigueur incitent à développer l’utilisation de ces fluides à la fois performants et durables.
