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13 Feb 2020 
admin 
L’étude de faisabilité d’un investissement d’une installation est réalisée à travers, d’un dimensionnement prenant en compte ces différentes contraintes, de l’évaluation de son coût, les économies et l’impact environnemental prévisionnelles.
Une installation de chauffage solaire est dimensionnée pour pouvoir assurer la température de confort attendue dans chaque pièce quelles que soient les conditions extérieures, et de déterminer le dimensionnement de chaque équipement thermique selon plusieurs types de paramètres, afin de installer un système qui soit fonctionnel et durable. Ce calcul exige une analyse précise du besoin en chauffage et les différents facteurs pouvant influencer sur le rendement du système, dans le but de pouvoir obtenir un haut taux de couverture solaire ainsi qu’une production solaire élevée.
En effet, il n’est pas possible d’énoncer d’établir des règles générales de dimensionnement, en raison de la variété des conditions climatiques et de la demande des utilisateurs, d’une part et la
variation du rendement des différents systèmes, d’autre partUne installation mal dimensionné ne peux pas fonctionner correctement, elle entraîne une dégradation des performances des appareils ne réalise pas d \’économies sur la facture d\’énergie .
IV.1.1. Estimation des besoins annuels de chauffage
Le point de départ pour faire le dimensionnement d’une installation de chauffage solaire et d\’estimer la valeur moyenne des consommations de chauffage, sur toute la période de chauffage.
La méthode des degrés-jours est utilisée pour faire ce calcul pour chaque mois de la saison de chauffage.
Les besoins en chauffage sont donnés par l’expression suivante [161] :
(IV.1)
Avec sont les besoins en chauffage, est le coefficient de déperditions du logement.
24 est le nombre d\’heures dans une journée.
L\’utilisation de méthodes de degrés jours dans l\’analyse énergétique des bâtiments est présentée dans plusieurs études. Amara et al [162] ont estimé les besoins de chauffage annuels et climatisation d’un bâtiment pour le site de Tlemcen au nord de l’Algérie en utilisant la méthode des degrès jours. Leurs résultats montre que les besoins énergétiques maximaux pour le chauffage est de l’ordre de 6232.02 KWh. La méthode des degrés jours pour différentes températures de base a été utilisée par Orhan Büyükalaca pour calculer la consommation annuelle de chauffage et de refroidissement dans toutes les provinces de la Turquie (78 stations météorologiques) [163].
Plusieurs paramètres influencent les besoins thermiques du bâtiment, tels que la forme, l’orientation, ses éléments constructifs et les aménagement intérieurs.
– Les propriétés thermiques des matériaux de construction ont une influence considérable sur le comportement énergétique du bâtiment que ce soit en termes d’inertie
En effet, les propriétés qui ont matériaux et la manière dont ils sont agencés définissent les caractéristiques qu’aura l’enveloppe du bâtiment. Les travaux de Clara Spitz et al [164] ont entrepris une étude de sensibilité a identifié les 13 paramètres les plus agissants pour le besoin de chauffage d’une maison proche du standard passif. Les résultats ont prouvé que les principaux paramètres sont ceux liés à l’isolation thermique du bâtiment.
Plusieurs études sur l’isolation ont été faites pour avoir des perspectives d’application sur les bâtiments. Afif Hasan a montré que le coût de chauffage peut être réduit de 39% en employant murs mieux isolés [165]. Les résultats expérimentaux réalisés par Dombayci ont dévoilé que lorsqu’une épaisseur optimale de l’isolant est retenue (lors de la rénovation), la consommation du charbon utilisée dans le chauffage du bâtiment étudié diminue de 46 % entrainant une réduction de la quantité de CO2 émise d’environ 41 % comparativement à un bâtiment non isolé [166]. Les résultats d’Ali Bolatturk montrent que l’épaisseur d\’isolation optimale varie entre 2 et 17 cm, conduit une économie d\’énergie entre 22% et 79% [167]. Mahlia et al [168], quant à eux, ont aussi montré que la consommation d\’énergie peut être réduite de 65 à 77% pour différents d’épaisseur d’isolation compris entre 2 cm, 4 cm et 6 cm.
– Les apports solaires ont impact important sur la performance thermique du bâtiment. Les besoins énergétiques en hiver peuvent être considérablement diminués en bien exposant le bâtiment au rayonnement solaire.
En hiver, on peut profiter de ces apports car la hauteur du soleil demeure suffisamment basse pour que l’ensoleillement pénètre à l’intérieur du bâtiment (figure IV.1). Plusieurs études ont prouvé que l’orientation sud reste la plus favorable, quelle que soit la latitude. Bekkouche et al [169] ont prouvé que le meilleur confort thermique dans les régions arides et semi-arides, quand l\’habitation est située dans le flan sud. D’après Mazria [170] la façade Sud du bâtiment reçoit, en hiver, près de trois fois plus de soleil que les façades Est et Ouest. Les travaux de Berghout ont révèlent que durant la période d’hiver, la paroi Sud-Est reçoit des quantités d’énergie plus importantes que les autres orientations [171].
Figure IV.1. Orientation du bâtiment
IV.1.2. Dimensionnement des composants solaire
IV.1.2.1. Dimensionnement des capteurs solaire
Pour dimensionner la surface des collecteurs solaires. il faut il est nécessaire de connaître l\’endroit où va être implantée l\’installation, l\’orientation des capteurs et leur inclinaison par rapport au sol, ainsi que les ombres éventuelles portées sur les capteurs par les habitations ou arbres avoisinant. Ces informations permettront d\’affiner le dimensionnement.
• L’orientation
L’emplacement des capteurs solaire par rapport au soleil a une influence directe sur leur production énergétique. Le choix optimal de position du capteur permet de bénéficier au maximum de ses performances..
L’idéale est d’orienter le collecteur solaire vers le nord si on se trouve dans l’hémisphère Sud, et vers le sud si on est dans l’hémisphère nord. Ainsi, le capteur pourra capter le maximum de rayonnement solaire pour donner le meilleur rendement possibel. D’après Gunerhan [172], plus le capteur est redressé vers le sud, plus le fonctionnement est favorisé. Jafarkazemi et al, ont relevé que l\’angle d\’orientation optimal était dans la direction sud.
• L’angle d’inclinaison du capteur
L’angle d’inclinaison optimal est calculé en faisant la soustraction entre la latitude géographique de l’emplacement du capteur et la déclinaison du soleil. Certains chercheurs ont fait des recommandations différentes pour l\’inclinaison optimale, en se basant sur la latitude. Lunde ont obtenu l\’angle d\’inclinaison optimal . Brahim a prouvé que les angles d\’inclinaison optimale des mois d\’été et d’hiver sont respectivement et pour Chypre. Kalogirou a suggéré que l\’optimum angle d\’inclinaison est de [173].
Khalfallaoui a relevé que pour une orientation autour de l’azimut sud, avec une inclinaison de 45°, l\’efficacité des panneaux solaires du système solaire thermique dépasse 85% [174].
En général, l’angle d’inclinaison du capteur est choisi égal à la latitude de l’emplacement plus ou moins 10 à 15 degrés, En période hivernale, la hauteur du soleil est relativement basse, il faut donc choisir un angle d’inclinaison plus élevé (à la latitude plus 10 à 15 degrés).
Par contre, il est préconisé de choisir un angle d’inclinaison moins élevé (à la latitude moins 10 à 15 degrés) durant les mois d’été lorsque la hauteur du soleil est plus élevée (figure IV.2) [175].
Figure IV.2. Installation d’un capteur solaire
• Les masques et des ombres
L’emplacement des capteurs a un rôle important. Afin d’optimiser le fonctionnement d’un capteur, il faut éviter les ombres portés des masques ou des obstacles. L’ombrage est une caractéristique difficilement estimable, car et il n’existe pas de méthode pour les évaluer.. En cas de doute sur l\’effet des ombres portées sur l\’implantation des capteurs,. Une boussole clinomètre est utilisée pour mesurer les angles entre les obstacles par rapport l’horizontale et leurs orientations correspondantes depuis l’emplacement supposé (bas des capteursCes points sont reportés sur le diagramme de la course du soleil correspondant à la latitude du lieu (figure IV.3).
Figure IV.3. Le diagramme solaire
• Détermination de la surface des capteurs
La surface des capteurs est un paramètre primordial car il a un effet direct sur le coût et la production utile de l’installation. Il est donc intéressant important de faire évoluer la surface des capteurs cette surface pour caractériser les performances d’un chauffage solaire. Cette surface elle dépend essentiellement de couverture désirée, de la surface d’habitation à chauffer, de la qualité de l\’isolation existante, et l’ensoleillement du cite. Plus le rayonnement est important, moins la surface de capteurs à poser est importante. Olek et al[176] ont révèlé que la chaleur utile du système solaire est proportionnelle à la surfaces des capteurs solaires.
La surface de panneau se définit comme étant le rapport entre l’énergie utile au chauffage et l’énergie solaire disponible [177]: