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Publié le 13 octobre 2017
Il existe plusieurs manières de produire l'eau chaude sanitaire de façon autonome avec un ballon de stockage. Outre l'installation conforme aux règles de l'art, le choix de la technologie doit répondre aux besoins précis des occupants et à la configuration du logement, dans le neuf comme en rénovation. Ce choix constitue la base de la performance énergétique attendue et du confort apporté aux utilisateurs.
L'eau chaude sanitaire (ECS) constitue aujourd'hui un enjeu évident de performance énergétique. La réduction importante des consommations de chauffage met en exergue de façon relative l'impact de l'ECS sur la facture énergétique des ménages. Aussi important soit-il, le mode de production d'ECS n'est qu'un maillon d'une chaîne comprenant, la production, la distribution de l'eau, le point de soutirage et les habitudes d'usage de l'utilisateur. Le premier maillon qu'est la production se doit d'apporter performance et confort au sein du foyer.
Quatre éléments constituent le ballon à accumulation : le réservoir (ou ballon), le corps de chauffe (résistance) ou le circuit primaire d'énergie (solaire, thermodynamique...), l'isolant avec son enveloppe extérieure, et une électronique de gestion plus ou moins évoluée.
Il existe principalement 2 technologies de réservoir : en acier inoxydable ou en acier émaillé. Choix haut de gamme, l'acier inoxydable de qualité alimentaire évite l'oxydation et la dégradation par la rouille. La grande majorité des cuves mises en œuvre est toutefois en acier standard recouvert d'une couche d'émail cuite au four ou d'un revêtement minéral sur la paroi intérieure afin d'éviter toute corrosion.
En complément, intervient une protection active. Il s'agit soit d'une anode en magnésium immergée dans l'eau, soit plus couramment d'un système anticorrosion intégral constitué d'une électrode en titane sans entretien.
Installé à des millions d'exemplaires dans les foyers, le chauffe-eau à accumulation améliore sa performance grâce à une isolation mieux conçue et sur les modèles haut de gamme à une électronique de gestion poussée, voire à un pilotage à distance.
La réglementation thermique se montre de plus en plus attentive aux déperditions thermiques liées au stockage de l'ECS. De fait, ces dernières années, les fabricants ont renforcé le pouvoir d'isolation des matériaux utilisés, voire l'épaisseur mise en œuvre, tout en limitant l'encombrement du ballon, devenant une contrainte de plus en plus présente, notamment dans les constructions neuves.
Ainsi, pour les volumes de stockage supérieurs à 500 litres, une laine ou des mousses synthétiques sont employées. Les ballons domestiques sont quant à eux traités avec une mousse polyuréthane injectée.
Un chauffe-eau électrique travaillant sous pression doit toujours être associé à un groupe de sécurité permettant de libérer le ballon de toute surpression. La bonne marche de ce composant (à manœuvrer une fois par mois) doit par ailleurs limiter les pertes d'eau chaude évacuée pour abaisser la pression.
Certains ballons dotés d'une paroi de plus forte épaisseur, acceptent de plus importantes pressions et limitent ainsi les pertes d'eau à l'égout. Le gain se chiffre en milliers de litres d'ECS par an !
Grâce à une conception pointue en matière de mécanique des fluides, les fabricants limitent les turbulences liées à l'arrivée d'eau froide dans le ballon, lors de chaque soutirage d'ECS. En effet, il est important de créer des couches d'eau dans le ballon : de la moins chaude à la plus chaude.
Ce phénomène se nomme la stratification. L'intérêt ? Accroitre le confort d'usage en permettant de soutirer de l'eau chaude en partie haute du réservoir, alors que la totalité du volume d'eau n'a pas encore atteint sa consigne de température.
Comme pour la plupart des équipements du logement, les chauffe-eau intègrent à présent une électronique capable de gérer leur fonctionnement. A la clé, un gain de confort et de performance énergétique. Il existe sur le marché :
Pour ce faire, les appareils dotés de cette fonction mémorisent les profils de soutirage utilisés à un moment donné. Grâce à cette mémorisation des profils de soutirage, les chauffe-eau à accumulation permettent d’économiser jusqu’à 15 % d’énergie.
Les ballons électriques directs à accumulation comportent des résistances de deux types. Les thermoplongeurs ou résistances blindées sont pour leur part très sensibles au calcaire. Les résistances boudinées sur stéatite sont quant à elles insérées dans un fourreau métallique, ce qui permet de les remplacer sans vidanger le ballon.
Rappelons que le ballon d'ECS à accumulation est l'ancêtre des smarts grids modernes. Le concept est simple : un interrupteur automatique enclenche le chauffage de l'eau uniquement en "heures creuses" afin de valoriser l'électricité produite en période de faible demande (généralement de 22h à 6h, parfois aussi en mi-journée, mais variable selon les régions).
Il existe des modèles spécifiques de chauffe-eau électriques à accumulation, pouvant répondre à des besoins spéciaux ou des situations particulières. Objectif : confort et performance.
Un chauffe-eau à accumulation doit être alimenté par une canalisation de section minimale 2,5 mm². Certains chauffe-eau à double puissance atteignent 6 kW, d'où une section minimale de 6 mm² pour une protection en amont de courant assigné 32 A.
A propos du raccordement du relais "heures creuses" : ce circuit est généralement réalisé avec des fils de section 1,5 mm². Il peut donc être protégé par un disjoncteur 16 A. Toutefois, la protection interne du compteur électronique étant de 4 A, il est recommandé d'installer un disjoncteur de courant assigné 2 A.
Il se compose d'une surface de capteurs solaires thermiques (variable en fonction de la région, une surface de 4 à 5 m² suffit répond généralement aux besoins d'une famille moyenne) disposés en toiture ou sur un support disposé au sol.
Un circuit hydraulique primaire, mis en mouvement par une pompe et géré par un régulateur, transfère la chaleur massique du fluide caloporteur (eau glycolée) à un ballon de stockage via un échangeur. Le ballon permet de restituer l'eau chaude au gré des soutirages. En cas de faible ensoleillement, une résistance électrique disposée dans le ballon de stockage prend le relai pour porter l'eau à la température de consigne.
L'usage d'une énergie renouvelable permet de réduire la facture énergétique.
Il existe plusieurs techniques pour réguler le surplus d'apport solaire en période estivale :
Lorsque ce seuil de température est dépassé, le capteur devient émissif et "reflète" le rayonnement solaire. Ce principe induit une auto-régulation du transfert de chaleur vers le ballon de stockage tout en préservant le circuit primaire d'une surchauffe.
Dans la pompe à chaleur, l’air aspiré par le ventilateur traverse l’évaporateur. Il cède ses calories au fluide frigorigène. Celui-ci finit de se réchauffer dans le compresseur. Le fluide frigorigène chaud circule dans le condenseur et cède ses calories à l’eau stockée dans la partie cuve.
Parce qu’il récupère les calories fournies par l’air ambiant, la principale source énergétique du chauffe-eau thermodynamique (CETh) est renouvelable. Grâce à cela, les économies d’énergie réalisées sont maximales : un CETh permet d’économiser jusqu’à 70 % d’énergie par rapport à un chauffe-eau à accumulation d’ancienne génération.
Le chauffe-eau thermodynamique est le dernier né des appareils de production d’eau chaude sanitaire. Il se compose d’une pompe à chaleur et d’une cuve disposant d’une isolation thermique. La pompe à chaleur permet de récupérer et d’utiliser l’énergie gratuite contenue dans l’air.
Dans la pompe à chaleur, l’air aspiré par le ventilateur traverse l’évaporateur. Il cède ses calories au fluide frigorigène. Celui-ci finit de se réchauffer dans le compresseur. Le fluide frigorigène chaud circule dans le condenseur et cède ses calories à l’eau stockée dans la partie cuve.
La puissance du moteur entraînant le compresseur se situe autour de 500 W. A cela s'ajoute généralement une résistance d'appoint électrique (1500 à 2000 W), sauf en cas de couplage avec un système de chauffage.
Initialement proposé avec des capacités de stockage de 200 à 300 litres, le CETh est à présent disponible avec des cuves de plus petites capacités à partir de 80 litres pour certains modèles compacts. Le CETh s'ouvre donc largement à la production individuelle d'ECS en logements collectifs.
Il existe deux types d'installations de production d'ECS thermodynamique :
Le chauffe-eau thermodynamique peut également être relié à une chaudière gaz. L'ensemble ainsi formé permet au CETh de produire de l'eau chaude lorsque son rendement est maximum.
La chaudière gaz assure le chauffage du ballon de stockage lorsque le coefficient de performance du CETh est faible (cas d'un puisage de l'air extérieur en hiver, notamment pour une température extérieure inférieure à +7 °C).
Exemple de chauffe-eau thermodynamique compact avec son unité extérieure puissant l'énergie sur l'air.
Chaque configuration correspond à un mode de puisage de l'air (source froide) afin d'en extraire l'énergie utilisée pour le chauffage de l'eau :
La norme Européenne EN 16147 (remplace la norme EN 255-3) spécifie les conditions d'essai pour la détermination des caractéristiques des performances des chauffe-eau thermodynamiques, notamment le coefficient de performance (COP).
Le COP induit directement le niveau de performance de la production d'ECS. Pour bien comparer les CETh entre eux, il importe de se référer à des niveaux de température de l'air identiques. A titre d'exemple, un COP de 3,8 avec un air de 15 °C se limitera à une valeur de 3 pour un air à 7 °C.
L’échelle de classes d’efficacité énergétique de l’étiquette énergie des chauffe-eau à accumulation et de celle des chauffe-eau thermodynamiques s’étagera de F à A+, afin de valoriser la conception des appareils les plus performants et d'inciter d’avantage les consommateurs à faire un choix éclairé et responsable lors de l’achat.
Pour en savoir plus, un guide du Gifam consultable en ligne "Guide 2015 consommateurs : chauffe-eau électrique à accumulation et chauffe-eau thermodynamique" détaille les 5 points forts de l'étiquette.
En France, selon les chiffres du Gifam, 17 millions de chauffe-eau sont en service. 15 millions de logements sont équipés de chauffe-eau à accumulation ou thermodynamiques. Les ventes annuelles d'appareils à accumulation sont encore supérieures à 1,5 millions d'unités, tandis que les chauffe-eau thermodynamiques atteindront bientôt 100 000 unités par an (80 753 unités vendues en 2016 selon une source GIFAM - PAC&Clim’Info).
Les règlements d'application de cette directive n°814/2013 sur les chauffe-eau et les ballons d'ECS et n°813/2013 sur les appareils de chauffage simple ou double-service fixent des exigences minimales de rendement à satisfaire par les produits mis sur le marché depuis le 26 septembre 2015. Des exigences maximales de pertes thermiques des ballons d'ECS sont également imposées depuis le 26 septembre 2017. Ces règlements concernent les appareils de moins de 400 kW et d'une capacité inférieure à 2 000 litres.
Pour faire vérifier votre installation électrique, contactez un professionnel parmi les partenaires de l'association Promotelec.
Fédération Nationale des
Professionnels Indépendants de
l’électricité et de l’électronique
Fédération Française des
entreprises de génie
électrique et énergétique
Fédération
interprofessionnelle
du diagnostic immobilier
Syndicat des Entreprises de Génie électrique et Climatique
Union nationale artisanale équipement électrique et électrodomotique
Confédération de l’artisanat et des petites entreprises du bâtiment