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 Solution technique - Janvier-Février 2018

N°97 - Quel chauffe-eau thermodynamique mettre en œuvre ?


Doucement, le chauffe-eau thermodynamique entre dans les habitudes en lieu et place du classique ballon électrique cumulus. Le Ceth devient un peu plus abordable à l’achat, tandis que l’offre s’élargit. Reste à savoir quel équipement installer…


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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 principe
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. Initialement proposé avec des capacités de stockage de 200 à 300 litres, le Ceth est à présent disponible avec des cuves de plus petites capacité, à partir de 80 litres pour certains modèles compacts. Le Ceth s’ouvre donc largement à la production individuelle d’ECS en logement collectif.

La question de l’appoint
De base, le Ceth comporte une résistance d’appoint électrique (de 1 500 à 3 000 W). Parfois, cette résistance est multiple, c’est-à-dire que, selon l’énergie nécessaire pour réchauffer l’eau, sont activées une, deux, voire trois résistances de moindre puissance unitaire.
Lorsque le logement dispose d’une chaudière gaz, il est pertinent de la coupler au Ceth pour assurer l’appoint. Il existe ici deux principes de couplage : monovalent ou bivalent.
La technologie du couplage monovalent avec la chaudière consiste à faire passer l’eau chaude soutirée par la chaudière. Si l’eau n’a pas atteint sa température de consigne, la chaudière complète en apportant juste l’énergie nécessaire.
Le couplage bivalent consiste à placer dans la cuve du Ceth un échangeur constituant une boucle primaire afin que la chaudière réchauffe l’ensemble du volume stocké. Concept moins performant du point de vue de l’efficacité énergétique, car c’est l’ensemble de l’eau stockée qui est portée à température de consigne. Cependant, en période de grand froid, le recours à la chaudière gaz offrira un rendement bien supérieur à celui du Ceth (rapporté à l’énergie primaire). La solution bivalente présente l’avantage de pouvoir stocker l’ECS et d’offrir ainsi une plus large capacité de soutirage qu’une solution monovalente limitée à la puissance instantanée de la chaudière.


Directive éco-conception 2009/125/CE
Les règlements d’application de la 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.


 

Quatre configurations communément admises
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 :
– air extérieur > eau. La PAC utilise le potentiel énergétique de l’air extérieur. Le Ceth est capable de dégivrer l’échangeur sur l’air extérieur ou d’éviter le phénomène de givrage. Il existe des systèmes avec unité extérieure déportée (plus silencieux pour l’occupant) ou intégré au ballon. Dans ce cas-là, l’air est acheminé à l’aide de gaines ;
– air ambiant non chauffé > eau. La PAC utilise l’énergie présente dans l’air ambiant d’un local situé hors du volume chauffé de la maison (chaufferie, cave, garage). Il convient, si possible, de profiter des pertes d’énergie dans ce local issues d’autres générateurs (chaudière à brûleur par exemple) ;
– eau glycolée > eau ou sol > eau (réseau de capteurs enterrés). Cette configuration de type géothermique nécessite des opérations de forage (sondes verticales) ou d’enfouissement (horizontal) des réseaux de capteurs. Il s’agit de capteurs à eau glycolée ou à détente directe du fluide frigorigène. Avantage, un coefficient de performance (COP) plus régulier au fil des saisons ;
– air extrait > eau. La PAC utilise le potentiel énergétique de l’air extrait du logement tout au long de l’année, via la ventilation mécanique contrôlée (VMC). Le débit doit toutefois pouvoir répondre à la totalité des besoins d’ECS. Idéal avec une VMC simple flux, ce couplage est beaucoup moins intéressant avec une VMC double flux. Atout : un COP élevé et constant tout au long de l’année ;
– retour plancher chauffant > eau. Le Ceth s’installe ici sur le circuit retour hydraulique du plancher chauffant. En période d’arrêt de chauffage, il utilise les calories « gratuites » présentes dans le circuit liées à la température d’ambiance de la maison. Pendant la période de chauffe, la pompe à chaleur du Ceth fonctionne alors en cascade avec le générateur basse température du plancher. Ce dernier doit, dans le cas présent, faire appel à une énergie renouvelable (PAC, système solaire…) ;
– air extrait collectif > eau. Ce cas concerne l’habitat collectif. Le Ceth est placé dans le volume chauffé tout en étant raccordé au réseau de ventilation collective. L’air neuf entre par les entrées d’air disposées au-dessus des fenêtres, tandis que l’air vicié, chaud et chargé en calories est extrait par les bouches d’extraction situées dans les pièces humides. Un réseau de conduits locaux (c’est là une contrainte pour ce cas) converge vers le Ceth privatif. En sortie de Ceth, l’air vicié refroidi est aspiré par le caisson de VMC collective.

SolTec97 2Le coefficient de performance
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, il importe de se référer à des niveaux de température d’air identiques. À 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.

Michel Laurent

 

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