Télécharger le PDF


 Solution technique - Octobre 2014

Choisir et installer un chauffe-eau thermodynamique


Un chauffe-eau thermodynamique constitue une solution de production d’eau chaude sanitaire performante dans la mesure où l’appareil est correctement dimensionné et installé… Passage en revue des différentes possibilités et des pièges à éviter.

En plein développement, le marché des chauffe-eau thermodynamiques (CETH) connaît un fort développement. L’offre est devenue relativement large. En 2011, le marché français comptait environ 80 modèles et une trentaine de constructeurs. L’offre s’est notamment ouverte aux volumes de stockage réduits (100 litres), afin de toucher une clientèle potentielle vivant en appartement.

Une PAC dédiée ECS
Un chauffe-eau thermodynamique n’est autre qu’une pompe à chaleur de petite puissance (environ 800 W électriques) dédiée exclusivement à la production d’eau chaude sanitaire. Il se compose d’un volume de stockage (de 100 à 300 litres d’eau) et du groupe thermodynamique.
La performance d’un chauffe-eau thermodynamique est caractérisée par un coefficient de performance (COP). Les équipements présentent en majorité des COP normatifs se situant aux alentours des 2,5.
Très souvent, le CETH est équipé d’un appoint pour palier une baisse de puissance de la PAC si nécessaire et éviter les risques de légionnelles. L’appoint est généralement électrique (résistance de 1 500 à 2 000 W) ou lien via un circuit d’eau chaude avec une chaudière proche.

Choisir la bonne configuration
De la même façon qu’une PAC puise son énergie pour le chauffage, il existe plusieurs typologies de CETH, dépendantes de la source renouvelable sur laquelle est captée l’énergie.

Captage aérothermique
Dans ce cas, l’énergie est puisée dans l’air. Le CETH aérothermique constitue la typologie la plus répandue et se présente selon trois configurations de puisage :
• sur air extérieur – L’air est capté via une gaine qui puise et refoule l’air à l’extérieur du bâtiment. Cela n’a pas d’impact sur l’air du local. Outre les équipements monobloc, il existe des CETH sur air extrait en version split, comprenant une unité extérieure PAC et un ballon de stockage intérieur. L’encombrement est réduit et les nuisances sonores repoussées à l’extérieur. Cet équipement suppose que l’installateur ait la maîtrise des charges frigorifiques ;
• sur l’air intérieur – L’air est capté et refoulé dans le local ou se trouve le CETH. L’énergie étant puisée localement, l’air du local tend à se refroidir sensiblement ;
• sur l’air extrait – Cette configuration prend forme en combinaison avec une ventilation mécanique contrôlée (VMC), car c’est bien l’énergie puisée sur l’air vicié qui est utilisée avant de refouler cet air à l’extérieur du local. Cela n’a donc pas d’impact sur l’air de la pièce. En revanche, du fait d’un débit inférieur, la puissance de la PAC est réduite (environ 500 W électrique pour un ballon de 200 litres).

 


L’avis de l’Ademe
Dans le cadre de l’installation d’un CETH, l’Ademe préconise :
– de choisir un COP normatif proche de 3 ;
– un fonctionnement asservi au signal tarifaire heures pleines/heures creuses.
– une étude sérieuse par un installateur qualifié, préférentiellement titulaire d’une qualification porteuse de la mention « Reconnu Grenelle environnement » ;
– un comportement économe en limitant au maximum ses besoins d’ECS, notamment par l’installation de dispositifs limiteurs sur les points de puisage et le recours aux douches.

Enfin, l’Ademe déconseille l’installation de CETH sur air intérieur au profit des autres typologies (air extérieur, air extrait, géothermique…).


 

Autres méthodes de captage :
• le captage géothermique permet de récupérer l’énergie dans le sol à l’aide d’une sonde ;
• le captage héliothermique emploi un fluide frigorigène qui s’évapore grâce à un panneau récupérant l’énergie solaire. Il s’agit d’une technologie complètement différente des panneaux solaires (thermiques ou photovoltaïques).
Ces deux technologies, d’une utilisation plus confidentielle, présentent cependant des performances saisonnières plus élevées qu’avec une solution aérothermique du fait de la stabilité de température de la source froide (le sol ou l’ensoleillement) en comparaison avec l’air extérieur, dont la température varie continuellement.

Les points de vigilance…
Afin de tirer profit au maximum des capacités offertes par la technologie thermodynamique des CETH, il importe d’assimiler certains points particuliers.
• Les COP en conditions réelles varient fortement par rapport aux COP normatifs mesurés par les fabricants en laboratoire. On observe généralement une baisse de 50 % entre les COP normatifs et les COP en conditions réelles. Ainsi, un COP réel de 1,5 est une bonne moyenne, car les performances d’un CETH dépendent en grande partie :
– de l’emplacement du ballon. Stocker l’eau chaude dans un ballon génère des pertes thermiques importantes (pertes statiques). Pour limiter ces pertes, le CETH ne doit pas être installé dans un local soumis aux températures extérieures (abri hors d’eau à éviter par exemple). Il faut préférer une installation en volume chauffé, ou bien en local attenant au volume chauffé ;
– du dimensionnement du ballon. Installer un ballon de stockage surdimensionné par rapport aux besoins réels d’ECS fait baisser fortement les performances de l’appareil en augmentant les pertes statiques. À titre d’exemple et contrairement aux idées reçues, pour une famille moyenne de quatre personnes, un CETH avec un ballon de 200 litres suffit amplement ;
– de la température de consigne de l’eau du ballon. Les CETH fonctionnent de façon optimale pour une température de consigne variant de 45 à 50 °C. Le COP baisse de 40 à 60 % pour une consigne de 60 °C !
• Attention aux surconsommations de chauffage induites : un CETH sur air ambiant utilise l’air du local dans lequel il se situe pour puiser son énergie. La conséquence est qu’il rafraîchit l’air de ce local de plusieurs degrés. Celui-ci étant le plus souvent chauffé ou attenant à l’habitation chauffée, il entraîne une surconsommation de chauffage pour le logement. D’où le fait de privilégier un CETH utilisant l’air extérieur. Le CETH sur air extrait contourne ce problème en s’intégrant à l’évacuation d’air vicié d’une VMC. Mais cette installation est néanmoins plus contraignante. Elle est surtout adaptée aux logements neufs ou aux rénovations lourdes. Pour leur bon fonctionnement, il est parfois préconisé d’augmenter les débits d’air de la VMC. Cette solution n’est pas optimale, car elle entraîne une surconsommation de chauffage. Une solution plus économe en énergie peut consister à mélanger l’air extrait avec de l’air extérieur.

Heures creuses ou fonctionnement permanent ?
Il existe deux types de fonctionnement des CETH : en fonctionnement continu, le ballon est constamment maintenu à sa température de consigne (jour et nuit), tandis qu’en fonctionnement asservi au signal tarifaire, le CETH ne fonctionne principalement qu’en période nocturne. Pour les CETH aérothermiques, il est cependant utile de privilégier un fonctionnement asservi aux heures creuses. Malgré les baisses de température de l’air extérieur en période nocturne (le COP diminue en moyenne de 2 % par degré en moins), le fonctionnement asservi au signal tarifaire est à préconiser en raison de ses avantages en matière d’efficacité et de durée de vie du matériel, car :
• un ballon d’ECS qui a été utilisé toute la journée est à une température d’eau basse en soirée, au moment du démarrage du CETH. Le COP étant inversement proportionnel à l’écart de température entre la « source froide » (l’air extérieur) et la source chaude (l’ECS), alors le COP sera meilleur avec un ballon plus froid ;
• lorsque le CETH fonctionne en continu tout au long de la journée, il y a de nombreux cycles marche/arrêt successifs qui dégradent les performances. A contrario, un fonctionnement nocturne présente un seul cycle de marche pour remonter le ballon à sa température de consigne. À cela, il faut ajouter que multiplier les cycles marche/arrêt (phénomène de courts cycles) dégrade le compresseur et la durée de vie de l’appareil s’en ressent. Les CETH sont aujourd’hui majoritairement connectés en heures pleines/heures creuses.

Michel Laurent

Copyright 2013 - Magazine des professionnels de la Filière Électrique - Électro magazine