Energie Plus Le Site

Outil d'aide à la décision en efficacité énergétique des bâtiments du secteur tertiaire. Réalisé par Architecture et Climat, Faculté d'architecture, d'ingénierie architecturale, d'urbanisme (LOCI), site de Louvain-la-Neuve, Université catholique de Louvain, Belgique avec le soutien de la Wallonie.

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Category Archives: Eau chaude sanitaire

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Évaluer la rentabilité d’une amélioration [ECS]

Évaluer la rentabilité d'une amélioration [ECS]

Quelques ratios de consommation

Le point de départ consiste sans doute à évaluer les m³ d’eau chaude sanitaire consommés.

Il est extrêmement variable d’une institution à l’autre.

Dans la littérature spécialisée, on retrouve soit des ratios moyens par bâtiments types (bureaux, hôpitaux, …) soit des débits tirés des points de puisage que l’on peut additionner pour générer le débit total.

Données

 Pour accéder à des ratios de consommation en eau chaude sanitaire.

Ces chiffres sont très approximatifs. Aussi, seul un compteur est réellement efficace dans ce domaine.

Mesures

 Pour accéder aux techniques de mesure en eau chaude sanitaire.

Remarque.

Il est fréquent d’additionner les besoins d’eau chaude à 60°C. Si la consommation se fait à une autre température (soit X °C), la formule suivante permet la conversion :

Consommation équivalente à 60°C = Consommation à X °C x (X – 10) / (50)

Par exemple, 100 litres puisés à 45°C génèrent une consommation équivalente de 70 litres à 60°C puisque :

100 x (45 – 10) / (50) = 70

Cette relation est basée sur le fait que l’eau de ville entre dans le bâtiment à 10 °C en moyenne annuelle (5 °C en hiver et 15°C en été).

Budget annuel d’eau chaude sanitaire

Le coût de l’eau froide

En France, le prix moyen du m³ d’eau était de 1,5 € en 1991. Il est passé à 2,5 € en 1997. Soit une hausse de 60 % alors que, sur la même période, l’indice général des prix progressait de 11 %.

En première approximation, une augmentation similaire a eu lieu dans nos régions. Elle est, notamment, la conséquence des nouvelles exigences européennes en matière de préservation de l’environnement et, tout particulièrement, d’épuration des eaux usées.

Aujourd’hui (2016), le prix de l’eau a atteint 4 à 5 €/m³ !

Le coût du chauffage de l’eau

Que coûte le chauffage d’un m³ d’eau ? Partons de l’idée que l’eau est chauffée de 10°C (température moyenne du réseau) à 45°C (température moyenne d’utilisation).

Physiquement, le chauffage d’1 m³ d’eau requiert :

Énergie nette = Volume [m³] x Cap. Therm. de l’eau [kWh/m³.K] x (T°eau chaude – T°eau froide) [K]

Énergie nette = 1 [m³] x 1,163 [kWh/m³.K] x (45 – 10) [K]

Energie nette = 40,7 kWh/m³

Le prix de revient du kWh variant entre 0,0625 € (chauffage fuel ou gaz, rendement compris, ou chauffage électrique de nuit au tarif Haute Tension) et 0,16 € (chauffage électrique de jour au tarif Basse Tension), le coût du chauffage d’1 m³ d’eau chaude sanitaire est donc compris entre 2,5 et 6,5 € par an.

Au total (eau + chauffage), un prix de revient de 7 à 11 € du m³ est à considérer, suivant les cas.

Pour simplifier, retenons pour un bâtiment tertiaire, un prix moyen de 9 € du m³, moitié pour l’eau, moitié pour son chauffage.

Cela met la douche (40 l à 45°C) à 0,36 € et le bain (150 l à 45°C) à 1,35 € !

Le budget annuel de l’eau chaude sanitaire

Sur base de la consommation annuelle, il est possible de calculer le coût (eau + chauffage) qui lui est lié :

Coût = consommation d’eau [m³/an] x 9 [€/m³]

Prenons un exemple simple : la consommation domestique et donc le budget « eau chaude sanitaire » d’un ménage.

On estime à 35 litres à 60°C/jour/personne, les consommations en eau chaude domestique. Soit pour une année :

35 [litres/jour/pers] x 4 [pers/ménage] x 330 [jours/an] x 0,001 [m³/litre] = 46,2 [m³/an]

L’énergie pour chauffer cette eau s’exprime par :

46,2 [m³/an] x 1,163 [kWh/m³.K] x (60 – 10) [K] = 2 687 kWh/an

Le prix de revient du kWh variant entre 0,0625 € (chauffage fuel ou gaz, rendement compris) et 0,16 € (chauffage électrique de jour), le coût du chauffage de l’eau chaude sanitaire d’un ménage est donc situé entre 168 et 430 € par an.

Ce à quoi il faut ajouter les 46,2 x 4,5 = 208 € d’achat de l’eau froide.

Cette évaluation est très approximative. Elle peut cacher des coûts nettement plus élevés si le rendement de production est désastreux (… ce qui est parfois le cas en été !).
On se base alors sur les formules :

Energie brute = Energie nette / Rendement global de l’installation d’ECS

Coût = Energie brute x Coût du kWh

Toute la difficulté réside dans l’estimation du rendement de l’installation existante. Pour faciliter les calculs, un petit logiciel est à disposition.

Calculs

 Pour accéder à un logiciel d’évaluation du coût de l’eau chaude sanitaire.

Rentabilité d’une amélioration

Une amélioration est financièrement rentable si l’investissement consenti est remboursé par l’économie réalisée, dans un temps court, et en tout cas inférieur à la durée de vie probable de la nouvelle installation.

Une amélioration est toujours écologiquement rentable.

Investissement

Le prix de revient d’une installation d’eau chaude sanitaire (matériel et main d’œuvre) est spécifique à l’installation et à son contexte.

Il faut tenir compte également des modifications éventuelles aux équipements annexes : l’installation électrique, l’installation de chauffage, le génie civil éventuel,…

Cet investissement peut être amorti dans le temps en fonction de la durée de vie des équipements.

Dans le programme RAVEL (Suisse), on propose les durées de vie suivantes pour les équipements :

Durée d’amortissement

Chauffe-eau (électrique, à gaz, à serpentin, avec pompe à chaleur)

 15 ans
Petite cogénération au gaz naturel 15 ans

Installation solaire

 20 ans

Conduites d’eau froide

 40 ans

Conduites d’eau chaude

 25 ans

Coût de maintenance

Les frais annuels d’entretien et de maintenance (ou frais d’exploitation, sans le coût de l’énergie) comprennent les charges salariales ainsi que le coût du matériel de maintenance et d’entretien (y compris service, nettoyage et surveillance).

Dans le programme RAVEL (Suisse), on propose d’évaluer ce poste sous forme d’un pourcentage de l’investissement :

Coût de maintenance

Accumulateur électrique

 2 %

Chauffe-eau à gaz

 3 %

Accumulateur à serpentin

 2 %

Accumulateur avec pompe à chaleur

 3 %

Petite cogénération au gaz naturel

 7 %

Installation solaire

 2 %

Conduites d’eau froide

 1 %

Conduites d’eau chaude

 2 %

Économie d’énergie liée à l’amélioration

Pour évaluer la consommation prévisible après intervention, il est possible d’appliquer la même démarche que dans l’évaluation de la situation initiale.

Calculs

 Pour calculer le coût de l’eau chaude sanitaire après amélioration.

L’économie s’en déduit. Le temps de retour simple de l’investissement (exprimé en années) se dégage du rapport :

Temps de retour = Investissement / (économie d’énergie et d’exploitation)

Quelques situations simplifiées

La rentabilité de certains investissements simples peut être évaluée au moyen des petits logiciels ci-dessous :

Calculs

 Pour évaluer la rentabilité de l’isolation des conduits.

Calculs

 Pour évaluer la rentabilité de l’isolation d’un ballon.
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Évaluer le confort fourni par la production d’eau chaude sanitaire

Évaluer le confort fourni par la production d'eau chaude sanitaire

Disponibilité

Accès à des locaux sanitaires

L’arrêté royal du 10 octobre 2012 fixant les exigences de base générales auxquelles les lieux de travail doivent répondre précise dans ses articles 51 et suivants, les différents équipements sanitaires qui doivent être mis à disposition par l’employeur.

En particulier, il précise les obligations de placement de douches avec eau chaude et froide pour les travailleurs soumis à des chaleurs excessives, effectuant un travail salissant ou en contact avec agents chimiques ou biologiques dangereux.

La température de l’eau est de 36°C à 38°C et les travailleurs ne sont pas exposés aux courants d’air.

Délais d’attente de l’eau chaude

La recommandation Suisse (SIA 385/3) précise les délais d’attente de l’eau chaude au point de soutirage :

Délais d’attente au soutirage

Éviers de cuisine

 7 s

Lavabos

 10 s

Douches

 10 s

Baignoires

 15-20 s

Si le temps d’attente est trop élevé, on envisagera :

  • soit une production décentralisée,
  • soit le placement d’une boucle de circulation, solution plus énergivore puisque des pertes d’énergie apparaîtront aux tuyaux.

Pour évaluer l’amélioration qui en résulterait, un petit logiciel calcule le temps d’attente en fonction du type de tuyau, de son diamètre et du débit du point de puisage. La quantité d’eau froide qui s’écoule correspond à la quantité d’eau chaude qui sera « emprisonnée » dans le tuyau à la fermeture du robinet. On peut donc évaluer la perte énergétique correspondante.

Deux litres d’eau sont nécessaire pour
se laver les mains, mais 4 litres d’eau chaude vont rester dans le tuyau et se refroidir…

Calculs

 Pour calculer le débit d’eau perdu à l’ouverture du robinet

En multipliant cette opération x fois par jour, x jours par an, on évalue le nombre de m³ annuellement chauffés en pure perte. Le coût approximatif de 9 € par m³ d’eau chaude (moitié pour l’eau, moitié pour son chauffage) permet d’évaluer l’intérêt énergétique de décentraliser la production.

Améliorer

 Pour plus d’informations sur la décentralisation de la production.

Concevoir

 Pour plus d’informations sur la conception d’une boucle de circulation.

Accessibilité du point d’eau

L’accessibilité des patients ou du personnel soignant à mobilité réduite fait partie aussi du confort au sens large du terme.

Indépendamment du confort lié aux critères classiques de température, de débit, …, la possibilité :

  • d’accéder facilement à l’espace douche,
  • de se mouvoir aisément dans cet espace,
  • d’utiliser les pommeaux de douche, les robinets, … Sans problème majeur,

est un plus non négligeable dont il faut tenir compte dans les hôpitaux.

Débit

Débits recommandés

Un débit suffisant doit être assuré. Il est facile de mesurer le débit d’un point de puisage en mesurant le temps mis à remplir un seau de 10 litres par exemple puis de comparer à des valeurs réglementaires.

Voici les unités de raccordement selon les directives suisses W3, édition 1992.

Application

Débit par raccordement

UR- Unité de Raccordement équivalente
en litre/s en litre/min

Lavabos, bidets, lavabos-rigoles, réservoirs de chasse d’eau.

 0,1 6 1

Éviers, vidoirs, lavabos muraux scolaires, douches pour salons de coiffure, lave-vaisselle domestique, chauffe-eau instantané à gaz, cuves à lessive.

 0,2 12 2

Robinetteries de douche de puissance moyenne, chauffe-eau instantanés à gaz.

 0,3 18 3

Grands éviers, vidoirs indépendants, vidoirs muraux, robinetteries de bain, machines à laver automatiques jusqu’à 6 kg, chauffe-eau instantanés à gaz, urinoirs à rinçage automatique.

 0,4 24 4

Robinet de jardin et de garage.

 0,5 30 5
Raccordements 3/4″ :

  • éviers pour grandes cuisines
  • baignoires à grande capacité
  • douches
 0,8 48 8

Voici ensuite les sections de tuyauteries correspondantes pour l’acier galvanisé DIN 2440/44 :

Nombre max dur

 6 16 40 160 300 600 1 600

DN (mm)

 15 20 25 32 40 50 65

Tubes filetés (pouce)

 1/2″ 3/4″ 1″ 1 1/4″ 1 1/2″ 2″ 2 1/2″

Di (mm)

 16 21.6 27.2 35.9 41.8 53 68.8

Des tableaux similaires existent pour d’autres matériaux dans la W3.

Débit trop faible suite à la présence de calcaire ?

Dépôt sur les surfaces d’évaporation dont les pommeaux de douche ? Blocage des boutons poussoirs ? …

Un dépôt de calcaire, soit dans l’échangeur de chaleur, soit dans les conduites d’apport d’eau chaude augmente les pertes de charge et le débit peut devenir insuffisant.

En fonction de l’analyse de la dureté de l’eau, on jugera de la nécessité de l’adoucir.

Concevoir

 Pour plus d’informations sur le choix parmi les techniques de traitement de l’eau et le dimensionnement de l’installation.

Débit trop élevé suite à une ancienne robinetterie ?

Aujourd’hui, on tente de diminuer les consommations par la réduction des débits. Les robinetteries modernes le permettent en réalisant un mélange, émulsion d’air et d’eau (par exemple, pomme de douche à faible débit ou mousseur de robinet).

Avertissements !

Certains rapports d’hygiène hospitalière mettent en cause l’utilisation des mousseurs de robinet dans le développement des foyers de légionelles. C’est pour cette raison qu’il faudra éviter de placer ce genre d’économiseur dans les unités de soins ou dans toutes les zones médicalisées de l’hôpital.

Dans les autres zones, une décision collégiale sera prise entre tous les intervenants.

Améliorer

 Pour plus d’informations sur les techniques de réduction des débits.

Température

Consignes de température recommandées

La sensation de la chaleur de l’eau dépend de l’usage, et dans une moindre mesure de la saison.

Pour les soins corporels, une température comprise entre 37 et 45°C est souhaitable. Pour l’alimentation des douches en entreprise, l’AR du 10/10/2012 demande une température comprise entre 36 et 38°C [Art.N1 annexe 1].

Pour les travaux de nettoyage, une température de 50 à 55°C est recommandée.

Au-delà de 60°C, un risque de brûlure apparaît.

Dans une optique de réduction des consommations, un abaissement des températures est souhaitable, mais la gestion de la légionelle peut modifier ce raisonnement …

Concevoir

 Pour plus d’informations sur le contrôle de la légionelle.

Si la température d’eau souhaitée n’est pas atteinte, on soupçonnera un manque de puissance.

Fluctuations de la température ?

La température de l’eau varie avec le débit, c’est à dire avec le nombre de puisages simultanés (qui n’a pas connu le coup de la douche qui devient froide lorsque le voisin arrive… juste au moment où il faut rincer le shampoing !?).

Si la préparation se fait par un préparateur instantané (échangeur à plaques, par exemple), il est possible que ce soit la vitesse de réglage de la vanne mélangeuse qui soit à l’origine du problème. Il est possible soit de lui mettre une vanne plus rapide (avec une régulation PI), soit d’adjoindre un ballon tampon à l’installation.

Concevoir

 Pour plus d’informations sur la conception des préparateurs instantanés.

Également, l’emploi d’un mitigeur thermostatique de douche est fortement recommandé pour limiter ce problème, sans l’éliminer totalement car on est limité par sa vitesse de réponse.

À noter qu’il est possible qu’ un appareil de production instantané au gaz ne se mette pas en route pour de très faibles débits, ce qui impose souvent inutilement l’ouverture en grand des points de puisage.

Insuffisance de la température ? Analyse de l’origine du problème

Au départ, un manque d’eau chaude …

En tout premier lieu, il faut observer les circonstances exactes d’apparition du problème : où et quand apparaît l’inconfort ?

Voici 3 questions qui peuvent orienter les débats :

Les problèmes sont-ils récents ou ont-ils toujours existés ?

S’ils ont toujours existé, c’est la conception de l’installation qui est en cause (dimensionnement des équipements, mauvais dessin de l’installation, …). S’ils sont récents, il faut repérer les circonstances d’apparition des plaintes.

Par exemple, le repiquage d’un nouveau circuit sur l’installation existante peut perturber le fonctionnement hydraulique de celle-ci, des travaux sur l’installation peuvent provoquer un transfert de sédiments et bloquer des éléments, un échangeur peut s’entartrer progressivement, un circulateur tomber en panne,…

Les problèmes sont-ils saisonniers ?

S’ils n’apparaissent qu’en hiver, c’est que la collaboration avec le chauffage se passe mal.

S’ils apparaissent aussi en été, ce sera plutôt l’appareil de production d’eau chaude seul qui sera mis en cause. Par exemple, la puissance de l’échangeur est peut-être insuffisante.

Y-a-t-il des problèmes pour tous les utilisateurs ?

Si seuls les utilisateurs les plus éloignés de la production sont concernés, c’est du côté de la distribution d’eau chaude qu’il faut chercher. Si par contre, tous les points de puisage sont touchés, c’est la production qui devrait être suspectée.

Si le manque d’eau chaude survient pour tous les utilisateurs lorsque les demandes d’eau sanitaire et de chauffage sont maximales (c’est-à-dire, en plein hiver, au moment des douches ou des bains), on peut se poser la question : « en quoi le chauffage peut-il influencer la production d’eau chaude » ?

Premièrement, une puissance insuffisante des chaudières ne permettra pas aux échangeurs d’être alimentés à la bonne température. C’est la cause directement souvent retenue par un installateur de chauffage.

Un deuxième phénomène peut cependant intervenir. En plein hiver, les vannes (mélangeuses, thermostatiques, …) sont pour la plupart ouvertes en grand. La demande en débit des circuits de chauffage est donc maximum. Si leurs circulateurs ont été surdimensionnés, les débits appelés risquent d’être trop importants. Les échangeurs sanitaires peuvent alors être privés d’un débit suffisant.

Cas vécus.

1. Un home pour handicapés près de Hannut est confronté à une insuffisance d’eau chaude lorsque des puisages simultanés ont lieu dans les différents locaux sanitaires du bâtiment. L’installateur appelé pour avis préconise… un remplacement d’une chaudière par un modèle plus puissant, bien sûr !

L’audit évalue les puissances en jeu et met hors de cause la chaudière. Il révèle qu’il s’agit en réalité d’un problème hydraulique : le débit d’eau chaude pour transférer la chaleur de la chaudière vers l’échangeur à plaques était insuffisant.

Études de cas

 Pour plus d’informations cet audit

2. Un autre centre d’accueil pour étudiants à Liège est lui aussi confronté à une insuffisance d’eau chaude à certains moments de la journée, mais cette fois c’est la consommation exorbitante qui pousse le gestionnaire à agir. Il place des réducteurs de débit sur tous les points de puisage (douches et robinets) et le résultat est double : l’eau arrive toujours chaude et la consommation globale est réduite !

Analyse de la puissance disponible

La méthode la plus exacte pour savoir si la puissance de chauffage est suffisante est de refaire le dimensionnement du système de production et de comparer avec la puissance en place.

Concevoir

 Pour plus d’informations sur le dimensionnement des préparateurs d’eau chaude.

Mais plus simplement, une évaluation grossière peut avoir lieu comme suit :

Installation par accumulation

On totalise les besoins d’eau chaude sur le temps de récupération (= de réchauffage) du ballon :

  • Si le ballon n’est chauffé que la nuit, son volume doit être suffisant pour vaincre les besoins en eau de l’ensemble de la journée.
  • S’il est réchauffé par un échangeur interne, il faut évaluer la puissance de chauffe de l’échangeur et vérifier que le temps de chauffage du volume d’eau est inférieur au temps de récupération prévu.

Temps de chauffage [h] = (Volume d’eau [m³] x 1,16 [kWh/m³.K] x Delta T°) / puissance échangeur [kW]

Exemple.

Un ballon de 500 litres présente de temps en temps une insuffisance en matière d’eau chaude. Le puisage de pointe est de 450 litres d’eau à 55°C par heure et cela peut se produire plusieurs heures d’affilée. La puissance du serpentin intérieur est de 12 kW.

Vérifions :

Temps de chauffage = 0,45 x 1,16 x (55 – 10) / 12 = 1,95 heures

Ce temps est trop long, le ballon ne pourra remonter en température…

Si le manque de puissance est limité, il est possible d’augmenter la température de stockage de l’eau, … ce qui diminuera partiellement sa performance énergétique (augmentation des pertes).

Préparation instantanée

On totalise les besoins simultanés d’eau chaude sur une période de 10 minutes (= 1/6 heure), par exemple. Puis on compare la puissance correspondante à celle du préparateur :

Puissance nécessaire [kW] = (Volume d’eau [m³] x 1,16 [kWh/m³.K] x Delta T° [K]) / (1/6) [h]

Exemple.

Un préparateur d’eau chaude instantané paraît insuffisant en température. Le puisage de pointe est de 150 litres d’eau à 45°C en 10  minutes. La puissance de l’échangeur est de 45 kW.

Vérifions :

Puissance nécessaire = 0,15 x 1,16 x (45 – 10) / (1/6) = 37 kW

Sa puissance théorique est suffisante. Serait-il entartré ? Non, car ce serait le débit qui serait alors trop faible et non la température. Serait-il alimenté au primaire par une eau à trop basse température ? C’est plus probable, le constructeur a certainement pris une température nominale très élevée pour annoncer les 45 kW…

Une régulation par « priorité ECS » est-elle mise en place ?

La puissance demandée par le chauffage de l’eau chaude est souvent très élevée. Il est normal qu’au moment du réchauffage de l’eau, le chauffage des locaux soit arrêté temporairement. L’inertie du bâtiment est telle que la baisse de température ne sera pas ressenti par les occupants. On parle de « priorité Eau Chaude Sanitaire ».

En cas d’insuffisance de puissance, il est utile de vérifier si ce type de régulation a bien été mis en place

Améliorer

 Pour plus d’informations sur la décentralisation de la production.

Qualité de l’eau

Mesure de la dureté de l’eau

On commencera par analyser le TH de l’eau, Titre Hydrotimétrique, qui caractérise la dureté totale de l’eau. Ce TH exprime la somme des ions Calcium Ca++ et Magnésium Mg++, responsables de la dureté de l’eau.

L’unité de mesure est le degré français °F. Ainsi, 1° F = 10 mg CaCO3/litre. L’échelle suivante permet de juger de la tendance de l’eau à déposer des sels :

eau très douce : < 7,5°F

douce : 7,5 à 15°F

assez dure : 15 à 20°F

dure : 20 à 30°F

très dure : > 30°F

La compagnie des eaux peut fournir cette valeur. Sinon, il existe des kits de mesure que les sociétés de maintenance utilisent et qui sont en vente chez les marchands d’adoucisseurs. Un pharmacien peut également faire cette mesure.

Concevoir

 Pour plus d’informations sur le choix parmi les techniques de traitement de l’eau, et le dimensionnement de l’installation.

Détection de la légionelle

L’unité de mesure est l’UFC/l (Unité Formant Colonie).

Le seuil indicatif de 10³ UFC/l a été proposé par l’OMS (Organisation Mondiale de la Santé). Il semble qu’en dessous de ce seuil, on n’a qu’exceptionnellement le développement de maladie.

Le Comité Supérieur d’Hygiène Belge quant à lui a adopté le même seuil de 10³ UFC/l.

Si la concentration de légionelles est supérieure à ce seuil, il faut procéder à un contrôle approfondi. On prélève alors un grand nombre d’échantillons, y compris aux robinets , robinets de vidange, vases d’expansion,… afin d’identifier les foyers.

Dans la procédure allemande, si les 10 000 UFC/l sont atteints, la contamination est jugée importante et un contrôle immédiat approfondi est requis. Si les 100 000 UFC/l sont dépassés, la contamination est jugée très importante et l’emploi de l’installation doit être limité (arrêt des douches, par exemple) afin de procéder à une désinfection immédiate de l’installation.

Au delà d’un traitement de choc pour assainir une installation polluée (choc thermique, désinfection chimique), le technicien devra se baser sur une conception correcte du réseau (réseaux bouclés, température élevée).

Concevoir

 Pour plus d’informations sur la conception du réseau d’eau chaude sanitaire.
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Évaluer l’efficacité énergétique de la production d’eau chaude sanitaire

Évaluer l'efficacité énergétique de la production d'eau chaude sanitaire

Estimer le rendement global saisonnier

Ce rendement est difficile à évaluer. Beaucoup de facteurs interviennent et les hypothèses d’exploitation modifient fortement le bilan.

Prenons l’exemple simple d’un ballon électrique de 1 000 litres :

  • son rendement est performant… si le puisage est de 850 litres chaque jour,
  • son rendement est catastrophique … si le ballon alimente 3 lavabos, situés deux étages plus haut, avec des utilisateurs qui, en pratique, n’attendent même pas que l’eau soit chaude pour se rincer les mains !

Il n’est donc pas possible de parler « du rendement d’un ballon électrique » en soi.

Pour avoir malgré tout une idée des performances moyennes des différents systèmes présents sur le marché, voici les chiffres de rendement saisonnier que propose le VITO (Vlaamse Technologisch Onderzoek) dans le cadre d’un diagnostic d’une installation domestique (programme SAVE BELAS).

Rendement
exprimé en énergie locale

Rendement
exprimé en énergie primaire
Épaisseur d’isolant du ballon éventuel 2,5 cm 5 cm 10 cm 2,5 cm 5 cm 10 cm
Ballon combiné à une chaudière
(1 enveloppe commune)		 ancienne chaudière à T°constante 0,46 0,52 0,56 0,46 0,52 0,56
nouvelle chaudière à T°constante 0,61 0,69 0,74 0,61 0,69 0,74
nouvelle chaudière à T°glissante 0,69 0,78 0,83 0,69 0,78 0,83
Ballon combiné à une chaudière
(2 enveloppes distinctes)		 ancienne chaudière à T°constante 0,41 0,48 0,54 0,41 0,48 0,54
nouvelle chaudière à T°constante 0,54 0,64 0,72 0,54 0,64 0,72
nouvelle chaudière à T°glissante 0,61 0,72 0,81 0,61 0,72 0,81
Instantané gaz
(combiné ou non avec le chauffage)		 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90
Accumulateur gaz 0,69 0,78 0,83 0,69 0,78 0,83
Accumulateur électrique 0,76 0,87 0,93 0,29 0,33 0,35

Les hypothèses de calcul sont les suivantes :

  • demande annuelle d’ECS : 43 litres/pers.jour à 40°C pour une famille de 4 personnes.
  • volume de stockage éventuel de 150 litres
  • rendement moyen de la production d’électricité en Belgique : 0,38

Conclusion de ce tableau : même si quelques imprécisions subsistent (le rendement du préparateur de gaz instantané paraît fort élevé, de même que celui de l’accumulateur de gaz), la production instantanée de gaz sort clairement du lot et est donc à conseiller dans le secteur domestique.

L’évaluation du rendement saisonnier d’une installation existante

Même s’il est difficile d’estimer le rendement d’un installation existante, un petit logiciel est à disposition. Il tente d’évaluer les différentes pertes et d’en déduire un rendement annuel.

Calculs

 Pour accéder à un logiciel d’évaluation du rendement saisonnier de l’eau chaude sanitaire.

Le cas particulier du chauffage par boiler électrique à accumulation

Il peut être relativement aisé de faire l’évaluation globale de la performance d’une telle installation … pour autant que l’on dispose d’un compteur d’eau chaude et d’un compteur électrique sur le préparateur. S’il s’agit d’un petit ballon avec une prise individuelle, il est même possible d’insérer un compteur entre la prise et le câble de raccordement (un peu comme une allonge).

En théorie, chauffer 1 m³ d’eau à la température moyenne d’utilisation de 50°C, requiert :

1,163 [kWh/m³.K] x (50 – 10) [K] = 47 [kWh]

En pratique cependant, l’EDF a constaté que « pour une installation électrique à accumulation de nuit, un ratio de 75 kWh par m³ chauffé et distribué jusqu’au point de puisage est une bonne performance. Les diverses dérives de fonctionnement peuvent malheureusement porter ce chiffre à plus de 100 kWh » (source CVC – avril 2001).

Autrement dit, le rendement évolue de 63 à 47 %… On aperçoit là l’effet négatif de la boucle de circulation souvent présente dans les installations tertiaires.

Évaluer la production

Un surdimensionnement du stockage de l’eau chaude ?

Il n’est pas rare de constater un surdimensionnement des réservoirs. Idéalement, c’est un compteur placé sur le départ d’eau chaude qui devra permettre de comparer la consommation journalière et le besoin de stockage. À défaut, on pourra procéder à un redimensionnement théorique de l’installation en fonction des données réelles d’exploitation et comparer avec l’installation en place.

Si une telle situation se rencontre systématiquement en fin de journée,
il y a intérêt à couper l’alimentation du 3ème ballon.

La mise hors service d’un ballon est alors justifiée pour limiter les pertes par les parois

Calculs

 Pour évaluer les pertes énergétiques d’un ballon non utilisé.

Concevoir

 Pour dimensionner l’installation nécessaire.

Situation critique en été ?

La question est souvent posée de l’intérêt d’une production d’eau chaude au moyen d’un système combiné au chauffage du bâtiment puisque celui-ci est mis à l’arrêt.

  • Si la chaudière est ancienne et est maintenue en température, elle présente des pertes à l’arrêt importantes par rapport à l’énergie utile nécessaire à la production d’eau chaude, surtout pour les chaudières gaz atmosphériques.
  • En outre, les démarrages de brûleurs fréquents et de courte durée (suite à des petits puisages) sont préjudiciables au rendement de combustion.

L’association CEDICOL a réalisé une mesure sur site dont il ressort un rendement saisonnier annuel de 71 % et un rendement d’été de 49 %.

Le détail de cette campagne de mesures

La production de cette installation domestique est, en été, de 186 litres d’eau chaude par jour.

L’installation comprend une chaudière au fuel de 27 kW alimentant un ballon de stockage de 160 litres. La chaudière est régulée en température glissante avec une priorité sanitaire. Cela signifie qu’entre les demandes du ballon, la chaudière redescend en température.

Durant l’été 88, la chaudière à consommé 189 litres de fuel (soit 1 880 kWh) pour produire 24  180 litres d’eau chaude (soit 939 kWh). Le rendement de production en été est donc de 939 / 1 880 kWh = 49  %.

Pour l’ensemble de l’année, le système produit 42 150 litres d’eau chaude avec un rendement saisonnier de 71 %.

(Source : magazine « L’entreprise », mars 90).

À noter que l’on se trouve dans la situation la plus favorable de production combinée, avec une chaudière fonctionnant en température glissante. Dans le cas d’une ancienne chaudière restant à température constante tout l’été (de 70°C, par exemple), il n’est pas rare d’avoir des rendements de production inférieurs à 20 % en été !

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 Pour plus d’informations sur la désolidarisation du chauffage de l’eau chaude sanitaire et du chauffage du bâtiment.

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 Pour plus d’informations sur la régulation avec « priorité eau chaude sanitaire », cliquez ici !

Mauvaise stratification des températures dans les ballons ?

Si un ballon de 1 000 litres à 50°C est vidé pour moitié, on peut y trouver :

  • soit 500 litres d’eau à 50°C (encore exploitables) et 500 litres à 10°C,
  • soit 1 000 litres à 30°C, inutilisables…

En soi, il n’y a pas de perte d’énergie lors du mélange des eaux chaude et froide. Simplement, le volume utile d’eau chaude est diminué, ce qui entraînera soit un surdimensionnement du ballon, soit une augmentation de la température de consigne. Dans les 2 cas, les pertes par l’enveloppe seront augmentées.

Les facteurs qui favorisent le mélange des températures dans le ballon sont :

  • une vitesse d’arrivée de l’eau froide trop élevée au bas du ballon,
  • une faible isolation des parois qui favorise la circulation interne,
  • une boucle de distribution non isolée qui génère un retour d’eau trop froide qui « tombe » dans le réservoir et crée des turbulences,
  • une absence d’isolation de la tubulure de sortie de l’accumulateur,
  • une position horizontale du ballon de stockage.

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 Pour plus d’information sur l’amélioration de la stratification des ballons accumulateurs.

Insuffisance de l’isolation des ballons ?

Pour des ballons existants, une intervention se justifie si l’épaisseur d’isolation est inférieure à 5 cm, sans hésitation.

Et ce critère est renforcé si, suite à des mesures anti-légionelles, justifiées ou non, la température du ballon dépasse les 60°C.

Si aucune isolation n’est présente, passer de 5 à 10 cm est amorti généralement en 3 ans.

Pour les autres cas, on devra donc juger de la rentabilité de la rénovation en fonction de l’âge du ballon.

Pour évaluer sa situation dans un cas précis, il est possible :

Photo ballon de stockage.

  • de mesurer T°ballon, la température de surface du ballon,
  • de se baser sur une puissance d’échange en surface de l’ordre de 10 Watts par m² et par degré d’écart entre le ballon et l’ambiance,
  • de calculer la surface du ballon en fonction du diamètre D et de la hauteur H  :Surface totale d’un cylindre = 3,14 x D x H + 3,14 x D²/2

Il est alors possible de connaître la perte énergétique du ballon.

Puissance = 10 [W/m².K] x S [m²] x (T°ballon – T°ambiance) [K]

Par exemple dans une ambiance à 15°, si les 8 m² de surface du ballon sont à une température de 30°C, les pertes seront de :

Puissance = 10 [W/m².K] x 8 [m²] x (30 – 15) [K] = 1 200 [Watts]

En multipliant par les 8 760 heures de l’année, on obtient les kWh perdus :

Pertes d’énergie = 1 200 [W] x 8 760 [h] / 1 000 = 10 512 [kWh]

Une évaluation du prix du kWh comprise entre 0,0625 € (si chauffage combustible) et 0,16 € (si chauffage électrique), rendement compris, permet d’évaluer la perte financière annuelle.

Calculs

 Pour évaluer la rentabilité de l’isolation d’un ballon.

A noter que la mesure sur site des pertes dépasse, souvent, le double de la valeur par calcul théorique, en raison de la mise en œuvre pas toujours aisée de l’isolation en jaquette souple (source : EDF). Et les pertes augmentent avec le vieillissement de l’isolant.

Voici les critères proposés par l’Ordonnance sur la procédure d’expertise énergétique des réservoirs d’eau chaude en Suisse (22/01/92) :

Capacité Pertes maximum admissibles
[kWh/24h] 		Capacité Pertes maximum admissibles
[kWh/24h]
30 0,75 1 000 4,70
50 0,90 1 100 4,80
100 1,30 1 200 4,90
200 2,10 1 300 5,00
300 2,60 1 400 5,05
400 3,10 1 500 5,10
500 3,50 1 600 5,12
600 3,80 1 700 5,14
700 4,10 1 800 5,16
800 4,30 1 900 5,18
900 4,50 2 000 5,20

A noter que les pertes réelles sont probablement inférieures puisque les conditions d’essai imposent une température moyenne de l’eau de 65°C sans soutirage d’eau. Dans la pratique, le soutirage diminue la température moyenne du ballon.

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 Pour plus d’information sur l’isolation des ballons accumulateurs.

Évaluer la distribution

Un mètre de tuyau en acier, de 1 pouce de diamètre, non isolé, dans lequel circule de l’eau chaude à 70°C et qui parcourt une ambiance à 20°C a une perte équivalente à la consommation d’une ampoule de 60 W.

Or cette ampoule, si elle restait allumée toute l’année dans la chaufferie, il est fort probable que quelqu’un l’éteindrait, parce qu’elle est bien visible …

Isoler les tuyauteries

Par exemple, 20 m de tuyauteries DN 20 non isolées, véhiculant une eau à 55°C ont des pertes de l’ordre de :

36 W/m x 20 m x 24 h/j x 365 j/an =
6 300 kWh/an ou l’équivalent de 630 litres de fuel ou m³ de gaz !

Pour seulement 20 m…

Or une isolation des conduites est très rentable. Il suffit de constater que l’isolation fera chuter la consommation à 20 % de sa valeur. L’économie est donc de l’ordre de 395 € par an pour les 20 mètres. L’investissement est amorti en 1 an. Toutes les années qui suivent, ce n’est que bénéfice, financier et écologique.

Calculs

 Pour calculer la rentabilité de l’isolation de la tuyauterie.

Boucle de distribution d’eau chaude sanitaire non isolée,
parcourant un vide ventilé de plus de 100 m de long.

Réduire les fuites

S’il est plus courant de rencontrer des fuites sur le réseau d’eau froide (tout particulièrement aux chasses de WC), il peut être utile de vérifier s’il n’existe pas de pertes sur le réseau d’eau chaude : le joint déficient d’un pommeau de douche, un robinet d’arrêt entartré sur un lavabo, un groupe de sécurité sur un ballon électrique (qui doit lâcher un peu d’eau suite à la dilatation lors du chauffage de l’eau mais qui serait bloqué en position ouverte), …

D’autant qu’une technique simple est généralement disponible : la mesure de la consommation durant la nuit ou le weekend.

Évaluer l’émission

De nos jours, le rendement d’émission peut être fortement amélioré. Par exemple, moyennant une pomme de douche appropriée, le débit peut être fortement réduit par un bon mélange, émulsion d’air et d’eau.

Exemple : si, autrefois, la pomme de douche déversait joyeusement 30 litres/minute d’eau chaude, aujourd’hui une pomme de 8 à 12 litres/minute est tout aussi confortable.

Il est assez facile d’évaluer la performance d’une douche en mesurant le temps mis pour remplir un seau de 10 litres, par exemple.

Il en est de même pour l’ensemble de points de puisage, où réducteurs de pression et mousseurs permettent de sérieuses économies sans inconfort.

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 Pour plus d’informations sur les techniques de réduction des débits.
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Auditer rapidement l’eau chaude sanitaire

Limitation des besoins

Repérer le problème

Projet à étudier

Rentabilité
La présence d’eau chaude aux lavabos est vraiment utile ? Supprimer la présence d’eau chaude aux lavabos des immeubles de bureaux.

+ + +

Gain : 11 kWh minimum par occupant et par an.
Si les besoins d’ECS sont localisés et ponctuels (limités au nettoyage, par exemple), sont-ils assurés par une production indépendante ?

(= éviter d’amener de l’eau chaude produite à l’autre extrémité du bâtiment)

 Installer, pour les besoins d’ECS localisés et ponctuels, une (des) production(s) indépendante(s), et fermer la portion du réseau d’eau chaude qui n’est plus utilisée.

+ +
L’ouverture des robinets des lavabos et des douches est-elle temporisée.

(Boutons poussoirs) ?

 Équiper les robinets des lavabos et des douches d’une temporisation (boutons-poussoirs,…).

+ +
La robinetterie eau chaude est-elle à faible débit ?

(Réducteur de pression aux robinets, pomme de douche à faible débit, …).

 Installer des réducteurs de débit sur la robinetterie d’eau chaude (réducteur de pression aux robinets ou pour l’ensemble du réseau, pomme de douche à faible débit, …).

+ +

…30 % … de la préparation de l’eau chaude pour les robinets
… 70 %… de la préparation de l’eau chaude pour les douches.
Les occupants sont-ils sensibilisés à limiter leur utilisation d’eau chaude, à utiliser plutôt l’eau froide que l’eau chaude ? Sensibiliser les occupants à  limiter leur utilisation d’eau chaude et à utiliser plutôt l’eau froide que l’eau chaude (campagne d’information sur le coût de l’eau chaude dans le bâtiment).

+ +

Gain : 5 Euro/m³ (moitié eau /moitié énergie).

Production et distribution

Repérer le problème

Projet à étudier

Rentabilité
La boucle de distribution est-elle isolée ? Isoler la boucle de circulation, particulièrement dans les gaines techniques.

+ + +

Gains : …90 %… des déperditions des canalisations.
L’isolation des parois du ballon est-elle de 5 cm minimum ? (Mieux) isoler les parois du ballon (au moins 5 cm). Suite aux mesures anti-légionelles, une isolation de 10 cm se justifie tout à fait.

+ + +

Gain : …90 %… des déperditions du ballon (s’il n’est pas encore isolé).
Si le ballon est lié à la chaudière, le chauffage de l’eau est-il arrêté en dehors de l’utilisation du bâtiment ? Arrêter le chauffage de l’eau en dehors des périodes d’utilisation du bâtiment, tout en respectant les critères anti-légionelles (montées périodiques à haute température).

+ + +

Gain : 15 à 30 % des pertes.
La puissance de chauffage pour la production d’eau chaude sanitaire est-elle adaptée en été ?

(Évite-t-on le fonctionnement simultané de toutes les chaudières lorsqu’il y a demande d’eau chaude sanitaire en été ?).

 Installer une production d’eau chaude sanitaire indépendante de la production d’eau chaude de chauffage (pour utilisation en été)

Adapter la gestion en cascade des chaudières ou arrêter manuellement toutes les chaudières sauf 1 en été.

+ +

La rentabilité s’accroît si la puissance de la production d’ECS est très faible par rapport à celle du chauffage.
S’il y a un ballon électrique, le chauffage du ballon est-il organisé la nuit ? un délestage est-il prévu en période de pointe ? Organiser le chauffage électrique du ballon la nuit.

Prévoir un délestage du chauffage du ballon en période de pointe.

 Économie pécuniaire, mais pas d’économie d’énergie.
S’il y a stockage d’eau chaude sanitaire, le volume puisé est-il nettement inférieur au volume total des ballons ? (Volume puisé tel que, parmi les ballons installés, 1 ou 2 ballons sont excédentaires.) Lors du remplacement du ballon, réévaluer le volume de stockage nécessaire.

Déconnecter hydrauliquement les ballons excédentaires.

+
La pompe de circulation est-elle arrêtée en-dehors des heures d’occupation ? (nuit, WE,…). Arrêter la pompe de circulation en dehors des heures d’occupation (nuit, W-E,…), tout en respectant les critères anti-légionelles (montées périodiques à haute température).

+ + +

Gain : 50 % de la consommation du circulateur + pertes du réseau.
La puissance de la pompe de circulation paraît-elle adaptée (= très petite) ? Si la pompe de circulation possède différentes vitesses commutables, réduire la vitesse.

+ + +

Gain : … 40…% de la consommation électrique du circulateur.
Y a-t-il des capteurs solaires de préchauffage ?

Si non, un emplacement orienté S-E… S-O est-il disponible pour poser des capteurs ?

 Installer des capteurs solaires de préchauffage.

+

La rentabilité s’accroît si forts besoins d’eau chaude.
Si les besoins d’ECS sont importants, et s’il y a une machine frigorifique, y a-t-il récupération de chaleur au condenseur ? Installer une récupération de chaleur au condenseur de la machine frigorifique.

(chauffage partiel du ballon ou préchauffage de l’eau d’un préparateur instantané).

+

La rentabilité s’accroît s’il y a des besoins frigorifiques en hiver.

Audit complet avec classement des mesures à prendre ?

L’audit d’un bâtiment existant

Évaluer pour le Responsable Énergie

Calculs pour l’auditeur (xls)

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