Préparation d´eau chaude sanitaire (ECS) - Les chauffe-eau avec échangeur(s)

Produire et stocker de l’eau chaude

La production d´eau chaude sanitaire (ECS) est un élément indispensable au confort de la vie quotidienne. Il existe essentiellement deux méthodes pour produire l’eau chaude sanitaire : la production instantanée en fonction du besoin ou la préparation pour stockage.

La première méthode offre en général de petits débits (elle est souvent utilisée pour des lave-mains et demande une de délivrer une très grande puissance de manière immédiate (souvent entre 5 000 et 10 000 watts), ce qui peut perturber le réseau électrique domestique.
La seconde méthode, de loin la plus courante, consiste à produire l’eau chaude et à la conserver dans une quantité suffisante pour satisfaire les besoins domestiques dans les moments où la consommation est la plus importantes (en particulier le matin et le soir). La production est régulière, plus lente, moins énergivore et peut s’accommoder de plusieurs sources d’énergie.
Les préparateurs avec échangeurs sont destinés à utiliser l’énergie produites par un autre générateur de chaleur (en général une chaudière). Ils peuvent recevoir en appoint une résistance électrique qui compense les déficits liés à l’extinction provisoire ou saisonnière de ce générateur de chaleur. Si elles bénéficient d’un tel appoint, celui-ci peut être utilisé ou non (possibilité d’éteindre la résistance ou de limiter son fonctionnement).

Définir son besoin

Trois critères permettent d’ajuster son choix : le besoin en ECS lié aux habitudes des foyers concernés est évidemment le plus important, mais il est indispensable de prendre en compte la ou les sources d’énergie dont on dispose, les caractéristiques de l’eau et, enfin, la place pour positionner l’appareil.

Composition et habitudes d’un foyer

Un Français consomme en moyenne entre 50 et 100 litres d’ECS par jour. Un robinet domestique sur une installation à pression contrôlée (la norme est de 3 bars) délivre environ 12 litres à la minute. Un préparateur doit donc être en mesure de produire et de délivrer les quantités nécessaires. En dehors du nombre de personnes à servir et des habitudes particulières de chacun, la taille du logement et le nombre de points d’eau influencent également légèrement à la hausse le besoin.
Le tableau qui suit est un abaque purement théorique qui incorpore les principaux postes de consommation d’eau chaude du foyer – composition du foyer, douche, lavage des mains, vaisselle, pour donner une consommation théorique d'ECS en litres/jour.

Tableau 1

Cycles de demande en ECS

Le cycle de demande en ECS est très important dans la détermination du besoin. Dans une première hypothèse, la demande peut connaître un ou deux pics journaliers ; deuxième hypothèse, elle est continue et régulière - ce sera plus souvent le cas dans les bâtiments tertiaires. Troisième hypothèse, elle peut également être discontinue et acyclique.

Dans la première hypothèse (qui recouvre la très grande majorité des situations domestiques), on cherchera à disposer d'une certaine quantité d'ECS à un ou plusieurs moments prédéterminés.

Lorsque les besoins sont continus, on aura davantage tendance à rechercher une capacité de chauffe rapide permettant le renouvellement rapide du volume d'ECS.

Dans toutes ces hypothèses, on se référera pour déterminer son besoin :

• à la vitesse de chauffe du volume (un ballon de 200 litres pourra chauffer en +/- 1 heures ou 12 heures selon qu'il soit à échangeurs ou thermodynamique et doté d'une résistances d'appoint plus ou moins puissante); 
• à la capacité de délivrance d'ECS en continu (par exemple, en fonction de ses caractéristiques et de celles de son équipement, un ballon de 150 litres pourra délivrer de 200 à 450 litres d'ECS à 40°...);
• selon le lieu, aux énergies de chauffe les plus facilement disponibles et les moins chères.

Combinaison des énergies

Raccord du ballon à une chaudière

Selon les régions, les différentes énergies sont plus ou moins disponibles ou onéreuses. Il est important de réaliser ses choix en prenant cette donnée fondamentale en compte.
La chauffe de l’ECS par un moyen de chauffage domestique est économique, en particulier lorsqu’il s’agit d’une chaudière à biomasse (bois, bois déchiqueté, pellet…). Cela augmente également très fortement la capacité de production du ballon (l’apport énergétique réalisé avec un échangeur de chaleur à eau est très supérieur à la puissance des résistances électriques le plus souvent associés à des ballons de même catégorie.

Raccord du ballon à une source d’énergie solaire

Un ballon peut également être raccordé soit à des panneaux solaires (échangeur de chaleur à eau), soit à des panneaux photovoltaïques pour alimenter une résistance électrique.
Ces différentes solutions peuvent être combinées comme modes de chauffe cumulatifs ou alternatifs. Il est possible, par exemple, de connecter un préparateur doté de deux échangeurs à la fois à une chaudière et à un panneau solaire. Lors d’un hiver froid et ensoleillé, les deux sources pourront être utilisées simultanément. L’été, le solaire pourra fournir l’énergie nécessaire en combinaison avec l’électricité.
En fonction de la place dont on dispose, on pourra choisir un ballon de plus pu moins grande taille, étant entendu que le confort supplémentaire lié à un ballon de plus grande contenance se paye en déperditions thermiques supplémentaires !

Différents types de ballon

On trouve de nombreux types de préparateurs ECS avec échangeur(s).

Ballons muraux verticaux : Ce sont les plus courants, en général jusqu’à 200 litres, certaines marques en proposent jusqu’à 300 litres.

Ballons muraux horizontaux : ce sont les plus pratiques car ils peuvent se placer en hauteur, sous plafond, permettant ainsi de maximiser l’espace au sol. Cependant, leurs performances sont souvent très inférieures à celles des ballons verticaux car la stratification (la répartition eau chaude / eau froide) s’y fait de manière moins efficace et les échangeurs sont moins efficaces.

Ballons au sol : ils sont en général de plus grande contenance (à partir de 200 litres). Les brides des leur thermoplongeur est situé sur le côté, contrairement à la plupart des ballons muraux, sur lesquels elles sont placées au-dessous.

Il existe également des préparateurs ECS incorporés aux ballons tampons (servant à l'accumulation de chaleur) des systèmes de chauffage (principalement des systèmes de chauffage au bois, pour lesquels les balllons tampons sont indispensables.

Les Ballons thermodynamiques (fonctionnant avec une pompe à chaleur (PAC) intégrée) ont souvent des chauffes très lentes. Lorsqu'ils sont dotés d'un échangeur, le chauffage central peut apporter un soutien utile à la production, voire prendre complètement le relai lorsque les températures deviennent très froides et que la PAC n'est plus capable de fournir ou que son coût de production devient prohibitif.

Qualité de l’eau

Les résistances thermoplongeurs sont indiquées pour les eaux peu ou moyennement calcaires. Dans les eaux très calcaires (dites « dures »), leur efficacité diminue avec l’accumulation des sédiments. Il faut donc régulièrement vider le ballon pour nettoyer la résistance.
Les résistances sèches (placées dans des manchons qui les séparent de l’eau sont beaucoup plus indiquées pour ces eaux dures. Il s’agit en particulier des résistances stéatites (réalisées dans une pierre à très forte conductivité thermique). L’accumulation du calcaire n'entraînera aucune usure prématurée de la résistance ni de diminution sensible des performances de l'appareil.