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

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

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 %.

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 !

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.

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 :

• 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.

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 :

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

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.

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) :

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.

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.

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.