Sommaire
Choix de la source de chaleur
Le préparateur instantané a pour qualité essentielle d’assurer de l’eau chaude sanitaire en quantité voulue à n’importe quel moment de la journée.
Source de la chaleur
Un préparateur électrique est très difficilement réalisable, vu l’importance de la puissance nécessaire (un préparateur 12 litres/minute requiert une puissance de 24 kW, soit une ligne de 100 A environ !). Pour s’en convaincre, il suffit de penser au percolateur à café. Avec 1 kW de puissance, il arrive tout juste à réaliser un fin filet d’eau bouillante… C’est parfait pour conserver l’arôme du café… mais c’est inimaginable pour assurer les douches en parallèle après le match de foot ! Et puis, ce serait en courant de jour…
Clairement, l’échangeur instantané s’associe à une chaudière à fuel ou gaz.
Préparateur instantané “pur”
Le chauffage de l’eau se fait dans un échangeur à plaques très compact. Une boucle d’eau chaude sanitaire sera presque automatiquement associée au projet pour lisser les variations de la température de l’eau.
La régulation de cette température se fait via le réglage d’une vanne trois voies au primaire. Cette vanne doit être très “nerveuse” pour réagir rapidement à des variations de la demande. Une régulation PID est nécessaire.
Ce type de préparation génère un faible encombrement et une faible charge au sol.
Par contre, elle oblige à un maintien en température de la chaudière à haute température. Ce n’est pas heureux en été et cela va à l’encontre de l’évolution actuelle vers une régulation à température glissante (une chaudière “à la température juste nécessaire”). À ce titre, un ballon accumulateur est quand à lui chauffé une ou deux fois dans la journée et la température de la chaudière redescend le reste du temps.
Pour plus de détails, voir dans les critères de choix du mode de préparation d’eau chaude.
On voit donc qu’un préparateur instantané pur ne se justifie que pour rencontrer des besoins importants et assez continus (piscine par exemple).
Puissance
La production instantanée demande généralement une puissance de générateur très importante. Pour dimensionner cette installation, cliquez ici !
Dans le cas d’une production d’ECS combinée au chauffage, il sera peut être nécessaire de surdimensionner la chaudière uniquement pour l’ECS. Ce qui serait une mauvaise utilisation de l’investissement consenti. On préférera compléter l’installation par un ballon d’appoint : c’est le semi-instantané.
Rendement de distribution
Lors du calcul de la puissance d’installation, on admet que, pendant la durée du prélèvement maximal, le rendement de distribution est égal à 1 (pas de mise en température du volume mort, les déperditions étant faibles par rapport à l’énergie fournie).
Préparateur semi-instantané
Pour améliorer la stabilité de la température d’eau chaude, il est possible d’augmenter le volant tampon de la boucle en mettant un réel ballon en série. Deux schémas sont possibles :
- Soit l’échangeur est inclus dans le ballon :
- Soit le ballon est placé en appoint et se met en service dès que la température de 60 °C par exemple n’est plus atteinte au départ de la boucle. La vanne s’ouvre et le circulateur se met en fonction. Son débit horaire est égal à 4 fois la capacité du ballon.
Cette capacité permet, en cas de soutirage important, d’assister le préparateur instantané par le préchauffage “préventif” d’une réserve.
Dans le même esprit, le schéma ci-dessous nous paraît plus simple et donc probablement meilleur :
Ce type d’installation est capable d’assurer avec souplesse la fourniture de besoins assez variables.
Plus le réservoir sera important, plus la puissance de chauffe pourra être réduite. Une régle de bonne pratique montre qu’avec une capacité tampon (en litres) de 5 x Puissance exprimée en kW, on peut diminuer de moitié la puissance par rapport à la puissance instantanée.
Exemple. En logement collectif, le débit de pointe de soutirage d’eau chaude est pris à 50 litres pour 10 minutes par appartement. Un coefficient de simultanéité prend en compte le fait que tous les appartements ne sont pas en demande en même temps :
Pour un parc de 50 logements, en production instantanée, on installera : 50 logements x 50 litres x 1,16 Wh/l.K x (60 – 10) K x 0,31 / [(1/6) h x 1 000] = 270 kW. Mais si un ballon de 600 litres est associé, la puissance installée sera réduite à 135 KW. |
D’une manière générale, il existe une infinité de combinaisons “puissance de chauffe – volume de stockage”, répartie sur une courbe d’égale satisfaction des besoins.
| Pour déterminer la courbe “puissance-volume” qui répond à un profil de besoin d’eau chaude particulier, cliquez ici ! |
Détails d’installation
La gestion des fluctuations de température
C’est un des inconvénients de ce type de système : il faut une réponse immédiate et à juste température. Un temps de réponse de l’ordre d’une dizaine de secondes est parfois requis.
Un régulateur progressif est nécessaire : le mode PI est nécessaire pour les échangeurs de faible capacité, comme les échangeurs à plaques. Une régulation fine (PID) est parfois à prévoir pour le réglage de la vanne 3 voies. La constante de temps de la sonde doit être réduite et la vitesse du moteur élevée. Les constructeurs de ces échangeurs spécifient les caractéristiques que doivent présenter les régulateurs.
Et malgré tout, on reste limité par le temps de réponse des éléments mécaniques de l’installation qui rend les fluctuations inévitables. Il est déconseillé d’utiliser ce type de système dans un bâtiment ayant un profil de puisage discontinu.
La sonde de température sera dédoublée par une sonde de sécurité qui interrompt impérativement l’alimentation du primaire en cas de dépassement d’un seuil de température.
Le raccordement sur une chaudière à condensation
On sera attentif à sélectionner un modèle sur base d’un retour à la plus basse température possible, par exemple au régime (donc surdimensionner un peu la surface de l’échangeur).
Mais il semble qu’avec un préparateur instantané, la condensation reste difficile. La production d’eau chaude sanitaire, surtout depuis les mesures anti-légionelles, semble un frein aux techniques de chauffage basse température d’aujourd’hui. Ne faudrait-il pas de plus en plus privilégier des productions indépendantes ? Dans ce cas, le chauffage instantané est mal placé suite à la puissance qu’il demande…
La résistance à la corrosion
La température élevée au niveau des surfaces d’échange conduit à la formation rapide de tartre.
Lorsque l’on sait que le dépôt calcaire est exponentiellement lié à la température de chauffage de l’eau, cet inconvénient limité par l’action de la vanne trois voies qui évite que la température au primaire de l’échangeur soit en permanence à la valeur maximale.
Ce système est cependant mal adapté à un réseau d’eau dure. Il est alors recommandé d’effectuer un traitement anti-tartre par injection de phosphates ou adoucisseur d’eau.
Auteur : les anciens
Eté 2008 : Brieuc.
Mars 2009 : Thibaud
Notes :
02.04.09