Date : page réalisée sous l’hégémonie Dreamweaver

Auteur : les anciens

Eté 2008 : Brieuc.

Mars 2009 : Thibaud

Notes :

  • antidote appliqué. Thibaud
  • Style css des tableaux : Thibaud

01.04.09

  • Winmerge : ok – Sylvie
  • Mise en page [liens internes, tdm, en bref !, passage général sur la mise en page de la feuille] – Sylvie

(illu S. Sass)

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, cliquez ici !

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, cliquez ici !

Concevoir

Pour dimensionner l’installation nécessaire, cliquez ici !

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, cliquez ici !

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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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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.

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, cliquez ici !

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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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, cliquez ici !

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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