Chauffe-eau thermodynamique production eau chaude sanitaire

Un chauffe-eau est un appareil domestique, agricole ou industriel qui sert à produire de l'eau chaude. Plusieurs sources d'énergie peuvent être utilisées : énergie solaire, électricité, gaz, fioul, thermodynamique (géothermie), pompe à chaleur air /eau et ballon thermodynamique. Quel que soit le type d'énergie, gaz ou électricité, un ballon d'eau chaude à accumulation fonctionne par stockage d'un volume d'eau et demande un temps donné pour sa mise en température.

Il existe 3 grandes familles de chauffe-eau : les chauffe-eau instantanés qui produisent l'eau chaude sanitaire lorsque vous ouvrez le robinet d'eau chaude, les ballons à accumulation qui sont généralement au gaz ou à l'électricité et les appareils mixtes qui possèdent une mini réserve d'eau chaude et qui ne chauffent le complément d'eau chaude qu'au moment du soutirage.

Appareils à soutirage instantané

Ces appareils chauffent l'eau sanitaire uniquement à la demande, au moment du soutirage : ce sont les chauffe-eau instantanés.

Ballons d'eau chaude à accumulation

Le cumulus

Le ballon d'eau chaude sanitaire à accumulation appelé cumulus en langage courant (c'est un modèle de la marque Atlantic) est un réservoir d'eau chaude confiné par un isolant thermique permettant de stocker de l'eau chaude pour la délivrer à une installation sanitaire ou de chauffage.

• Le ballon à accumulation peut être chauffé directement par une résistance électrique ou par un circuit primaire de fluide caloporteur.
• Dans ce cas, l'énergie thermique peut être produite par une énergie renouvelable ou non (pompe à chaleur, panneaux solaires, chaudière à gaz naturel ou gaz propane, chaudière au fioul domestique, etc.).
• Lorsque le logement est équipé d'un chauffage électrique par effet Joule (convecteurs muraux ou radiants électriques), l'intérêt du ballon à accumulation est de stocker la chaleur produite la nuit pendant les plages horaires de tarif « heures creuses ».
• Les chauffe-eau électriques à la différence des chauffe-eau thermodynamiques doivent être programmés pour fonctionner en heures creuses.

Les appareils mixtes

Ces appareils chauffent l'eau sanitaire à la demande, au moment du soutirage, mais possèdent déjà une réserve d'eau appelée volume tampon qui améliore la quantité d'eau délivrée plus importante que pour les chauffe-eau instantanés.

Le chauffe-eau thermodynamique 

Pour la production de l'eau chaude sanitaire domestique (cuisine, bain, douche) un nouveau système à été conçu : le chauffe-eau thermodynamique avec des avantages et des inconvénients.

• Le principe est simple : une pompe à chaleur a été intégrée à un ballon d’eau chaude type électrique.
• Leur fonctionnement est simple : l’aspiration de l’air ambiant (soit l'air extérieur ou l'air extrait de la VMC) permet de récupérer les calories et les transmettre à l’eau stockée dans la réserve du ballon.
• Les fabricants annoncent généralement des Cop (coefficients de performance) de 3,3 à 3,7.
• En théorie, lorsque l'appareil consomme 1 kWh d’énergie électrique, il restituerait ainsi 3,3 à 3,7 kWh pour chauffer l'eau chaude sanitaire.
   

Principe du chauffe-eau thermodynamique 

• Un ventilateur électrique aspire l'air ambiant ou récupéré.
• Un fluide circule dans l'évaporateur, récupère les calories dans l'air puis s'évapore.
• La pression et la température du fluide augmente.
• Le fluide circule dans le condenseur et transmet la chaleur à l'eau du ballon.
• Le fluide se condense.
• La pression et la température du fluide diminuent dans le détendeur.
• Lorsque la température baisse l'appoint électrique se déclenche.
  
  

L'économie réalisée par le thermodynamique 

Elle serait de 60 % comparée à un ballon électrique…

• Une étude du COSTIC (Centre d'Études et de formation en génie Climatique) démontre que le COP avoisine les 1.6, 1.8, 1.9 suivant les modèles dans le cas le plus favorable.
• Cette étude demandée par des organismes professionnels ainsi que l'ADEME (Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'Énergie) n'a pas été rendue publique, les fabricants n'ayant pas d'intérêt à voir se diffuser cette étude défavorable qui devait être publiée par l'ADEME en février 2011.
• Pour les vendeurs, le chauffe-eau thermodynamique permettrait de réaliser 60 % d'économies sur la facture d'eau chaude sanitaire, mais ce comparatif est effectué par rapport à un ballon électrique classique qui est un système médiocre et dont l'usage n'est pas recommandable tant pour le coût à l'usage très élevé, le confort ainsi que son impact sur l'environnement (effet joule).
• Le chauffe-eau thermodynamique : un appareil dont la pose demande l'expertise d'un professionnel qualifié. 
  

Avantages/inconvénients thermodynamique 

Tout d'abord il faut savoir que l'efficacité réelle des chauffe-eau thermodynamiques est surtout intéressante lorsqu'elle est comparée au ballon électrique à effet joule qui équipe de nombreux logements neufs en raison d'un prix d'achat faible.
Les vendeurs annoncent donc des économies relatives, puisque comparées à des ballons électriques.

​Quels sont les inconvénients des ballons thermodynamiques ?​

Le prix d'un chauffe-eau thermodynamique 

Le prix d'acquisition d'un chauffe-eau thermodynamique est relativement coûteux, en moyenne 2500 à 3500 € installation comprise (contre 900 € pour un ballon conventionnel à effet joule) et demande l'expérience d'un professionnel qualifié pour le mettre en œuvre.

• Les contraintes d'un chauffe-eau thermodynamique sont avérées et contradictoires (voir plus bas les contraintes d'installation).
• Le principe même du chauffe-eau thermodynamique doit être revu afin d'avoir un fonctionnement satisfaisant,
• les fabricants doivent revoir le cahier des charges pour proposer un appareil digne de concurrencer par exemple le solaire thermique, plus abouti thermiquement et techniquement.
• Le seul avantage du chauffe-eau thermodynamique, c’est qu’il bénéficie d’un crédit d'impôt ou d'aides qui sont le seul déclencheur de choix pour une majorité de personnes.
• N'oublions pas que l'eau chaude fournie par 2 capteurs solaires sur le toit est gratuite et sans rejet nocifs dans l'environnement. 
  

Règles d'installation du ballon thermodynamique 

Un chauffe-eau thermodynamique est un appareil délicat à installer.

• Un chauffe-eau thermodynamique pompe l'air ambiant et doit être installé dans un local de 6 m2 au minimum, l'air de la pièce dans laquelle le chauffe-eau thermodynamique est installé devrait idéalement être à une température ambiante intérieure douce pour une efficacité maximale.
• Le chauffe-eau thermodynamique doit être placé dans une pièce ou la température reste constante : normalement entre 15 et 35°c. Si la température de l’air ambiant est inférieure à 8°c, la PAC est arrêtée. Lors de son fonctionnement, il rejette cet air refroidi transformant efficacement la pièce en chambre froide.
• Pour obtenir des performances satisfaisantes, il est impératif d’aspirer l'air de la VMC qui est à température ambiante, au lieu d’utiliser l’air non chauffé ou extérieur. C'est la seule solution efficace en thermodynamique, mais très complexe à mettre en œuvre dans un logement.
• D'après certains vendeurs, pour pallier au manque du système, le chauffe-eau thermodynamique pourrait être directement raccordé au circuit solaire. Il deviendrait alors un véritable chauffe-eau solaire individuel (CESI), mais l'intérêt de cette configuration est nul, car il est préférable de fonctionner en totalité à l'énergie solaire.
• Dans le cas d'installation existante, l’appoint serait assuré par une pompe à chaleur ou raccordé à une chaudière, ce qui offre peu d'intérêt. Le chauffe-eau thermodynamique doit être installé dans un local situé en dehors de l'espace climatique habitable chauffé. De plus, une très bonne isolation entre les deux zones doit être réalisée afin d’éviter de refroidir le logement. Paradoxalement si l’on veut obtenir un rendement correct, il faut renoncer à installer l'appareil dans un local où l'air ambiant peut descendre à moins de 10 °C.
  

Un choix complexe dont les règles d'installation des ballons thermodynamiques sont parfois difficile à mettre en œuvre malgré les déclarations simplificatrices des vendeurs et installateurs.

Notion : COP théorique

Le COP théorique idéal se heurte à la performance réelle chez l'usager.

Comme pour les pompes à chaleur, il existe une différence notable entre le COP théorique (rendement conventionnel) annoncé par le fabricant de chauffe-eau thermodynamique en laboratoire et la performance énergétique réelle mesurée sur le terrain, en situation pendant une année complète.

La performance énergétique est l'élément le plus important pour l'usager, car sa facture énergétique en dépendra. À la demande de plusieurs organismes, dont l'ADEME (Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie), des études ont été menées sur le coefficient Cop, annoncé à plus de 3 par les constructeurs.

Le Costic (Centre d'études et de formation en génie climatique) a effectué des tests en laboratoire grandeur nature des performances chauffe-eau thermodynamiques. 

Conclusions diverses

Ces conclusions sont différentes des résultats des fabricants.

• Le rapport du Costic indique « il existe une différence notable entre le Cop constructeur et la performance réelle de l'installation ».
• Le Cop réel mesuré avoisine en réalité 1,8 (cette valeur se dégradant encore si l'air aspiré par le chauffe-eau thermodynamique est prélevé dans un volume non chauffé ou à l'extérieur).
• Ce facteur diminue également si les besoins en eau chaude sanitaires sont faibles.
• Le SCOP se rapproche un peu plus de la réalité, mais reste théorique.