chap3-EAUCHAUDESANITAIRE

U.R.E. Bâtiment : Guide d’audit énergétique 1999 3. EAU CHAUDE SANITAIRE

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3. EAU CHAUDE SANITAIRE 3.1. Les services d’eau chaude sanitaire

3.2. Les bilans d’eau chaude sanitaire

3.2.1. Combustible 3.2.2. Electricité 3.3. Les interventions sur l’eau chaude sanitaire 3.3.1. Combustible 3.3.2. Electricité 3.3.3. Eau chaude sanitaire solaire


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3.1 LES SERVICES D’EAU CHAUDE SANITAIRE

Présentation du chapitre C’est certainement dans l’habitat qu’il est le plus facile de distinguer les deux catégories

que nous allons examiner : les services individuels d’eau chaude et les services collectifs. Jusqu'à un certain point, cette distinction peut être utile dans le tertiaire, mais elle y aura des applications limitées. Nous excluons ici, en tout cas, les usages tertiaires très spécifiques (hôpitaux, piscine, etc.) qui seront traités au chapitre 8 (applications sectorielles).

Revenant au résidentiel, nous traiterons d’abord le cas des services collectifs d’eau

chaude. Ceci pour deux raisons : - d’abord, ce sont probablement les gisements d’économie les plus importants, - ensuite, ils permettent de présenter l’ensemble des problèmes technologiques sous une forme plus exhaustive.

Dans une installation d’eau chaude, le diagnostiqueur doit prendre connaissance des trois points suivants : a) l’alimentation en eau froide et le traitement des eaux, b) la production d’eau chaude, c) la distribution, avec ou sans bouclage.

L’alimentation en eau froide et le traitement d’eau ne consomment généralement pas d’énergie appréciable (le cas des surpresseurs est à mettre à part).

La production de chaleur et la distribution sont étudiées aux paragraphes suivants.

La production de chaleur La production d’eau chaude peut être directe ou indirecte (par échangeur). La production directe fait appel soit à la combustion, soit à l’électricité, soit à une source

«naturelle ». Les générateurs à combustion peuvent être simples (ne servant qu’à l’eau chaude), ou

mixtes (servant aussi au chauffage). Les générateurs électriques peuvent être soit à base de résistances, soit à base de

pompe à chaleur. Les générateurs utilisant une source « naturelle » sont surtout solaires, les installations

utilisant les autres sources de chaleur naturelles (géothermales, par exemple) étant relativement rares et très localisées.

La production indirecte fait également intervenir un échangeur dont le secondaire est

constitué par le circuit d’eau chaude, le circuit primaire étant alimenté en fluide chauffant à partir d’une chaudière ou d’une chaufferie plus ou moins importante. Parfois, il s’agit de récupérateurs de chaleur sur des circuits chauds, par exemple sur condenseur de machine frigorifique.

Dans certains cas, en particulier en eau chaude solaire, il y a complémentarité de plusieurs sources.

Si l’on ajoute enfin que la production peut être à accumulation dans un réservoir important, ou sans accumulation (production dite instantanée), avec la possibilité de solutions intermédiaires (semi-accumulations), il est manifeste que les situations que l’on peut rencontrer sont en nombre considérable. Il existe toutefois beaucoup de points communs entre toutes ces solutions.


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Ces points communs sont les suivants : 1. Quand il y a combustion, l’une des sources d’économie consiste à améliorer le rendement de combustion. 2. Dans tous les cas, une source d’économie consiste à calorifuger l’échangeur ou l’appareil de production, intervention particulièrement fondamentale si son volume est important (appareils à accumulation). 3. Quand il y a plusieurs source d’énergie, et que certaines d’entre elles sont « gratuites » (chaleurs de récupération, énergie solaire, etc.), le fonctionnement correct de basculement entre énergies est fondamental, et implique généralement des régulations adéquates ou des dispositifs simples mais sûr.

Tous ces points feront l’objet d’un examen plus détaillé lors de l’étude des interventions

(paragraphe 3.3). Ceci dit, il existe un certain nombre de phénomènes qui peuvent détériorer le

fonctionnement des services d’eau chaude, et qui ne peuvent être éliminés que par une maintenance, et des précautions de conception adéquates. Ce sont surtout : la mauvaise élimination des boues et dépôts, la mauvaise élimination des gaz.

La purge d’air en haut des échangeurs et générateurs d’eau chaude (via des purgeurs avec de préférence un vase de purge pour les installations importantes), l’extraction des boues au bas des ballons (via des tubes adéquats, correctement placés, et par une robinetterie adaptée, avec ou sans pot de décantation) sont des précautions souvent essentielles, que prennent d’ailleurs les meilleurs gestionnaires.

Il est difficile de chiffrer les économies d’énergie dues à ces maintenances correctes car ces économies portent surtout sur la durabilité et le bon fonctionnement des matériels.

Distribution d’eau chaude Les figures 3.1.1. et 3.1.2. indiquent les deux principaux schémas de distribution d’eau

chaude. La figure 3.1.1. permet d’expliquer les points fondamentaux, en prenant l’exemple du

poste de puisage qui se trouve en E. L’eau chaude venant du générateur parcourt le circuit A B C D E. Afin de maintenir l’eau chaude au voisinage du puisage, on assure un bouclage permanent (circuit A B C D F G par exemple) grâce à un circuit de retour (D F G) et à une pompe placée sur ce circuit.

La circulation permanente d’eau chaude est évidemment une source de pertes. Mais si on voulait l’abandonner, l’eau des tuyauteries se refroidirait, ce qui entraînerait des temps d’arrivée d’eau chaude longs, et finalement assez coûteux.

Entre la zone où l’eau est chaude en permanence (boucle si elle existe, ou d’autres

systèmes : voir plus loin) et le point de puisage, il peut exister un « bras mort » (hors circulation en cas de fermeture du puisage), sous réserve qu’il ne soit pas trop long. C’est le cas du circuit D E de la figure 3.1.1. Pour les puisages les plus courants (diamètre de tube inférieur à 20 mm) la longueur maximale peut être fixée à 12 m.

Ceci explique que le bouclage est inutile en maison individuelle, ou quand la production de chaleur n’est pas trop éloignée du puisage.

Nous verrons au paragraphe 3.3 différents moyens de réduire ou de supprimer les pertes au bouclage.

Les autres pertes en eau chaude sont liées aux fuites des appareils, et en particulier

aux robinet de puisage. Ces fuites sont généralement communes à l’eau chaude et à l’eau froide, et souvent examinées dans le cadre du diagnostic de charges. L’une des procédures clé est alors le contrat d’entretien de robinetterie.


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Afin d’éviter que les circuits ne se corrodent, la plupart des installations d’eau chaude sont réalisées selon le DTU 60.1 (Plomberie). Toute intervention un peu détaillée suppose la connaissance de ce Document Technique Unifié.

Figure 3.1. 1 - Premier schéma de circuit d’eau chaude

Figure 3.1. 2 - Second schéma de circuit d’eau chaude


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3.2 LES BILANS D’EAU CHAUDE

3.2.1 Combustible

Les besoins de distribution d’eau chaude La consommation d’eau chaude d’un volume déterminé s’exprime normalement en

mètres cubes par an. Encore faut-il savoir à quelle température. Ici, nous adopterons une convention simple qui consiste à considérer qu’il s’agit d’eau fournie à 50°C (au puisage), à partir d’eau froide à 10°C. Soit une élévation de température de 40°C, correspondant à environ 46,5 kWh/m3 .

Au lieu, d’ailleurs, d’exprimer les besoins en m3, il est plus simple de les traduire en

kWh/an. Ce que nous ferons par la suite, étant entendu que la convention adoptée est précisée ci-dessus, et qu’il s’agit des besoins terminaux.

Il existe relativement peu d’informations publiées réellement fiables sur les

consommations d’eau chaude, qui ont d’ailleurs cru progressivement depuis 50 ans, en doublant ou triplant dans bien des cas.

Les valeurs que nous adopterons par la suite correspondent aux besoins terminaux,

exprimés en kilowattheures par an.

Formules générales de calcul Les formules que nous allons utiliser par la suite partent des besoins terminaux d’eau

chaude (par an) : TEREC [kWh/an]

Ils s’expriment sous la forme :

(3.2.1.) 1 TEREC = TERECJ x NJEC TERECJ : consommation terminale quotidienne moyenne [kWh/j], NJEC : nombre de jours de consommation d’eau chaude par an [j/an].

Les besoins dans l’habitat Nous distinguerons deux cas :

- l’habitat individuel, - l’habitat collectif.

Contrairement à ce que nous constaterons en chauffage, les besoins semblent

dépendre beaucoup plus de l’équipement que des comportements. Nous donnerons donc ici les consommations moyennes. On pourra éventuellement multiplier ces consommations moyennes par un coefficient de comportement compris entre 0,8 et 1,2. Mais il est toujours difficile de juger le « comportement eau chaude » lors du diagnostic.


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Habitat individuel NOC : nombre d’occupants du logement. - équipement : 1 évier par logement : (3.2.1.) 2 TERECJ = 1,3 + 0,3 x NOC ; - équipement : 1 évier + 1 lavabo : (3.2.1.) 3 TERECJ = 2,5 + 0,9 x NOC ; - équipement ; 1 évier + 1 lavabo + 1 douche : (3.2.1.) 4 TERECJ = 3,5 + 0,9 x NOC; - équipement : 1 évier + 1 lavabo + 1 petite baignoire : (3.2.1.) 5 TERECJ = 2,0 + 1,3 x NOC; - équipement : 1 évier + 1 lavabo + 1 grande baignoire : (3.2.1.) 6 TERECJ = 3,8 + 1,3 x NOC; - équipement : 1 évier + 1 lavabo + 1 grande baignoire + 2e cabinet de toilette : (3.2.1.) 7 TERECJ = 3,8 + 1,8 x NOC; Ces valeurs sont adaptées de l’étude CFE de 1975. Habitat collectif Il est essentiel de distinguer les cas où il y a comptage, de ceux où le comptage n’existe pas.

S’il y a comptage, il suffit d’appliquer les formules (3.2.1) 2 à (3.2.1) 7 selon le type

d’équipement, éventuellement le type d’équipement moyen. Si l’équipement moyen correspond à 1 évier + 1 lavabo + 1 petite baignoire :

(3.2.1.) 8 TERERCJ = 2,0 x NLOG + 1,3 x NHAB NLOG : nombre de logements ; NHAB : nombre d’habitants.

S’il n’y a pas de comptage, il faut multiplier les chiffres précédents par 1,45 (résultats expérimentaux de Sander, 1963).

Les besoins dans le tertiaire Nous exprimons ces besoins en valeurs journalières. Pour calculer les bilans annuels, il

conviendra d’opérer au prorata des jours de service.

INTERNATS, FOYERS (N = nombre d’occupants) : (3.2.1.) 9 TERECJ = 2,8 x N CASERNES (N= nombre d’occupants) : (3.2.1.) 10 TERECJ = 1,9 x N HOTELS (N4 = nombre de lits, N0 = nombre de salles de bains) : (3.2.1.) 11 TERECJ = 3,4 x N4 + 2,5 x N0 RESTAURATION (N1 = nombre de places assises, N2 = nombre de repas servis par jour)

- restauration d’hôtel : (3.2.1.) 12 TERECJ = 1,45 x N1

- restauration indépendante normale : (3.2.1.) 11 TERECJ = 0,55 x N2


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- restauration rapide : (3.2.1.) 12 TERECJ = 0,15 x N2 CUISINES (N2 = nombre de repas servis par jour)

- cuisine collective avec préparation complète : (3.2.1.) 13 TERECJ = 0,6 x N2

- cuisine collective relais d’une cuisine centrale : (3.2.1.) 14 TERECJ = 0,3 x N2 HOPITAUX (N4 = nombre de lits) : (3.2.1.) 15 TERECJ = 6,0 ± 0,2 x N4 La valeur la plus faible correspondant aux petites cliniques, la plus élevées aux grands hôpitaux. BUREAUX (N = nombre d’occupants) : (3.2.1.) 16 TERECJ = 0,22 x N CENTRES SPORTIFS (N3 = nombre de visiteurs par jour) :

- salles de sports avec douches : (3.2.1.) 17 TERECJ = 3 x N3

- Piscines, avec douches : (3.2.1.) 20 TERECJ = 4 x N3 BUANDERIES (M = kg de linge lavé par jour) : (3.2.1.)21 TERECJ = 40 x M

Les bilans de distribution La distribution d’eau chaude entraîne un certain nombre de pertes. Celles-ci ont lieu (si

nous exceptons la production) par la tuyauterie et les accessoires. Il s’agit donc de définir quelles sont les pertes par tuyauteries. Ces dernières sont deux de types :

- les bras morts - celles en circulation permanente.

PERTES DANS LES BRAS MORTS

Quand on arrête le puisage, l’eau contenue dans le bras mort se refroidit progressivement à une température voisine de celle de l’ambiance. Il y correspond une perte due à ce refroidissement, le volume d’eau ainsi refroidit devant être remplacé par l’eau chaude au puisage suivant. Le rythme des puisages étant généralement faible, les pertes par les parois pendant le puisage sont, de leur côté, faibles. C’est donc le premier phénomène qui est prépondérant, correspondant pour un type de 10 mm de diamètre, avec 3 ou 4 puisages par jour, à une perte de l’ordre de 30 kWh/an par mètre de bras mort.

La plupart du temps, ces pertes sont négligées (on les incorpore subrepticement aux

besoins terminaux). Ceci n’a pas grande importance compte tenu : - de ce que les données ne sont pas strictement précises, - de ce que l’isolation du bras mort ne modifie pas appréciablement le phénomène.

Il ne faut pas étendre toutefois les considérations précédentes aux réseaux à puisage fréquent, par exemple les buanderies.


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PERTES PAR LES BOUCLAGES

Les pertes par les tuyauteries et circulation sont, au contraire, très importantes et méritent d’être analysées en détail. Les schémas à prendre en compte sont ceux de la figure 3.2.1.1.

Figure 3.2.1. 1 - Eléments de calcul des pertes de tuyauteries

La formule traditionnelle de perte de chaleur d’un tube est : (3.2.1.) 22 k x (Tec-Ta) x L [W] k : coefficient de transmission linéique [Wm

-1K

-1],

L : longueur du tube [m] Le coefficient k varie selon le diamètre du tube ainsi que la matière et l’épaisseur d’isolant.

Les pertes annuelles PEREC [kWh/an] peuvent s’écrire : (3.2.1.) 23 PEREC = PERECJ x NJEC PERECJ : pertes quotidiennes moyennes [kWh/j], NJEC : nombre de jours de fonctionnement par an [j/an].

Les pertes quotidiennes moyennes peuvent s’écrire : (3.2.1.) 24 PERECJ = PERUNITJ x LTUB x RATIOEC PERUNITJ : pertes au mètre (voir ci-dessous), LTUB : longueur du tube [m], RATIOEC : ratio de fonctionnement quotidien.

Le ratio de fonctionnement quotidien est la durée quotidienne relative de fonctionnement du service d’eau chaude. Par exemple, si le service est interrompu pendant 6 heures par jour :

RATIOEC = 24

624 − = 0,75

Pour un écart de température de 40 degrés entre l’eau chaude et l’ambiance, la perte

unitaire est donnée par les formules suivantes :

• Tubes nus : (3.2.1.) 25 PERUNITJ = 0,135 + 36 x DTUB [kWh m-1j-1] DTUB : diamètre extérieur du tube, en mètres.


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• Tubes calorifugés (ce qui est très fortement conseillé pour le bouclage)1 :

(3.2.1.) 26 PERUNIT = RISO7,5xDTUB)x(0,0450,72xEISO)(DTUB

25xDTUB)(0,150,72xEISO)(DTUB

+++

++

avec :

(3.2.1.) 27 RISO = LAMBDISO

EISO

EISO : épaisseur du calorifuge [m], LAMBDISO : conductivité thermique du calorifuge [Wm

-1K

-1], pour laquelle on pourra prendre les valeurs suivantes :

- plastique expansé : LAMBDISO = 0,04 ; - caoutchouc cellulaire : LAMBDISO = 0,04 ; - fibres minérales : LAMBDISO = 0,05 ; - autres matériaux ou produits plus particuliers : rechercher des données plus précises.

Si l’écart de température entre l’eau de bouclage et l’ambiance est différent de

40 degrés, on corrigera PERUNITJ au prorata de l’écart. Si l’installation comporte des tronçons de différents diamètres, il est nécessaire de

coter, au moins approximativement, les longueurs correspondantes, et d’étendre la formule (3.2.1.26) à tous ces diamètres.

Besoins de distribution Les besoins de distribution s’obtiendront en sommant les besoins terminaux et les

pertes de distribution :

(3.2.1.) 28 BEDEC = TEREC + PEREC [kWh/an]

Les bilans de production Ces bilans s’établissent de façon tout à fait particulière à chaque situation. Il nous faut

donc examiner chaque grande catégorie séparément. Au paragraphe 1.3, nous avons exprimé ce bilan par la notation :

COPRIMEC = COPEC x BEDEC COPRIMEC : consommation primaire eau chaude [kWh/an], COPEC : coefficient de production eau chaude, BEDEC : besoins de distribution eau chaude [kWh/an]

Cette formulation avait l’ambition d’être très générale, grâce à l’introduction du coefficient COPEC. En réalité, nous allons maintenant effectuer des bilans plus détaillés, qui nous conduirons – dans la majorité des cas – à des formules utilisant des coefficients un peu différents.

Pour étudier sainement les bilans de production, il convient, d’effectuer un calcul dépendant du système utilisé.

(1) La formule (3.3.1) 26 est une formule simplifiée de la formule « exacte » (logarithmique) qui peut être également utilisée.


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Production indirecte La production indirecte de chaleur (par échangeur, ballon, etc.) comporte des pertes

autour des appareils et réservoirs qui se calculent en rapportant les pertes unitaires à la surface :

(3.2.1.) 29 PERPRODEC = PERPRODECJ x NJEC [kWh/an] NJEC : nombre de jours de fonctionnement par an, PERPRODECJ : pertes quotidiennes (kWh/j). Les pertes quotidiennes peuvent s’écrire :

(3.2.1.) 30 PERPRODECJ = PERUNITJ x SURFEC PERUNITJ : pertes unitaires [kWh.m

-2 j

-1],

SURFEC : surface extérieure des échangeurs ou ballons [m2], cette surface étant

supposée baignée par l’eau chaude, ou calorifugée (voir aussi paragraphe 3.3.2 : Pertes de production). On peut écrire, si l’écart entre l’eau et l’ambiance est de 40 degrés :

• Quand le réservoir n’est pas calorifugé : (3.2.1.) 31 PERUNITJ = 9,6 [kWh.m-2.j-1]

• Quand le réservoir est calorifugé :

(3.2.1.) 32 PERUNITJ = 105

012

,

, +RISO [kWh.m-2.j-1]

RISO : donné par la formule 3.2.1.27. Si l’écart de température entre l’eau et l’ambiance est différent de 40 degrés, il faudra modifier PERUNITJ au prorata. Le bilan final s’écrira de la manière suivante : (3.2.1.) 33 COPRIMEC = BEDEC + PERPRODEC

Production directe Si la production directe utilise des résistances électriques, les seules pertes sont celles

des procédés indirects : on appliquera donc les formules précédentes. POMPE A CHALEUR :

Si la production directe utilise une pompe à chaleur, il faudra généralement opérer de la manière suivante :

a) calculer d’abord les besoins de production (PRODEC) par la formule : (3.2.1.) 34 PRODEC = BEDEC + PERPRODEC Avec les calculs précédemment indiqués, PERPRODEC correspond aux pertes superficielles des appareils.


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b) PRODEC correspondant aux besoins au condenseur, la consommation primaire se calculera par la formule : (3.2.1.) 35 COPRIMEC = COPAC x PRODEC COPAC : Coefficient saisonnier de performance de la pompe à chaleur.

Si la production fait appel à un appareil à combustion – que nous supposerons d’abord

limité au service d’eau chaude – il faudra généralement opérer de la manière suivante : a) calculer d’abord les besoins de production (PRODEC) par la formule (3.2.1) 34 ; b) ces besoins correspondant à ce que la chaudière doit fournir à l’eau, la consommation primaire se calculera par la formule : (3.2.1.) 36 COPRIMEC = RENDCO x PRODEC

Les coefficients COPAC (formule 3.2.1) 35 et RENDCO (3.21)36 sont étudiés au

chapitre 7. RÉCUPÉRATION DE CHALEUR / EAU CHAUDE SOLAIRE :

Dans ces deux cas, il faut retrancher des besoins de distribution, les chaleurs

récupérées, et remplacer BEDEC dans toutes les formules du présent paragraphe par BEDECNET, donné par la formule :

(3.2.1.) 37 BEDECNET = BEDEC – RECUPEC RECUPEC : Chaleur annuellement récupérée en [kWh/an]

Le problème des réseaux à distance Dans les ensembles un peu complexes, avec production centralisée d’eau chaude,

l’application des formules précédentes peut donner lieu à quelques difficultés d’interprétation. Voici les conventions d’interprétation que nous proposons :

1. Quand l’eau chaude est décentralisée, par bâtiment (figure 3.2.1.2), les pertes eau chaude ne sont que celles relatives au réseau intérieur (bouclage) et aux échangeurs. 2. Quand l’eau chaude est centralisée avec production mixte (figure 3.2.1.3.), les pertes eau chaude sont celles relatives au réseau intérieur et au réseau extérieur eau chaude. Les pertes en chaufferie centrale sont affectées à la production de chaleur (voir chapitre 7). 3. Quand l’eau chaude est centralisée avec production indépendante (figure 3.2.1.4.), les pertes eau chaude sont celles relatives au réseau intérieur et au réseau extérieur eau chaude. Les pertes en chaufferie centrale sont affectées à la production de chaleur (voir chapitre 7).


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Figure 3.2.1. 2 - Réseau commun au chauffage


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Figure 3.2.1. 3 - Production mixte - Réseau indépendant


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Figure 3.2.1. 4 - Production séparée - Réseau indépendant


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3.2.2 Electricité La production d'eau chaude sanitaire électrique et la distribution sont étudiées aux paragraphes suivants. La décomposition du bilan est donnée à la figure 3.2.2.1. Chacun des paramètres fait l’objet d’indications précises quant à sa détermination ou à son calcul dans la suite de ce chapitre.

LIBELLE CODE INTERVENTION

Besoins terminaux d'ECS [kWh/an] TEREC

sur les utilisations

+

Pertes par les tuyauteries [kWh/an] PEREC sur le calorifuge des tuyauteries

+

Pertes par les ballons [kWh/an] PERPRODEC

sur le calorifuge des ballons

=

Besoins de production [kWh/an] PRODEC

x

Rendement de production [-] COPAC

sur la production

=

Consommation primaire ECS [kWh/an]

COPRIMEC

x

Prix des kWh [FHT] PKWH

sur la tarification

=

Consommation [FHT] FCOPRIMEC

Figure 3.2.2.1. Synthèse du bilan ECS


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Les relevés

• Eau froide L'eau froide, eau potable produite à partir des eaux de rivières et de nappes souterraines, est à une température variable suivant les mois de l'année et suivant la situation géographique. Pour la plupart des régions de France, la température de l'eau froide varie de 5 à 6 [°C] en hiver et de 14 à 15 [°C] en été. C'est pourquoi la température moyenne prise en compte dans les calculs est généralement de 10 [°C]. On s'aperçoit cependant que pour toute la bordure méditerranéenne et la Corse, cette température varie de 9 à 10 [°C] l'hiver et de 18 à 19 [°C] l'été. La moyenne annuelle est alors de 14,5 [°C]. Les formules suivantes pourront donc être corrigées pour tenir compte de cet écart de température.

• Production La production d'eau chaude sanitaire peut être directe ou indirecte. Pour la production directe, dans le cas de l'électricité, les générateurs peuvent être soit à base de résistances, soit à base de pompe à chaleur. Pour la production indirecte, un échangeur intervient. Il est situé entre le fluide primaire et le fluide secondaire, constitué par le circuit d'eau chaude. Le fluide primaire peut être produit par une chaudière électrique (production par chaudières mixtes) ou par des récupérateurs de chaleur sur circuits chauds (condenseur de machine frigorifique) ou encore par des capteurs solaires. Si l'on ajoute que la production peut être à accumulation dans un réservoir de stockage, ou sans accumulation (production instantanée), ou toute autre solution intermédiaire (semi-accumulation ou semi-instantanée), les solutions que l'on peut rencontrer sont en nombre important. Nous n'examinerons que les principaux. • Distribution et bouclage Pour les installations conséquentes, il existe en général, parallèlement au circuit de distribution, un circuit de bouclage (on dit aussi recyclage). L'eau chaude venant du générateur parcourt le circuit de distribution au moment du puisage. S'il n'existe pas de bouclage, à l'arrêt du soutirage, l'eau se refroidit dans les "bras morts". Les bras morts sont acceptables si leur longueur n'est pas trop importante. Ceci explique que le bouclage soit inutile quand la production n'est pas trop éloignée du puisage. La limite peut être fixée à une longueur maximale de 12 m et pour des diamètres de tube inférieurs à 20 mm. Dans le cas de bouclage, la circulation permanente est évidemment une source de pertes. Mais si on voulait l'abandonner, cela entraînerait des temps d'arrivée d'eau chaude longs, assez coûteux, et surtout incompatibles avec le comptage individuel d'une part et le confort d'autre part.


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Figure 3.2.2.2. : Exemple de bouclage ECS

La présence d'un clapet anti-retour sur le bouclage, est conseillée pour éviter toute circulation inverse dans les circuits.

• Traçage électrique Depuis quelques années, on rencontre en remplacement du bouclage, un système appelé "traçage électrique" dont le principe est le suivant.

Figure 3.2.2.3. : Exemple de traçage électrique ECS

Un cordon chauffant constitué d'une résistance électrique est appliqué sur la tuyauterie de distribution ECS, entre le métal et le calorifuge. La tuyauterie de bouclage ECS (voir figure 3.2.2.3) est alors supprimée et avec elle, la pompe de circulation.


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• Mitigeurs manuels Dans le cas de mitigeurs manuels et en présence d'un circuit de bouclage, bien vérifier l'emplacement du piquage du recyclage.

A ne pas faire

Oui

Figure 3.2.2.4. : Mitigeur manuel et bouclage Dans le cas d'un branchement du bouclage en amont de l'eau froide du mitigeur, et lors de petits soutirages, l'eau chaude mitigée est produite à une température trop élevée. Le réglage manuel est prévu pour mélanger un certain débit d'eau à la température de production, avec un certain débit d'eau froide, à 10 °C. Or cette eau froide n'est plus à 10 °C mais varie entre 30 et 45 °C, suivant la température mitigée et le débit soutiré ! Ces problèmes sont évités avec un mitigeur thermostatique sur le départ général.

• Piquage du bouclage Les mesures sur site que nous avons effectuées ont laissé apparaitre trop de dysfonctionnements de la production d'eau chaude sanitaire électrique avec stockage, du fait d'un mauvais raccordement de la boucle de recyclage. En effet, le stockage repose sur le principe de la stratification dans les ballons. Lorsque le ballon est totalement à la température désirée, par exemple 65 °C en fin de période creuse, les soutirages d'eau chaude (piquage en partie haute du ballon) sont compensés par l'introduction d'eau froide, en partie basse du ballon (figure 3.2.2.5). Au cours de la journée, l'eau froide va petit à petit remplacer l'eau chaude, mais sans jamais se mélanger avec celle-ci, sauf dans une petite zone intermédiaire.


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Figure 3.2.2.5. : Stratification dans un ballon de stockage Lorsqu'un bouclage est "piqué" en bas du ballon, on réinjecte de l'eau encore chaude (la chute sur une boucle est d'environ 5 °C) dans de l'eau froide, et on créé un courant qui va avoir tendance à mélanger toute l'eau du ballon et donc à le refroidir. Si le bouclage est "piqué" en haut du ballon, on injecte de l'eau plus froide que celle du stockage dans la partie haute, et on détruit aussi le principe de la stratification. Il est donc préférable de raccorder le retour du bouclage indépendamment du stockage. On installera soit un réchauffeur électrique, soit un stockage indépendant dont le volume est en rapport avec les besoins de la boucle.

Figure 3.2.2.6. : Dissocier bouclage et stockage

•••• Cas de plusieurs ballons de stockage, série ou parallèle Dans le cas où il existe plusieurs ballons de stockage d'ECS, le soutirage (ou l'alimentation) en série ou en parallèle ne posera dilemme que si le volume total de stockage n'est pas utilisé dans la journée. En effet, si la demande d'ECS est variable, cas des hôtels par exemple, avec un soutirage en série, un seul ballon peut parfois suffire aux besoins. La puissance nécessaire au réchauffage est alors de la moitié de la puissance ECS : un seul ballon est mis en route. Cela peut être intéressant dans le cas de délestage. La consommation électrique est identique, que l'on réchauffe deux demis ballons ou un ballon entier, par contre la puissance électrique nécessaire est deux fois plus importante dans le cas du réchauffage de deux demi-ballons. Si tout le volume stocké est nécessaire journellement, que l'on soit en série ou parallèle ne changera ni la consommation ni la puissance électrique.


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Avec des ballons en parallèle, il est nécessaire d'équilibrer hydrauliquement les circuits pour éviter qu'un ballon soit vidé plus rapidement que les autres. Dans le cas contraire, on obtient de l'eau mitigée dès qu'un ballon est vide. On préférera ainsi le branchement en série d'autant plus qu'il n'existe dans ce cas qu'une seule zone de transfert entre l'eau chaude et l'eau froide. • Pompe de brassage L'intérêt d'une pompe de brassage, dans le cas de ballons de stockage multiples, est d'homogéiniser la température en fin de chauffe. Il est important de vérifier que cette pompe fonctionne uniquement en fin de période creuse. L'horloge de programmation doit être parfaitement réglée.

• Traitement de l'eau On parle d'adoucisseur d'eau pour le traitement de l'eau froide entrant dans les ballons d'ECS. Plusieurs systèmes sont utilisés. Le plus souvent l'eau est traitée par des sels adoucisseurs ou des appareils électriques à électrolyse. Le traitement est réalisé au cours du soutirage. Lorsque le soutirage est trop important on trouve des systèmes d'électrolyse dans les ballons eux-mêmes. Les résidus sont récupérés dans un pot à boues. Il faut pour cela mettre l'eau des ballons en circulation. Attention au fonctionnement de cette pompe qui doit se faire en fin de période de réchauffage.


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RECAPITULATIF

RELEVES EAU CHAUDE SANITAIRE Sur la production : - vérifier la présence de l'automate tarifaire pour production en heures creuses et son

fonctionnement, - relever la taille du ballon ; hauteur/diamètre, ou sa contenance sur la plaque

signalétique, - relever la puissance électrique sur la plaque signalétique également - connaître l'âge du ballon - vérifier en "sonnant" l'enveloppe, qu'il y a bien un calorifugeage. Si c'est une

jaquette rapportée noter la nature de l'isolant et son épaisseur, - relever la température de départ, - noter la présence d'un compteur sur l'alimentation en eau froide du service de

production ECS, - demander les consommations annuelles d'eau chaude sanitaire, ou à défaut (s'il n'y

a pas de compteur) interroger sur l'utilisation de l'ECS, Sur la distribution et le bouclage :

- noter le parcours des tuyauteries ou mesurer la longueur, - relever la nature et l'épaisseur du calorifuge, - relever les diamètres de la distribution et du bouclage au départ et en fin de circuit,

pour déterminer un diamètre moyen, - relever les caractéristiques du circulateur de bouclage, - noter s'il existe un mitigeur manuel ou thermostatique. Les questions à se poser :

- le stockage est-il adapté aux besoins ? - le tarif électrique est-il adapté à l'utilisation ? - existe-t-il un comptage électrique séparé ? - le calorifuge est-il suffisant, en bon état ?


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Consommation d’énergie La consommation primaire d'eau chaude sanitaire COPRIMEC, se décompose en besoins terminaux TEREC, en pertes par la distribution PEREC, et en pertes par la production PERPRODEC. (3.2.2) 1 COPRIMEC = TEREC + PEREC + PERPRODEC [kWh/an] On verra à la fin de ce paragraphe, qu'avec une production par pompe à chaleur, un coefficient de réduction viendra affecter chaque poste et qu'en cas de récupération de chaleur, une minoration affectera les besoins terminaux. Les besoins terminaux d'eau chaude Les besoins terminaux annuels d'eau chaude sanitaire TEREC, exprimés en kWh/an, peuvent s'écrire : (3.2.2) 2 TEREC = TERECJ x NJEC TERECJ : consommation terminale quotidienne moyenne [kWh/j], NJEC : nombre de jours de consommation d'eau chaude par an [j/an]. Pour les logements et les bureaux, on considérera 335 jours (tous les occupants sont absents pendant environ 1 mois d'été), pour l'enseignement on considérera 255 jours. La consommation réelle sera préférée chaque fois qu'elle existe (présence d'un compteur). Exprimée en mètres cube d'eau, on obtient alors TEREC par la formule suivante : (3.2.2) 3 TEREC = CONSO x 1,163 x (TEC - TEF) [kWh/an] CONSO : consommation annuelle d'eau chaude en m

3

TEC : température de production d'eau chaude en ° C

TEF : température de l'arrivée d'eau froide en °C

Toutes les formules à utiliser pour déterminer les besoins d’eau chaude sanitaire sont identiques à celles qui ont été données dans le paragraphe 3.2.1. Les pertes par la distribution Toutes les formules à utiliser pour déterminer les pertes par distribution d’eau chaude sanitaire sont identiques à celles qui ont été données dans le paragraphe 3.2.1. Le traçage électrique de la tuyauterie de distribution d’ECS est souvent utilisé dans le cas d’une production électrique, ne serait-ce que pour éviter de refroidir le ballon de stockage par un bouclage classique. Dans ce cas, le calcul des pertes est examiné ci-après. Enfin, le stockage d’ECS permet de s’affranchir des réseaux de distribution en caniveaux, car les productions sont réalisées le lus près possible de l’utilisation.


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TRAÇAGE Dans le cas d'utilisation de rubans chauffants, on ne trouvera que la tuyauterie de distribution d'eau chaude (pas de tuyauterie de bouclage). Ses pertes calorifiques sont alors compensées par le ruban électrique, sauf pendant le temps où les soutirages importants ne nécessitent pas de réchauffage. Des tests réalisés par les fabricants ont montré que 70 % des pertes de la tuyauterie sont compensées par le cordon électrique et 30 % par le système de production d'eau chaude. S'agissant d'électricité dans les deux cas, on simplifiera le système en considérant que l'énergie nécessaire au traçage correspond aux pertes thermiques de la tuyauterie de distribution d'eau chaude. RESEAUX A DISTANCE Un des avantages de la production d'eau chaude sanitaire par l'électricité est qu'elle peut être réalisée au plus près de l'utilisation. On ne multipliera pas les productions à l'infini, car les pertes par stockage deviendraient prépondérantes, mais on ne devrait pas rencontrer de réseaux de distribution entre bâtiments trop distants. Si le cas est rencontré malgré tout, les pertes par le bouclage en caniveau seront calculées grâce à la formule 3.2.1.24., où PERUNITJ sera corrigé au prorata de l'écart de température entre l'eau de bouclage et l'ambiance si celui-ci est différent de 40. Les pertes de production Toutes les formules à utiliser pour déterminer les pertes de production d’eau chaude sanitaire sont identiques à celles qui ont été données dans le paragraphe 3.2.1. Lorsqu’il s’agit de pertes de stockage d’ECS, il est nécessaire de connaître la surface extérieure des ballons. La plupart du temps, le volume (utile) du chauffe-eau ou du ballon, est mieux connu que sa surface. Bien qu'il n'y ait pas une relation stricte entre les deux, on fait généralement peu d'erreur en utilisant la formule suivante : VOLEC ≤ 1 [m3] : SURFEC = 1 + 3 x VOLEC (3.2.2) 33 1 < VOLEC ≤ 2 [m3] : SURFEC = 2 + 2 x VOLEC 2 < VOLEC < 3 [m3] : SURFEC = 2 + 4 x VOLEC SURFEC :surface du ballon [m²], VOLEC :volume (interne) du ballon [m

3].


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Bilan financier d’exploitation La difficulté d'établir un bilan financier réside dans le fait qu'il existe une part fixe d'abonnement, et surtout des prix de kWh variables en fonction du tarif, des heures de la journée, et des mois de l'année. L'étude étant menée pour un bâtiment (c'est-à-dire un abonné et un compteur électrique) elle regroupe les différents usages, chauffage, eau chaude sanitaire, éclairage... Le calcul de la consommation globale en francs regroupera tous ces postes. La seule façon de déterminer des économies financières est de réaliser le bilan financier complet avant et après intervention. De ce fait, les consommations calculées précédemment (formules 3.2.2.1. à 3.2.2.36.) doivent être réparties sur les heures de la journée et sur les mois de l'année pour leur faire correspondre un prix de kWh adapté.

A - EAU CHAUDE SANITAIRE ELECTRIQUE A ACCUMULATION Bien que la consommation annuelle d'eau chaude ne se répartisse pas uniformément sur les différents mois de l'année, nous nous permettrons cette simplification. Dans le cas d'une production électrique par accumulation, l'eau est réchauffée pendant les 8 heures creuses journalières propres à tous les doubles tarifs, et qui se répartissent sur 5 mois d'hiver et 7 mois d'été. TARIF JAUNE ET TARIF VERT . Logements et bureaux : (3.2.2) 37 FCOPRIMEC = COPRIMEC x (0,452 PKHCH + 0,548 PKHCE FCOPRIMEC : consommation primaire d'eau chaude en FHT/an COPRIMEC : consommation primaire d'eau chaude en kWh/an PKHCH : prix hors taxes du kWh en heures creuses d'hiver PKHCE : prix hors taxes du kWh en heures creuses d'été . Enseignement : (3.2.2) 38 FCOPRIMEC = COPRIMEC x (0,48 PKHCH + 0,52 PKHCE) . Etablissements de soins et hôtels : (3.2.2) 39 FCOPRIMEC = COPRIMEC x (0,414 PKCHC + 0,586 PKHCE) CAS DU TRACAGE ELECTRIQUE

Dans le cas d'un traçage électrique, les pertes par la tuyauterie ne sont pas réchauffées uniquement pendant les heures creuses, mais tout au long de la journée. Dans la formule précédente, il faut sortir de COPRIMEC, les pertes de distribution PEREC. Les formules 3.2.2.37 à 3.2.2.39 deviennent donc :


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TARIF JAUNE

. Logements et bureaux : (3.2.2) 40 FCOPRIMEC = (TEREC + PERPRODEC) x (0,452 PKHCH + 0,548 PKHCE)

+ PEREC x (0,138 PKHCH + 0,276 PKHPH + 0,195 PKHCE + 0,391 PKHPE)

TEREC : Besoins terminaux d'eau chaude en kWh/an PERPRODEC : Pertes par production en kWh/an PEREC : Pertes de distribution en kWh/an PKHPH : Prix HT du kWh en heures pleines d'hiver PKHPE : Prix HT du kWh en heures pleines d'été . Enseignement : (3.2.2) 41 FCOPRIMEC = (TEREC + PERPRODEC) x (0,48 PKHCH + 0,52 PKHCE) . Etablissements de soins et hôtels : (3.2.2) 42 FCOPRIMEC = (TEREC + PERPRODEC) x (0,414 PKHCH + 0,586 PKHCE)

+ PEREC x (0,138 PKHCH + 0,276 PKHPH + 0,195 PKHCE + 0,391 PKHPE)

TARIF VERT . Logements et bureaux : (3.2.2) 43 FCOPRIMEC = (TEREC + PERPRODEC) x (0,452 PKHCH + 0,548 PKHCE)

+ PEREC x (0,036 PKP + 0,202 PKHPH + 0,176 PKHCE + 0,335 PKHPE + 0,251 PKHCE)

PKP : Prix HT du kWh en pointe . Enseignement : (3.2.2) 44 FCOPRIMEC = (TEREC + PERPRODEC) x (0,48 PKHCH + 0,52 PKHCE)

+ PEREC x (0,036 PKP + 0,202 PKHPH + 0,176 PKHCE + 0,335 PKHPE + 0,251 PKHCE)

. Etablissements de soins et hôtels : (3.2.2) 45 FCOPRIMEC = (TEREC + PERPRODEC) x (0,414 PKHCH + 0,586 PKHCE)

+ PEREC x (0,036 PKP + 0,202 PKHPH + 0,176 PKHCH + 0,335 PKHPE + 0,251 PKHCE)

CAS DU RECHAUFFEUR DE BOUCLE

Dans le cas d'un bouclage équipé d'un réchauffeur de boucle, on applique exactement les formules (3.2.2.40 à 3.2.2.45). Il faut ressortir PEREC mais dans ce cas les pertes correspondent aux deux tuyauteries : distribution et bouclage d'eau chaude.


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B - EAU CHAUDE SANITAIRE ELECTRIQUE SANS ACCUMULATION Il s'agit de production instantanée ou avec stockage mais fonctionnant sans accumulation de nuit. Les mesures sur site que nous avons effectuées pour cette étude ont montré que bien souvent, dès que le stockage présente quelques dysfonctionnements, l'utilisateur déconnecte le relais tarifaire et l'installation fonctionne avec une production sur 24 heures. Par exemple, un bouclage piqué sur le ballon de stockage donne des périodes de fonctionnement en dents de scie très régulières ! Si l'on met à part les utilisations très particulières, en absence d'accumulation, le réchauffage de l'eau se produit anarchiquement mais surtout après les utilisations importantes qui ont lieu le jour plutôt que la nuit. On considère dans la méthode qu'un quart du réchauffage se produit la nuit et trois quart pendant la journée. Le bilan financier s'établit alors comme suit : TARIF JAUNE . Logements et bureaux : (3.2.2) 46 FCOPRIMEC =COPRIMEC x (0,14 PKHCH + 0,341 PKHPH + 0,136 PKHCE

+ 0,409 PKHPE) FCOPRIMEC : Consommation primaire d'eau chaude en FHT/an COPRIMEC : Consommation primaire d'eau chaude en kWh/an PKHCH : Prix hors taxes du kWh en heures creuses d'hiver PKHPH : Prix hors taxes du kWh en heures pleines d'hiver PKHCE : Prix hors taxes du kWh en heures creuses d'été PKHPE : Prix hors taxes du kWh en heures pleines d'été . Enseignement : (3.2.2) 47 FCOPRIMEC = COPRIMEC x (0,12 PKHCH + 0,36 PKHPH + 0,13 PKHCE + 0,39

PKHPE) . Etablissements de soins et hôtels : 3.2.2) 48 FCOPRIMEC = COPRIMEC x (0,104 PKHCH + 0,313 PKHPH + 0,145 PKHCE

+ 0,438 PKHPE)


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TARIF VERT Dans ce cas il faut tenir compte du fonctionnement pendant les heures de pointe, estimé à 2 heures sur les 4 heures journalières. . Logements et bureaux : (3.2.2) 49 FCOPRIMEC = COPRIMEC x (0,043 PKP + 0,298 PKHPH + 0,114 PKHCH

+ 0,409 PKHPE + 0,136 PKHCE) PKP : Prix hors taxes du kWh pointe . Enseignement : (3.2.2) 50 FCOPRIMEC = COPRIMEC x (0,045 PKP + 0,315 PKHPH + 0,12 PKHCH

+ 0,39 PKHPE + 0,13 PKHCE) . Etablissements de soins et hôtels : (3.2.2) 51 FCOPRIMEC = COPRIMEC x (0,039 PKP + 0,274 PKHPH + 0,104 HCH + 0,438 HPE + 0,145 HCE)


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3.3 LES INTERVENTIONS SUR L’EAU CHAUDE

3.3.1 Combustible Les éléments de base

Il est aisé de classer les interventions sur l’eau chaude en 5 familles essentielles : la réduction des températures d’eau, la réduction des débits consommés, la réduction des pertes de chaleur, l’augmentation des rendements de production, l’utilisation des chaleurs gratuites ou la récupération de chaleur. REDUCTION DES TEMPERATURES

Les températures de distribution sont généralement de l’ordre de 50 à 65°C. Pour la vaisselle et la stérilisation, il faut une température de 70°C ou plus. Mais il serait anormal de se plier aux usages les plus exigeants, et il peut être intéressant de déconnecter les usages très chauds et d’utiliser une production ou un complément de production localisé. La production des usages comportant un mélange, la réduction de température de distribution n’entraîne pas normalement de réduction des besoins terminaux. S l’on descend au-dessous de 50-55°C, on constate même parfois le contraire. La réduction de température a donc surtout pour objet de réduire les pertes de chaleur dans les appareils et les circuits (PEREC et PERPRODEC). REDUCTION DES DEBITS

L’utilisateur final ajustant lui-même les débits, il est généralement difficile de modifier les usages terminaux (TEREC). Sauf sur trois points : - en utilisant des robinetteries spéciales sur les usages du type douche ou lavage des mains, - en évitant les gaspillages d’utilisation liés à la négligence (exemple : robinets à fermeture automatique sur certains postes), - en réparant régulièrement les fuites (robinets, garnitures de pompes) ou en tenant de les amoindrir par un réducteur de pression. La majorité des mesures concerne aussi bien l’eau froide que l’eau chaude, mais il est très difficile de mesurer l’économie sans observer les gaspillages et les fuites. Ce qui peut demander une observation un peu prolongée, souvent peu compatible avec la durée limitée d’un relevé. Mais si le diagnostiqueur peut préciser les débits et températures, il lui sera possible de prévoir l’économie par la relation simple suivante : (3.3.1) 1 TEREC1 = TEREC0 - 0,42 x DEBFU x (TEMPFU - 10) TEREC1 : besoins terminaux après intervention [kWh/an], TEREC0 : besoins terminaux avant intervention [kWh/an], DEBFU : débit de fuite en litres par jour, TEMPFU : température moyenne de fuite [°C]. REDUCTION DES PERTES DE CHALEUR Les pertes de chaleur ont été longuement commentées au paragraphe 3.2. Le moyen essentiel de les réduire – outre l’abaissement de température (voir plus haut) – c’est l’isolation thermique des appareils et tuyauteries. Les calculs correspondants sont indiqués au paragraphe 3.2.


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AUGMENTATION DES RENDEMENTS DE PRODUCTION La plupart des interventions que l’on peut faire sont classées ici avec la production de chaleur, c’est-à-dire au paragraphe 7.3 qui détaille les moyens et résultats de ces améliorations. Nous noterons néanmoins ici les différentes interventions qui consistent : a) soit à changer de générateur : - pour un générateur à meilleur rendement (de combustion), - pour une pompe à chaleur ; b) soit à séparer les productions de chaleur chauffage – eau chaude : - en installant un générateur d’eau chaude indépendant pour l’été, - ou en installant un générateur d’eau chaude indépendant toute l’année. Les deux catégories ci-dessus (a et b) peuvent d’ailleurs être couplées. Les différences de consommations proviendront des différents rendements. Ces rendements sont indiqués au chapitre 7. RECOURS AUX CHALEURS GRATUITES La récupération de chaleur peut se faire sur de multiples sources : eaux usées (exemple : laverie), condensats de vapeur, condenseurs frigorifiques, fumées de chaudière, incinérateurs, échappement de moteurs, à partir de l’énergie solaire ou éolienne, etc. A chaque fois, il est très difficile de faire un bilan si l’on ne procède pas à une préétude ne pouvant relever de données simples. Dans le cas de l’énergie solaire, par exemple, il faut étudier l’économie en fonction du matériel envisagé. Selon les cas, et les demandes, le diagnostic pourra – ou non – comporter une ou plusieurs de ces études particulières, dont l’examen ne relève pas du présent guide. LA REDUCTION DES PERTES DE CHALEUR En adoptant les valeurs indiquées au paragraphe 3.2, il est aisé de calculer les résultats obtenus après calorifugeage des tuyauteries et des ballons, ou échangeurs. LES AMELIORATIONS DE PRODUCTION Ces améliorations sont examinées au paragraphe 7.3.


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3.3.2 Electricité Il est aisé de classer les interventions sur l'eau chaude en 7 familles essentielles : la réduction des températures d'eau, la réduction des débits consommés, la réduction des pertes de chaleur, l'adaptation du tarif électrique, l'utilisation des chaleurs gratuites ou la récupération de chaleur, le remplacement de matériel et le comptage.

Réduction des températures Les températures de distribution sont généralement de l'ordre de 50 à 65 °C. Pour la vaisselle, il faut une température de 70 °C ou plus. Mais il serait anormal de se plier aux usages les plus exigeants, et il peut être intéressant de déconnecter les usages très chauds, et d'utiliser une production ou un complément de production localisé. La production des usages comportant un mélange, la réduction de température de distribution n'entraîne pas normalement de réduction des besoins terminaux. Si l'on descend au-dessous de 50-55 °C, on constate même parfois le contraire. La réduction de température a donc surtout pour objet de réduire les pertes de chaleur dans les appareils et les circuits (PERPRODEC et PEREC). Réduction des débits L'utilisateur final ajustant lui-même les débits, il est généralement difficile de modifier les usages terminaux (TEREC), sauf sur trois points : - en utilisant des robinetteries spéciales sur les usages du type douche ou lavage des mains, - en évitant les gaspillages d'utilisation liés à la négligence : installer des robinets à fermeture

automatique sur certains postes, - en réparant régulièrement les fuites (robinets, garnitures de pompe) ou en tentant de les

amoindrir par un réducteur de pression. La majorité des mesures concerne aussi bien l'eau froide que l'eau chaude, mais il est très difficile de mesurer l'économie sans observer les gaspillages et les fuites, ce qui exige une observation prolongée, souvent peu compatible avec la durée limitée d'un relevé. Mais si le diagnostiqueur peut préciser les débits et températures, il lui sera possible de prévoir l'économie par la relation simple suivante : (3.3.2.) 1 TEREC1 = TEREC0 - (0,42 x DEBFU x (TEMPFU - 10)) TEREC1 : besoins terminaux après intervention [kWh/an], TEREC0 : besoins terminaux avant intervention [kWh/an], DEBFU : débit de fuite en litres par jour,

TEMPFU : température moyenne de fuite [°C].


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Réduction des pertes de chaleur Les pertes de chaleur on été longuement commentées au paragraphe 3.2. Le moyen essentiel de les réduire - outre l'abaissement de température (voir plus haut) - c'est l'isolation thermique des appareils et tuyauteries, et le remplacement du calorifuge usagé. Chaque fois que les tuyauteries de distribution sont de longueur importante, il faut étudier le remplacement de la production centralisée par des petits chauffe-eau de 30 litres directement installés sur le point de puisage. Adaptation du tarif électrique Généralement la production d'eau chaude sanitaire n'est pas la seule utilisation rattachée au poste de comptage EDF. Si l'on fait varier un point important de la consommation, ou la répartition sur les périodes tarifaires, il est judicieux de simuler la nouvelle facturation annuelle avec un tableur adapté. En cas de possibilité d'évolution à la baisse, un nouveau tarif sera négocié avec EDF. Recours aux chaleurs gratuites La récupération de chaleur peut se faire sur de multiples sources : eaux usées (exemple : laverie), condensats de vapeur, condenseurs frigorifiques, fumées de chaudière, incinérateurs, échappement de moteurs, à partir de l'énergie solaire ou éolienne, etc. A chaque fois, il est très difficile de faire un bilan si l'on ne procède pas à une préétude ne pouvant relever de données simples. Dans le cas de l'énergie solaire, par exemple, il faut étudier l'économie en fonction du matériel envisagé. Selon les cas, et les demandes, le diagnostic pourra -ou non- comporter une ou plusieurs de ces études particulières, dont l'examen ne relève pas du présent guide. Remplacement du matériel Le remplacement du matériel usagé est bien sûr préconisé, mais il s'agit également de remplacer le matériel inadapté (stockage insuffisant par exemple). La puissance à prévoir pour un chauffe-eau électrique à accumulation est d’environ 12 W par litre de stockage. Il est préférable d’installer des appareils verticaux dont la constante de refroidissement est meilleure que celle des appareils horizontaux. Pour les appareils verticaux, préférer des appareils de catégorie B dont les pertes sont moins importantes que celles des appareils de catégorie A. Le calorifuge est plus performant.

Catégorie B vertical

Chauffe-eau actuel Economie [kWh/an] (*) Hors catégorie 2 000 Horizontal 1 880 Catégorie A 350

(*) Ces valeurs découlent des constantes de refroidissement d’un stockage de 1000 litres. Une extrapolation peut-être réalisée pour des chauffe-eau de 500 à 1500 litres.

Figure 3.3.2. 1. Economie par installation d’un chauffe-eau vertical de catégorie B (pour 1000 l)


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Comptage Le comptage de l'eau chaude permet un suivi des consommations, et la détection rapide des incidents que sont surtout les fuites. Un compteur divisionnaire électrique peut également être préconisé lorsque la production est importante. Si l'on connait la température de production, le rendement de l'installation peut ainsi être calculé pour quantifier les pertes de stockage et de distribution.


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RECAPITULATIF

INTERVENTIONS EAU CHAUDE SANITAIRE

Sur la tarification - Autorisation de marche par horloge tarifaire - Accumulation de nuit - Fonctionnement du brassage en fin de période nuit Sur la production - Abaissement de la température de production - Détartrage des épingles chauffantes - Calorifugeage des ballons - Adaptation du stockage aux besoins - Décentralisation suivant les usages ou les principes - Comptage eau froide du ballon ECS - Comptage électrique - Remplacement des appareils vétustes - Systèmes de récupération de chaleur Sur la distribution

- Calorifugeage des tuyauteries - Remplacement du bouclage par le traçage - Séparation du réchauffage de la boucle - Température de boucle autorisée pendant l'inutilisation - Pose d'un mitigeur thermostatique au départ - Production terminale ou décentralisée


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Instrumentation L'instrumentation est toujours utile pour vérifier le fonctionnement d'une installation, ou simplement pour "l'imaginer"! En effet, le fonctionnement "projeté" n'est pas toujours le fonctionnement réel. L'instrumentation que nous proposons peut être réalisée en tout ou partie, et elle peut être définitive (cas d'une Gestion Technique Centralisée) ou temporaire (quelques semaines pour voir "vivre" l'installation). On parle d'enregistrements et non de mesures, car à moins de rester 24 heures sur 24 devant des afficheurs, on ne connaît pas, avec des mesures, l'évolution des paramètres. Les valeurs à enregistrer sont, dans un ordre croissant d'intérêt :

- consommation d’eau par compteur volumétrique à impulsions sur l'arrivée d'eau froide alimentant les ballons d'eau chaude. Il faut prendre toutes les précautions nécessaires pour le choix de ce compteur (température d'utilisation, débit nominal de soutirage,...) et pour le choix de son emplacement (longueur droite suffisante) - température de départ ECS, - consommation électrique par compteur à impulsions sur l'alimentation électrique des ballons, - température de stockage, - température du bouclage, - température de l'eau froide.

Les trois premiers types d’enregistrements cités sont les plus importants. Le compteur d'eau permet de connaître les quantités d'eau consommées. Lorsqu'il est équipé d'un émetteur d'impulsions (1 impulsion tous les litres ou tous les 10 litres...), une scrutation suivant un pas régulier permet de noter les pointes, les fuites d'eau, etc... Il est possible d'intervenir rapidement en cas de défaut sur la distribution. La température de départ ECS permet de noter les dysfonctionnements intervenant sur la production. Le compteur électrique permet de vérifier la répétitivité des consommations. Lorsqu'il est équipé d'un émetteur d'impulsions il permet de vérifier que le fonctionnement est bien réalisé en heures creuses par exemple. Pour le diagnostic, on se servira des instruments en place, mais c'est surtout l'analyseur électrique qui va permettre l'auscultation de l'installation. Les enregistrements de la puissance transcrits en graphiques en fonction de l'heure font état des périodes de marche et d'arrêt. Le décalage d'une période d'heures creuses vers la période d'heures pleines n'est pas inhabituel lorsque le compteur général n'est pas électronique ou de façon générale lorsqu'il n'y a pas d'asservissement.


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Quelques ratios Nous tenons à préciser en introduction que l'utilisation de ratios est parfois source d'erreurs graves. L'idéal est, sans aucun doute, de pouvoir réaliser des mesures et des enregistrements sur les installations. Les consommations d'eau chaude sont les suivantes : CoSTIC : (Guide Diagnostic Thermique 1987) Logement 3 P : 130 l/j. logement (avec 3 personnes) Dans le cas d'absence de comptage, majorer de 45 % Internats : 60 l/j. occupant Casernes : 40 l/j. occupant Hôtels (**) : 125 l/j. lit occupé Restaurants : 12 l/repas Cuisines collectives : 13 l/repas Hôpitaux : 130 l/j. lit Bureaux : 5 l/j. personne Salles de sports : 65 l/visiteur Piscines : 86 l/visiteur AICVF : (Guide ECS 1991) Logement 1 P : 75 l/j. soit 1020 kWh/an Logement 2 P : 105 l/j. soit 1420 kWh/an Logement 3 P : 150 l/j. soit 1930 kWh/an Logement 4 P : 180 l/j. soit 2440 kWh/an Logement 5 P : 240 l/j. Hôtels (*) : 75 l/j. chambre Hôtels (***) : 135 l/j. chambre Internat : 35 l/j. lit Cantine : 9 l/j. repas Hôpitaux : 55 l/j. lit


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Règlementation

Lors de la réalisation d'une installation de production et de distribution d'eau chaude sanitaire, les réglementations à appliquer sont nombreuses. Nous allons essayer d'en faire ici un bref "inventaire". Ces réglementations peuvent se diviser en quatre familles : - installations sanitaires, - installations de plomberie, - installations énergétiques, - économies d'énergie.

Les textes cités ci-après étant de nature différente dans leur contenu et dans leurs modalités d'application, on peut distinguer :

- les lois, décrets, arrêtés dont l'application est obligatoire, - les textes dont l'application n'est obligatoire que s'ils sont homologués par un décret ou

un arrêté ou s'ils sont explicitement cités dans le cahier des charges tels que les circulaires, les normes, les DTU (cahier des charges et règles de calcul), les avis techniques sur les matériaux et matériels, etc...

En fait, ces documents représentant les règles de l'art, il est préférable, dans tous les

cas de suivre leurs prescriptions, les experts et les tribunaux se référant généralement à eux.

Installations sanitaires

La réglementation relative aux installations sanitaires peut se décomposer de la manière suivante :

- réglementation relative à l'hygiène qui relève du règlement sanitaire départemental type,

- réglementation relative aux installations sanitaires par catégorie de locaux. Installations de plomberie

Les normes dans ce domaine sont très nombreuses et peut les regrouper en quatre groupes : - NFC 73 100 à 73 235 - Appareils électrodomestiques et leurs accessoires, - NFE 29 141 à 21 149 - Robinetterie du bâtiment, - NFE 44 001 à 44 290 - Pompes hydrauliques, - NPE 41 201 à 41 204 - Code des conditions minimales d'exécution des travaux de

plomberie et installations sanitaires urbaines.

A ces normes, il faut ajouter le DTU 60-1, Cahier des charges applicables aux travaux de plomberie sanitaire pour les bâtiments à usage d'habitation, qui est le principal document à connaître pour réaliser une installation de distribution d'eau chaude correcte, ainsi que le règlement départemental type qui définit les exigences relatives à l'hygiène.

Enfin, il faut citer l'arrêté du 23 juin 1978 qui fixe les puissances, les températures et la pression des installations fixes destinées au chauffage et à l'alimentation en eau chaude des bâtiments.


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Installations énergétiques

Toutes les installations électriques devront être conformes à la norme NF C 15-100 "Exécution et entretien des installations électriques de première catégorie".

A cette norme, véritable "bible" de l'électricité, il faut ajouter pour les logements le DTU

70-1 "Installations électriques des bâtiments à usage d'habitation, le DTU 70-2 "Installations électriques des bâtiments à usage collectif, bureaux, assimilés, bloc sanitaires et garages".

Economies d'énergie

Depuis le 29 octobre 1974, la réglementation demande que les installations soient conçues et réalisée de manière à pouvoir déterminer les quantités de chaleur (dans le présent, le volume d'eau chaude) fournies à chaque local occupé à titre privatif.

Le texte le plus récent et reprenant quasiment l'ensemble de la législation est le décret n° 79-1232 du 31.12.1979.


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3.3.3 Eau chaude sanitaire solaire Comme nous l’avons vu précédemment à propos des énergies naturelles (voir paragraphe 2.5.), l’application majeure de la conversion solaire thermique concerne en France, la production d’eau chaude sanitaire. Les systèmes d’eau chaude sanitaire solaire sont décrits au paragraphe 7.1. La méthode de calcul des économies apportées par le recours à l’énergie solaire est explicitée au paragraphe 7.3.


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BIBLIOGRAPHIE [1] Guide de Diagnostic Thermique - 1987 AFME chez EYROLLES [2] QUALITA N° 35 - Octobre 1993 [3] Documents tarification - CFE [4] Guides sectoriels AICVF (Bureaux) [5] Cahier du CSTB n° 205 [6] 300 questions pratiques d'électricité dans le bâtiment CEGIBAT Le Moniteur 1992 [7] DTU Avril 1982 - Règles TH Q77. Mise à jour du calcul du coefficient G des logements [8] Consommation électrique des auxiliaires pour le chauffage, l'eau chaude sanitaire et la

ventilation - CoSTIC/EdF [9] Chauffage et conditionnement électriques des locaux. Roland WOLF chez EYROLLES - 1974. [10] Guide ECS - AICVF - PYC EDITION 1991 [11] Kit India - LC ECS (CoSTIC)


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