OSENon
La Maison à Energie Minimum
Ce document décrit une
installation d’eau chaude sanitaire domestique performante par chauffe-eau électrique à accumulation tout
à fait standard ; tous ceux qui veulent
améliorer leur confort et réduire leurs consommations et dépenses d’énergie,
peuvent s’en inspirer.
La production d’eau chaude étant utilisée presque 365 jours / an – contre environ 221 jours par an pour le chauffage – il y a
donc lieu de ne pas en négliger l’impact sur votre facture car le coût
est du même ordre que le coût du
chauffage dans une maison bien isolée. En effet, avec les progrès de
l’isolation thermique -mais surtout de la
règlementation - le budget chauffage diminue dans le temps, alors que le
budget eau chaude aurait tendance, lui, à augmenter avec les progrès de
l’hygiène.
Le chauffe-eau électrique à accumulation étant un équipement très
courant, le coût d’acquisition est
faible - environ un Euro TTC / litre
- par contre le coût d’utilisation annuelle sera bien supérieur à celui-ci ; pour une durée de vie de 20 années, les coûts de l’énergie
seront de l’ordre de 30 à 50 fois le prix d’acquisition, donc c’est le coût d’utilisation
qui doit faire l’objet de toute votre attention.
Rendement : on le définira comme le ratio
entre l’énergie Utile, pour produire
l’eau chaude, et l’énergie Totale Consommée, donc payée (la différence
étant les pertes) ; on recherchera le rendement maximum pour dépenser le
minimum. Par contre les pertes récupérées pour le chauffage quand il y a lieu
ne seront pas considérées comme pertes.
kWh : unité énergie
correspondant à la consommation d’un appareil électrique de puissance un kW durant une heure ; pour les calculs
économiques nous considèrerons un coût de 15 centimes / kWh (soit environ le
tarif régulé domestique de base hors
abonnement).
Volume chauffé / non chauffé : le volume chauffé est le
volume avec un dispositif de
chauffage fonctionnant en permanence en période hivernale; à contrario les
annexes comme un garage sont dans le volume non chauffé (ou la température est donc plus basse).Toute
dissipation d’énergie dans le volume chauffé participe au chauffage de celui-ci
et, est donc utile.
Un chauffe-eau électrique, même bien isolé, pourra avoir un rendement
faible, voire très faible (moins de 50 %), si son installation n’a pas été bien pensée ; en effet les pertes
énergétiques sont de deux types :
·
Pertes de chaleur des parois du réservoir.
·
Pertes de chaleur du contenu des tuyauteries qui doivent être
vidées avant l’arrivée de l’eau chaude au point de puisage.
Note : ces pertes sont considérées comme nulles durant la période de chauffe quand le chauffe-eau
est installé dans une pièce chauffée (car utilisées pour le chauffage de
la pièce) ; par contre elles seront prises en compte dans le cas du
chauffe-eau hors volume chauffé.
Les calculs seront menés pour une production journalière (moyenne
annuelle pour 2 personnes) de 80 L d’eau à 45°C à partir d’eau à 10°C sur 335
jours (30 jours de vacances) ; mais
le chauffe-eau reste en marche -sous
tension- durant 365 jours ; le
thermostat du chauffe-eau est réglé à 60°C.
Le coût unitaire du kWh sera considéré à 0.15 € (tarif de base) et pour le m3 d’eau froide 4 €.
Le chauffe-eau est installé
dans le volume chauffé, et ceci
va permettre de considérer que les pertes par les parois et les pertes par les
tuyaux ne sont pas perdues mais utilisées pour le chauffage de la pièce en
période de chauffe soit 60% du temps (221 jours sur 365).
Elles sont données par les
constructeurs- mais sont très voisines -
en fonction du volume et pour des températures de référence
soit 20°C pour la pièce et 60°C pour l’eau : 1.51 kWh / 24 h pour un
appareil à isolation standard de 200L
(=1.7x (60-20)/ (65-20), 1.7 étant la valeur constructeur donnée pour
65°C).
Les pertes annuelles durant
365 jours seront donc de 551
kWh (1.51 x 365) mais récupérées durant 221 jours soit 334 kWh (551 x 221/365).
Le chauffe-eau étant dans le volume chauffé nous considèrerons ces
pertes comme nulles car tous les tuyaux sont dans le volume chauffé et donc les
pertes sont utiles pour le chauffage de la pièce.
Le rendement si on considère que ce chauffe-eau fournit 80 Litres
d’eau par jour (soit 26.8 m3 ou 26800 kg en 335 jours)
|
Pertes parois du chauffe-eau -récupération |
kWh |
551 - 334 |
(Récupéré hiver) |
|
Total pertes annuelles |
kWh |
217 |
Pertes parois en été |
|
Energie utile production eau chaude |
kWh |
1090 |
26800 x 4.18/3600 x (45-10) (*) |
|
Total Utile + pertes |
kWh |
1307 |
Energie payée |
Energie utile /énergie totale payée
: 1090/1307= 83.4% ce qui
est un très bon rendement. Cela signifie que « seulement » 16.6 % d’énergie est
perdue, et ces pertes représentent 32 € par an (217 x 0.15). Ces pertes sont
les seules pertes par les parois en été hors période de chauffage, encore qu’à
part Juillet et Août, avoir un peu de chauffage dans la SdE c’est appréciable.
Le coût du m3 d’eau chaude est de 11.31 € /m3
((1307 x.015 + 26.8 x4) / 26.8) ; le coût annuel est donc de 303 €
(26.8 x 11.31)
Nous considérons le même chauffe-eau mais installé hors du volume chauffé,
et, ceci a un impact très important en termes de consommation et de coût comme
on va le voir.
Elles sont perdues en totalité et de plus supérieures du
fait de la différence de température supérieure entre l’eau dans chauffe-eau et
l’ambiance ; si votre chauffe-eau installé
dans le sous-sol à une température moyenne de 10°C il y a lieu de recalculer les pertes comme
suit :
1.70x (60-10)/ (65-20) = 1.9 kWh par 24h (correction des écarts de
température)
Les pertes annuelles (365 jours)
seront de 693 kWh ; cela est bien sûr très important :
70% des besoins propres à l’eau utilisée (1090kWh)
Si la distance du chauffe-eau en sous-sol
aux points de puisage est de 16 mètres avec des tuyaux de 14 mm de diamètre intérieur,
le contenu de ces tuyaux est donc de 16
m x 0.154 l/m soit 2.5 litres ; on peut admettre que ce volume
d’eau chaude est perdu à chaque puisage
durant 335 Jours /an soit :
Pour 2 utilisateurs, à 6 utilisations par jour chacun, on va perdre 10 m3/
an (2.5 x 2 x 6 x 335) ce qui est considérable ;
en terme d’énergie, on arrive 580 kWh/ an (= 10000 x (60-10)*4.18/3600), ce qui
représente 60% des besoins pour chauffer
l’eau réellement utilisée.
Evaluons le rendement si on considère que ce chauffe-eau fournit 80 Litres
d’eau par jour.
|
Pertes
parois du chauffe-eau
|
kWh |
693 |
Pertes dans local non
chauffé |
|
Pertes
tuyaux du réseau eau chaude |
kWh |
580 |
Pertes dans local non
chauffé |
|
Total
pertes annuelles
|
kWh |
1273 |
693 + 580 |
|
Energie
utile (pour 26.8 m3/an)
|
kWh |
1090 |
26800 x4.18/3600 x
(45-10) |
|
Total |
kWh |
2363 |
1273+1090 |
Energie utile /énergie totale payée : 1090/2363 = 46.1% ce qui
est bien faible, environ la moitié du
cas dans volume chauffé ! Cela signifie que près de 53,9% d’énergie est perdue, et ces pertes représentent 191 € pour l’énergie (1273 x 0.15) et 40€ pour l’eau
(=10 x 4) soit un total de 231€ par an, ce qui est 7.2 fois plus que le cas
dans volume chauffé.
Le coût du m3 d’eau chaude est de 18.72 € /m3 ((2363 x 0.15 +36.8 x 4) / 26.8) soit presque le double que dans le cas
dans volume chauffé. Le coût annuel est donc de 502 € (26.8 x 18.72)
|
Désignation |
Dans
Volume chauffé |
Hors
Volume chauffé |
Observations |
|
Consommation électrique kWh |
1307 |
2363 |
+ 81 % |
|
Rendement
Chauffe-eau % |
83.4 |
46.1 |
- 45 % |
|
Consommation eau m3 |
26.8 |
36.8 |
+37% (10
m3 perdus) |
|
Prix
unitaire € /m3 |
11,31 |
18.72 |
+66% pour
26.8 m3 d’eau chaude produite par an |
|
Facture
annuelle totale € |
303 |
502 |
199 € par
an perdus |
Sur une période de 30 ans la perte financière est donc de 5970 € (199 x30) soit une coquette
petite somme. »
Ainsi la décision de
l’emplacement de votre chauffe-eau - dans
ou hors volume chauffé - a un impact considérable sur les
consommations d’énergie et sur les coûts associés.
Voir aussi document Ademe (CETI lien n°3) indiquant page3 : « en particulier, les
performances d’un CETI dépendent en grande partie : de l’emplacement du ballon.
Stocker l’eau chaude dans un ballon génère des pertes thermiques importantes
(appelées « pertes statiques »)…..etc….»
Quel doit être le COP (Coefficient
de Performance) d’un CETI installé dans les conditions du 3.2 (hors volume
chauffé) pour atteindre les mêmes performances
que celles du cas du 3.1 (dans volume
chauffé) ? Ceci, non compte tenu des surcouts d’entretien et
d’investissement.
Réponse : le COP minimum
doit être de 2,28 suivant détail ci-après, valeur qu’il sera difficile d’atteindre dans les conditions réelles (COP 1,5
indiqué par l’Ademe ?) ; ainsi on
peut en tirer la conclusion qu’un CETI ne pourra pas réduire la facture d’eau
chaude pour de telles conditions et vous auriez donc investi une somme conséquente
sans avoir de gain en retour. Par contre pour des productions d’eau chaude bien
plus importantes, le CETI devrait devenir économiquement intéressant.
Détail du calcul :
La différence de coût à
compenser par le CETI est de : 199 € par an (= 502 - 303, qui sont
les coûts eau + électricité suivant tableau récapitulatif du 3.25) ; donc
cette différence se fait par le gain sur l’électricité qui est donc de 1327 kWh
(= 199€ /0.15 €/ kWh), d’où une consommation électrique restante de 1036 kWh (=2363-1327) ;
ceci correspond donc à un COP de 2.28 (=2363/1036)
pour autant que le compresseur assure seul le fonctionnement (résistance
d’appoint jamais en fonctionnement ). En réalité ce calcul est tout à fait
sous-estimé, car il n’est pas tenu compte des surcouts inévitables d’investissement et d’entretien du CETI.
Les pertes par les parois étant
proportionnelles au volume du chauffe-eau il y a lieu de ne pas installer un
volume plus grand que nécessaire ; au bout de 20 ans, si le nombre
d’utilisateurs a bien diminué, remplacez votre chauffe-eau usagé par une plus
faible capacité.
Bien entendu, les calculs avec une production
d’eau supérieure à 80L /jour donneraient des rendements plus élevés mais les
pertes du chauffe-eau et des tuyaux seraient les mêmes.
Les pertes thermiques augmentant
avec la température de l’eau stockée, il est préférable de régler le thermostat
du chauffe-eau plutôt vers 50/55 °C, si bien sûr la capacité est
suffisante. (60°C étant maxi pour éviter
des risques de brûlures) ; de plus, l’entretien n’en sera que facilité si l’eau est dure (entartrante) ; il faut cependant avoir une température suffisante pour éviter
les légionelloses se formant en eau stagnante entre 23 et 43 °C.
Concernant le prix de l’eau chaude il est à
remarquer que le prix de l’eau froide est loin d’être négligeable : 4 €
sur 11.31 € dans le cas « haut rendement » soit 36% du prix.
Le chauffe-eau comme tout appareil électrique, doit être installé conformément aux règles de sécurités (électriques principalement), soit à distance règlementaires des appareils sanitaires (baignoire, douche…) s’il est installé dans une salle d’eau ; aussi pour des questions de bruit -contacts électriques et / ou écoulement eau- il est préférable d’éloigner le chauffe-eau électrique des chambres à coucher. Pour un CETI par contre, compte tenu de la présence d’un compresseur et éventuellement de ventilateurs, il est impératif de vérifier les niveaux sonores en fonctionnement pour le choix de son installation.
1-Dureté eau : https://www.service-client.veoliaeau.fr/home/FAQ/eau-potable/eau-douce-dure.html
2-Protection légionellose :http://www.inrs.fr/publications/bdd/eficatt/fiche.html?refINRS=EFICATT_L%C3%A9gionellose
version :
v23-01