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Dans quelles conditions choisir un ballon d’eau chaude thermodynamique ?

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Principe de fonctionnement

Le chauffe-eau thermodynamique (heat pump water heaters en anglais) est un ballon cumulus à accumulation associé à une pompe à chaleur (PAC). Les calories présentes dans l’air ambiant sont captées et réutilisées pour réchauffer un fluide frigorigène puis l’eau contenue dans le ballon.

Pendant les pics de demande ponctuels et pour répondre plus rapidement à la demande, une résistance électrique incorporée au ballon prend alors le relai à l’image d’un ballon à accumulation classique.

Le COP ou coefficient de performance d’un chauffe eau thermodynamique

coefficient de performance ballon thermodynamique

Avec l’amélioration sensible des performances énergétiques des habitations neuves (RE2020), le chauffage de l’eau devient le premier poste de consommation d’énergie dans l’habitat (devant le chauffage). Il représente jusqu’à 50% des consommations d’énergie car les besoins en chauffage de l’air ambiant deviennent très faibles. Il n’est donc pas à négliger. Le COP est un coefficient ou rendement, qui traduit la performance entre l’énergie consommée et l’énergie produite par l’équipement. Les COP « théoriques » (en laboratoire) des chauffe eau thermodynamiques les plus performants se situent entre 3 et 4. 

Pour 1 kwh d’énergie électrique consommée, 4 kwh sont théoriquement produits pour chauffer l’eau (selon la température de l’air qu’il prélève, la température de l’eau à chauffer, le volume du ballon). Dans la pratique, les COP sont plus de l’ordre de 2 à 3. Ils varient énormément en fonction de la température de l’eau courante (5-6°C dans le Nord de la France en Hiver / 10°C dans les régions ensoleillées) et de la température extérieure, donc de la zone géographique.

 

Choix de l’emplacement du ballon, de la logique de raccordement, conséquences sur les économies …

Selon la configuration du logement, plusieurs cas de figure sont possibles. Ce choix aura une influence directe sur le rendement global de la solution :

  • Cas 1 : Le chauffe eau thermodynamique prélève directement l’air ambiant. Celui-ci doit être placé dans une pièce non chauffée (garage attenant, sous sol, pièce technique, buanderie) mais bien isolée thermiquement (pour éviter de refroidir le ballon) et isolée du reste de l’habitation (car il refroidit la pièce dans laquelle il se trouve). Le volume de la pièce doit être d’au moins 20 m³. Une évacuation de l’air froid peut également être prévue vers l’extérieur de la maison.
  • Cas 2 : Le chauffe eau prélève les calories de l’air (chaud) extrait par la VMC simple flux. L’infrastructure de raccordement est plus complexe (quand elle est possible) et doit souvent être surdimensionnée. En effet, dans la pratique la VMC doit être plus puissante, donc au final la consommation de chauffage pourra être plus élevée, ce qui perd une grande partie de l’intérêt. Le fait de prélever les calories de l’air ambiant (via la VMC) est un énorme avantage car il contient les calories recherchées pour chauffer l’eau. Cependant, le système n’est pas compatible avec une VMC double flux qui récupère déjà les calories de l’air extrait pour les fournir à l’air frais. Les VMC double flux sont désormais la norme.
  • Cas 3 : Le chauffe eau prélève les calories de l’air extérieur. L’air extérieur est aspiré et l’air froid rejeté à l’extérieur. C’est le cas le plus fréquent. La pompe à chaleur peut être intégrée au ballon (à l’intérieur) ou sous la forme d’un modèle en 2 parties, dit « split » (pompe à chaleur à l’extérieur). Le problème de cette configuration est que le rendement (COP) de l’appareil chute à mesure que la température extérieure chute.

De la « compatibilité » de la solution avec un type de logement donné, dépendra la logique de raccordement. En effet, le chauffe eau thermodynamique est difficilement compatible avec une vie en appartement (bruit lié aux pièces mécaniques du compresseur, pas d’extraction).

Pour les maisons individuelles, la solution est moins intéressante si l’habitation est déjà dotée d’un chauffage central qui assure généralement déjà la production d’eau chaude sanitaire (ECS). Cette configuration est de moins en moins la norme cependant. La cible du chauffe-eau thermodynamique est donc la maison individuelle sans chauffage central (pompe à chaleur, radiateur infrarouge, poêle à pellets, etc.). Il reste à lui dédier une pièce technique bien isolée (garage, buanderie, etc.), un peu l’écart des pièces de vie, mais pas trop éloignée pour ne pas augmenter les déperditions énergétiques liées à la distance. Il est posé au sol pour les plus gros contenants et peut être accroché au mur pour les dimensions réduites (afin de libérer de l’espace habitable).

Quelle contenance choisir pour un ballon thermodynamique ?

La capacité dépendra du nombre de postes (lavabo, évier, douche, etc…) à alimenter et du nombre de personnes vivant dans le foyer.

  • Les modèles de 250 litres à 300 litres correspondent aux besoins d’une famille de 4-5 personnes (entre 30 et 60 Litres d’eau chaude à 55°C par jour et par personne – en moyenne – selon les usages).
  • Les modèles de plus de 300 litres sont réservés aux familles de plus de 6 personnes.
  • Il existe des modèles de 110 L pour des besoins plus réduits, d’une famille de 2-3 personnes. Attention les performances réelles (COP) sont alors réduites.

Attention à ne pas surdimensionner pour ne pas chauffer un volume d’eau inutile. Ne pas sous-dimensionner pour le pas se trouver à court d’eau chaude quand le réservoir est vide.

ballon-thermodynamique-chaffoteaux

A quelle température cible faut-il régler le ballon thermodynamique ?

Dans l’habitat collectif, le minimum est de 55°C afin d’éviter la prolifération de la légionellose dans les eaux stagnantes. Dans l’habitat individuel, on conseille donc de respecter cette valeur minimale. Même à cette température, la légionellose n’est pas détruite avant plusieurs heures. Les ballons du marché sont pré-réglés à cette température. En théorie, il faut un choc thermique journalier à 60°C afin d’éliminer tout risque sanitaire. Dans les environnements collectifs sensibles, il existe des solutions techniques complémentaires pour lutter contre la destruction continue de la légionellose (pasteurisation, etc.).

 

Les avantages du ballon thermodynamique

Le ballon thermodynamique :

  • permet un coût de fonctionnement réduit comparé à d’autres modes de production d’eau chaude (ballon électrique classique, ballon à gaz, etc.) dans certaines conditions bien précises. Le rendement (COP) et la rentabilité chutent si la quantité d’eau à consommer est trop faible alors que le ballon est surdimensionné pour le besoin (= on chauffe l’eau pour rien pour l’ensemble du volume). Pour tirer profit au maximum des performances, il faut viser les ballons dédiés aux familles de 4-5-6 personnes (capacité de 300 Litres). Pour des besoins faibles, la rentabilité chute.
  • offre un bon retour sur investissement si son coût d’achat pour un ballon de 300 Litres ne dépasse pas 3500€ ttc (installation comprise), dans les conditions de consommation idéales. Par exemple, pour une famille de 5 personnes qui consommerait 50 litres d’eau chaude par jour sur l’année (moyenne française), la consommation annuelle serait de 600€ (en se basant sur un COP de 3 annoncé par les constructeurs). Comparé à un ballon d’eau chaude classique, le gain est d’environ 600€ par an.
  • nécessite une installation et un raccordement relativement simple (qui ne fait appel qu’à un seul corps d’état – plombier -) dans le cas où l’air n’est pas prélevé à l’extérieur.
  • apporte de l’eau chaude sans fluctuation (débit régulier), ce qui n’est pas toujours le cas avec des chauffe eau instantanés.
  • permet un crédit d’impôt sous conditions.
  • répond aux critères imposés par les réglementations thermiques en vigueur dans les constructions neuves (RE2020).
  • une déshumidification résultante de l’air où il se trouve (si air rejeté à l’intérieur).

Les inconvénients du ballon thermodynamique

L’emplacement du ballon thermodynamique, son mode de captage de l’air, la température de départ de l’eau à chauffer et la température extérieure de l’air de la région d’habitation sont les éléments clés pour de bonnes performances. Répondre aux contraintes ci-dessous n’est pas si simple …

  • Air prélevé sur l’air ambiant de la maison : refroidit l’air environnant de la pièce dans laquelle il se situe. Cette pièce bien que non chauffée doit être très bien isolée thermiquement (ne doit pas descendre en dessous de 10°C) et isolée du reste de la maison pour ne pas la refroidir. Dans le cas contraire, les besoins en chauffage seront augmentés.
  • Air prélevé à l’extérieur de l’habitation :
    • La zone géographique a son importance. Plus l’écart de température entre l’eau à chauffer et l’air prélevé est important, plus l’efficacité de l’appareil diminue. Il est donc à éviter dans les zones où les hivers sont longs et froids (sous 0°C) et à privilégier dans les zones chaudes. Efficacité réduite si la température extérieure devient inférieure à 5°C. Les coefficients de performance des fabricants sont donnés pour avis à une température extérieure de 7°C. Le COP se réduit fortement en dessous de cette limite. Cet équipement est donc adapté aux régions où la température extérieure est douce. Une résistance électrique (ou autre source d’énergie) peut s’activer lors des périodes de températures basses (< 7°C).
    • Cela implique des travaux pour traverser la façade (« faille » dans l’isolation) de l’habitation .
  • Le ballon thermodynamique (comme les autres réservoirs d’eau chaude) doit être positionné au plus près des points de puisage d’eau chaude (salle de bain, cuisine) afin de limiter les pertes de chaleur de l’eau lors de son acheminement et le délai « d’arrivée » de l’eau chaude. Il est recommandé d’isoler le ballon et ses conduites dans les pièces non chauffées.
  • Le niveau sonore lorsque la pompe à chaleur fonctionne. Il ne doit pas dépasser 50 décibels (dB) pour ne pas être dérangeant pour les occupants. Notez qu’à partir de ce seuil, une augmentation de seulement 3 décibels correspond à doubler l’intensité sonore (et 12 dB à x 16 l’intensité). Ce critère est donc très important. Dans tous les cas, les pièces mécaniques s’usent avec les années. L’intensité sonore de fonctionnement s’amplifie donc nettement avec le temps.
  • Si on souhaite bénéficier du tarif heures creuses, il devra fonctionner la nuit quand l’air est généralement plus frais (air ambiant ou air extérieur). Son rendement sera donc réduit. Il devra être encore plus isolé du reste de l’habitation pour limiter les nuisances sonores nocturnes.

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Les dernières innovations en termes de ballon thermodynamique

Les principales innovations concernent :

  • La limitation du niveau sonore en fonctionnement.
  • L’utilisation de fluides plus écologiques.
  • La réduction des temps de chauffe pour tout ou partie du volume du ballon afin de ne pas se trouver à court d’eau chaude. En particulier quand la température extérieure est basse.
  • L’amélioration des performances (COP) pour fonctionner efficacement même à des températures extérieures basses.
  • Le couplage dans des solutions mixtes multi-systèmes (par exemple chaudière à condensation + ballon thermodynamique ou panneaux solaires + ballon thermodynamique).
  • La réduction de l’encombrement.
  • La maintenance sans vider la cuve.
  • L’isolation des cuves pour les rendre aussi calorifugées que possible. La protection contre la corrosion.

Sociétés innovantes Chauffe Eau Thermodynamique

VIESSMANN

viessman

La société française VIESSMANN fait partie des principaux fabricants mondiaux de système de chauffage et de réfrigération. La société de 12000 personnes, présente dans plus de 70 pays, développe en particulier des systèmes de production d’eau chaude sanitaire ECS par ballons thermodynamiques innovants et performants. 

CHAFFOTEAUX

chaffoteaux

L’entreprise française CHAFFOTEAUX propose des systèmes de chauffage multi-énergies, ainsi que des systèmes de production de l’eau chaude sanitaire innovants et éco-performants à des niveaux sonores réduits (52 dB).

ARISTON

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La société italienne ARISTON propose des systèmes de production de l’eau chaude sanitaire ECS par ballons thermodynamiques innovants et performants (certifiés NF électricité Performance). Elle propose des temps de chauffe courts.

Découvrez les dernières innovations des sociétés leader en matière de chauffe eau thermodynamique :

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Résumé
Faut-il choisir un chauffe eau thermodynamique pour votre habitation ?
Titre de l'article
Faut-il choisir un chauffe eau thermodynamique pour votre habitation ?
Description
Le chauffe eau thermodynamique pour la production d'eau chaude sanitaire est recommandé pour les familles de 4-5 personnes en maison individuelle fonctionnant au chauffage électrique
Auteur
Foxof
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