Production d'eau chaude

mercredi 18 mai 2022

 

Comment fonctionnent les systèmes d'eau chaude sanitaire ?

Un système d'eau chaude domestique (ECD) fournit de l'eau chaude aux appareils utilisés par les membres du foyer à l'évier, à la douche, à la baignoire et à tout autre appareil où l'eau peut entrer en contact avec les humains. Ils fonctionnent généralement en fournissant de l'eau chaude par le biais d'un réservoir de stockage centralisé séparé de l'eau qui peut être utilisée pour la vapeur ou le chauffage central.

Comment fonctionnent les systèmes d\'eau chaude sanitaire ?

Eau chaude sanitaire domestique ou professionnelle

Dans les habitats domestiques et professionnels, la définition de l'eau chaude sanitaire est la même. L'eau chaude sanitaire désigne toute eau chaude fournie pour être utilisée par des personnes pour leur propre usage. Dans le cas des systèmes d'eau chaude domestiques, il s'agit du chauffe-eau cylindrique de 100 ou 150 litres posé au sol que l'on trouve dans de nombreux foyers et qui sert à alimenter en eau chaude les appareils ménagers de la maison ou de l'appartement.

Il s'agit de systèmes simples avec une entrée d'eau froide et une sortie d'eau chaude, dimensionnés pour répondre aux besoins d'une famille.

Un système professionnel d'eau chaude sanitaire, cependant, doit prendre en compte les questions de demande d'eau pour de nombreux utilisateurs, de nombreux étages et de nombreux appareils. L'eau chaude sanitaire doit alors comprendre la quantité d'eau nécessaire pendant les périodes de pointe et le maintien d'une pression d'eau constante sous toutes les charges. Les systèmes d'eau chaude sanitaire doivent être contrôlés et raccordés de manière à empêcher la prolifération de la légionelle, bactérie mortelle, tout en réduisant les risques d'échaudage au niveau de l'évier ou de la douche. Dans les grands hôtels, les immeubles de bureaux et les centres de villégiature, la demande d'eau chaude atteint son point culminant lors de la période du matin.

Dans ces entreprises, ne pas avoir d'eau chaude ou se brûler les mains et le visage sous la douche n'est tout simplement pas une option. Un seul cas de légionellose dans votre hôtel peut empoisonner et même tuer vos clients, ouvrant la voie à des poursuites judiciaires.

Comment fonctionnent les systèmes d'eau chaude sanitaire ?

Dans les systèmes d'eau chaude sanitaire professionnels, les solutions sont le plus souvent basées sur un réservoir. Un réservoir central d'eau chaude est chauffé à 60C-70C et ensuite refroidi par une vanne de mélange à entre 25 et 28C avant qu'il n'atteigne les éviers et les douches afin d'éviter toute brûlure. L'eau est stockée de manière centralisée dans des réservoirs à une température plus élevée afin d'empêcher le développement de la bactérie Legionella et de garantir que la demande en eau chaude puisse être satisfaite pendant les périodes de pointe.

 

Chauffe-eau conventionnels

Les chauffe-eau indépendants conventionnels sont alimentés par l'électricité ou le gaz.

Les systèmes à la demande activent le processus de combustion ou de résistance chaque fois que l'on a besoin d'eau chaude. S'ils ne conviennent que pour fournir de petites quantités à un seul point d'utilisation, ils limitent les pertes de chaleur, puisque l'eau chaude est consommée immédiatement. Les chauffe-eau les plus innovants utilisent des pompes à chaleur ou des panneaux solaires thermiques - ou les deux.

Dans les systèmes à réservoir indépendant (généralement d'une capacité de 75 à 300 litres), l'eau est chauffée progressivement et stockée dans un récipient isolé, ce qui entraîne des pertes de chaleur. L'alimentation en énergie peut être régulée pour chauffer l'eau dès qu'elle descend sous la température souhaitée, ou pour profiter des prix de l'électricité en heures creuses.

Le rendement de ces chauffe-eau (c'est-à-dire la quantité de chaleur fournie par rapport à l'énergie primaire consommée) varie fortement selon le modèle utilisé, tombant parfois en dessous de 30% pour les chauffe-eau électriques à réservoir indépendant. Le rendement des chauffe-eau à condensation au gaz est supérieur à 60%, les modèles les plus sophistiqués atteignant 90%.

Chauffe-eau thermodynamiques

Les chauffe-eau thermodynamiques utilisent une pompe à chaleur. Ces systèmes absorbent la chaleur de l'air ambiant (aérothermie) ou du sol (géothermie) pour chauffer l'eau sanitaire. Dans des pays comme l'Islande et la Nouvelle-Zélande, et dans d'autres régions volcaniques, le chauffage de l'eau peut se faire par géothermie, plutôt que par combustion.

Le compresseur de la pompe à chaleur fonctionne à l'électricité et, comme les chauffe-eau solaires, les systèmes thermodynamiques doivent être complétés par une source d'énergie auxiliaire, généralement électrique, pour garantir une eau chaude toute l'année.

Dans les aérothermes monoblocs, qui sont les plus répandus, la pompe à chaleur est directement reliée au réservoir d'eau. Ces systèmes présentent l'inconvénient d'abaisser la température d'une pièce lorsqu'ils absorbent la chaleur, et doivent donc être installés de préférence dans les zones non habitables de la maison, comme un garage. Si l'habitation dispose d'une ventilation forcée, l'air expulsé par ce système peut être utilisé par la pompe à chaleur.

 

Chauffe-eau solaire individuel

Les chauffe-eau solaires sont équipés de capteurs qui captent la chaleur du soleil.

Ces capteurs peuvent être :

  • Des plaques de verre recouvrant un tuyau en zigzag dans lequel circule un fluide caloporteur, le verre créant un effet de serre pour piéger la chaleur. De loin, elles ressemblent à des panneaux photovoltaïques, mais elles sont en fait plus mates et de couleur uniforme.
  • Les tubes sous vide contiennent un tuyau dans lequel le fluide caloporteur fait des allers-retours. Une vingtaine de tubes sont généralement utilisés côte à côte. Ils sont plus efficaces, notamment en hiver, mais moins résistants aux intempéries.

En sortant des capteurs, le fluide caloporteur (qui peut être de l'air ou souvent un mélange d'eau et de glycol) circule dans un circuit fermé qui traverse le réservoir, chauffant ainsi l'eau à l'intérieur. Il existe trois types de chauffe-eau solaires :

  • Les systèmes à pompe électrique, dans lesquels une petite pompe, ou circulateur, envoie le fluide caloporteur dans le circuit. Le réservoir peut être placé n'importe où dans la maison. C'est le système le plus répandu en Europe.
  • Les systèmes à thermosiphon, qui ne disposent pas de pompe. Le réservoir doit être situé plus haut que les capteurs pour permettre au fluide caloporteur de s'écouler naturellement vers le haut.
  • Les systèmes monoblocs, qui sont également basés sur la technologie du thermosiphon, sauf qu'ici le réservoir d'eau est situé à l'extérieur, juste au-dessus des capteurs. Comme les réservoirs sont lourds, les monoblocs sont généralement installés sur le sol ou sur des terrasses. Les réservoirs doivent être bien isolés, ce qui est coûteux. Ces systèmes sont principalement utilisés dans les pays chauds.

Dans les climats tempérés, l'énergie solaire n'est pas suffisante pour couvrir les besoins toute l'année (elle ne fournit que 70 à 80 % des besoins annuels dans le meilleur des cas dans le sud de la France, par exemple). Cela signifie qu'une source d'énergie auxiliaire est nécessaire, souvent sous la forme d'un chauffage à résistance électrique. Il faut également se prémunir contre le risque de surchauffe en cas de très fort ensoleillement.

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