Chauffe-eau thermodynamique, seul le COP global compte

Par Jacques ORTOLAS - Ingénieur conseil en génie thermique

Le chauffe-eau thermodynamique se présente comme le successeur du chauffe-eau électrique. La prochaine RT 2012 le présente ainsi avec comme solution concurrente le chauffe-eau solaire ou CESI. Quid des réelles performances de ce nouveau chauffe-eau que la plupart des industriels commercialisent.

En version monobloc, en version split, raccordé à une ventilation VMC, il faudra apprendre à connaitre ce chauffe-eau dont la performance diffère selon son contexte d’installation et d’utilisation.

1°/ A priori, l’économie d’énergie est de l’ordre de 70%

Voici le schéma de fonctionnement chauffe-eau thermodynamique

Schéma chauffe eau thermodynamique Odyssee

L’air ambiant (non chauffé) est aspiré par le ventilateur. (1)

Il réchauffe le fluide frigorigène gazeux dans l’évaporateur. (2)

Le fluide passe ensuite dans le compresseur (3) où sa température augmente encore.

Dans le condenseur (4), le fluide cède ses calories à l’eau du ballon. Il se refroidit et passe de l’état gazeux à l’état liquide.

Le détendeur (5) amorce le passage du fluide de l’état liquide à l’état gazeux et permet au fluide de recommencer un nouveau cycle dans l’évaporateur.

L’appoint électrique (6) se déclenche uniquement en cas de besoin.

Pour lancer la réflexion sur le CE thermodynamique

Le fonctionnement du chauffe-eau thermodynamique est relativement simple puisqu’au lieu d’élever la température d’une cuve avec une résistance électrique (effet Joule), c’est une petite pompe à chaleur prélevant les calories sur l’air qui chauffe l’eau de la cuve.
Ainsi, un chauffe-eau thermodynamique avec un COP de 3 produira 3 kWh d’énergie pour chauffer l’eau chaude sanitaire alors qu’il ne consommera qu’1 kWh d’électricité. Il permet de générer une économie de 2 kWh, soit près de 70 % d’économie sur votre facture !

Aïe, la fin de la phrase est fausse ! Disons pour le moment 70% d’économie d’énergie ponctuellement à l’instant « t » dans des conditions où le COP est bien de 3 ! Cette formulation est plus précise.

Rappel simple des repères clefs du chauffe-eau thermodynamique
- Produit de l’eau chaude sanitaire à partir d’une pompe à chaleur,
- COP de 3 à 3,7 (pour de l’air 15°C !),
- Résistance électrique d’appoint,
- Ballon de capacité 200 l à 300 litres,
- S’installe facilement comme un CE électrique,
- 4 à 8 heures pour garantir le réchauffage,
- Coût 2010 : en moyenne 3000 € TTC,
- Crédit d’impôt de 40%,
- Avec le CESI chauffe-eau solaire, le CE thermodynamique est prédestiné au respect de la RT 2012 qui viendra remplacer le cumulus dans l’habitation neuve.

RT 2012, norme EN 255-3 et analyse du COP

Nous savons que le coefficient de performance d’une pompe à chaleur varie en fonction de la température de l’air et de sortie d’eau chaude.

C’est la norme EN 255-3 qui fixe les conditions de mesures du COP dit instantané. Celui-ci, dans le cas d’un ballon thermodynamique, est établi pour un chauffage de l’eau chaude sanitaire de 15°C à 45°C et,
- Pour une température de l’air de 15°C (air ambiant)
- Pour une température de l’air de 7°C (air extérieur)
- Pour une température de l’air de 20°C (air extrait)

Cette norme est retenue par les principaux fabricants ainsi que par les pouvoirs publics dans le cas du crédit d’impôt développement durable, plutôt intéressant puisqu’il est de 40% sur le prix du matériel !

Ainsi les ventes de chauffe-eau thermodynamiques progressent et ce d’autant plus que la prochaine réglementation thermique RT 2012 est proche quant à son application (1sup>er

janvier 2013 pour tous les logements neufs). Cette RT 2012 impose quasiment l’utilisation d’énergies renouvelables pour la production d’eau chaude sanitaire. Deux solutions se présentent naturellement : le chauffe-eau solaire ou CESI, et le chauffe-eau thermodynamique

Avant de comprendre et de croire les chiffres les plus optimistes annoncés, comme les « 70% d’économies d’énergie d’un chauffe-eau thermodynamique » par rapport à un chauffe-eau électrique cumulus du fait d’un COP de 3, essayons de prendre du recul et de tout simplement analyser les bénéfices réels.

2°/ Economies d’énergie réelles et annuelles

chauffe eau thermodynamique


Obtenir 70% d’économie d’énergie pourrait s’envisager dans un scénario continu et en comparaison avec le bon vieux chauffe-eau électrique en chauffe directe. 70% d’économie sur la facture énergétique est un scénario encore plus restreint ; voyons pourquoi.

Plusieurs paramètres montrent que le mode de fonctionnement est pluriel et dépend de conditions d’utilisation et d’installation.

Le chauffe-eau thermodynamique n'utilise le bénéfice de la pompe à chaleur qu’à partir d’une température d’air clémente de l’ordre de +7°C. En deçà, c’est la résistance électrique qui chauffe l’eau par effet Joule comme pour le chauffe-eau électrique. Rappelons que les données de la norme EN 255-3 établissent le COP par une température d’air encore plus clémente, soit à +15°C.

Cette donnée implique une attention particulière de l’endroit où sera mis en œuvre le chauffe-eau thermodynamique. Il est évidemment conseillé de l’implanter dans un volume protégé où peuvent se récupérer des calories habituellement perdues : garage, buanderie, local non chauffé tempéré. Si la température de l’air est ainsi maintenue à 12 ou 15°C à minima alors oui le COP annuel sera plus proche de 3 que de 2 si le chauffe-eau est installé dans un endroit où la résistance électrique est sollicitée !!

Différentes installation du chauffe eau thermodynamique

Le chauffe-eau thermodynamique fonctionne en continu en heures pleines comme en heures creuses. Sans doute plus en HP qu’en HC. Le chauffe-eau électrique travaille en HC principalement, soit avec un coût de kWh (bleu Ciel) moitié moins cher. D’autre part, il faudra veiller au mode d’utilisation du chauffe-eau thermodynamique et éviter les relances de chauffe automatique avec résistance électrique pour obtenir une température d’eau chaude sanitaire très rapidement. Le confort d’usage ne doit pas nous pousser à utiliser ce chauffe-eau comme un chauffe-eau en chauffe directe. A notre sens, ces relances ne doivent être qu’exceptionnelles dans le temps (imprévus, sur-occupation du logement, …).

Sur le choix du type de tarif de l’électricité, il faudra se poser la question si l’option Heures Creuses est économiquement intéressante. Le chauffe-eau thermodynamique fonctionne plus en heures pleines qu’en heures creuses. D’autre part, si l’on considère la part de consommation de l’ECS voisine de 50% sur le bilan global énergétique annuel pour un habitat basse consommation, alors l’usager aura intérêt à opter simplement pour l’option de base, l’option heures creuses ne se justifiant plus.

Rappel des tarifs Ciel Bleu pour une souscription de 6 kVA – tarif actuel au 15/8/10
- Option de base : 0,1100 € TTC/kWh
- Option avec heures creuses : 0,1235 € TTC/kWh (en HP) et 0,0784 € TTC/kWh (en HC)

3°/ Economies sur la facture

Nous l’avons compris, l’économie d’énergie ne peut s’afficher pour tous les cas de figures.

Dans des cas d’installation étudiée (prise d’air à température minimale de 7°C par exemple), l’économie sera de l’ordre de 50%, ce qui est déjà important et sans doute plus réaliste!

L’économie sur facture sera liée au point précédent, sans doute sera t-elle de l’ordre de 40% si l’on prend en compte que l’option heures creuses n’est plus justifiée.

Par ailleurs comparons ce qui est comparable : le chauffe-eau thermodynamique aura une durée de vie optimale s‘il est également utilisé dans de bonnes conditions de fonctionnement. Celle-ci ne sera pas inférieure à notre sens à un chauffe-eau électrique (10 à 15 ans). Le fonctionnement de la pompe à chaleur avec compresseur rotatif demandera par ailleurs une mini maintenance au moins tous les 2 ans (vérification des pressions et du circuit frigorigène). Enfin, le recyclage du fluide frigorigène sera également à traiter. Mais, d’ici là, l’économie financière sera autre puisque le crédit d’impôt aura disparu et le coût des chauffe-eau thermodynamiques aura largement baissé pour passer d’un coût de 3000 € TTC actuellement à .. peut-être moins de 1000 euros dans moins de 10 ans?

4°/ Le chauffe-eau thermodynamique lié à la ventilation VMC

Associé à l’eau chaude sanitaire, poste énergétique important dans le bilan de l’habitat BBC, la ventilation est le deuxième poste important ; il faudra que les modes de fonctionnement soient compatibles en termes de puissance et de débit.

Le débit que requiert un chauffe-eau thermodynamique du commerce est de l’ordre de 300 ou 500 m³/h ce qui ne correspond pas à un débit de VMC d’un habitat individuel, plus proche de 100 à 150 m³/h !! Raccorder un chauffe-eau thermodynamique d’un côté et une VMC simple ou double-flux de l’autre ne s’improvise donc pas.

En tous cas, c’est la problématique qu’a résolu ALDES avec son concept T Flow qui assure une gestion maîtrisée des postes ECS et ventilation, aussi bien pour l’habitat individuel que pour le logement collectif. Ainsi, un ballon de 200 litres peut répondre à un besoin journalier ECS d’une famille de 2 à 6 personnes.

concept T  FlowSchéma concept T  Flow


Visuel maison concept T  Flow

5°/ Chauffe-eau thermodynamique, certifié NF Electricité!

La certification des chauffe-eau thermodynamiques est effectuée et répertoriée.
Nous vous livrons la liste des chauffe-eau thermodynamiques certifiés « NF-Electricité » en date de Novembre 2010

Liste des CE thermodynamique certifiés Nov 2010

Arrêté du 29 Juillet 2009 – Titre 5 – Chauffe-eau thermodynamique

Fait par Jacques Ortolas
Consultant et ingénieur conseil en génie thermique, J. ORTOLAS s'est spécialisé depuis des années dans la recherche de solutions d'économies d'énergie et d'exploitation optimisée des installations.

→ SOURCES & LIENS

Commentaires

Commentaire du 25/01/2014 par Francisco Pesta
Mon ballon thermodynamique APSILONE s'est mis en sécurité et je ne sais pas comment le réamorcer, quelqu'un pourrait m'aider svp ?
Commentaire du 07/09/2013 par camille
je ne parviens pas à trouver les fabricants de chauffe eau thermodynamiques sans récupération sur l'air extrait, mais avec le système du panneau évaporateur sans ventilateur, avec une surface d'échange 'environ 2 m², à placer dehors ou dans un garage (et qui ruissele d'eau condensée dans une goulotte d'évacuation)
Commentaire du 03/10/2012 par Olivier
Je suis tombé sur votre article en cherchant des info sur les chauffes eaux thermodynamiques car il y a quelque chose que je ne comprend pas et dont personne ne parle :

Lavoisier a dit "rien ne se perd, rien ne se créé, tout se transforme ...".

Ici, je comprend bien qu'on prend les calories de l'aire pour les donner à l'eau. Ca veut dire que l'aire est refroidi et qu'il y a des conséquences de ce coté la !
Si le ballon est installé en zone chauffée, l'aire refroidi va devoir être réchauffé et dans ce cas, en terme d'énergie, on a rien gagné (sauf en été ou il peut etre intéressant de refroidir l'air). Pire encore : on a mis des pièces en mouvement (compresseur) et cela a dépensé de l'énergie.
Si le ballon est installé en cave, c'est un peu mieux car l'air refroidi se réchauffera grace au murs et sols de la cave mais dans ce cas, non seulement les déperditions du ballon seront plus importantes (la cave est plus froide que la zone chauffée) mais aussi, le sol du rez aura plus de déperdition (la cave sera refroidie). De plus, on perd l'avantage du refroidissement (a part p-e si on a une cave a vin).

Pour moi, ce système de pompe a chaleur n'est util que quand on a besoin du chaud et du froid : faire un appareil qui fait frigo - congel - clim - chauffe-eau. (Car nos frigos et congels utilisent le même principe : il refroidissent l'interieur mais réchauffe l'extérieur). Le problème va alors être la juste régulation des températures de l'eau, du frigo et du congel.

La solution idéale serait que la régulation ne se fasse que sur le frigo, le congel et la clim et que la chaleur fournie par ces services ne servirait qu'a préchauffer l'eau chaude. Cela permettrait de donner moins d'importance à l'isolation de ces appareils car les pertes seraient de toute facon valorisées.

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