Changez votre façon de penser ! Chauffage et eau chaude séparés

Par Jean Dominique, Directeur commercial CLAGE

L'avenir appartient aux chauffe-eaux instantanés ! Pourquoi ? Car dans beaucoup de cas et pour raisons d’économie d’installation et d’économies d’énergie, l'eau chaude sanitaires devrait être dissociée du chauffage des locaux.

Neuf ou rénovation, les chauffe-eaux instantanés décentralisés, une solution économique pour le logement comme pour le secteur tertiaire, démonstration dans cette chronique technique avec référence à la norme DIN 18015-1 (sur la simultanéité) et des retours d’expériences à l’appui.

Les chauffe-eaux instantanés décentralisés :

• Toujours Smart : par leur technologie, les chauffe-eaux instantanés à régulation électronique réagissent toujours avec précision aux besoins de l'utilisateur (gestion de la puissance en temps réel sur la base de la demande de température et du volume de soutirage).
• La consommation d'électricité n'est influencée que par la température et le débit sélectionnés (indépendamment de la puissance connectée).
• Les chauffe-eaux instantanés décentralisés permettent de réduire le chauffage des locaux. Le système de chauffage comme la pompe à chaleur peut être conçue de manière plus petite et plus économique.
• Les conduites de circulation d'eau chaude peuvent être économisées, ainsi que les bouclages fort énergivores. Les pertes en attente et les pertes de distribution peuvent ainsi être réduites de 50% ou plus. Et quant aux pertes importantes d’un bouclage d’ECS, c’est le Jackpot car il n’y a pas de bouclage et les économies d’énergie sont immédiates.

En savoir plus sur les chauffe-eaux instantanés

Chauffe-eaux instantanés décentralisés : rien de plus simple et une installation des plus faciles !

• Avec l'utilisation de pompes à chaleur et de voitures électriques, des meilleurs raccordements électriques sont attendus et donc tout à fait suffisants pour les chauffe-eaux instantanés électriques.
• Plusieurs chauffe-eaux instantanés peuvent également être installés dans les immeubles.
• Le facteur de simultanéité est faible en raison de temps d’utilisation courts (par exemple 30 secondes pour le lavage des mains, 3 à 5 minutes pour la douche) !

Simultanéité électrique dans les bâtiments d’habitation avec ECS par chauffe-eau instantanés

Il est indispensable d’estimer au mieux les raccordements électriques nécessaires pour couvrir le besoin électrique d’un bâtiment de logements. Le nombre d’habitants, les habitudes de chacun, sont variables et difficiles à prévoir. Les chauffe-eaux instantanés nécessitent des puissances élevées mais sur des durées de chauffe courtes, ils ne sont pas pénalisants car bénéficient d’un coefficient de simultanéité plus faible que des chauffe-eaux à accumulation.
Comme nous l'avons déjà abordé dans le cadre de notre dernière newsletter sur le thème Tuto-RE2020, nous montrons maintenant la façon dont l’Allemagne traite le thème de la simultanéité des Chauffe-eau instantanés électriques de manière sûre.

Cliquez ici pour le Link « Tuto RE 2020 »

L'expérience sur le marché allemand a conduit à l'élaboration d'une norme en 1991, mise à jour en 2007, qui définit le facteur de simultanéité en fonction du nombre d'appareils dans les immeubles d'habitation. Vous trouverez dans cette étude un énoncé de la norme ainsi qu’un relevé de consommation réelle observée sur plusieurs chantiers d’immeubles résidentiels.

La norme allemande pertinente sur la simultanéité est la DIN 18015-1, avec une étude complémentaire du VDEW de 1991. Cette norme est souvent mal comprise, et les planificateurs électriques surestiment fréquemment le taux de simultanéité lors de l’utilisation de chauffe-eau instantanés électriques. Cela entraîne un surdimensionnement des installations électriques, générant des coûts inutiles et, dans certains cas, des refus de raccordement par les distributeurs, car la demande excédait les capacités disponibles de manière erronée. Pour un immeuble de 100 logements, la norme DIN fixe la simultanéité à environ 4,4 %.

La puissance électrique maximale dans le réseau à basse tension d’un immeuble résidentiel ne dépend pas uniquement des puissances nominales des chauffe-eau individuels. Le facteur de simultanéité dans la demande d’eau chaude joue un rôle crucial dans la détermination de la puissance totale nécessaire. Les pics de demande surviennent principalement lors des heures de bain, notamment le week-end, mais même à ces moments-là, la demande simultanée reste relativement faible par rapport à la puissance totale installée. Dans les bâtiments de 50 à 100 unités d’habitation, le taux de simultanéité ne dépasse généralement pas 5 %.
Le facteur de simultanéité diminue à mesure que le nombre d'appareils installés augmente, car la probabilité que tous soient utilisés en même temps devient de plus en plus faible.

Il est important de noter que les habitudes de consommation ont évolué depuis 1991. L’usage des baignoires a diminué, même le week-end, et les douches sont devenues la norme, ce qui a contribué à la réduction des valeurs de raccordement nécessaires.

En ce qui concerne l'utilisation de chauffe-eau à accumulation, une étude menée par le ZVEH en 1991 montre que, pour la courbe de charge, il importe peu que les appareils aient une puissance de raccordement élevée (chauffe-eau instantané) ou faible (chauffe-eau à accumulation). Si les deux systèmes doivent fournir la même quantité d’eau chaude, les chauffe-eau instantanés, avec leur puissance de raccordement plus élevée, ont des durées de fonctionnement plus courtes et un facteur de simultanéité nettement plus faible que les chauffe-eau à accumulation. Ces conclusions reposent sur des décennies d’expérience en Allemagne.

La norme DIN 18015-1 de 2007

Principe de dimensionnement des lignes principales dans les immeubles d’habitation sans chauffage électrique, tension nominale 230/400 V, selon la Figure 1 :

P = Puissance; kVA = kilo Volt x Ampère ; P = puissance ; UH = unités d’habitation ;
EC élec. = eau chaude électrique (sur la base d’un chauffe-eau instantané hydraulique de 21 kW)

Exemple 1 : Logements d’étudiants

Profil de charge dans un dortoir d’étudiants avec des chauffe-eau instantanés entièrement contrôlés électroniquement : Exemple d’un projet en Autriche

Projet
Construction neuve d’un dortoir d’étudiants et rénovation partielle de l’école (LBS) à Schrems, en Basse-Autriche.

Objet
Dans une nouvelle résidence étudiante de LBS Schrems, qui est rattachée à la LBS professionnelle dans un bâtiment historique, il y a des groupes résidentiels pour les étudiants, des salles de loisirs et des zones d’infrastructure telles qu’une cuisine de cantine pour environ 300 menus. L’approvisionnement en chaleur est assuré par un système de chauffage à biomasse bois respectueux de l’environnement.
L’alimentation en eau chaude est séparée du chauffage via des chauffe-eau instantanés électriques modernes.
2 salons et 2 chambres pour 2 élèves sont répartis entre un groupe sanitaire avec salle de bain (douche, 2 lavabos) et un WC avec lave-mains. Ceux-ci sont chacun alimentés en eau chaude par un chauffe-eau électrique instantané de 27 kW. D’autres chauffe-eau instantanés électriques sont installés dans la cuisine commerciale et dans les zones générales, telles que le nettoyage des chambres.

Concept de mesure
Un concept de mesure détaillé pour l’ensemble du bâtiment a déjà été planifié lors de la phase de planification et mis en œuvre par la suite. Celle-ci devait être utilisée, entre autres, pour déterminer la simultanéité des consommateurs électriques. Après une phase de consolidation, les évaluations pourraient désormais être basées sur les résultats de mesure de 2022.

Maitre d´ouvrage 
Land de Basse-Autriche - Département des écoles (K4), Landhausplatz 1 – A-3109 St. Pölten.

Consommateurs électriques installés (indispensables pour l’analyse du profil de charge de l’alimentation en eau chaude) 

La simultanéité (moyenne sur 15 minutes) était d’environ 8 % pour 37 chauffe-eau électriques instantanés

Résultats des mesures de charge

Les simultanéités ont été déterminées pour des groupes de 6, 15, 16 chauffe-eaux électriques instantanés, avec un total de 37 appareils. La performance moyenne sur une période de 15 minutes a été mesurée. Les relevés de charge montrent que la simultanéité est beaucoup plus faible que ce qui est généralement supposé.

En outre, en analysant la consommation totale d’électricité de la résidence étudiante et de l’école professionnelle publique, il a été constaté que les chauffe-eaux instantanés électriques ne sont pas les principaux responsables des pics de consommation d’énergie. Ce sont plutôt des équipements tels que la cuisine de la cantine ou les générateurs de vapeur industriels de l’école professionnelle qui sont à l’origine de ces pics.

À titre de comparaison, le schéma suivant présente également les valeurs de la norme DIN 18015-1, qui constitue un ensemble de règles normatives souvent utilisées pour le dimensionnement des bâtiments résidentiels équipés de chauffage électrique et de chauffe-eaux instantanés (E-DLE). Les résultats des mesures pratiques montrent qu’une marge de sécurité suffisante est présente.

Facteurs de simultanéité de valeurs moyennes sur 15 minutes et de puissances instantanées maximales

Nombre de CEI (27KW chacun) ou appartement (DIN 18015-1, 34 KW chacun)

Cycle quotidien avec les valeurs moyennes les plus élevées sur 15 minutes en kW (jours différents)

Exemple 2 : Immeuble de 85 appartements

Raccordement de la maison et profil de charge dans les immeubles d’habitation : Exemple de projet Wohnblock Zwickau 1Erich Mühsam Str. 87-101, 08062 Zwickau Allemagne

 

Objet
L’immeuble d’appartements de 85 unités résidentielles à Zwickau a été rénové en 2023 et est occupé à 80 % au cours de la période de mesure. L’alimentation en eau chaude est séparée du chauffage via des chauffe-eau instantanés électriques modernes. Le chauffage est fourni par le chauffage urbain. Des mesures de charge ont été effectuées pour l’objet à l’état habité afin de déterminer la hauteur réelle de la charge via l’alimentation en eau chaude électrique. Les périodes
26.06.-06.07.2023 (été) et 08.12-15.12.2023 (hiver) ont été choisies pour les mesures de charge, ainsi que la période allant de Noël au Nouvel An (19.12.2023-02.01.2024), de sorte que l’occupation complète peut être supposée.

Résultats de la mesure de charge

Les mesures de charge sur les différentes périodes montrent que la demande réelle est nettement inférieure à celle prévue lors de la planification préliminaire. Les 8 raccordements domestiques ont été équipés de boîtiers de raccordement avec deux fusibles de 3x125 A chacun, soit environ 2 x 90 kVA. Le câble d’alimentation du bâtiment est protégé par un fusible de 3x355 A. La norme DIN 18015-1 est souvent utilisée comme référence pour le dimensionnement des raccordements domestiques. Pour 90 unités d’habitation, un fusible de 3x300 A est recommandé, ce qui correspond à une puissance maximale requise d’environ 200 kW.

Les mesures de charge ont montré que la charge la plus élevée atteignait 120 kW, tandis que la charge moyenne était encore plus faible, autour de 44 kW. Cela démontre une fois de plus que la simultanéité réelle est nettement inférieure à celle supposée dans la norme DIN 18015-1.

Exemple 3 : immeuble de 8 habitations

Raccordement domestique et courbe de charge dans un immeuble collectif : À l'exemple de l'objet "Quadrohaus" - Janusz-Korcak-Str. 3, 29549 Bad Bevensen

Objet
L'immeuble collectif de 8 unités d'habitation a été équipé selon la norme énergétique KfW 40 plus. Les besoins en chauffage sont couverts par une pompe à chaleur air-eau. L'eau chaude est fournie séparément du chauffage par des chauffe-eau instantanés électriques modernes. Le concept d'installation comprend en outre une ventilation contrôlée avec récupération de chaleur et une installation photovoltaïque pour la production d'électricité avec stockage sur batterie. On a volontairement renoncé à l'utilisation de combustibles fossiles, de sorte que seule l'électricité est utilisée dans le bâtiment comme source énergétique.

Des mesures de charge ont été effectuées lorsque le bâtiment était occupé, afin de déterminer la charge réelle d'un bâtiment d'habitation entièrement électrique. Le mode hivernal est particulièrement intéressant à cet égard, lorsque la pompe à chaleur électrique chauffe, que le système de ventilation fonctionne et que de l'eau chaude est également nécessaire.

Deux périodes ont été choisies pour représenter le fonctionnement en été et en hiver :

1. 17.07.2020 – 24.07.2020 (été, sans chauffage)
2. 15.12.2020 – 05.01.2021 (Noël/Nouvel an)

Résultats des mesures de charge

Les mesures de charge sur les deux périodes montrent que les besoins réels sont nettement inférieurs à ceux estimés lors de la planification préliminaire. Le raccordement domestique utilisé avec 3x100 A (69 kVA) n'a été utilisé à aucun moment, même en 2020, bien que davantage de temps ait été passé à la maison (télétravail, restrictions de contact, etc.). Même en mode hivernal, seuls environ 25 kVA ont été nécessaires en moyenne. Il s'avère qu'une planification détaillée devrait être effectuée, en considérant tous les consommateurs électriques et en appliquant des simultanéités réalistes.
Lors de la première orientation vers le raccordement domestique, on se réfère souvent à la norme DIN 18015-1. Ici, on aurait même recommandé un raccordement domestique de 3x160 A nettement surdimensionné. Dans le cas de cet objet, c'est le fournisseur d'énergie local qui a conseillé un raccordement domestique de 3x100 A. Il est recommandé de prendre contact avec le fournisseur d'énergie afin de discuter d'un raccordement domestique réaliste sur la base de ses valeurs empiriques.

Evaluation de la courbe de charge

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Par Jean Dominique, Directeur commercial CLAGE – jean.dominique(at)clage.fr