Guide de dimensionnement des solutions de production d’ECS pour l’habitat

Par Jacques ORTOLAS - Ingénieur conseil en génie thermique

Ce nouveau guide de référence a pour objectif de définir et d’optimiser le dimensionnement des installations de production d’ECS en résidentiel en retravaillant la méthode habituellement utilisée (celle de l’AICVF 2004) pour devenir ainsi la méthode référente de dimensionnement de l’eau chaude sanitaire en résidentiel individuel et collectif.

Bon nombre de professionnels se demandaient comment dimensionner les installations en tenant compte des nouvelles valeurs de besoins ECS qui ne sont pas simples à évaluer et qui sont également en évolution selon les usages. L’ADEME, EDF et GRDF avec l'appui du Costic et de nombreux industriels, ont ainsi décidé de publier un nouveau guide en 2019 proposant une nouvelle méthode de dimensionnement ECS pour le logement.

Ce guide est donc à destination de tous les acteurs de la filière : industriels, maîtres d’ouvrage, bureaux d’études, installateurs. Il est recommandé à tous les lecteur(trice)s d’XPAIR.

Tout savoir sur le dimensionnement ECS

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Guide de dimensionnement ECS

1. Pourquoi de nouvelles méthodes de dimensionnement ?

Les nouvelles valeurs de référence de besoins d’ECS en habitat collectif du guide ADEME de 2016 sont plus faibles que les valeurs utilisées jusqu’alors dans les méthodes de dimensionnement existantes.

• Le marché a fortement évolué depuis ces 15 dernières années, compte tenu tout d’abord des contraintes liées au risque légionelles et puis plus récemment sous l’impulsion du contexte énergétique. Les solutions de production d’ECS se sont multipliées.
• Les méthodes de dimensionnement des systèmes de production d’ECS datent généralement de plusieurs dizaines d’années et donnent des résultats variés. Elles reposent sur des valeurs anciennes de besoins et ne traitent pas des solutions qui se sont développées ces dernières années telles que les systèmes de stockage primaire et les PAC dédiées à l’ECS.

C’est pourquoi des travaux ont été menés afin d’établir de nouvelles méthodes de dimensionnement des systèmes collectifs. L’originalité de ces travaux, une première en soit par rapport aux méthodes existantes, est :

• de s’appuyer sur de nouvelles valeurs de besoins plus complètes que tout ce que l’on possédait jusqu’alors,
• de tenir compte, en plus de la satisfaction des besoins, d’exigences de température en sortie de production vis-à-vis de la prévention des risques liés aux légionelles,
• de mieux tenir compte du comportement des systèmes grâce à l’usage de la simulation thermique dynamique (STD) lors des travaux de développement des méthodes.

2. Quel est le contenu de ce guide ?

Nouveau Guide de dimensionnement ECS de 60 pages

Ce guide traite du dimensionnement des systèmes de production d’ECS pour l’habitat. Il aborde successivement le dimensionnement :

- des systèmes individuels pour une maison ou pour un appartement,
- des systèmes collectifs pour les immeubles d’habitation,
- des systèmes collectifs individualisés qui réalisent à partir d’une source de chaleur commune à l’ensemble de l’immeuble, une production d’ECS individuelle pour chaque appartement.

De nouvelles méthodes de dimensionnement sont données pour les systèmes de production d’ECS collectifs associés à des chaudières (ou à une sous-station) et pour les pompes à chaleur collectives dédiées à l’ECS.

Pour les autres systèmes, une description des méthodes de dimensionnement de référence existantes est présentée.
 

3. Exemple de production ECS avec un stockage primaire et un échangeur externe au stockage

Production collective d’ECS par échangeur et ballon de stockage primaire

Quel fonctionnement ?
Les schémas page 37 et 38 du Guide expliquent le fonctionnement de cette installation, dans le cas d’un réchauffage du bouclage d’ECS assuré par cette production. En fonction du débit en sortie de ballon (en amont de la vanne à trois voies) et du débit de charge, les sens de circulation dans le ballon varient :

A. en l’absence de puisage ou pour de faibles soutirages, si le circulateur de charge et la chaudière sont arrêtés compte tenu de la température de stockage, c’est le stockage qui fournit l’intégralité de l’énergie nécessaire au réchauffage de l’ECS et du bouclage.

B. en l’absence de puisage ou pour de faibles soutirages, si le circulateur de charge et la chaudière sont enclenchés, c’est la chaudière (et le haut du stockage) qui fournissent l’énergie nécessaire pour le réchauffage de l’ECS et du bouclage, si le débit en sortie de ballon (en amont de la vanne à trois voies) reste inférieur au débit de charge.

C. pour des soutirages importants, le circulateur et la chaudière sont enclenchés par la décharge rapide du ballon, s’ils ne l’étaient pas déjà. C’est alors la chaudière et le stockage qui fournissent l’énergie requise pour le réchauffage de l’ECS et du bouclage, pour un débit en sortie de ballon supérieur au débit de charge.
 

4. Quelles recommandations pour une meilleure maîtrise des consommations énergétiques ECS ?

Vis-à-vis des performances énergétiques, il importe :

1. d’éviter le surdimensionnement des systèmes de production d’ECS à la fois au niveau du volume de stockage et de la puissance. Le surdimensionnement est préjudiciable aussi bien sur la performance énergétique de l’installation que sur sa pérennité,

2. d’éviter le recours à un bouclage pour une maison ou un appartement qui conduit à une dégradation des performances du système de production et à une très forte augmentation des consommations,

3. d’optimiser, en habitat collectif, la conception du bouclage de manière à avoir des pertes thermiques et des débits de bouclage les plus faibles possibles. Outre l’influence importante du bouclage sur les consommations énergétiques de l’installation, la prise en charge du bouclage par le système collectif de production d’ECS influe de manière importante sur son dimensionnement. La puissance supplémentaire à prévoir pour ce réchauffage de la boucle est généralement très supérieure à la valeur de pertes thermiques du bouclage. C’est pourquoi se pose également la question de la pertinence de la prise en charge ou non de celui-ci par la production,

4. de calorifuger l’ensemble de l’installation de production d’ECS (collecteurs et canalisations du circuit primaire et CS, échangeur, vannes, circulateur),

5. d’opter pour des ballons présentant des pertes thermiques limitées,

6. de limiter le plus possible, pour une production collective, le nombre de ballons pour un même volume de stockage afin de réduire les pertes thermiques,

7. de gérer de manière optimale les appoints dans le cas des systèmes ENR.
 

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Guide de dimensionnement ECS

Présenté par Jacques Ortolas : Consultant et ingénieur conseil en génie climatique, J. ORTOLAS s'est spécialisé depuis des années dans la recherche de solutions d'économies d'énergie et d'exploitation optimisées dans le Cycle de Vie des installations CVC.

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