Récupération de l’énergie des eaux grises sanitaires : analyse et rentabilité technico-économique

 Par Florent Chata, Directeur Général SOLARONICS ECS

Arrêtons de jeter l’énergie aux égouts ! La récupération de l’énergie fatale des eaux usées est un concept durable doublé d’un choix économiquement payant, sur la base de critères de sélection pertinents.

Pour le promoteur comme pour le concepteur, la sélection de la solution ECS la mieux adaptée au contexte de la réglementation RE2020 et à la multitude des solutions est complexe. L’analyse technico-économique est évidemment une des clés de la décision.

Cette analyse technico-économique doit intégrer le niveau d’investissement global des solutions mises en œuvre et les coûts d’exploitation en termes de maintenance et de consommation énergétique.

La solution de récupération sur eaux grises pour une production de 100% du besoin ECS désignée PAC Facteur 7 est particulièrement performante (cf. parole d’expert Florent Chata > lien). Elle présente l’avantage majeur de valoriser une source froide dont la température est élevée et stable toute l’année par des Pompes à Chaleur Eau/Eau.

Schéma de principe récupération d’énergie eaux grises d’une production ECS collective – Pac Facteur 7

La performance de la solution permet une économie d’énergie qui se traduit par une économie financière. Les coûts de maintenance sont similaires aux autres technologies permises par le nouveau cadre réglementaire RE2020.

Nous souhaitons ici compléter cette première approche performance énergétique et environnementale par un canevas de réflexions concernant l’investissement. Il s’agit de définir les critères de sélection pertinents pour une approche technico-économique globale réussie.

Récupération d’énergie sur eaux grises pour une production d’ECS : deux critères de sélection pertinents

Le poids de l’ECS dans le besoin énergétique global

De manière générale, la part d’énergie utilisée pour la production ECS est de plus en plus importante dans le besoin énergétique global du bâtiment. La part du chauffage diminue en effet avec des isolations thermiques de plus en plus performantes. L’évolution à ce sujet depuis les années 60 est spectaculaire.

La production ECS devient ainsi le plus gros consommateur d’énergie et ce de manière systématique. Une répartition de 60% pour le poste ECS, 40% pour le poste chauffage est déjà courante pour le résidentiel.

Figure 1 : Répartition des besoins énergétiques ECS vs Chauffage pour un immeuble résidentiel « RE2020 »

Cette proportion continuera à évoluer et le poids de l’ECS continuera à s’accentuer avec la mise en place d’enveloppes thermiques de plus en plus performantes. C’est déjà le cas pour les bâtiments passifs pour lesquels le besoin en chauffage tend vers zéro.

Le poste ECS est d’ores et déjà le consommateur principal d’énergie pour les hôtels et résidences étudiantes.

Ces constats permettent d’identifier rapidement le premier critère clé pour une intégration technico-économique réussie d’une solution de récupération d’énergie des eaux grises comme PAC FACTEUR 7 : Le poids énergétique du poste ECS dans le besoin énergétique global du bâtiment.

Le deuxième critère concerne l’importance du besoin ECS journalier.

Nous illustrerons ci-après les deux critères listés avec quelques ordres de grandeur avant de donner des éléments chiffrés en termes d’investissement.

Hôtellerie et Résidences Etudiantes : de gros consommateurs d’Eau Chaude Sanitaire

Les cas de l’hôtellerie et des résidences étudiantes présentent des similarités en termes d’importance du besoin ECS mais aussi en termes de proportion dans le besoin énergétique global du bâtiment.

Hôtellerie

Les hôtels sont de très gros consommateurs d’Eau Chaude Sanitaire ; et d’autant plus lorsque l’hôtel est étoilé. A titre d’exemple, le dimensionnement d’une chambre d’hôtel 4* repose sur un besoin de l’ordre de l’ordre de 80 litres d’ECS à 58°C par jour ; le besoin pour une chambre d’un hôtel 5* peut monter jusqu’à 250 litres par jour. Les surfaces des chambres à considérer sont respectivement de l’ordre de 15 à 25 m².

Figure 2 : Répartition des besoins énergétiques ECS vs Chauffage pour une chambre d’hôtel 4* (hypothèses 80 litres ECS @ 58°C et 15 m² de surface)

Dans le secteur hôtelier, les deux facteurs clés permettant de justifier de l’intérêt technico-économique d’un système PAC FACTEUR 7 de récupération sur eaux grises sont typiquement réunis :

• Poids de l’ECS dans la consommation énergétique globale (de l’ordre de 80%).
• Importance du besoin ECS journalier (> 8000 litres d’ECS @ 58°C/jour)

La solution PAC FACTEUR 7 permet, pour ce secteur gourmand en Eau Chaude Sanitaire, de limiter l’investissement global des solutions à mettre en œuvre, de diminuer la facture correspondant aux coûts d’exploitation et d’apporter un taux EnR important.

Résidences Etudiantes

De même, les résidences étudiantes présentent la particularité de consommer beaucoup d’énergie pour l’Eau Chaude Sanitaire avec des surfaces de chambres réduites. La surface d’une chambre étudiante est de l’ordre de 12 à 15 m², la consommation ECS de l’ordre de 60 litres à 58°C par jour.

Figure 3 : Répartition des besoins énergétiques ECS vs Chauffage pour une chambre étudiante (hypothèses 60 litres ECS @ 58°C et 12 m² de surface)

Les projets de résidences étudiantes regroupent généralement de l’ordre de 150 chambres par résidence (typiquement de 100 à 250 chambres/résidence).

Tout comme les hôtels, le besoin ECS est important et le poids de l’ECS dans le besoin énergétique global des résidences étudiantes est élevé. La solution PAC FACTEUR 7 est alors une solution particulièrement intéressante autant pour l’investissement que pour les gains en termes de coûts d’exploitation.

Analyse technico-économique

Performance et consommation d’énergie

La récupération de la chaleur fatale des eaux grises passe par l’utilisation de pompes à chaleur Eau/Eau spécifiques : les modules B40 V3 constituent le cœur de la solution PAC FACTEUR 7. Le carburant eau grise est gratuit et disponible localement, il permet de diviser effectivement la consommation électrique pour la production ECS sur l’année par 5.

Figure 4 : Consommation électrique du système de production ECS PAC Facteur 7 VS énergie thermique à apporter à l’Eau de Ville

Nous pouvons en déduire un taux ENR illustré ci-après de l’ordre de 80%.

Figure 5 : Proportion d’EnR apportée par les Eaux Grises sur la production ECS

Dans le cas des hôtels et des résidences étudiantes, la consommation d’énergie est essentiellement liée au besoin ECS qui représente plus de 80% du besoin énergétique global. L’impact du seul système de récupération de chaleur sur eaux grises est donc très important sur l’ensemble du bâtiment.

La solution PAC FACTEUR 7 apporte un niveau de performances remarquables pour le poste ECS (SCOP de 5, Taux EnR de 80%, émission C02 très limitée). Les gains d’énergie génèrent des économies importantes pour l’utilisateur comparativement à toutes les autres technologies permises par la RE2020.

Les coûts de maintenance propres au système PAC FACTEUR 7, similaires aux autres technologies possibles, ne modifient pas cette première conclusion.

Investissement

La solution PAC FACTEUR 7 présente des ratios d’investissement par chambre ou par logement qui diminuent rapidement avec la taille du projet. Plus le besoin ECS est important et plus la solution est économiquement intéressante.

Comme illustré en première partie, dans le cas des hôtels et des résidences étudiantes, le besoin ECS journalier est généralement conséquent. La taille du projet permet ainsi de limiter l’investissement à des ratios compris entre 1 000 et 1 800 € par chambre ou logement.*

* à définir suivant chaque taille de projet et en fonction de la subvention du Fond Chaleur spécifique en correspondance.

Conclusion sur la récupération sur Eaux Grises

Les systèmes de récupération sur Eaux Grises sont particulièrement intéressants du point de vue investissement dans les conditions suivantes :

• Dès maintenant et avec l’application de la première phase de la RE2020, lorsque le poids de l’ECS est très important dans le besoin énergétique global du bâtiment et le besoin ECS journalier important : Hôtellerie, Résidences Etudiantes, bâtiments bien isolés de plus de 80 logements, douches et vestiaires.
   
• A partir de 2025, année qui verra s’appliquer un nouveau seuil d’émission CO2 à 6,5 kg/m²/an et pour tous les bâtiments pour lesquels le besoin sera supérieur à 8 000 litres/jour.

L’approche technico-économique cumule alors tous les avantages. La solution PAC FACTEUR 7 limite le niveau d’investissement et elle apporte en plus des économies en termes de coûts d’exploitation (énergie et maintenance).

SOLARONICS ECS s’engage sur les niveaux de performance et de coûts (consommation et maintenance) réels en fonction du contexte global de chaque projet.

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La solution Pac Facteur 7 est aujourd'hui le dispositif le plus efficient pour produire l’eau chaude sanitaire collective :

• PAC Facteur 7® est la solution innovante de production d'eau chaude sanitaire (ECS) qui combine la récupération de la chaleur des eaux grises (eaux issues des douches, lave-linges, éviers, ...) et une pompe à chaleur (PAC) de très haute efficacité.
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Par Florent Chata, Directeur Général SOLARONICS ECS
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