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Nouvelle méthode de dimensionnement de l’eau chaude sanitaire en logement

Par Olivier BROGGI, Responsable Efficacité Energétique CEGIBAT - Novembre 2019

Qu’apporte de nouveau cette méthode élaborée par le Costic sous l’impulsion de l’Ademe, EDF et GRDF ? Les résultats sont-ils vraiment différents de l’ancienne méthode utilisée (AICVF 2004) ? Quels sont les facteurs qui influencent le dimensionnement ? Essayons de répondre à ces questions. Un fichier Excel pour faciliter le dimensionnement est en téléchargement dans le dossier.

La première nouveauté de ce guide est que la méthode de dimensionnement est différente selon le type de production d’ECS retenue : une solution échangeur externe + ballon de stockage ECS, une solution stockage ECS avec échangeur intégré ou encore stockage primaire… Le guide propose également des méthodes pour les nouvelles solutions de production d’ECS par PAC ou par chaudière + stockage primaire, méthodes qui n’existaient pas jusque-là.

Le choix du type de production devra donc être fait dès le départ et ne pas changer par la suite.

Intéressons-nous à la solution la plus répandue : solution composée d’un échangeur à plaque externe et d’un ballon de stockage d’eau chaude sanitaire.

Description de la méthode de dimensionnement

ECS dimensionnement

Schéma de principe de la solution échangeur externe + ballon de stockage ECS

La méthode propose 2 scénarios :

  • Les circulateurs de l’échangeur (primaire et secondaire) sont à fonctionnement permanent
  • Les circulateurs de l’échangeur (primaire et secondaire) ne sont pas à fonctionnement permanent

Volume minimum de stockage

Si la circulation n’est pas continue, un volume minimum de stockage (V1) est préconisé. Ce volume est donné par la formule :

V1=V10min x (2,4+0,18 x Pboucle)

  • V1 : volume minimal de stockage requis pour assurer une température en sortie de ballon toujours supérieure à 55°C en litres
  • V10min : besoin de pointe 10 minutes en litres
  • Pboucle : pertes thermiques du bouclage en kW

Ce volume minimum sert à pallier le cas d’un circulateur arrêté et d’un ballon déjà bien refroidi par le bouclage de l’ECS alors que survient un puisage important. L’objectif étant de toujours garder une température en sortie de ballon d’ECS supérieure à 55°C.

Ce volume minimum est donc important (plus de 2,4 fois le volume de pointe dix minutes), bien plus important que le volume utilisé à l’époque (méthode AICVF 2004) pour distinguer les modes dits semi-instantanés des modes semi-accumulés. En effet, dans l’ancienne méthode, si on stockait un volume d’ECS supérieur à celui de la pointe 10 minutes, nous entrions dans les solutions semi-accumulés. Dans notre cas, nous sommes à plus de 2,4 fois ce volume.

Donc, si la production autorise un arrêt des circulateurs de l’échangeur ECS, le stockage sera au minimum égal au volume V1. Si un tel volume ne peut pas entrer en chaufferie, les solutions avec circulation permanente des pompes seront utilisées pour permettre un volume de stockage plus faible.

Utiliser des circulateurs pouvant se mettre à l’arrêt avec des faibles stockages n’est donc pas conseillée si on veut s’assurer d’avoir toujours une température en sortie de production d’au moins 55°C. En effet, en dessous du volume minimal, la probabilité de non satisfaction des exigences de dimensionnement augmente.

La méthode propose ensuite des abaques dans les 2 cas. Ces premiers couples puissance-volume sont donnés sans prise en compte du bouclage de l’eau chaude sanitaire pour les cas où une autre solution (traceur électrique, réchauffeur de boucle) assurerait cette fonction.

Méthode de calcul du couple puissance/volume de l’installation selon la configuration du circulateur
Circulateur à fonctionnement permanent Circulateur pouvant se mettre à l’arrêt
P = 14 x V-0,365 P = 17 x V-0,385
P : puissance ECS/logement standard (kW/logt)
V : volume de stockage ECS en litres
P : puissance ECS/logement standard (kW/logt)
V : volume de stockage ECS en litres
Conditions d’utilisation en volume
Vmin = 300 litres
Vmax = 4000 litres
Conditions d’utilisation en volume
​Vmin = 300 litres
Vmax = 4000 litres
V > V1

Bouclage ECS

Si la production d’ECS assure également la fonction de réchauffage de la boucle, une puissance supplémentaire est à ajouter.

Dans ce cas, tout va dépendre de l’emplacement du retour bouclage sur le ballon. La méthode fait en effet le distinguo entre les solutions où :

  • le retour bouclage arrive entre le 1/3 supérieur et le milieu de ballon
  • le retour bouclage arrive en bas de ballon

2 formules sont proposées suivant le cas retenu.

Retour bouclage ECS

Méthode de calcul de la puissance supplémentaire à ajouter pour le bouclage

Comparaison des 2 méthodes proposées

Comparons ces deux méthodes pour trois immeubles dont les caractéristiques sont les suivantes :

Caractéristiques des 3 immeubles étudiés
Immeuble A B C
Nombre de logements 27 41 81
Nombre de logements standards 27 36 72
Débit de bouclage total 630 litres/h 696 litres/h 1478 litres/h

Le graphique ci-dessous, calculé pour un ballon avec retour bouclage situé entre le 1/3 supérieur et le milieu du ballon ECS, montre l’ensemble des couples volume-puissance possible pour les trois immeubles.

Volume puissance bouclage ECS

Couple volume/puissance pour les 3 immeubles étudiés

Les dimensionnements pour les cas où on autorise un arrêt des circulateurs de l’échangeur ECS sont donnés en tenant compte du volume minimum V1.

On constate une très faible différence entre les deux méthodes

Comparaison avec la méthode AICVF 2004

Comparons maintenant ces nouvelles méthodes avec l’ancienne méthode AICVF 2004.

Pour la nouvelle méthode, nous distinguerons les cas suivants :

  • Circulateur à fonctionnement permanent et bouclage au 1/3 supérieur du ballon
  • Circulateur à fonctionnement permanent et bouclage en bas de ballon

Puissance Volume eau chaude sanitaire

Couple puissance/volume de l’immeuble A en comparant les 2 méthodes de dimensionnement ECS

Les conclusions sont les suivantes :
- Les couples puissance/volume obtenus avec la nouvelle méthode sont inférieurs à ceux de la méthode AICVF 2004 (du moins dans l’ancien univers semi-instantané
- En revanche, ils deviennent supérieurs à ceux que donnaient la méthode quand le volume de stockage augmente.
​- Les retours de bouclage ECS en bas de ballon de stockage entraînent un dimensionnement plus important que le retour bouclage au 1/3 supérieur du ballon.

Dans le cas où on autorise une mise à l’arrêt des circulateurs et où on respecte le volume minimum V1 (ici égal à 1000 litres environ), les puissances sont quasi toujours supérieures à celles que donnait l’ancienne méthode AICVF 2004.

ECS puissance volume stockage

Couple puissance/volume de l’immeuble A en comparant les 2 méthodes de dimensionnement ECS avec volume minimal et arrêt des circulateurs


Pour aller plus loin sur le sujet ECS :
Guide ECS : Nouvelle méthode de dimensionnement de l'eau chaude sanitaire en résidentiel
ECS et condensation, des pistes pour une ECS performante

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