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

Par Olivier BROGGI, Responsable Efficacité Energétique CEGIBAT - Novembre 2019

Le Costic, sous l’impulsion de l’Ademe, EDF et GRDF, a élaboré une nouvelle méthode de dimensionnement : qu'apporte-t-elle ? Les résultats varient-ils profondément de l’ancienne méthode utilisée (AICVF 2004) ? Quels facteurs influencent le dimensionnement ? Tentons de répondre à ces interrogations. Pour faciliter le dimensionnement, un fichier est à télécharger directement sur le site Cegibat.

Premier changement notable, la méthode de dimensionnement varie 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.

Il faut donc, dès le départ, faire le choix du type de production et ne pas changer par la suite.

La solution la plus répandue est composée d’un échangeur à plaque externe et d’un ballon de stockage d’ECS.

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

Dans le cas où la circulation n’est pas continue, on préconise un volume minimum de stockage (V1). Ce volume est donné par la formule :

V1=V10min x (2,4+0,18 x Pboucle)

  • V1 : volume de stockage minimal requis pour assurer une température en sortie de ballon toujours > 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 qu'un puisage important survient. L’objectif c'est de toujours conserver 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 davantage que le volume utilisé avec la méthode AICVF 2004, pour identifier les modes dits semi-instantanés des modes semi-accumulés. Effectivement, avec l’ancienne méthode, si on stockait un volume d’eau chaude sanitaire 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.

Par conséquent, 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, seront utilisées, les solutions avec circulation permanente des pompes afin de permettre un volume de stockage plus faible.

Il est donc déconseillé d'utiliser des circulateurs pouvant se mettre à l’arrêt avec des faibles stockages si l'on souhaite être sûr de toujours disposer d'une température en sortie de production d’au moins 55°C. En effet, sous le seuil du volume minimal, la probabilité de non satisfaction des exigences de dimensionnement augmente.

Ensuite, la méthode propose des abaques dans les 2 cas. Ces premiers couples puissance-volume sont donnés sans tenir compte du bouclage de l’ECS lorsqu'une autre solution (traceur électrique, réchauffeur de boucle) garantirait 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 aussi la fonction de réchauffage de la boucle, il faut ajouter une puissance supplémentaire.

Le cas échéant, de l’emplacement du retour bouclage sur le ballon va dépendre l'ensemble. La méthode fait effectivement la différence 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

Suivant le cas retenu, 2 formules sont proposées.

Retour bouclage ECS

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

Comparaison des 2 méthodes proposées

Observons ces deux méthodes pour trois immeubles aux caractéristiques 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

Calculé pour un ballon avec retour bouclage situé entre le 1/3 supérieur et le milieu du ballon ECS, Le graphique ci-dessous présente 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.

La différence entre les deux méthodes est très faible.

Comparaison avec la méthode AICVF 2004

Observons désormais ces nouvelles méthodes en comparaison 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)
- Toutefois, ils deviennent supérieurs à ceux donnés par la méthode lorsque le volume de stockage augmente.
​- Les retours de bouclage ECS en bas de ballon de stockage entraînent un dimensionnement plus conséquent 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 presque toujours supérieures à celles données par 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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