ECS collective avec EnR solaire ou pompe à chaleur

De Dietrich

La problématique

La production d'eau chaude sanitaire collective est essentielle car elle correspond à un besoin de confort sanitaire dont l’impact dépasse certaines fois celui du chauffage. La production d’ECS pour collectivités (immeubles d’habitation, copropriétés, enseignement, hébergement, et autres applications) doit répondre à plusieurs critères importants et remarquables :

• Le confort des occupants, avec une solution ECS permettant de faire face aux besoins immédiats où momentanément importants (soit un juste dimensionnement des générateurs de chauffe, des capacités de stockage et des échangeurs entre le primaire (eau de chauffe)  et le secondaire (côté sanitaire))
• Les critères sanitaires liés au risque légionellose (température de stockage minimum, cycle de surchauffe, nettoyage périodique du ballon)
• Les critères de sécurité en termes de risques de brûlure avec des températures d'eau chaude sanitaire maximum aux points de puisage
• L'efficacité énergétique de la solution d'engageant des énergies les plus écologiques possibles soit dans la plupart des cas un mix de générateurs gaz, de pompes à chaleur à énergie décarbonée, d’énergie verte comme le solaire, …

La réglementation est là pour donner les garde-fous minimums à respecter, seulement, il y a aussi les règles de l’art et les bonnes pratiques issues de retours d’expérience de solutions techniques performantes, engageant une ECS collective avec des énergies renouvelables comme le solaire ou la pompe à chaleur. C’est l’objet de cette parole d’expert.

Analyse et savoir-faire de l'industriel

Choix du principe de production d'eau chaude sanitaire (ECS)

Il y a plusieurs solutions possibles en fonction de la position du ballon de stockage. Celui servant à accumuler une réserve tampon d’énergie pour pouvoir subvenir aux demandes de pointes ECS (matin ou soir en habitation par exemple).

La production d’ECS semi-instantanée met en jeu un échangeur à plaques côté primaire c'est-à-dire côté générateur, et un ballon de stockage côté secondaire. Soit, le ballon de stockage accumule et produit de l'eau chaude sanitaire du côté secondaire de l'installation (c'est-à-dire sanitaire).

Dans ce cas, la régulation va travailler avec un delta T important pour le générateur et privilégier des retours les plus bas possibles pour privilégier la condensation par exemple.

Soit le ballon de stockage se positionne au niveau primaire. Dans ce cas, sa capacité peut engager un stockage optimisé jusqu’à 80°C tout en régulant un retour primaire à 30°C pour privilégier rendements et condensation.

Production d’ECS avec chaudière à condensation et EnR (solaire)

La partie supérieure (ECS) du ballon dénommé FWS peut-être chargée par des chaudières montées en cascade alimentant les circuits chauffage et le circuit ECS raccordés sur le collecteur chauffage.

Le circuit solaire est raccordé sur la partie inférieure du ballon pour le préchauffage de l’ECS (ou le chauffage de l’ECS si l’appoint solaire est insuffisant). Un circuit de chauffage peut être raccordé éventuellement sur S1/S2 pour une piscine par exemple.

Le FWS peut fonctionner sans apport EnR ou avec EnR sur son volume tampon (schéma 1 ci-dessus) ou avec un volume tampon solaire spécifique sur le bas du ballon FWS (cf. schéma 2 ci-dessous).

Cette solution consiste à raccorder l’échangeur à plaques dénommé FWPS sur la partie haute du ballon tampon chaudière et à raccorder le ballon tampon primaire solaire en série sur la zone EnR du volume tampon solaire.

Vu la température basse (30 °C) en sortie d’échangeur FWPS, l’apport solaire sera quasi permanent même avec très peu de soleil. Cette solution permet de passer par le volume tampon solaire pour en récupérer l’énergie solaire si elle est apportée ou de court-circuiter ce ballon s’il n’y a pas d’apport solaire pour aller directement sur le volume tampon de la chaudière (sonde ECS chaudière en haut de la zone EnR).

Production d’ECS avec « stockage primaire », chaudière à condensation et Enr (solaire ou pompe à chaleur)

Cette solution consiste à raccorder l’échangeur à plaques FWPC (ou FWPS) directement sur le volume tampon de la chaudière et à raccorder le ballon primaire solaire en série sur la zone EnR du volume tampon chaudière. Remarque : Pour un appoint EnR avec PAC l’extension de volume n’est pas conseillée, le volume EnR dédié dans le ballon tampon chaudière étant suffisant au bon fonctionnement du système. Dans ce cas la sonde ECS de la chaudière aura son volume dédié (haut). Dans tous les autres cas, la sonde ECS chaudière reste dans le volume EnR.

EnR solaire sur un volume tampon dédié spécifique

La chaudière est raccordée sur le ballon tampon avec un retour chaudière sur le volume bas correspondant à la zone d’appoint EnR. La partie haute du stockage (sonde ECS chaudière en partie haute, hors zone EnR) permet le fonctionnement optimal du couple FWPC/chaudière tel que décrit précédemment tout en permettant un appoint EnR basse température de type solaire ou PAC sur le bas du volume tampon.

Le retour froid (35 °C) du FWPC permet grâce à la vanne 3 voies d’inversion un apport EnR dans tous les cas de figures en cas de puisages.

Cette solution permet un apport EnR rapide et plus élevé en température au vu du volume relativement faible à chauffer et de contribuer activement et de façon simple au maintien en température de la boucle de recirculation représentant souvent une source de consommation d’énergie importante et mal identifiée.

EnR ramenée directement sur le volume tampon primaire de la chaudière

Production d’ECS collective avec préparateur ECS (FWS); pompe à chaleur et chaudière d’appoint

Production d’ECS collective avec préparateur ECS (FWS) et double EnR : pompe à chaleur et solaire

Solutions produits

FWS : préparateurs multifonctions pour ECS collective. 400, 700 et 1300 litres

FWS : préparateurs de stockage primaire pour production d’eau chaude sanitaire instantanée par échangeur sous forme de serpentin intégré pour chaudières jusqu’à 280 kW. Gamme de préparateurs pour la production d’eau chaude sanitaire instantanée combinant le stockage primaire et la production d’ECS dans un même volume, optimisant l’efficacité du système par préchauffage solaire ou par PAC et appoint par chaudière à condensation, pour des débits ECS à 60°C jusqu’à 2,5 m3/h et des puissances jusqu’à 280 kW.

Préparateurs en acier multizones pour la préparation d’eau chaude sanitaire instantanée auxquels peuvent être raccordés tous types de chaudières et avec la possibilité de raccordement d’un circuit énergie renouvelable ou de la récupération de chaleur.

• Volume tampon qui joue l’effet « bouteille » et permet l’arrêt et la modulation chaudière  
• Optimisation de la stratification par plaques et piquages multiples et injecteurs pour EnR
• Echangeur ECS à contre-courant entre double enveloppe pour optimiser l’effet piston

Ce préparateur trouve son application principale :

• Dans le tertiaire, maison de retraite, hôpitaux, écoles, etc.
• Dans l’industrie, process industriels, abattoirs, etc.
• Dans le logement, Gîtes, petits locatifs, etc.,
• Dans les équipements sportifs, piscine, gymnase, vestiaires, etc.

Ils sont composés :

• D’un réservoir tampon à stratification
• De tubes d’injection du réseau primaire optimisés
• D’un échangeur en INOX sous forme d’un serpentin incorporé dans la cuve à performances élevées.

FWPC : préparateurs d’ECS instantané, avec un retour primaire basse température pour chaudières à condensation jusqu’à 750 kW

FWPC : Gamme de préparateurs pour la production d’eau chaude sanitaire instantanée construits sur la base d’un échangeur à plaques amovibles sur socle.
Grâce à une température de retour primaire à 35°C, il est possible d’optimiser l’efficacité du système avec des chaudières à condensation, pour des débits ECS à 60°C jusqu’à 215 l/min et des puissances jusqu’à 750 kW.

FWPC : Préparateurs ECS basse température pour une utilisation avec une chaudière à condensation.
→ La température de retour primaire fixée à 35 °C garantit le fonctionnement en condensation de la chaudière ce qui permet de réduire considérablement les consommations d’énergie
→ La régulation intégrée ultra réactive et précise participe activement à ces économies d’énergie

 

FWPS : Gamme de préparateurs d’eau chaude sanitaire instantanée avec préchauffage par système solaire ou pompe à chaleur, pour des débits ECS à 60°C jusqu’à 91 l/min et des puissances jusqu’à 300 kW.

La température retour primaire fixée à 30 °C garantit une efficacité maximale de l’apport ENR au système contrôlé par la régulation intégrée ultra réactive et précise.

Annexes : information sur la prévention des brûlures par eau chaude sanitaire et le développement de légionelle 

L’installation et l’exploitation des préparateurs devra être faite conformément aux DTU et décrets en vigueurs.

Pour limiter le développement des bactéries, la température de l’eau chaude distribuée doit être au minimum de 60 °C au départ des stockages, et dans le cas où l’installation comporte une boucle de recirculation, la température de l’eau, au retour, doit être au minimum de 50 °C. Dans tous les cas, les utilisateurs doivent être protégés contre les risques de brûlures aux points de puisage où la température de l’eau puisée ne doit pas dépasser 50 °C.

Un nouveau projet de modification de l’article 36 de l’arrêté du 23 juin 1978 est en cours.

Ce projet précise les modalités d’application de cet article 36 modifié de l’arrêté du 23 juin 1978 qui doit prévenir les risques liés aux légionelles et aux brûlures dans les installations fixes destinées à l’alimentation en eau chaude sanitaire des bâtiments d’habitation, de bureaux ou locaux recevant du public.

Prescriptions vis à vis des brûlures

Les brûlures par eau chaude sanitaire sont des accidents fréquents qui ont des conséquences graves notamment en raison de leur étendue importante. Environ 15 % des brûlures auraient pour cause une température d’eau chaude sanitaire trop élevée et comme pièce d’origine la salle de bain. On propose de remplacer l’article 36 de l’arrêté du 23 juin 1978 par les alinéas suivants :
“installations de distribution d’eau chaude sanitaire”
1 . Afin de limiter le risque de brûlure :

• dans les pièces destinées à la toilette, la température maximale de l’eau chaude sanitaire est fixée à 50 °C aux points de puisage ;  
• dans les autres pièces, la température maximale de l’eau chaude sanitaire est limitée à 60 °C aux points de puisage ;
• dans les cuisines et les buanderies des établissements recevant du public, la température de l’eau distribuée pourra être portée au maximum à 90 °C en certains points faisant l’objet d’une signalisation particulière.

Prescriptions vis à vis des légionelles dans les dispositifs de stockage et en réseau de distribution

La légionellose est provoquée par l’inhalation d’aérosols d’eau contaminée par des légionelles. La température de l’eau est un facteur important de prévention de développement des légionelles dans les réseaux de distribution puisque la bactérie Legionella a une croissance importante dans des eaux présentant une température comprise entre 25 et 43 °C.

On propose de remplacer l’article 36 de l’arrêté du 23 juin 1978 par les alinéas suivants :
“installations de distribution d’eau chaude sanitaire”

2. Les points de puisage à risque définis dans le présent alinéa sont les points susceptibles d’engendrer l’exposition d’une ou plusieurs personnes à un aérosol d’eau ; il s’agit notamment des douches.
Afin de limiter le risque lié au développement des légionelles dans les systèmes de distribution d’eau chaude sanitaire sur lesquels sont susceptibles d’être raccordés des points de puisage à risque, les exigences suivantes doivent être respectées pendant l’utilisation des systèmes de production et de distribution d’eau chaude sanitaire et dans les 24 heures précédant leur utilisation :

• lorsque le volume entre le point de mise en distribution et le point de puisage le plus éloigné est supérieur à 3 litres, la température de l’eau doit être supérieure ou égale à 50 °C en tout point du système de distribution, à l’exception des tubes finaux d’alimentation. Le volume de ces tubes finaux d’alimentation est le plus faible possible et dans tous les cas inférieur ou égal à 3 litres ;
•  lorsque le volume total des équipements de stockage est supérieur ou égal à 400 litres, l’eau contenue dans les équipements de stockage, à l’exclusion des ballons de préchauffage, doit :
  • être en permanence à une température supérieure ou égale à 55 °C à la sortie des équipements ;
  • ou être portée à une température suffisante au moins une fois par 24 heures. L’annexe 1 indique le temps minimum de maintien de la température de l’eau à respecter.

Annexe 1 : durée minimale d’élévation quotidienne de la température de l’eau dans les équipements de stockage, à l’exclusion des ballons de pré-chauffage