Schémas de production d'ECS

Une production d'eau chaude sanitaire (ECS) répond au même besoin journalier avec beaucoup de stockage et peu de puissance, ou l'inverse. Le schéma de production nomme ce partage. Avec une pompe à chaleur (PAC), il décide aussi des heures où la PAC peut s'arrêter.

Trois modes de production

Plus le stockage est grand, plus la PAC peut être petite et s'arrêter longtemps. Plus il est petit, plus la PAC doit être puissante et disponible au moment des pointes.

Les bornes du compromis

Deux bilans d'énergie encadrent le choix.

Puissance minimale. Sur une journée, la production doit fournir au moins l'énergie puisée, les pertes des ballons et les pertes de bouclage, pendant les heures où elle fonctionne :

où :

• $P_{min}$ : puissance minimale de la production, en kW ;
• $E_{\text{puisée}}$ : énergie de l'eau chaude puisée sur 24 h, en kWh ;
• $E_{\text{pertes ballons}}$ : pertes thermiques des ballons sur 24 h, en kWh ;

Diviser par deux les heures de fonctionnement double donc la puissance minimale.

Volume minimal. Pendant un arrêt de la production, le ballon fournit seul le puisage et les pertes. Au mieux plein à la température de charge au début de l'arrêt, chaque litre cède au plus l'énergie qui le ramène à la température de l'eau froide :

où :

• $V_{min}$ : volume de stockage minimal, en L ;
• $E_{\text{puisage}}$ : énergie de l'eau chaude puisée pendant l'arrêt, en Wh ;
• $E_{\text{bouclage}}$ : pertes de la boucle de distribution pendant l'arrêt, en Wh ;

Ces deux bornes sont nécessaires, pas suffisantes. La stratification du ballon, la puissance que l'échangeur peut transmettre et la température réglementaire en sortie ne se vérifient que par un calcul dynamique, heure par heure ou plus fin.

Schémas hydrauliques avec une PAC

ECS stockée, préparée par serpentin

La PAC chauffe un circuit primaire qui traverse un serpentin immergé dans chaque ballon d'ECS. L'eau sanitaire ne passe pas dans la PAC. Plusieurs ballons peuvent être placés en série côté ECS : l'eau froide entre dans le dernier, l'ECS part du haut du premier.

Mixte : stockage primaire et ECS préparée par serpentin

Une partie du stockage est en eau primaire, chauffée par la PAC ; un ballon d'ECS à serpentin en tire sa chaleur. Ce schéma sépare le volume d'eau sanitaire stocké du volume de stockage d'énergie.

ECS instantanée avec modules de préparation

Toute l'énergie est stockée en eau primaire. Des modules de préparation, avec un échangeur à plaques, produisent l'ECS au moment du puisage. Le volume d'eau sanitaire stocké est très faible.

Ce que le schéma change pour le risque légionelle

Les exigences de température de l'arrêté du 30 novembre 2005 portent sur l'eau chaude sanitaire : stockage d'ECS de 400 litres ou plus, réseau de distribution. Un stockage en eau primaire ne contient pas d'eau sanitaire. Réduire le volume d'ECS stocké réduit donc le volume soumis à ces exigences, mais pas celles du réseau de distribution. Voir Maîtrise du risque légionelle.

Limites

Cette page décrit des principes. Le choix d'un schéma dépend aussi de la place disponible, de l'installation existante, de la qualité de l'eau et du régime de température de la PAC, qui ne sont pas traités ici.

Dans SCOPE

SCOPE calcule aujourd'hui l'ECS stockée et préparée par serpentin. Le schéma mixte avec stockage primaire et l'ECS instantanée avec modules de préparation ne sont pas encore calculés.

Le détail de chaque couple indique son mode de production : accumulée, semi-instantanée ou instantanée. Les règles de ce classement et le montage des ballons sont détaillés dans Conception – Stockage d'ECS préparée avec échangeur serpentin. Voir aussi Optimisation de la consommation électrique.