Le chauffe-eau thermodynamique

mercredi 8 novembre 2023 | Les autres énergies renouvelables

Sommaire
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Photo de une : Aéromax5 de Thermor

Avec l’évolution de la per­for­mance éner­gé­tique, un loge­ment récent consomme davan­tage d’énergie pour l’eau chaude sani­taire que pour le chauf­fage. Respecter la nou­velle régle­men­ta­tion ther­mique (RE2020) implique la mise en place de solu­tions plus effi­cientes. Le CET ou chauffe-eau ther­mo­dy­na­mique se géné­ra­lise. Présenté comme l’avenir du clas­sique cumu­lus élec­trique, il est doté de meilleures per­for­mances, avec une consom­ma­tion d’électricité réduite.

Source : Jean-Paul Blugeon – Habitat Naturel n°44.

Chauffe-eau thermodynamique sur air extérieur, version « split » (unité extérieure). Doc. Thermor
Chauffe-eau ther­mo­dy­na­mique sur air exté­rieur, ver­sion « split » (uni­té exté­rieure). Doc. Thermor

Comment ça marche ?

Le chauffe-eau ther­mo­dy­na­mique est un cumu­lus doté d’une mini pompe à cha­leur (PAC) qui trans­fère la cha­leur d’un milieu froid vers un milieu chaud (cycle ther­mo­dy­na­mique fri­go­ri­fique) grâce au chan­ge­ment d’état gaz/ liquide d’un fluide fri­go­ri­gène. De type air/ eau, cette PAC mobi­lise les calo­ries de l’air pour chauf­fer l’eau sani­taire. Par rap­port à une résis­tance élec­trique (effet Joule) la PAC réduit for­te­ment la consom­ma­tion d’électricité. Quand elle ne suf­fit pas (en hiver ou lors de fortes consom­ma­tions d’eau chaude sani­taire – ECS) une résis­tance élec­trique interne prend le relais. Certains bal­lons sont équi­pés d’un second échan­geur rac­cor­dable à la chau­dière du chauf­fage cen­tral.

Chauffe eau thermodynamique : principe et schema explicatif
Aspiré par un ven­ti­la­teur, l’air passe dans l’évaporateur, où il cède ses calo­ries au fluide, dont la tem­pé­ra­ture est aug­men­tée par le com­pres­seur élec­trique (rota­tif ou à pis­tons). Le fluide chaud tra­verse le conden­seur. Un cir­cu­la­teur élec­trique lui per­met de trans­mettre sa cha­leur (via un échan­geur « ser­pen­tin ») à l’eau du bal­lon. Puis il se refroi­dit dans le déten­deur, prêt pour un nou­veau cycle.

Les technologies en concurrence

Elles dépendent de la pro­ve­nance de l’air uti­li­sé comme « source froide » :

CET sur air ambiant 

L’air uti­li­sé est celui d’une pièce, idéa­le­ment enter­rée (garage, sous-sol ou cave, avec l’inertie ther­mique de la terre), non chauf­fée (buan­de­rie, cel­lier, lin­ge­rie) mais pou­vant béné­fi­cier d’une source de cha­leur « per­due » : chau­dière, cui­si­nière, congé­la­teur, lave-linge, sèche-linge… 

CET sur air extérieur

Il existe en deux ver­sions :

  1. PAC inté­grée au bal­lon (sys­tème mono­bloc) : une gaine aspire l’air exté­rieur vers la PAC, une autre rejette à l’extérieur l’air « refroi­di ».
  2. PAC air-air à « split » (module exté­rieur avec ven­ti­la­teur, éva­po­ra­teur et com­pres­seur), le conden­seur et le déten­deur étant situés à l’intérieur avec le bal­lon : c’est une mini PAC aéro­ther­mique.

CET sur air extrait 

Il est inter­ca­lé sur la sor­tie « air vicié » de la VMC (ven­ti­la­tion méca­nique contrô­lée) simple flux ou inté­grant lui-même une VMC. Bien que le débit d’air (60−150 m³/h) soit bien infé­rieur à celui d’un CET à split (900 m³/h), les per­for­mances sont supé­rieures car il béné­fi­cie toute l’année d’air chaud (19 à 28–30 °C, selon la sai­son) et per­met de récu­pé­rer au pas­sage une éner­gie qui serait per­due.

Le chauffe-eau thermodynamique : un chauffe-eau électrique efficace…

Edel Air de Auer, cop jusqu'à 3,5, soit une consommation 5 fois inférieure à un chauffe-eau électrique classique.
Edel Air de Auer, cop jus­qu’à 3,5, soit une consom­ma­tion 5 fois infé­rieure à un chauffe-eau élec­trique clas­sique.

Grâce à la pompe à cha­leur, les fabri­cants annoncent des COP (coef­fi­cients de per­for­mance) de 3,3 à 3,8 : pour 1 kWh d’électricité consom­mée, l’appareil en res­ti­tue 3 à 4 fois plus pour chauf­fer l’eau, le dif­fé­ren­tiel pro­ve­nant de l’environnement. Ainsi, le CET ferait éco­no­mi­ser 70 % sur la fac­ture d’eau chaude, par rap­port à un cumu­lus élec­trique. Notons que ce der­nier est un sys­tème peu per­for­mant : si la résis­tance (effet joule) a un ren­de­ment de 100 %, la source d’électricité en France est à près de 90 % d’origine ther­mique (dont 75 % nucléaire), avec un ren­de­ment pro­duc­tion-dis­tri­bu­tion infé­rieur à 30 %. Ainsi, la PAC com­pense une bonne par­tie des 70 % d’énergie per­dus.

Mais ses per­for­mances se dégradent en hiver, quand la tem­pé­ra­ture de l’air baisse au-des­sous de 8 °C. Les condi­tions d’installation doivent per­mettre au CET de fonc­tion­ner essen­tiel­le­ment sur la PAC, en évi­tant le mode « relance rapide » (pour atteindre la tem­pé­ra­ture de consigne de 55–60°C) avec la résis­tance élec­trique d’appoint : elle ne devrait ser­vir qu’en cas de redé­mar­rage après une absence pro­lon­gée, d’augmentation tran­si­toire des besoins en eau chaude ou… de panne de PAC.

Si le COP baisse trop en hiver (2 % par degré) la résis­tance prend le relais en toute dis­cré­tion, au détri­ment de la fac­ture d’électricité… Mais même avec un COP de seule­ment 1,8, le CET reste deux fois plus effi­cace qu’un cumu­lus élec­trique.

Enfin, il reste les ques­tions de l’entretien de la PAC (il est rai­son­nable d’opter pour un contrat d’entretien annuel), de l’inévitable perte de fluide fri­go­ri­gène sur le long terme (à com­pen­ser) et de la lon­gé­vi­té de la PAC, géné­ra­le­ment garan­tie seule­ment 1 an. 

Des performances thermiques liées à la technologie

CET sur air ambiant

le chauffe-eau ther­mo­dy­na­mique mono­bloc sur air ambiant est des­ti­né à être ins­tal­lé dans un local non chauf­fé, hors gel, bien iso­lé des pièces voi­sines et d’un volume d’au moins 20 m3 (cave ven­ti­lée, garage, buan­de­rie non chauf­fée, chauf­fe­rie, sous-sol,…).

CET sur air extérieur 

le chauffe-eau ther­mo­dy­na­mique mono­bloc gai­né sur air exté­rieur est ins­tal­lé dans le volume habi­table. Il est équi­pé de gaines pour aspi­rer et reje­ter l’air à l’ex­té­rieur, son ins­tal­la­tion est recom­man­dée dans un cel­lier, une buan­de­rie chauf­fée ou un local tech­nique.

En ver­sion split : le chauffe-eau est dans le volume habi­table, et la pompe à cha­leur, à l’ex­té­rieur. Les 2 par­ties sont reliées par une liai­son fri­go­ri­fique pour trans­fé­rer la cha­leur de l’u­ni­té exté­rieure vers le chauffe-eau ; son ins­tal­la­tion est recom­man­dée dans un pla­card, une salle de bains, un cel­lier. Soumis aux varia­tions des condi­tions exté­rieures qui dégradent la per­for­mance moyenne annuelle, il fonc­tionne moins bien en hiver, en par­ti­cu­lier en régions froides et en alti­tude.

CET sur air extrait (VMC)

c’est la meilleure confi­gu­ra­tion, grâce à la sta­bi­li­té de la tem­pé­ra­ture de l’air qui est tou­jours à plus de 15°C. Ceci étant, il s’agit d’une VMC simple flux, en optant pour ce type de CET on s’interdit l’évolution vers une VMC double flux.

CET sur air ambiant : les contraintes d’installation

Le local doit faire au moins 6 m² ou 20 m³. L’air ambiant doit res­ter dans la four­chette 15–35 °C. S’il risque de des­cendre à moins de 10°C il vaut mieux renon­cer à y ins­tal­ler l’appareil. Pour évi­ter de refroi­dir le loge­ment, la pièce doit être située en dehors de la zone habi­table chauf­fée, avec une iso­la­tion ther­mique entre les deux. Éviter la conti­guï­té avec une chambre, en rai­son du bruit en fonc­tion­ne­ment, plus fort qu’un congé­la­teur ou une VMC.

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