AMELIORER LA PRODUCTION D EAU CHAUDE SANITAIRE

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1 GUIDE PRATIQUE POUR LA CONSTRUCTION ET LA RENOVATION DURABLES DE PETITS BATIMENTS - - AMELIORER LA PRODUCTION D EAU CHAUDE SANITAIRE Chauffer, distribuer et puiser de l eau chaude sanitaire en tenant cmpte du prfil de puisage, du cnfrt et de l efficacité énergétique de l installatin PRINCIPES CONTEXTE Dans un immeuble de lgements, la cnsmmatin énergétique liée à la prductin d eau chaude sanitaire (ECS) est de l rdre de 10 à 20% de la cnsmmatin d énergie du bâtiment. Mais l enjeu de l eau chaude sanitaire ne se limite pas à la cnsmmatin énergétique nécessaire à sa prductin et sa distributin. Ratinaliser la cnsmmatin d eau chaude c est aussi préserver les réserves d eau ptable. OBJECTIF Minimum La première écnmie d énergie que l n peut réaliser en matière d eau chaude sanitaire est d en limiter la cnsmmatin. A l écnmie d énergie vient alrs s ajuter l écnmie d eau ptable. On limitera la cnsmmatin d eau chaude par : le chix judicieux des pints de puisage à alimenter en eau chaude et de leur psitin gégraphique par rapprt à la prductin, le chix d rganes de puisage écnmes (à faible débit), la préventin des fuites. Les aspects visant à limiter la cnsmmatin de l eau snt abrdés plus en détail dans une fiche spécifique «Faire un usage ratinnel de l eau» (lien en fin de fiche). Cette fiche-ci se cncentre sur les aspects énergétiques de la prductin d eau chaude sanitaire. Cnseillé L bjectif est d ensuite prduire l eau chaude sanitaire nécessaire avec le meilleur rendement et le mins d émissins de plluants. L impact envirnnemental minimal sera btenu par : Le chix du lieu de prductin de l ECS le plus central pssible. Le chix de prductin de chaleur à haut rendement cmme les systèmes gaz à cndensatin, La limitatin des vlumes de stckage et leur très bnne islatin, La limitatin des bucles de distributin et leur bnne islatin, Le recurs éventuel à une surce d énergie renuvelable, cmme le slaire u la bimasse. Cependant, cncrètement le chix du système de prductin d eau chaude restera suvent un cmprmis entre l investissement à cnsentir, l efficacité énergétique et le cnfrt de puisage suhaité. Il dépendra aussi frtement du chix du système de chauffage. Par exemple, se PAGE 1 SUR 10 AMELIORER LA PRODUCTION D EAU CHAUDE SANITAIRE FEVRIER 2007 GUIDE PRATIQUE POUR LA CONSTRUCTION ET LA RENOVATION DURABLES DE PETITS BATIMENTS - -

2 chauffer avec une pmpe à chaleur, impse quasiment l électricité pur la prductin sanitaire sachant que les pmpes à chaleur dimensinnées pur le chauffage des lcaux ne peuvent prduire d eau à haute température. Si le chauffage est assuré par une à cndensatin, la tendance sera de prfiter de cette technlgie perfrmante pur y cmbiner la prductin sanitaire. Il en ira de même dans le cas d une bis. ELEMENTS DE CHOIX ASPECTS TECHNIQUES > Les pints de puisage faibles cnsmmateurs d eau chaude Une rbinetterie à faible débit, capable d ptimiser rapidement la température désirée (mitigeur thermstatique par exemple) et de cntrôler le puisage en fnctin de la présence de l utilisateur (butn pussir pur des duches publiques par exemple) sernt privilégiés. Il est également cnseillé d éviter les rbinets mitigeurs risquant de rester inutilement en psitin chaude. On leur préfèrera des rbinets mélangeurs. Il existe également des rbinets à blcage limitant le débit par paliers pur n utiliser que le débit d eau nécessaire à l usage du mment. Les autres myens de limiter la cnsmmatin d eau chaude u fride snt décrits en détail dans une fiche spécifique. > Prductin centralisée u lcale? Impacts architecturaux et techniques Pur limiter les pertes de distributin, n psitinnera la prductin à prximité des pints de puisage idéalement regrupés. Une slutin, dans le lgement, est la superpsitin des cuisines et des salles de bain. En présence de pints de puisage islés et élignés, n privilégiera une prductin décentralisée près de ceux-ci pur éviter une grande bucle de distributin pur quelques utilisateurs. Les préparateurs mdulants au gaz type «ventuse» permettent cette apprche et dnnent de bns résultats en terme de rendement de prductin utile et de cnfrt. PAGE 2 SUR 10 AMELIORER LA PRODUCITON D EAU CHAUDE SANITAIRE FEVRIER 2007

3 > Prductin cmbinée u pas avec la du chauffage central? Impacts architecturaux et techniques Si la puissance nminale en eau chaude sanitaire représente mins de 30 % de la puissance d'un mdule de la prductin de chaleur pur le chauffage du bâtiment, le cncepteur envisagera l'installatin d'une prductin dédicacée (c'est-à-dire spécifique à l eau chaude sanitaire et indépendante de l installatin de chauffage) au chauffage de l'eau chaude sanitaire. Cette slutin est cependant plus chère en investissement initial. Lrsque la du chauffage central est utilisée pur la prductin d eau chaude, il faut être attentif à ne pas détérirer les perfrmances de la en prduisant de l eau à haute température. Cela est pssible par un chix adéquat de système. Par exemple, n peut chisir (pur les puissances myennes) une à cndensatin à 2 returs, un retur à basse température pur le circuit de chauffage et un circuit à haute température pur le balln sanitaire. Dans le cas d une prductin cmbinée avec un préparateur instantané (par exemple, murale), il est pssible d expliter la cndensatin à partir de l eau chaude sanitaire en chisissant une avec un échangeur sanitaire surdimensinné (par exemple, travaillant avec une température de retur de l rdre de 45 C). La régulatin du système cmprendra une «pririté sanitaire» n entraînant la remntée en température de la qu en cas de demande d eau sanitaire. ASPECTS ENVIRONNEMENTAUX > Vecteur énergétique Pur le chix du vecteur énergétique, n évitera les préparateurs électriques (rendement des centrales médicres et prix du kwh élevé) sauf dans le cas de pints de puisage islés et cnsmmant très peu d eau chaude ; alrs n purra envisager des petites prductins électriques équipés d un petit réservir (kitchenette pur laver une tasse de café par exemple). Dans le cas de telles pches électriques (5 à litres d eau maximum), une hrlge lcale minimisera les pérides de maintien en température et dnc les pertes d énergie. Ces mini ballns snt en effet suvent mins bien islés que les grands ballns. En terme de cmbustible fssile, le gaz permet de réduire, à cnsmmatin énergétique équivalente, une réductin de l émissin de CO2 de 20% par rapprt au fuel. Quand aux panneaux slaires thermiques, ils snt bien entendu cnseillés dans le cadre d une démarche d architecture durable. On cmpte en général que l appint slaire peut cuvrir entre 30 à 50 % des besins d eau chaude sanitaire. Pur plus de détails, n se réfèrera à la fiche de cnceptin des appints slaires. > Impact énergétique du stckage Dans le tableau qui suit, les chiffres de rendement saisnnier que prpse le VITO (Vlaamse Technlgisch Onderzek) dans le cadre d'un diagnstic d'une installatin dmestique (prgramme SAVE BELAS) permettent de mesurer l impact du stckage u nn de l eau chaude sanitaire. On bserve que : Le chix d une prductin instantanée, cmbinée u pas avec une gaz pur le chauffage ffre le meilleur rendement (90 %) de part l absence des déperditins dues au stckage. PAGE 3 SUR 10 AMELIORER LA PRODUCITON D EAU CHAUDE SANITAIRE FEVRIER 2007

4 Les accumulateurs gaz dnnent de mins bnnes perfrmances que les systèmes instantanés de part la présence de déperditins de stckage (69 à 83 %). Le chix d un balln de stckage cmbiné avec une dnne un rendement cmpris entre 41 et 83 %. Le meilleur rendement étant atteint pur la cmbinaisn d une nuvelle avec un balln de stckage partageant la même envelppe bien islée (10 cm) et régulant par température glissante (température de l eau de chauffage régulée en fnctin de la température extérieure pur le chauffage). Balln cmbiné à une (1 envelppe cmmune) Balln cmbiné à une (2 envelppes distinctes) Epaisseur d islant du balln Ancienne cnstante nuvelle cnstante nuvelle glissante Ancienne cnstante nuvelle cnstante nuvelle glissante Instantané gaz (cmbiné u nn avec le chauffage) avec allumage électrnique Rendement 2,5 cm 5 cm 10 cm 46 % 52 % 56 % 61 % 69 % 74 % 69 % 78 % 83 % 41 % 48 % 54 % 54 % 64 % 72 % 61 % 72 % 81 % 90 % 90 % 90 % Accumulateur gaz 69 % 78 % 83 % Accumulateur électrique 76 % (29% en énergie primaire) PAGE 4 SUR 10 AMELIORER LA PRODUCITON D EAU CHAUDE SANITAIRE FEVRIER % (33% en énergie primaire) 93 % (35% en énergie primaire) Calcul réalisé sur base des hypthèses suivantes : demande annuelle d'ecs : 43 litres/pers.jur à 40 C pur une famille de 4 persnnes, vlume de stckage éventuel de 150 litres et rendement myen de la prductin d'électricité en Belgique : 0,38 Signalns également pur les chauffe-eau et chauffe-bains au gaz l intérêt d une veilleuse nn permanente au niveau des cnsmmatins d énergie. Celles-ci snt d autant plus imprtantes que la cnsmmatin d eau chaude est peu imprtante. Enfin l emplacement du balln permet le cas échéant de récupérer les pertes hivernales via la jaquette. C est le cas par exemple du balln dans un cin cuisine. Dans la mesure u le radiateur de ce lcal est thermstatisé, les pertes du balln cnstituent un appint de chauffage valrisé pendant la saisn de chauffe (envirn 250 jurs par an)

5 ASPECTS ECONOMIQUES > Cût de l eau chaude sanitaire Quelques rdres de grandeur : 1 litre d eau chaude à 40 C, cûte de 0,2 à 0.45 c en énergie (gaz u fuel, seln l efficacité du système de prductin) et 0,3 c en eau, sit 0,5 à 0,75 c en tut. Une duche de 5 minutes avec un pmmeau écnmique entraîne une cnsmmatin d eau chaude de 40 litres, de gaz de 1,7 kwh et une facture ttale (eau cmprise) de 20 c. En cmparaisn, un bain de 100 litres sera respnsable d une cnsmmatin de gaz de 4,2 kwh et d une facture de 50 c. Un lave-vaisselle perfrmant entraîne une cnsmmatin de l rdre de 8 à 15 litres d eau chaude cntre une quarantaine de litre pur une vaisselle équivalente à la main (mais la cmparaisn du cût et de l impact envirnnemental dit tenir cmpte de l efficacité des deux systèmes de prductin, tujurs électrique pur le lave-vaisselle, idéalement slaire et suvent gaz pur l eau du rbinet ) > Pints de puisage Des pints de puisage écnme en eau peuvent avir un surcût mais ce n est pas tujurs le cas. Par exemple, une duche ne cûte pas frcément plus cher qu une baignire u ne pas alimenter certains lavabs en eau chaude cnstitue une écnmie. La rentabilité d un système par rapprt à un autre dit tenir cmpte du cût de l énergie mais aussi de l eau. > Systèmes Sur le plan de l investissement : la centralisatin de la prductin d ECS et sa cmbinaisn au système de chauffage est suvent écnmiquement intéressante par rapprt à l additin de systèmes de prductin décentralisés. Néanmins, à terme les cnsmmatins énergétiques peuvent être plus imprtantes. Chaque prjet de cnceptin est presque un cas unique et il est dnc difficile d évaluer le temps de retur simple sur l investissement. la prductin u la préparatin instantanée est mins néreuse au niveau investissement que celle à accumulatin. Elle est aussi à priri mins chère en terme de cnsmmatin (de part le meilleur rendement), mais peut pser des prblèmes de cnfrt. > Distributin Plus les circuits de distributin snt imprtants plus les déperditins le snt aussi et, par cnséquent, les cûts d explitatin. L islatin de tutes les surfaces déperditives a un temps de retur simple inférieur à un an. La bucle de distributin dit être islée même au sein du bâtiment (en été, la perte de chaleur des cnduites ne peut prfiter au chauffage du bâtiment). Vici deux exemples : un balln de 300 litres islé par 5 cm de laine minérale perd 760 kwh par an (envirn 38 /an). Avec 10 cm d islatin, la perte est de 390 kwh par an (envirn 20 /an) 1 m de bucle de distributin de 1 (1 puce = diamètre de 34 mm u DN 25) nn islée perd 374 kwh par an (le cût de la perte est égale à envirn envirn 20 /an). La cnduite étant islée (islant de lambda = 0.04 W/m.K et de 2 cm d épaisseur), la perte PAGE 5 SUR 10 AMELIORER LA PRODUCITON D EAU CHAUDE SANITAIRE FEVRIER 2007

6 énergétique n est plus que de 100 kwh par an et représente un gain financier de l rdre de 15 /an. ASPECTS SOCIAUX ET CULTURELS > Revir les mentalités A-t-n tujurs besin d eau chaude? La pertinence de certains pints de puisage d eau chaude dit être étudiée. Par exemple, l eau chaude n est, a priri, pas nécessaire dans les lavabs de sanitaires (privés u publics). On purrait ainsi remettre en questin certaines applicatins «traditinnelles» de l eau chaude, cmme par exemple, l entretien des sls. > Et la santé? A l heure actuelle, les prblèmes de léginelles divent être pris en cmpte dès la cnceptin de l installatin de prductin d eau chaude, à savir : Prductin et stckage de l eau chaude sanitaire : la léginelle ne résiste pas aux températures élevées. Vtre système de prductin d eau chaude dit dnc furnir de l eau à 60 en permanence. Privilégiez aussi la pr ductin instantanée. Si vus devez stcker l eau chaude, ptez pur des ballns facilement accessibles et visitables pur en simplifier l entretien. Au niveau de la distributin : les eaux stagnantes cnstituent le cadre de prlifératin idéal des léginelles. Veillez dnc à cncevir vtre réseau de distributin seln les règles de bnne pratique en vigueur : Optez pur du matériel limitant le risque de frmatin d un bifilm et résistant à la crrsin (privilégiez ntamment le cuivre plutôt que l acier galvanisé). Veillez à mettre en place un circuit de buclage sur le réseau d eau chaude sanitaire. Celui-ci maintiendra l eau à jusq u aux pints d usage. Assurez-vus, en revanche, que la température de vs réseaux d eau fride ne dépasse jamais 25. Calrifugez vs installatins et supprimez tus les bras mrts : vus écnmiserez de l énergie tut en limitant le risque de dévelppement de la léginelle. Equipez vtre réseau d'un dispsitif de mesure de la température permettant un cntrôle simple aux pints sensibles. Prévyez des dispsitifs de purge aux endrits critiques. Aux pints d usage : Mitigez l eau le plus près pssible du pint d usage (température maximale de 40 ) et équipez de préférence vs duch es de rbinets thermstatiques. > Et le cnfrt? Le cnfrt recuvre plusieurs aspects : La stabilité de la température d eau suhaitée, qui est à mettre en relatin avec la qualité de la régulatin prpre du prducteur d eau chaude sanitaire Le temps d attente, qui ne peut être évalué que pur un pint de puisage déterminé et nn une installatin cmplète. Il est à mettre en relatin avec la gémétrie de la distributin entre la prductin d eau chaude et le pint de puisage cnsidéré. Un temps d attente trp lng a cmme crllaire le rejet d une certaine quantité d eau fride u tiède à l égut, sans aucune utilité. Le gaspillage éclgique est évident. Le temps d attente dit également être critiqué en fnctin du pint de puisage. Par exemple, pur une baignire ù l utilisateur désire par exemple 90 litre d eau à 39 C, s il faut faire culer 12 litre d eau nn-chaude, il ne faut pas les gaspiller et ils se mélangernt aux 78 litres d eau suivants à un peu plus de 40 C. Il en va tut autrement d un lavab ù il est désiré ½ litre d eau à 35 C. La nn-btentin de la température (indépendamment du temps) : il s agit d une manque de puissance lrsqu il y a plusieurs puisages simultanés alimentées sur la même prductin d eau chaude sanitaire. En terme de cnfrt, le stckage partiel u ttal est le mieux adapté à un puisage discntinu (la plupart des cas). En effet, servant de tampn, il élimine les fluctuatins de température liées au temps de réactin de la prductin. PAGE 6 SUR 10 AMELIORER LA PRODUCITON D EAU CHAUDE SANITAIRE FEVRIER 2007

7 A l ppsé, les systèmes instantanés (intégrés à une, via un échangeur à plaques, ), généralement mins chers peuvent, eux, présenter des fluctuatins de température lrsque le débit de puisage varie. Cependant, les pints de puisage équipés de rbinet thermstatique peuvent quant à eux réduire les fluctuatins de température pur autant qu elles ne sient pas trp brusques. Les systèmes instantanés de type dmestique s amélirent en termes de cnfrt grâce par exemple à des mini-réserves et la mdulatin du brûleur. ARBITRAGE Cmme déjà évqué plus haut, plus que jamais en eau chaude sanitaire, chaque prjet est un cas particulier. D autant que les arguments ci-dessus pussent parfis à des chix différents. Les tableaux ci-dessus synthétisent les différents arguments, afin de guider vers un chix de système adapté au cas étudié. Facilité technique Envirnnement Cût investissement Cût explitatin Cnfrt Prductin centralisée Prductin décentralisée si bnne islatin du balln si bnne islatin du balln Facilité technique Envirnnement Cût investissement Cût explitatin Cnfrt En cmbinaisn avec le chauffage Sans cmbinaisn avec le chauffage Cmbiner si la puissance «eau chaude» > 30% de puissance «chauffage» Cnfrt Facilité technique Envirnnement Cût investissement Cût explitatin Stabilité t Temps d attente Obtentin t Balln de stckage Prductin instantanée en gaz u fuel si électrique tarif de nuit PAGE 7 SUR 10 AMELIORER LA PRODUCITON D EAU CHAUDE SANITAIRE FEVRIER 2007

8 DANS LA PRATIQUE Des mesures divent être prises aux différentes phases de dévelppement et de réalisatin du prjet : PROGRAMMATION ESQUISSE le nmbre de pints de puisage dit être ratinnalisé en fnctin des besins tut en rappelant que les lavabs dans les sanitaires cmmuns ne nécessitent pas nécessairement d eau chaude ; Si le chauffage asscié à la prductin d ECS est au bis : Prévir un vlume de stckage suffisant et accessible par un camin suffleur Si le chauffage asscié à la prductin d ECS est une pmpe à chaleur : Vérifier que l n dispse d une surface de terrain dispnible pur l installatin des capteurs enterrés c.à.d. envirn deux fis la surface à chauffer. On envisagera la pssibilité de placer des capteurs slaire cmme préchauffage (rientatin des titures, encmbrement en chaufferie, ) ; AVANT-PROJET On détermine les besins et le prfil de cnsmmatin dans le bâtiment (cefficient de fisnnement, débit myen par pint de puisage, ) ; En fnctin des besins, n détermine le système adéquat tel que centralisé u pas, instantané u à accumulatin, Pur les installatins de lgement cllectif, le prédimensinnement de l installatin slaire sera réalisé au myen d un lgiciel adéquat, par exemple le QuickScan ; Attentin à la dureté de l eau : il faudra peut-être prévir un aduciseur ; PROJET D EXECUTION, DOSSIER POUR LE PERMIS D URBANISME Un cahier des charges type dédié aux installatins d eau chaude sanitaire est dispnible sur énergie+ u sur le site de Bruxelles Envirnnement Un autre, rédigé à la demande de Bruxelles Envirnnement, peut être truvé sur le site de Sibelga u de Bruxelles Envirnnement Dans le cas d une installatin de capteurs slaires, celle-ci n est plus sumise à un permis d urbanisme si : Elle est incluse dans un pan de titure (pente < 45 C) ; elle représente mins de 20% de la surface de la titure ; le bien ne bénéficie pas de mesures de prtectin u n est pas dans le périmètre de prtectin d un bien classé. Il est néanmins judicieux de s en assurer auprès du service d urbanisme de sa cmmune. ENTRETIEN-EXPLOITATION Outre l entretien de la prductin d ECS (), il faudra être vigilant au niveau du cntrôle de l entartrage du préparateur (sit le serpentin d un balln de stckage, sit les plaques d un échangeur instantané); Pur se prémunir cntre le risque de prlifératin des léginelles : Prévir au niveau de l ECS de travailler à des températures au dessus de 55 C ; Assurer un flush de température hebdmadaire, à savir une augmentatin de la température des bilers pur atteindre 60 C pend ant 30 minutes u 70 C durant 4 minutes. La plupart des régulateurs de s mdernes prévit une prgrammatin des «flush». Un plan de gestin est un util de préventin et d actin précieux qu il est intéressant de mettre en place dès la réceptin prvisire de l installatin : une descriptin des installatins sus frme de schéma u de plan PAGE 8 SUR 10 AMELIORER LA PRODUCITON D EAU CHAUDE SANITAIRE FEVRIER 2007

9 une analyse des risques par la déterminatin des pints sensibles et des appareils présentant un risque ptentiel. DEMOLITION-MODIFICATION Les circuits de distributin d ECS snt suvent mdifiés au curs de la vie de l installatin. Dans le suci d éviter le dévelppement de fyer de léginelles et les déperditins énergétiques, n éliminera tus les «bras mrts» ; c'est-à-dire les prtins de l installatin ù l eau est susceptible de se refridir et surtut de stagner. De plus tut nuveau circuit sera directement islé thermiquement. INFORMATIONS COMPLEMENTAIRES AUTRES ELEMENTS A GARDER A L ESPRIT Vici une liste de fiches dnt les thématiques crisent celles de la prductin d eau chaude sanitaire : EAU02 - Faire un usage ratinnel de l eau ENE14 - Chisir le meilleur mde de prductin de chaleur ENE19 - Envisager un chauffe-eau slaire CSS11 Limiter les surces de pllutin intérieure : bicntaminants BIBLIOGRAPHIE Infrmatins générales sur la préparatin slaire de l ECS Guide cnseil pur la cnceptin durable et énergétique des lgements cllectifs : en versin papier auprès de Bruxelles-Envirnnement ; en versin électrnique sur le site Energie+ : www-energie.arch.ucl.ac.be/ Apere : assciatin pur la prmtin des énergies renuvelables. PAGE 9 SUR 10 AMELIORER LA PRODUCITON D EAU CHAUDE SANITAIRE FEVRIER 2007

10 Bruxelles Envirnnement : Le Centre Urbain Infrmatins techniques sur la préparatin slaire de l ECS NIT 212, Cde de bnne pratique pur l installatin des chauffe-eau slaires, CSTC Cahier des charges type «Slaire thermique», dispnible sur le site de Bruxelles Envirnnement IBGE : répertire Entreprises / Energie / Energie renuvelable / Outils Outil QuickScan, dispnible dans Energie+ : sectin Eau Chaude Sanitaire / Calculs / Quick Scan Lgement Cllectif Infrmatins générales sur les primes à l énergie slaire en RBC : Bruxelles Envirnnement - IBGE : Le Centre Urbain asbl : Sites des différentes administratins cmmunales Sibelga : Les réductins d impôts fédérales pur particuliers : Les réductins d impôts fédérales pur entreprises : htm Tecsl : sciété française assurant la prmtin de l énergie slaire. PAGE 10 SUR 10 AMELIORER LA PRODUCITON D EAU CHAUDE SANITAIRE FEVRIER 2007