Le chauffe-eau à pompe à chaleur: fiche technique à l intention des installateurs 1. Bases 1.1. Fonctionnement du chauffe-eau à pompe à chaleur (CEPAC) Comme son nom l indique, un chauffe-eau pompe à chaleur est un chauffe-eau avec une pompe à chaleur intégrée. Les rejets thermiques sont exploités par le CEPAC de façon efficace et économique pour approvisionner en eau chaude des maisons individuelles et des établissements industriels. Selon un mode énergétiquement efficace, le CEPAC produit de l eau chaude sanitaire à partir des rejets thermiques captés dans des locaux techniques tels que les chaufferies, les buanderies ou les caves. Le CEPAC est le remplaçant idéal des chauffe-eau électriques ou à énergie fossile. 1.2. Limites d utilisation Le CEPAC peut être utilisé à des températures ambiantes comprises entre 8 et 30 C. La pompe à chaleur produit de l eau chaude jusqu'à 60 C, qui est accumulée par le chauffe-eau (volume classique de 300 litres) en utilisant un tiers d énergie électrique et deux tiers d énergie ambiante. Pour atteindre une température d eau chaude plus élevée, il est possible d utiliser des éléments chauffants électriques supplémentaires de 1,5 à 2 kw. Pour les températures extérieures allant jusqu à -10 C, il convient d utiliser des CEPAC spéciaux avec un système de dégivrage. Il existe deux types de CEPAC: le modèle compact et le modèle split. Dans le modèle compact, la pompe à chaleur et le chauffe-eau sont regroupés au sein d une même unité. Dans le modèle split, la pompe à chaleur et le chauffe-eau constituent deux unités distinctes, parfois installées dans des pièces ou des locaux différents.
2 En termes d émissions sonores, le compresseur et le ventilateur du CEPAC produisent généralement un niveau de pression acoustique compris entre 50 et 60 db(a) à 1 m de distance. Ce niveau correspond à celui d une conversation normale entre deux personnes. Le bruit n est donc pas un problème si le CEPAC est installé dans une cave; en revanche, il faut en tenir compte si l appareil est installé à proximité de pièces habitées ou de locaux occupés. La hauteur de plafond minimale doit être comprise entre 2,30 et 2,50 m. Les pièces ou les locaux fortement empoussiérés ou exposés à des gaz et des aérosols corrosifs sont inadaptés à l installation d un CEPAC. Lors de la planification, il convient d optimiser l intégration du CEPAC dans le réseau sanitaire existant et de prévoir un système d évacuation du condensat. 1.3. Avantages Qu il s agisse de moderniser une installation existante ou de créer un nouveau système de production d eau chaude, bon nombre d arguments parlent en faveur du CEPAC: Directives: le modèle d ordonnance sur l énergie de la Conférence des directeurs cantonaux de l énergie (MoPEC 2008) régit l utilisation des appareils de production d eau chaude. Si l installation des chauffeeau électriques est quasiment interdite pour les nouvelles constructions, elle est réglementée différemment selon la situation et le canton pour les locaux à rénover. Les directives et les conditions locales en vigueur doivent donc être respectées. Directives environnementales: la quantité de caloporteur contenue dans un CEPAC est normalement inférieure à 3 kg, si bien que l appareil n est pas concerné par l obligation de déclaration et de contrôle prescrite par l Office fédéral de l environnement (OFEV). Emplacement: les pièces et les locaux protégés contre le gel, y compris ceux de petite taille, sont adaptés à l installation d un CEPAC. On estime en effet qu en règle générale un volume d environ 20 m 3 est suffisant pour garantir le bon fonctionnement d un tel appareil. Coûts d exploitation: comme le CEPAC utilise environ deux tiers d énergie ambiante, la consommation d énergie électrique est fortement réduite. Les coûts d exploitation sont inférieurs de deux tiers à ceux d un chauffe-eau électrique. Et l utilisation complémentaire de capteurs solaires permet de réduire encore la facture. La plupart des CEPAC peuvent être équipés en complément d un échangeur thermique solaire intégré. Modernisation: le CEPAC est idéal pour moderniser un bâtiment, par exemple pour remplacer un chauffe-eau électrique. L installation du CEPAC doit alors être planifiée de telle sorte que le raccordement au réseau sanitaire soit le plus simple possible. Atout complémentaire: des conduits d air (entrée et sortie) peuvent être montés sur la plupart des CEPAC en vue d empêcher la formation d un court-circuit (côté air) ou d utiliser l air rejeté pour refroidir une cave ou un cellier, assécher une buanderie ou aérer un local (de loisirs), sans alourdir la facture énergétique.
3 2. Technique 2.1. Circuit de la pompe à chaleur Le CEPAC fonctionne selon un cycle de technique frigorifique qui consiste à capter l énergie ambiante (évaporateur), à la comprimer pour augmenter sa température jusqu à environ 50 à 60 C (compresseur), puis à dégager la chaleur disponible pour chauffer de l eau (condenseur). Comme tous les appareils ne réalisent pas les mêmes performances, il peut être utile de procéder à quelques comparaisons. Le choix de la meilleure configuration (compacte ou split) est assez simple dans la mesure où les appareils à deux unités conviennent uniquement à certaines applications spéciales, par exemple lorsqu il s agit de capter les rejets thermiques d une pièce voisine et relativement proche. Comme certains CEPAC peuvent être équipés de conduits d air supplémentaires, il est parfaitement possible d utiliser un appareil compact pour capter la chaleur d une pièce directement attenante. L utilisation d un CEPAC ayant pour effet d assécher l air ambiant, l installation de cet appareil dans une buanderie ou une pièce d étendage présente un intérêt particulier. Le linge sèche plus vite et l humidité de l air se dépose en moindre quantité sur les murs. Par principe, l extraction de la chaleur se traduit par un rafraîchissement de l air ambiant, ce qui peut être appréciable, voire souhaitable durant les mois d été et d intersaison. En hiver, un thermostat de sécurité veille à ce que la température ambiante ne puisse pas descendre trop bas. Comme le CEPAC ne fonctionne que 5 à 10 heures par jour selon le besoin en eau chaude, l air ambiant retrouve rapidement sa température initiale. Des éléments chauffants électriques supplémentaires permet de garantir l approvisionnement en eau chaude lorsque la température de la pièce est basse et de réduire le temps de chauffage lors des pics de consommation. Normalement, aucune mesure particulière d insonorisation n est requise lorsque le CEPAC est installé en sous-sol. En revanche, dans les constructions légères ou au niveau des étages habités, il convient d insonoriser les parois attenantes et de fixer les tuyaux et les éventuels conduits d air selon un procédé insonorisant. L efficacité d un CEPAC dépend de la température ambiante et de la température d eau chaude souhaitée. Plus la différence entre ces températures est faible, plus l exploitation du CEPAC est efficace et économique. Il est donc intéressant de programmer une température d eau chaude relativement basse. En
4 été, la température ambiante peut augmenter de 10 C, ce qui permet un gain d efficacité pouvant aller jusqu à 20%. 2.2. Installation combinée avec des capteurs solaires thermiques L alliance d un CEPAC et d une installation solaire thermique constitue un défi technique particulier. Le dimensionnement et le raccordement hydraulique de cette installation mixte, dont l intérêt est manifeste, doivent être convenus au cas par cas avec le fournisseur. 3. Entretien Un CEPAC exige peu d entretien. L encrassement des conduits d air (y compris dans l évaporateur) doit être contrôlé régulièrement car l obstruction ou la réduction des voies d air peut provoquer une interruption de fonctionnement. Il convient également de contrôler à intervalle régulier l encrassement de l écoulement d eau (engorgement de la conduite). Les directives et les recommandations relatives au détartrage ou à l anode de protection du fournisseur doivent être respectées. 4. Arguments 4.1. Alternative au chauffe-eau électrique / à la production d eau chaude par énergie fossile / CO ² L énergie électrique utilisée par un CEPAC pour produire de l eau chaude est inférieure de deux tiers à celle utilisée par un chauffe-eau électrique traditionnel. Comme l électricité produite en Suisse provient majoritairement d énergies non fossiles (ni pétrole ni gaz naturel), cette solution est financièrement avantageuse et quasiment neutre en termes d émission de CO ². 4.2. Analyse coûts-rentabilité L exploitation d un CEPAC ne pose pas de problème particulier. Comme l appareil est rarement utilisé à une température ambiante inférieure à 8 C, il ne re quiert généralement aucun dégivrage. Et si cela s avère nécessaire, il peut être équipé d un système de dégivrage intégré. La plupart des CEPAC sont des appareils compacts qui regroupent dans une même unité la pompe à chaleur, le chauffe-eau et l organe de commande et de réglage. Leur efficacité énergétique est intéressante puisqu ils produisent de l eau chaude en utilisant seulement un tiers de l énergie utilisée par les chauffe-eau électriques. Comme il est possible de charger le CEPAC en période de bas tarif (au même titre que le chauffe-eau électrique traditionnel), le coût énergétique est le même. Des comparatifs sont disponibles sur www.topten.ch.
5 Comparaison de la consommation d énergie et des coûts Température de l eau chaude: 55 C Chauffe-eau électrique Chauffe-eau à pompe à chaleur Consommation annuelle d énergie kwh/a 4 500 1 500 Coûts d investissement CHF 2 000 4 500 Coûts d amortissement sur 15 ans CHF 133 300 Intérêts à 4% CHF 40 90 Coûts d exploitation (14 ct/kwh) CHF 630 210 Coûts annuels CHF 803 600 4.3. Exemples d emplacement d installation Installation dans la buanderie: le linge sèche plus vite et la pièce est déshumidifiée. Utilisation pour refroidir et déshumidifier le garde-manger ou la cave à vin.
6 Installation dans la chaufferie pour refroidir le garde-manger ou la cave à vin: utilisation des rejets thermiques de la chaufferie. Installation dans la chaufferie et utilisation des rejets thermiques. 5. Installation 5.1. Notice d installation La notice d installation du fournisseur, et tout particulièrement les directives et les consignes de sécurité, doivent impérativement être respectées. Attention: le chauffe-eau pompe à chaleur ne doit jamais être utilisé à vide. En raison d un risque de givrage, il ne faut jamais utiliser l appareil en dessous de la température d air minimale prescrite. Sinon, un système de dégivrage doit être intégré à l appareil. Le CEPAC ne doit pas être utilisé dans une pièce ou un local contenant des gaz, des vapeurs, de la poussière ou des aérosols. Lieu d installation: le CEPAC doit absolument être posé d aplomb et ses pieds de réglage doivent être fixés. Il convient de respecter scrupuleusement les indications du fournisseur concernant les distances d éloignement par rapport aux murs. La hauteur de plafond idéale pour une installation «en soufflage libre» (sans conduits d air) est généralement comprise entre 2,30 et 2,50 m. Circulation d air: lorsque le CEPAC est utilisé sans conduits d air supplémentaires, l air rejeté est susceptible d être aspiré de nouveau, ce qui risque de créer un court-circuit. Un simple coude à 90 perm et d éviter ce risque. La longueur maximale des conduits d air est généralement comprise entre 10 et 20 m. Raccordement sanitaire: le raccordement au réseau sanitaire existant doit être optimisé au maximum, l installation d un CEPAC étant aussi simple que l installation d un chauffe-eau électrique. Côté sanitaire, il suffit d un raccordement à l eau froide et à l eau chaude et, éventuellement, d un retour de conduite de circulation vers le chauffe-eau. Il convient alors de s assurer que cette entrée de circulation ne gène pas la stratification de l eau chaude. En ce sens, des conduites de sortie courtes sont recommandées. Si les conduites d entrée sont relativement longues, il est possible d utiliser sporadiquement une pompe de circulation. Un dispositif d écoulement d eau (avec siphon) doit être prévu pour le condensat à évacuer.
7 Raccordement électrique: la plupart des CEPAC doivent être raccordés au réseau 230V/50Hz, avec une protection par fusibles adaptée (valeurs fournies par le fournisseur, fusibles de 10 à 16 ampères généralement). En termes de consommation électrique, il peut être intéressant de faire fonctionner le CEPAC et les éléments chauffants électriques supplémentaires uniquement la nuit (grâce à un programmeur) afin de profiter du bas tarif. Cela suppose toutefois que la capacité d eau chaude de 300 litres soit suffisante pour la journée. Mise en service: à la mise en service d un CEPAC, un procès-verbal d installation doit être établi contenant toutes les données disponibles. Il faut également s assurer que toutes les valeurs de consigne ont été correctement paramétrées et les reporter dans le procès-verbal. Une fois l installation terminée, il est important de fournir au propriétaire toutes les informations nécessaires et de répondre à toutes ses questions afin qu il puisse exploiter le CEPAC sans la moindre difficulté. Panne et diagnostic: comme le service après-vente et le dépannage sont des prestations qui diffèrent d un fournisseur à l autre (spécifications propres à chaque produit), il est recommandé d informer et d instruire les propriétaires à ce sujet au moment de la livraison. La notice d installation et d exploitation doit répondre à toutes les questions et fournir les instructions à suivre en cas d incident. Le service à contacter en cas de panne doit être mentionné. Cette fiche technique a été rédigée par le Groupement promotionnel suisse pour les pompes à chaleur (www.pac.ch) à la demande de BKW Energie SA. Version 1.0 / septembre 2013