Eau chaude sanitaire

L’eau chaude sanitaire alimente les robinets, la douche et le lave-linge. Dans une maison bien isolée, sa consommation est inférieure à celle du chauffage, mais elle existe toute l’année et représente donc une part visible de la facture d’électricité. EnergyFlow la modélise dans un ballon de stockage distinct du circuit de chauffage.

Deux façons de chauffer le ballon

Pompe à chaleur. Le ballon dispose de son propre petit chauffe-eau thermodynamique d’environ 2 kW. Il prélève de la chaleur dans l’air extérieur et la transfère à l’eau du ballon, comme un réfrigérateur évacue la chaleur hors de son compartiment, mais dans l’autre sens. Une résistance électrique de 3 kW dans le ballon sert d’appoint. L’appareil n’est pas relié à la boucle de chauffage : l’eau chaude et le chauffage ne se disputent donc pas le même compresseur, l’organe de la pompe à chaleur qui fait le travail. Son rendement s’exprime par le COP, le coefficient de performance : la chaleur fournie par unité d’électricité consommée. Un COP de 3 signifie 3 kWh de chaleur pour 1 kWh d’électricité.

Résistance électrique. La résistance de 3 kW chauffe l’eau directement, comme une bouilloire. Son COP est de 1.

Le ballon contient 200 litres. Sa consigne, la température visée par la commande, est de 55 °C.

Chauffé par la chaudière ou la pompe à chaleur

Les deux options ci-dessus laissent le ballon à l’écart du circuit de chauffage. Une troisième option, disponible avec une chaudière ou une pompe à chaleur air/eau ou géothermique, ne le fait pas. Dans une maison chauffée au fioul, la chaudière chauffe en général aussi l’eau chaude, par un serpentin dans un ballon, et une pompe à chaleur reprend normalement ce rôle de la même façon. Une seule machine chauffe soit la maison, soit le ballon, jamais les deux à la fois, et l’eau chaude passe en premier : les radiateurs se mettent en pause pendant la charge du ballon. Une chaudière le charge vite, la pause est donc courte. Une pompe à chaleur de 8 kW met 45 à 90 minutes pour un ballon de 200 litres, et par une matinée froide, après une douche, les radiateurs ne reçoivent plus de chaleur pendant un moment. Les résultats indiquent quelle part du combustible de la chaudière, ou de l’électricité de la pompe à chaleur, est allée à l’eau chaude.

Capteurs solaires

Vous pouvez ajouter des capteurs solaires thermiques sur le toit. Contrairement aux panneaux PV, ils chauffent directement un liquide. Vous choisissez le type (un panneau plan vitré ou des tubes de verre sous vide, qui perdent moins de chaleur par temps froid), la surface, l’inclinaison par rapport à l’horizontale et l’orientation. Le modèle calcule heure par heure la chaleur collectée par un capteur générique à partir des mêmes données météo que pour le PV. Il utilise un ballon de préchauffage solaire distinct, dimensionné à 50 litres par mètre carré de capteur. Ce ballon préchauffe l’eau qui alimente le ballon d’eau chaude. Le chauffe-eau ou la résistance fournit le reste de la demande. Les résultats indiquent la chaleur fournie et la fraction solaire, soit la part de chaleur pour l’eau chaude provenant du soleil.

Commande du ballon

Le chauffe-eau thermodynamique démarre lorsque la température du ballon passe 5 °C sous la consigne. La résistance fonctionne avec une consigne inférieure de 7 °C. Elle ne s’enclenche donc que si la pompe à chaleur n’a pas suivi, par exemple après un gros soutirage. Le compresseur s’arrête lorsque l’air extérieur est plus froid que -7 °C. La résistance couvre alors la demande. La chaleur fournie par la pompe dépend de la température extérieure et de celle de l’eau du ballon. Le modèle utilise les courbes de performance standard d’EnergyPlus pour ce type d’appareil : des formules qui décrivent l’évolution de sa puissance et de son rendement avec ces deux températures.

Soutirage quotidien

Le modèle suit un profil quotidien fixe : un soutirage le matin, un bref soutirage à midi et un pic le soir, avec une forme différente en semaine et le week-end. Pour quatre personnes, le total est d’environ 200 litres par jour. Le volume dépend de la taille du foyer saisie à l’étape Horaires : environ 100 litres pour deux personnes et 300 pour six. La température d’eau froide du réseau suit la formule saisonnière d’EnergyPlus, avec une moyenne annuelle de 10 °C et un écart de 8 °C entre le mois le plus chaud et le plus froid. L’eau consomme donc davantage d’énergie à chauffer en hiver.

Une pompe à chaleur à quatre tuyaux (deux machines réunies, dont l’une chauffe tandis que l’autre refroidit) possède un petit chauffe-eau distinct, comme celui décrit ci-dessus. Son arrivée d’eau froide est préchauffée à 40 °C par le ballon tampon chaud, grand réservoir isolé entre la pompe à chaleur et le circuit de chauffage. Cette installation consomme un volume fixe de 200 litres par jour, quelle que soit la taille du foyer.

Ce que montrent les résultats

L’électricité de l’eau chaude constitue sa propre catégorie dans le graphique mensuel, intitulée « Eau chaude ». Le PV et la batterie peuvent l’alimenter comme toute autre charge lors de la répartition horaire de l’électricité (dispatch). Elle n’est pas incluse dans le SCOP de la pompe à chaleur, le COP saisonnier (chaleur annuelle par unité d’électricité), qui couvre uniquement le chauffage des pièces.

Légionelles

La légionelle est une bactérie qui se multiplie dans l’eau chaude stockée et peut causer une infection pulmonaire grave lorsqu’elle est inhalée sous forme de gouttelettes, par exemple sous la douche. Le modèle ne prévoit pas de cycle régulier de désinfection à haute température. Le ballon reste à sa consigne, et les résultats ne comptent donc pas l’électricité supplémentaire d’un tel cycle.

Les obligations dépendent du pays et de la taille de l’installation. En 2011, l’agence fédérale allemande pour l’environnement (Umweltbundesamt) indiquait que la règle DVGW W 551 s’applique aux grandes installations, définies par plus de 400 litres de stockage ou plus de 3 litres d’eau chauffée dans les tuyaux. Les maisons d’une ou deux familles sont exclues, et la règle est une recommandation pour les petites installations. Si votre installateur recommande un cycle d’hygiène régulier, demandez-lui ce qu’il implique.

Limites du modèle

Le volume du ballon ne varie pas avec la taille du foyer. Un grand foyer doté d’un petit ballon peut manquer d’eau chaude ; le ballon descend alors sous sa consigne.
Le chauffage de l’eau chaude n’est pas déplacé vers les heures de surplus PV. Le ballon chauffe quand il le demande.
Le ballon perd 2.5 W/K, soit 2.5 watts par degré d’écart entre le ballon et son environnement. Avec le chauffe-eau thermodynamique, le modèle fixe cet environnement à la température extérieure. Les pertes ne réchauffent donc jamais la maison. Avec la résistance électrique, l’environnement est réglé sur la consigne du ballon. Le ballon perd alors presque aucune chaleur et la consommation électrique est sous-estimée.
Le chauffe-eau thermodynamique est une unité générique, pas un produit précis.
Une station d’eau fraîche (qui chauffe l’eau du robinet à la demande à travers un échangeur alimenté par un ballon tampon) n’est pas une option séparée. Les boucles de circulation, qui maintiennent l’eau chaude en mouvement jusqu’aux robinets, et les pertes dans les tuyaux ne sont pas modélisées.