Comment bien choisir et installer un chauffe-eau thermodynamique ?

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Dans les maisons anciennes en rénovation, le chauffe-eau thermodynamique remplace avantageusement le chauffe-eau à effet joule, c'est-à-dire le ballon d'eau chaude électrique qui est un appareil à accumulation d'eau chaude. Dans le neuf, le choix de la technologie chauffe-eau thermodynamique sera fonction de la configuration du logement. Par exemple, si l’on dispose d’un local non chauffé, un chauffe-eau thermodynamique sur air ambiant est possible. Le couplage de l’installation du chauffe-eau thermodynamique sur air extrait au système de ventilation est beaucoup plus satisfaisant. Il faut toutefois rester vigilant, car la rentabilité n'est pas toujours assurée si les conditions d'installation idéales ne sont pas réunies et surtout si d'autres solutions alternatives plus économiques et plus « écologiques » sont offertes : gaz naturel, capteurs solaires, poêle ou chaudière à granulés de bois, etc.

 

Sommaire

Chauffe-eau thermodynamique production d'eau chaude sanitaire

1. Le chauffe-eau thermodynamique : le marché

En France, le CET bénéficie d'un marché croissant en raison des actions de communication de l'électricien EDF.

Le chauffe-eau thermodynamique (CET) est paradoxalement souvent proposé par les installateurs, ce qui n'est pas forcément une bonne solution. Le crédit d'impôt et les annonces liées aux économies d’énergie engendrées par ce chauffe-eau thermodynamique (toujours comparé au ballon à accumulation électrique qui est la pire des solutions) expliquent ce choix. Le CET intègre en effet une mini pompe à chaleur pour fabriquer l’eau chaude sanitaire.

En France, les ventes de chauffe-eau thermodynamique sont en progression constante, le marché est passé de 5000 chauffe-eau en 2009 à plus de 46 000 en 2013, 72539 en 2014 (Source GIFAM). En 2014, le marché allemand moins soumis à la pression de la communication d'EDF et du lobbying nucléaire représentait seulement 10 700 unités de CET avec une baisse de 7 %. L'ancienne ministre de l’Environnement, avocate et députée européenne, Corinne Lepage, a publié L’Etat nucléaire (Albin Michel), un ouvrage décrivant l'infiltration des lobbyings dans les structures de l’Etat Français pronucléaire, définitivement acquis à l'atome quoiqu’il arrive : Tchernobyl, Fukushima, etc.

Le chauffe-eau thermodynamique est-il adapté aux maisons neuves ?

Dans le logement neuf, le chauffe-eau thermodynamique est une solution de référence, car tout logement neuf est soumis à la réglementation thermique 2012 qui interdit le chauffe-eau électrique classique type ballon électrique et avantage le chauffe-eau thermodynamique, car sa pompe à chaleur utilise une énergie renouvelable (l'air).

 

2. Principe d'un chauffe-eau thermodynamique

Pour la production de l'eau chaude sanitaire domestique (cuisine, bain, douche) un nouveau système a été conçu : le chauffe-eau thermodynamique avec des avantages et des inconvénients. Le principe est simple : une pompe à chaleur a été intégrée à un ballon d’eau chaude type électrique. Leur fonctionnement est simple : l’aspiration de l’air ambiant (soit l'air extérieur ou l'air extrait de la VMC) permet de récupérer les calories et de les transmettre à l’eau stockée dans la réserve du ballon. Les fabricants annoncent généralement des Cop (coefficients de performance) de 3,3 à 3,7. En théorie, lorsque l'appareil consomme 1 kWh d’énergie électrique, il restitue 3,3 à 3,7 kWh pour chauffer l'eau chaude sanitaire.

  1. Panneau de commande
  2. Anode
  3. Résistance électrique
  4. Condenseur double enveloppe
  5. Cuve émaillée
  6. Entrée de l'air ambiant (aspiration)
  7. Évacuation de l'air refroidi
  8. Ballon d'eau chaude sanitaire

 Coupe d'un chauffe-eau thermodynamique Picbleu

3. Notions de rendement

Le rendement d’un chauffe-eau thermodynamique est appelé COP, il varie fortement par rapport aux conditions d’utilisation. Les fabricants donnent des COP normatifs de 3 et même supérieurs à 3 réalisés dans des conditions de laboratoire, alors que les COP réels en conditions normales annuelles sont autour de 1,5 en moyenne.

Les CET doivent fonctionner dans un environnement dont la température ambiante ne sera jamais inférieure à 5°. Cela implique qu'ils ne soient jamais placés à l'extérieur du logement, même sous un abri, car le COP serait égal à 0,2 suivant une étude de l'ADEME : autant conserver son chauffe-eau à ballon électrique.

Souvent le local qui abrite le CET consomme une partie des calories générées par le chauffage de l'habitation. Ainsi, une buanderie non chauffée absorbe une partie de l'énergie de chauffage, car contrairement à ce que l'on croit, ce ne sont pas les calories qui s'échappent mais le froid qui pénètre dans un bâtiment et qui le refroidit. Un CET puise ses calories « gratuites » dans l'énergie de chauffage « payante »  de l'habitation. Le bilan d'exploitation devrait intégrer ces déperditions en chauffage.

La notion de COP théorique et performance réelle

Comme pour les pompes à chaleur, il existe une différence notable entre le COP théorique (rendement conventionnel) annoncé par le fabricant de chauffe-eau thermodynamique en laboratoire et la performance énergétique réelle mesurée sur le terrain, en situation pendant une année complète. La performance énergétique est l'élément le plus important pour l'usager, car sa facture énergétique en dépendra. À la demande de plusieurs organismes, dont l'Ademe (Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie), des études ont été menées sur le coefficient Cop, annoncé à plus de 3 par les constructeurs. Le Costic (Centre d'études et de formation en génie climatique) a effectué des tests en laboratoire grandeur nature des performances des chauffe-eaux thermodynamiques.

 

4. Les familles de chauffe-eau thermodynamique

Le chauffe-eau thermodynamique type split sur air extérieur se compose de 2 parties comme pour les systèmes de climatisation : le ballon est installé dans un local habitable tandis que la pompe à chaleur est installée à l’extérieur. C'est le système le plus courant, auquel il faut préférer les CET sur air extrait.

Le chauffe-eau thermodynamique sur air extrait.

L’appareil possède une double fonction : la ventilation et la production d’eau chaude. Il est installé dans une pièce habitable et est raccordé au système de ventilation. L’air neuf entre par les entrées d’air au-dessus des fenêtres. L’air vicié qui est chaud est extrait par des bouches d’extraction (dans les w.c., la salle de bains et la cuisine). Un réseau de conduits isolés transmet l’air chaud au chauffe-eau thermodynamique qui en récupère les calories pour produire l’eau chaude.

CETI aérothermique sur air extrait, en combinaison avec une ventilation mécanique contrôlée (VMC)

c’est l’énergie de l’air vicié qui est utilisée avant de le refouler à l’extérieur, l’air du local n’est pas impacté.

Le chauffe-eau thermodynamique sur retour plancher chauffant s’installe sur le circuit retour hydraulique du plancher chauffant. En été, il prélève les calories présentes dans le circuit liées à la température ambiante de la maison.

Quels sont les systèmes de chauffe-eau thermodynamiques les plus performants ?

  • Le captage géothermique : l’énergie est récupérée dans le sol au travers d’une sonde ; on parlera alors de CETI géothermique.
  • Le captage héliothermique : un fluide frigorigène s’évapore grâce à un panneau récupérant l’énergie solaire. Il s’agit d’une technologie complètement différente des panneaux solaires (thermiques ou photovoltaïques) : on parlera alors ici de CETI héliothermique.

 

Ces deux dernières technologies présentent des performances saisonnières beaucoup plus élevées de par la stabilité de température de leur source froide (le sol ou l’ensoleillement) en comparaison avec la température de l’air extérieur dont les variations sont continuelles et influencées par le vent.

 

5. Comment installer correctement un chauffe-eau thermodynamique ?

Le chauffe-eau thermodynamique : un appareil délicat à installer.

Un chauffe-eau thermodynamique pompe l'air ambiant et doit être installé dans un local de 6 m2 au minimum, l'air de la pièce dans laquelle le chauffe-eau thermodynamique est installé devrait idéalement être à une température ambiante intérieure douce pour une efficacité maximale.

Le chauffe-eau thermodynamique doit être placé dans une pièce ou la température reste constante : normalement entre 15 et 35 °C. Si la température de l’air ambiant est inférieure à 8 °C, la PAC est arrêtée. Lors de son fonctionnement, il rejette cet air refroidi transformant efficacement la pièce en chambre froide. Pour obtenir des performances satisfaisantes, il est impératif d’aspirer l'air de la VMC qui est à température ambiante, au lieu d’utiliser l’air non chauffé ou extérieur. C'est la seule solution efficace en thermodynamique, mais très complexe à mettre en œuvre dans un logement.

D'après certains vendeurs, pour pallier au manque du système, le chauffe-eau thermodynamique pourrait être directement raccordé au circuit solaire. Il deviendrait alors un véritable chauffe-eau solaire individuel (CESI), mais l'intérêt de cette configuration est nul, car il est préférable de fonctionner en totalité à l'énergie solaire.

Dans le cas d'installation existante, l’appoint serait assuré par une pompe à chaleur ou raccordé à une chaudière, ce qui offre peu d'intérêt. Le chauffe-eau thermodynamique doit être installé dans un local situé en dehors de l'espace climatique habitable chauffé. De plus, une très bonne isolation entre les deux zones doit être réalisée afin d’éviter de refroidir le logement. Paradoxalement si l’on veut obtenir un rendement correct, il faut renoncer à installer l'appareil dans un local où l'air ambiant peut descendre à moins de 10 °C. Un choix complexe difficile à mettre en œuvre malgré les déclarations simplificatrices des vendeurs et installateurs.

Le ballon du chauffe-eau thermodynamique doit être placé dans un local de préférence chauffé ou attenant à un local chauffé, de façon à minimiser les déperditions statiques du ballon.

 

6. Paramètres modifiant le rendement du chauffe-eau thermodynamique

Des conclusions différentes de celle des fabricants de ballons thermodynamiques.

Le chauffe-eau thermodynamique constitue une solution de production d’eau chaude sanitaire performante dans la mesure où l’appareil est adapté aux besoins, correctement dimensionné et installé.

L’ADEME préconise l’installation de chauffe-eau thermodynamique individuel (CETI) avec des COP normatifs proches de 3 et déconseille l’installation de CETI sur air intérieur au profit des autres typologies de CETI (air extérieur, air extrait, géothermique…). L’ADEME préconise également un fonctionnement asservi au signal tarifaire Heures Pleines /Heures Creuses.

Le remplacement d’un chauffe-eau « classique » par un chauffe-eau thermodynamique réduit la consommation d’énergie non renouvelable, mais aussi, en conséquence, la capacité de « stockage » du système électrique. Le développement de solutions alternatives est donc nécessaire et notamment les chauffe-eau solaires particulièrement vertueux.

Le chauffe-eau thermodynamique individuel (CETI) est une solution de production d’eau chaude sanitaire parmi d’autres et qui n’est pas nécessairement adaptée à tous les cas de figure. Il convient de faire une étude sérieuse par un installateur qualifié, préférentiellement titulaire d'une qualification porteuse de la mention « Reconnu Garant Environnement ». Un comportement économe est également requis en limitant au maximum ses besoins d’eau chaude sanitaire en installation de dispositifs limiteurs sur les points de puisage et le recours aux douches.

Des conclusions sont différentes des résultats des fabricants. Le rapport du Costic indique « il existe une différence notable entre le Cop constructeur et la performance réelle de l'installation ».

Le Cop réel mesuré avoisine en réalité 1,8 (cette valeur se dégradant encore si l'air aspiré par le chauffe-eau thermodynamique est prélevé dans un volume non chauffé ou à l'extérieur).

Ce facteur diminue également si les besoins en eau chaude sanitaires sont faibles.

 

7. L'économie annoncée de 50 % est celle comparée à un ballon électrique

Une étude du COSTIC (Centre d'Études et de formation en génie Climatique) démontre que le COP avoisine les 1.6, 1.8, 1.9 suivant les modèles dans le cas le plus favorable. Cette étude demandée par des organismes professionnels ainsi que l'ADEME (Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'Énergie) n'a pas été rendue publique, les fabricants n'ayant pas d'intérêt à voir se diffuser cette étude défavorable qui devait être publiée par l'ADEME en février 2011.

Pour les vendeurs, le chauffe-eau thermodynamique permettrait de réaliser 50 % à 60 % d'économies sur la facture d'eau chaude sanitaire, mais ce comparatif est effectué par rapport à un cumulus électrique classique qui est un système médiocre et dont l'usage n'est pas recommandable tant pour le coût à l'usage très élevé, le confort ainsi que son impact sur l'environnement (effet joule).

Le chauffe-eau thermodynamique : un appareil dont la pose demande l'expertise d'un professionnel qualifié.

 

8. Le chauffe-eau thermodynamique : avantages et inconvénients

Quels sont les avantages et les inconvénients d'un chauffe-eau thermodynamique ? Tout d'abord, il faut savoir que l'efficacité réelle des chauffe-eau thermodynamiques est surtout intéressante lorsqu'elle est comparée au ballon électrique à effet joule qui équipait de nombreux logements neufs avant le 1er janvier 2013 (date de l'application de la RT 2012) en raison d'un prix d'achat faible. Les vendeurs annoncent donc des économies relatives, puisque comparées à des ballons électriques.

Le chauffe-eau thermodynamique est relativement coûteux, en moyenne 3500 € installation comprise (contre 1000 € pour un ballon conventionnel à effet joule) et demande l'expérience d'un professionnel qualifié pour le mettre en oeuvre. Les contraintes d'un chauffe-eau thermodynamique sont avérées et contradictoires (voir plus bas, les contraintes d'installation). Le principe même du chauffe-eau thermodynamique doit être revu afin d'avoir un fonctionnement satisfaisant, les fabricants doivent revoir le cahier des charges pour proposer un appareil digne de concurrencer par exemple le solaire thermique, plus abouti thermiquement, techniquement et surtout plus écologique. Les seuls avantages du chauffe-eau thermodynamique sont liés au fait que de nombreux fabricants proposent différents modèles et qu’il bénéficie d’un crédit d'impôt de 30 % uniquement sur le matériel et pour un logement dont la date d'achèvement est supérieure à 2 ans.

 

9. Chauffe-eau thermodynamique : production d'eau chaude sanitaire

Pour une maison neuve RT 2012, une chaudière à condensation gaz en chauffage permet d'atteindre le niveau RT 2012 dans toute la France en l’associant avec une solution d‘eau chaude sanitaire ECS adaptée (une énergie renouvelable). La production d’eau chaude sanitaire sans utilisation d’une énergie renouvelable directement par la chaudière (ballon associé ou à la micro accumulation) est pénalisante dans les méthodes de calcul RT 2012.

Que faut-il associer à une chaudière gaz dans le neuf comme production d'eau chaude ?

La chaudière à gaz à condensation n’offre pas de bonnes performances lorsqu'elle est associée à un ballon thermodynamique, et ce, quelle que soit la zone climatique. L’idéal est de l’associer avec le solaire thermique, surtout lorsque l'orientation des capteurs solaires est optimisée au sud. Il faut noter dans les régions du sud de la France qu’un bâti moyennement performant suffit pour atteindre le niveau RT 2012 avec ce type de solution.

Quelle autre alternative au chauffe-eau thermodynamique : le solaire ?

Utiliser le solaire pour le chauffage des locaux et la production d'eau chaude sanitaire, appelée communément « SSC » (Système Solaire Combiné) est plus complexe, mais apporte des économies considérables, notamment dans les régions froides et celles très ensoleillées.

Les capteurs solaires sont plus aisés à mettre en œuvre pour une maison individuelle et les systèmes dits CESI (pour produire l’eau chaude sanitaire de la maison) sont suffisamment bien conçus pour être installés facilement.
Le solaire thermique est une énergie gratuite qui a l’avantage d’être largement disponible mais qui a l’inconvénient d’être fluctuante dans la journée et dans l’année.
Le chauffage solaire doit donc être associé à une autre énergie (gaz, bois, électricité, fioul) qui prendra le relai et assura le complément d'énergie nécessaire au confort.

Capteurs solaires sur toit chauffe-eau énergie radiative du soleil Doc Picbleu

 

Le solaire thermique : une énergie propre et respectueuse de l'environnement. Le soleil peut produire gratuitement 50 à 70 % (et jusqu'à 80 % dans certaines régions) de l'eau chaude sanitaire et 35 % du chauffage d'un bâtiment. Photo Picbleu ®

 

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