ISH 2017 (11) : L'enjeu de la production de l'eau chaude sanitaire

La Directive Européenne ErP (Energie Related Products) du 21 Octobre 2009 (2009/125/CE) s’occupe des appareils consommant de l’énergie et trace, type de générateur par type de générateur, un calendrier d’amélioration du rendement, de réduction du bruit, d’amélioration de la qualité des produits de combustion jusqu’en 2020.

La Directive définit 8 profils de puisage d’ECS, notés de 3XS à 4XL, liés à des débits de puisage croissants. A compter du 26 septembre 2017, le rendement de production minimum pour le profil de puisage 3XS passera à 32% et à 64% pour le profil 4XL.

Pour l'étape 2017, la technologie du chauffe-eau électrique par effet Joule ne sera plus possible pour les ballons de grande capacité (> 300 litres) et qu'à partir du profil XXL, il faudra ajouter un apport solaire thermique, un générateur thermodynamique ou les deux à la fois.

Pour faire face aux exigences de l’ErP, les fabricants font feu de tout bois. Pour la production d’ECS, le chauffage, le rafraîchissement et l’approvisionnement de la maison en électricité, Vaillant propose par exemple d’associer pompe à chaleur, ballon de stockage surisolé, solaire thermique et photovoltaïque, plus stockage d’électricité eloPACK et régulation de l’ensemble par automate multiMATIC 700, connecté à l’aide du boîtier VR 920. © Vaillant

Le retour du solaire thermique grâce à l’ErP

Première conséquence de l’étape 2017 de l’ErP, le solaire thermique revient en force pour la protection d’ECS dans le mix technique des fabricants. Le prix du pétrole est bas et le marché du solaire thermique s’est effondré depuis 5 ans.

Les seules considérations économiques – prix relativement élevé des installations solaires thermiques, prix de revient de l’ECS solaire présentant un trop faible écart par rapport à de l’ECS produite avec des générateurs gaz ou fioul, … – ne permettent pas de relancer les ventes.

L’ErP, cependant, en posant des exigences de rendement relativement élevées, a contraint les fabricants à ne pas abandonner le solaire thermique et même à développer de nouvelles solutions plus simples à installer et à piloter, plus économiques aussi. A ISH, tous les industriels de la chaudière et de la pompe à chaleur, présentaient des associations générateur + solaire thermique et/ou photovoltaïque.

Le nouveau panneau photovoltaïque auroPower de Vaillant devient un composant clef dans des stratégies d’autoconsommation de l’énergie électrique produite sur site. Les panneaux alimentent directement des pompes à chaleur, des chauffe-eau thermodynamiques ou chargent un stockage d’électricité. © Vaillant

L’italien Cordivari propose trois solutions de production d’ECS, de chauffage et de rafraîchissement dans sa gamme HPE System. Le premier, HPE System C1, est une pompe à chaleur réversible triple service, associée à un préparateur d’ECS. Le second, C2, ajoute le raccordement du préparateur d’ECS à des panneaux solaires thermiques. C3 complète l’ensemble par un automate de gestion. © Cordivari

Solaire thermique et photovoltaïque

Souvent, ces systèmes font appel à un seul panneau thermique, plan ou tubulaire, selon la puissance nécessaire. L’idée de demander à l’énergie solaire thermique de contribuer à la fois au chauffage et à la production d’ECS est un peu passée de mode. Seuls les spécialistes du solaire thermique, comme l’autrichien Tisun, la défendent encore.

Les autres, de Buderus à Wolf, en passant par Vaillant et le groupe BDR Thermea (Remeha, De Dietrich, etc.), se focalisent sur l’énergie solaire thermique pour la production d’ECS. Mais, Vaillant, Viessmann, Stiebel Eltron, d’autres industriels allemands et des japonais comme Panasonic et Daikin, proposent des solutions complexes où des pompes à chaleur, des chauffe-eau thermodynamiques sont directement alimentés par des panneaux solaires photovoltaïques.

Viessmann et Vaillant ajoutent des stockages d’électricité pour maximiser l’autoconsommation et étendre la couverture des besoins d’énergie annuels par l’installation photovoltaïque locale.

Pour simplifier les installations de production d’ECS solaire thermique, Cordivari a développé Stratos 4s. C’est un réservoir monobloc autoportant, destiné à être posé sur des toitures terrasses. Il porte 6 tubes sous vide, chacun doté d’un système d’occultation rotatif à l’intérieur du tube. Il protège le fluide du primaire solaire contre la surchauffe. © Cordivari

L’allemand Ökofen vise les plus hautes étiquettes énergétiques A+++ et le « tout renouvelable » pour les besoins d’ECS importans, avec une solution de production d’eau chaude sanitaire associant une chaudière à condensation à granulés Pelletmatic Condens (10 kW), 5 panneaux solaires thermiques Pellesol-TOP et un ballon Pellaqua de 800 litres. © Cordivari

Le développement de l’ECS thermodynamique

En production d’ECS individuelle, les solutions thermodynamiques effectuent une percée remarquable. Il faut dire qu’un chauffe-eau thermodynamique, associé à un ou deux panneaux solaires thermiques ou photovoltaïques et à une régulation, permet d’atteindre une étiquette énergétique A+++.

Un chauffe-eau thermodynamique seul atteint déjà une étiquette A et A+, voire A++, s’il est intelligent ou associé à une régulation un peu efficace. C’est motivant pour les industriels. La plupart de ces appareils acceptent le raccordement d’une seconde source de chaleur : une chaudière gaz, fioul ou bois, voire des capteurs solaires thermiques.

Ceux de Bosch, Stiebel Eltron et Bosch sont également prêt pour l’autoconsommation d’électricité photovoltaïque produit sur place. Plusieurs industriels, dont Bosch, Cordivari ou Dimplex proposent des modèles muraux pour équiper les appartements. Ils sont également destinés au remplacement des chauffe-eau électriques muraux existants.

Le chauffe-bain mural thermodynamique air/eau Bollytherm Home de Cordivari est disponible à la fois en appareil monobloc ou en split. La version monobloc est plutôt destinée aux appartements en immeubles collectifs, avec un raccordement sur une gaine d’air collective ou bien par des grilles de prise et de rejet d’air individuelles en façade. © Cordivari

Stiebel Eltron propose depuis plusieurs années des chauffe-bains thermodynamiques muraux. Sa nouvelle offre à ISH 2017 est connectable et fonctionne sur l’air extrait du logement, soit de manière autonome, soit en raccordement sur la veine d’air extrait du système de ventilation. En double-flux, il est raccordé à la sortie de l’échangeur du groupe de ventilation. Cet appareil devrait être distribué en France en 2018. © PP

Les chauffe-eau thermodynamiques de Bosch/Junkers – en français, cela se prononce e.l.m. leblanc – Compress 4000 DW (sur l’air intérieur) et 5000 DW (sur l’air intérieur ou extérieur) affichent une étiquette énergétique A pour un profil de puisage XL, un COP ≥ 2,95 avec une température d’air à 7°C et un réchauffage de l’eau de 10°C à 53°C. Ils utilisent le R134a © Bosch Thermotechnologie

Les pompes à chaleur double ou triple service

A ISH 2017, tous les fabricants proposaient des pompes à chaleur double ou triple service. Elles assurent systématiquement la production d’ECS avec ballon et le chauffage, tout en ajoutant parfois le rafraîchissement d’été.

Les constructeurs proposaient aussi bien des solutions individuelles que des systèmes pour le collectif, voire l’hôtellerie à forts besoins d’eau chaude chez Hitachi et Mistsubishi Electric qui ont aménagé leur systèmes DRV avec des unités intérieures fluide/eau pour produire de grande quantités d’eau chaude sanitaire.

Comme nous l’avons relevé dans l'article consacré aux fluides frigorigènes, pour respecter les exigences du règlement F-Gaz, les européens dévoilent des modèles utilisant le propane R290, tandis que les industriels chinois, coréens et japonais, préfèrent le R32. Mais le gros, le très gros des offres exposées à ISH reste solidement au R410A, voire utilise des cascades R410A/R134a pour certaines pompes à chaleur haute température (≥ 80°C), comme le DRV Hitachi.

Ensuite, les constructeurs proposent des modèles de Pac monobloc gainables, chez Buderus, Dimplex ou Nibe, par exemple, des modèles en split dans toutes les marques ou presque et des modèles monobloc extérieurs plutôt chez les fabricants européens.

Il est en effet plus facile de poser une Pac contenant une charge de propane à l’extérieur plutôt qu’en split ou en monobloc gainable. Relevons au passage que les modèles R290 présentés, chez Nibe ou Dimplex, divisent la charge de fluide par deux par rapport au R410A, à puissance égale. Tandis que le R32 conduit à une charge de 30% inférieure environ.

Nibe dispose d’une gamme de pompe à chaleur double service étendue. A gauche, la F730 est une Pac double service sur l’air extrait qui assure aussi la ventilation double-flux avec récupération de chaleur : A+++, connectable avec le boîtier NIBE Uplink, puissance modulante de 1,1 à 6 kW. Au centre, le modèle F2120 air/eau en split haute ou basse température. Pour une température de départ d’eau de 35°C, les 4 modèles de 8, 12, 16 et 20 kW atteignent le niveau A+++ grâce à leur régulateur intégré. A droite, la pompe à chaleur géothermique F1255 : haute température (65 ou 70°C de température de départ d’eau avec une température de retour admissible jusqu’à 58°C), connectable grâce au NIBE Uplink et trois puissances de 1,5-6 kW, 3-12 kW, 4-16 kW. © Nibe

Voici la nouvelle pompe à chaleur Altherma 3 « integrated » (avec ballon, tous les organes clefs accessibles par l’avant et tous les raccordements par le haut) de Daikin : fluide R32, ballon de 230 l avec une constante de perte de 25 W seulement, 3 modèles de 4, 6 et 8 kW. Température de départ d’eau jusqu’à 65°C et fonctionnement jusqu’à une température extérieure de -25°C. Avec son régulateur embarqué, elle atteint un étiquetage A+++, un COP chauffage de 5,4 et un COP ECS de 3,3. Cette pac sera disponible à l’automne 2017. © Daikin

Les nouvelles pompes à chaleur split de Nibe assurent le chauffage et la production d’ECS. Si l’installation repart en eau en 2 tubes, elles produisent aussi de l’eau glacée jusqu’à 18°C de température de départ. Si l’installation est en 4 tubes, l’unité intérieure sait produire de l’eau glacée à 7°C, tout en assurant la production d’ECS. © Nibe

Fractionner la production d’ECS

L’autre tendance observable à ISH est le fractionnement de la production d’ECS au plus près des points d’utilisation, aussi bien en maisons individuelles qu’en collectif ou en tertiaire. Cela se traduit premièrement par l’offre de chauffe-eau et chauffe-bains électroniques instantanés, posé à raison d’un par point de puisage. Les pertes de chaleur liées à la distribution d’ECS disparaissent.

Dans un immeuble collectif, les pertes (chaleur, consommation des circulateurs, etc.) liées à la distribution d’eau chaude produite de manière centralisées représentent plus de 50% des consommations d’énergie pour l’eau chaude. Ces appareils électroniques décentralisés sont des chauffe-eau électriques instantanés, de forte puissance et dotés d’une intelligence importante.

Les principaux fabricants sont Clage, Stiebel Eltron, Siemens, AEG, etc. Ils permettent bien sûr de programmer la température d’eau chaude souhaitée au degré près, voire plusieurs : une pour chaque occupant d’un logement, par exemple.

En Allemagne, Siemens commercialise des solutions de production d’eau chaude sous forme de chauffe-eau électroniques instantanés : pas moins de 14 modèles avec des prix HT allant de 355 € (24 kW) à 799 € (27 kW). ©PP

Grand spécialiste du chauffe-eau électrique électronique instantané, Stiebel Eltron propose pas moins de 50 modèles différents, avec ou sans télécommande à distance et des débits d’eau allant de 2 à 27 l/minute. ©PP

Instantanés et intelligents

Ils sont de plus capables de détecter la température d’arrivée d’eau et d’apporter juste la chaleur nécessaire pour atteindre la consigne programmée. Du coup, il est possible de les utiliser avec de l’eau pré-chauffée, issue d’un ballon solaire, par exemple.

Le bémol important est leur puissance électrique. Ailleurs en Europe, il n’existe pas de tarification électrique en en fonction de la puissance souscrite. Mais en France, cela peut s’avérer rapidement dissuasif. Un mini chauffe-eau électronique Clage MBH3(E) pour des débits de 2 l/minute appelle une puissance électrique de 3,5 kW. On monte à 6,5 kW pour 4 l/minute, à 8,8 kW pour un débit de 4 l/min à Δt = 33 K, soit une élévation de température de 12 à 45°C et jusqu’à 27 kW pour 13,8 l/min à Δt = 28 K !

On n’ose imaginer, en France, le coût annuel d’un abonnement domestique permettant d’appeler de telles puissances électriques.

Le DHE Connect, dernier né de la gamme de chauffe-bains électroniques instantanés de Stiebel Eltron (18, 21 ou 24 kW) est pilotable par une application dédiée ou bien une télécommande. Connecté à internet par Bluetooth jusqu’à la box internet du logement, il est capable d’afficher la météo et de diffuser des stations de radio disponibles sur internet. ©PP

En logements collectifs avec chauffage collectif, Stiebel Eltron propose de monter une chauffe-bain électronique instantané dans chaque satellite d’appartement. Il préconise dans ce cas, une seule boucle collective – le primaire chauffage – qui alimente le chauffe-bain, éventuellement à basse température à travers un échangeur à plaques. Le chauffe-bain lit la température d’entrée de l’eau et apporte juste la quantité de chaleur nécessaire pour atteindre la température de puisage programmée. Stiebel Eltron fournit toute l’armoire encastrable, pré-équipée. ©PP

Pour les immeubles de logements collectifs, notamment en rénovation, Nibe propose un fractionnement original. Dans chaque logement, un chauffe-bain thermodynamique sur l’air extrait Nibe F110 (R134a) assure la ventilation simple flux et la production d’ECS (capacité de 365 l à 40°C selon EN16147, étiquette A en puisage XL). Tandis que le chauffage est pris en charge par une pac Nibe F2120 (R410A, ESCOP > 5, température de départ d’eau maximale de 63°C pour une température extérieure de -25°C). Si les besoins de chauffage sont très importants, il est possible de mettre en cascade jusqu’à 8 pac Nibe F2120, soit 8 x 16 kW (A-7/W45) = 128 kW. © Nibe