Eau chaude sanitaire dans les logements collectifs : comment dimensionner le générateur de chaleur ?

Pour contrer les conséquences d’un mauvais dimensionnement d’une installation de production d’eau chaude sanitaire (ECS) dans un logement collectif, il s’avérait nécessaire de développer une méthode, voire un outil informatique, permettant de concevoir une installation efficace, économe en énergie et ne présentant aucun danger pour la santé des occupants de l’immeuble.

Jusqu’à présent, il n’existait aucune méthode unifiée et reconnue pour la conception et le dimensionnement des installations de production d’ECS en Belgique. Pourtant, les conséquences d’un mauvais dimensionnement sont importantes : 

  • les installations sous-dimensionnées ne répondent pas au confort sanitaire souhaité, un aspect auquel les utilisateurs sont très sensibles 
  • les installations surdimensionnées consomment généralement plus d’énergie, détériorent la qualité de l’eau, impliquent des coûts supplémentaires à l’investissement et entraînent un encombrement accru dans les locaux techniques. 

Par conséquent, en collaboration avec l’université d’Anvers et la haute école Thomas More Kempen, Buildwise a développé une nouvelle méthode de conception et de dimensionnement pour la production d’ECS dans les immeubles résidentiels collectifs (immeubles à appartements) (1). 

Les règles de dimensionnement définies dans cette méthode ont été déterminées pour répondre à trois enjeux fondamentaux : 

  • le confort : l’installation doit pouvoir faire face aux pics de puisage 
  • l’énergie : l’installation doit consommer le moins d’énergie possible. Pour ce faire, on pourra notamment exclure les ballons trop volumineux, limiter les retours d’eau primaire trop chauds vers le générateur ou encore réduire les cycles de marche/arrêt courts 
  • la santé : l’eau stockée doit être régulièrement renouvelée pour éviter tout problème sanitaire. L’une des solutions consiste à opter pour une installation avec un volume d’eau restreint (2). 

Courbes puissance/volume ou PV 

Pour préparer l’ECS, il est courant d’utiliser des ballons de stockage, car ceux-ci permettent de réduire la puissance du générateur de chaleur. Le dimensionnement de la production d’eau chaude s’exprime donc tant en termes de puissance que de volume de stockage. 

Pour choisir un bon couple puissance/volume, la nouvelle méthode recourt à des courbes ‘puissance/volume’ ou courbes PV. Cette approche graphique montre, pour différentes valeurs de puissance, le volume de stockage nécessaire pour répondre à la demande d’eau chaude. 

Pour utiliser ces courbes correctement, il importe de savoir à quelle puissance et à quel volume celles-ci se réfèrent : 

  • la puissance indiquée est celle requise au niveau de l’échangeur de chaleur 
  • le volume indiqué est le volume réel du ou des ballons de stockage. 

Dimensionnement en fonction de la conception hydraulique 

Les recherches ont révélé que le dimensionnement d’une installation dépend de sa conception hydraulique. Les courbes PV de la nouvelle méthode conviennent donc parfaitement pour tenir compte de différentes approches de conception hydraulique : 

  • production instantanée 
  • production semi-instantanée avec ballon-échangeur (c’est-à-dire comportant un échangeur de chaleur) 
  • production semi-instantanée avec ballon et échangeur de chaleur externe 
  • production en accumulation pure. 

Le réservoir de stockage peut contenir soit de l’eau sanitaire soit de l’eau technique (c’est-à-dire issue du circuit de chauffage).  

Étant donné que certains autres critères de conception ont également une grande importance pour le dimensionnement, ils ont été pris en compte pour établir les courbes PV. Il peut s’agir, entre autres : 

  • du débit de la boucle de distribution 
  • de la position du retour de la boucle de distribution dans un ballon 
  • de la température de l’eau primaire. 

Outil informatique 

Pour que cette nouvelle méthode soit réellement et facilement utilisable, un outil informatique intitulé WaterDim a été développé. Celui-ci est entièrement gratuit et accessible sur waterdim.buildwise.be. 

Cet outil permet à l’utilisateur : 

  • d’encoder le nombre et le type d’appartements présents dans le bâtiment 
  • de décrire l’installation souhaitée en répondant à des questions simples telles que : 
    • prévoyez-vous de stocker de l’eau ?  
    • s’agit-il d’eau sanitaire ou d’eau technique ?  
    • souhaitez-vous produire de l’ECS en accumulation pure ?  
    • y aura-t-il plusieurs ballons ? 

De petits textes accompagnent l’utilisateur pour qu’il puisse répondre judicieusement à ces questions. Dans la partie supérieure de l’écran, une ligne indique sa progression. Une fois toutes les données encodées, l’outil présente : 

  • un récapitulatif de toutes les données 
  • la courbe PV correspondant à la description du bâtiment et de l’installation souhaitée. Il suffit de cliquer sur n’importe quel point de la courbe pour connaître le couple puissance/volume relatif à ce point 
  • un schéma hydraulique détaillé de l’installation envisagée. Ce schéma est ‘dynamique’ : quand le concepteur clique sur le numéro d’un élément de l’installation hydraulique, une fenêtre apparaît avec des informations complémentaires (voir ci-dessous), telles qu’une proposition de conception alternative à l’approche de base ou des conseils sur le dimensionnement de certains équipements. 

 

 

Fig. 1 : Exemple de schéma hydraulique créé à l’aide de l’outil informatique WaterDim 

 

(1) Les résultats de ce projet sont disponibles sur https://coock-sww.be/ (uniquement en néerlandais). 

(2) À ce sujet, voir l’Innovation Paper 31 publié par Buildwise ou les Best Beschikbare Technieken dédiées aux légionelles sur le site Internet du département flamand de la Santé (et donc uniquement disponibles en néerlandais).

Basé sur l'article Buildwise 2023-4.2