Estimer le coût des pertes d’un ballon ECS ou de stockage !

Estimer le coût des pertes d’un ballon ECS ou de stockage !

Problématique :

– Que ce soit pour le stockage de l’eau chaude sanitaire ou pour une unité tampon utilisée pour le chauffage, un ballon bien chargé en eau chaude subit irrémédiablement une diminution de la température de l’eau qu’il contient.
– Les pertes d’un ballon sont imputables au transfert thermique à travers les parois et aux  connexions hydrauliques.
– Les fabricants doivent indiquer dans les caractéristiques de leurs matériels la constante de refroidissement.
– Cette constante de refroidissement “Cr” exprime la perte par jour et par degré de la température de l’eau stockée.
– Par convention et afin de pouvoir comparer les produits, cette température de stockage est choisie à 65°C, avec une température de l’air ambiant à 20°C.
– Pour l’exemple : Un ballon ECS de 300 litres (aussi appelé Cumulus) a en moyenne une constante de refroidissement de 0.19 impliquant une perte de 2565 Wh par jour, soit plus de 936 kWh par an.
Si l’on considère qu’il fonctionne en tarif de nuit à 10 cts d’euro, la somme gaspillée grimpe à 93.62 euros/an.
– Dépense pour 24 heures = Cr x 300 litres x (65°C – 20°C) = 2565 Wh

Méthode de calcul :

– Vérifions le volume du ballon :
H = Hauteur interne du ballon = 1.50 m
D = Diamètre interne du ballon = 0.50 m
V = Volume du ballon = H x (D/2)² x 3.14 (Pi) x 1000 = 1.50 x 0.0625 x 3.14 x 1000 = 294.38 litres.
– Calculons la surface d’échange :
Dans ce calcul on prend le milieu de l’isolation comme diamètre de référence pour la surface d’échange.
E = Epaisseur de l’isolation = 0.05 m = 50 mm
S = Surface d’échange = (3.14 x H x (D+E)) + (2 x 3.14 x D²/4) = 2.983 m²
  – Calcul de la perte :
– Ci = Coefficient d’isolation (mousse polyuréthane) = 0.033 W/m en °C
– Ts = Température de l’eau stockée = 65°C
– Ta = Température ambiante de la pièce = 20°C.
– P = Perte en Wh =  (Ts – Ta) x (Ci / E) x S = 45 x (0.033 / 0.05) x 2.983 = 88.6 Wh
– Pj = Perte par jour = P x 24 = 2.126 kWh
– Pa = Perte par an = Pj x 365 = 776 kWh
Coût à l’année pour un écart de 45°C = 77.60 € pour un ballon ECS de 300 litres électrique
Coût à l’année pour un écart de 55°C = 94.85 € pour un ballon ECS de 300 litres électrique

Comparaison grâce à quelques exemples :

Volume du ballonECS 300 litresStockage 500 litresStockage 800 litresStockage 1000 litres
Hauteur interne :1,53m1,65m1,73m2,08m
Diamètre interne :0,50M0,62m0,77m0,78m
Épaisseur de l'isolation :5cm5cm10cm10cm
Surface d'échange :3,03m24,09m25,64m26,73m2
Coefficient d'isolation0,0330,0330,0330,033
Température eau chaude :65°C65°C65°C65°C
Température ambiante :20°C20°C20°C20°C
Pertes à l'année : 789 kWh1063 kWh734 kWh875 kWh
Coûts des pertes à l'année87 euros117 euros81 euros96 euros
CR :0,1600,1290,0560,053

Conclusions :

– Plus la constante de refroidissement est faible, et plus l’économie sur la perte en fin d’année sera importante.  La durée de vie de ce type de matériel permet de rentabiliser le surcoût, en à peine quelques années.
– La différence de température eau / air ambiant devra être réduite au minimum. Préférez placer le ballon dans un local tempéré plutôt que dans une pièce froide, cave, grenier, etc.
– Plus la température de stockage est élevée, plus la perte sera importante en corrélation avec la différence eau/air ambiant, diminuer la température en dessous de 65°C fait apparaître les légionnelles ..
– Quand cela est possible une sur-isolation permettra une diminution de la Cr appréciable à moindre coût. Un ballon ECS standard a une perte de 15 à 20% par jour, avec une sur-isolation de 60 mm la perte chute à  moins de 5%. Une sur-isolation augmente l’autonomie.
– A l’achat, choisissez un ballon de qualité en ECS et en stockage !

Conditions du test de décharge 

1) Ballon de 1000 litres avec isolation de 100 mm, Constante de déperdition thermique : 0.0592 kW/h.

2) Températures de départ du test du haut vers le bas (4 thermomètres) : 96°C / 92°C  / 90°C  / 89°C courbe noire = température ambiante.

3) Le ballon est installé dans un garage non isolé sans précaution particulière 

4) La température est relevée toutes les 24 heures à 19h45. La durée du test est de 30 jours. 

Analyse chiffrée : 

– Nombre de kW perdus par le ballon sur la durée du test : 81.3 kW

 Coût de l’énergie perdue avec le bois : 2.76 € / le fuel : 5.95 € / Le gaz propane : 11.91 € / l’électricité : 12.54 €

Conclusions :

– On constate l’influence de la déperdition du ballon sur les 2 à 3 premiers jours de test, il réchauffe le local !

– Ensuite on peut constater que dans un local non chauffé, la déperdition d’un journée est en relation avec la température extérieure (journées 13 & 14).

– Plus l’écart de température air/eau est important et plus grande sera la déperdition.

– Un local tempéré sera un meilleur emplacement pour le ballon, sinon une sur-isolation réduira les pertes très efficacement.

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