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 ballon | ECS 300 litres | Stockage 500 litres | Stockage 800 litres | Stockage 1000 litres |
| Hauteur interne : | 1,53m | 1,65m | 1,73m | 2,08m |
| Diamètre interne : | 0,50M | 0,62m | 0,77m | 0,78m |
| Épaisseur de l'isolation : | 5cm | 5cm | 10cm | 10cm |
| Surface d'échange : | 3,03m2 | 4,09m2 | 5,64m2 | 6,73m2 |
| Coefficient d'isolation | 0,033 | 0,033 | 0,033 | 0,033 |
| Température eau chaude : | 65°C | 65°C | 65°C | 65°C |
| Température ambiante : | 20°C | 20°C | 20°C | 20°C |
| Pertes à l'année : | 789 kWh | 1063 kWh | 734 kWh | 875 kWh |
| Coûts des pertes à l'année | 87 euros | 117 euros | 81 euros | 96 euros |
| CR : | 0,160 | 0,129 | 0,056 | 0,053 |
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.
alors qu’avec ma Clim à chaleur ( Pompe à chaleur réversible cop de 3,2 ) AIR/ AIR avec 500 Kwh je chauffe ma maison de 65 m2 habitable pour l ‘année ( vendée ouest)
Autant, en hiver, cette déperdition peut contribuer au chauffage de l’habitation, et ça ne me choque pas, autant, l’été, ça vaudrait le coup que la température du cumulus soit baissée, afin de diminuer l’écart thermique eau et air ambiant. Cette action pourrait être facilement automatisée.
En été,ramener la température de l’eau à 40 degrés par exemple n’altère en rien le confort d’utilisation.
Oui tout à fait, mais a ce moment là il faut trouver un autre système pour tué les légionelles. Pour le moment seul la température les tué en dessus de 60 ° pendant une période assez longue. Je ne me rappelle plus de la durée de chauffe.
Bonjour,
Ces calculs ont le mérite de donner des ordres de grandeurs.
Sans trop la compliquer votre analyse demande a être affinée, en effet vous ne tenez pas compte des conductances superficielles des interfaces de l’eau et de l’air avec la paroi du ballon qui conduirait à des déperditions 15% inférieures avec les hypothèses que vous avez faites.
Pour ne pas introduire d’erreur systématique je pense que la résistance thermique eau-surface du ballon peut être négligée mais pas la résistance eau-air qui n’est pa négligeable, ainsi pouvez peut-être vous espèrer des résultats pas trop au-de-là des 10% d’erreur.
Ce genre de calcul est plus compliqué qu’il semble au départ car il faudrait tenir compte des la températures des cloisons ou murs environnents qui dans les conditions habituelles ne devraient pas trop changer ces résultats.
Pour avoir les « calculs sérieux », l’écart est de 6%. Le résultat affiché est parfaitement significatif.
En ces temps de recherche de solutions sur l’économie d’énergie, je pense que 100 kWh par an pourraient donc être épargnés.
J’ai dernièrement réalisé une mesure assez facile. J’étais absent 3 jours et n’avais pas arrêté le chauffe-eau qui déclenchait alors à 22 h (heures creuses). Grace au compteur linky et à mon suivi de consommation j’ai pu évaluer la surconsommation dans les deux créneaux de 30 mn, entre 22h et 23h, par rapport aux heures où un minimum d’appareils fonctionnaient, et ce alors qu’il n’y avait pas eu de soutirage d’eau pendant la journée.
Pour un cumulus de 300 l (température de chauffe voisine de 55°C) placé dans un cellier de T voisin de 20 °C -moins en hiver-), la surconsommation pendant ce créneau horaire a été de 0,89 kWh soit 3.2 kJoule
Pour une chauffe-eau de 300 l, cela correspond à une perte de température de l’eau de 2,5 °C = 3.2.10E6/(4.18 x 300.10E3)).
En tarif tempo HC cela correspond à une dépense annuelle de 27 € TTC. En fait un peu plus car l’hiver l’écart entre l’eau chaude ) et laText est un peu plus grand.
Précision : avec un cumulus Atlantis (je ne fais pas de pub).