Chauffe-eau thermodynamique hybride (CET hybride)

Qu’est-ce qu’un CET hybride ?

Le chauffe-eau thermodynamique hybride est un équipement dédié uniquement à la production d’eau chaude sanitaire (ECS). Il ne permet donc pas la production de chauffage. Le produit est composé de plusieurs éléments :

• Une pompe à chaleur air/eau récupère et valorise les calories contenues dans l’air extérieur grâce à l’évaporateur situé en partie haute afin de préchauffer l’eau à l’aide d’un échangeur à grande surface d’échange (ou condenseur) placé en partie basse. Le transfert de chaleur est assuré par le changement de phase d’un fluide frigorigène circulant dans un circuit thermodynamique.
• Un ballon de stockage d’un volume variable. Dans le cas d’un CET hybride, le volume est inférieur à 200 litres limitant ainsi l’encombrement.
• Une liaison hydraulique, dont la distance doit être la plus courte possible, reliant le CET hybride à la chaudière à condensation afin de réaliser l’appoint et délivrer l’ECS au point de puisage.
• Une sonde d’appoint. Elle mesure la température en sortie du ballon pour déterminer la puissance adoptée par la chaudière pour produire l’ECS.

Pour répondre à l’ensemble des besoins du logement, la chaudière à condensation double service assure la production d’eau chaude pour alimenter les émetteurs et chauffer le logement.

Principe de fonctionnement du CET hybride

1. L’air entrant est aspiré par le haut de l’appareil à l’aide d’un ventilateur.
2. Il passe ensuite dans un évaporateur, cédant ainsi ses calories à un fluide frigorigène.
3. Lors de son passage dans le compresseur, le fluide frigorigène augmente sa pression et sa température.
4. Le fluide traverse le condenseur ; le changement de phase étant exothermique, la chaleur libérée est transférée à l’eau stockée dans le ballon.

Le fluide passe enfin dans le détendeur où il se refroidit.

La partie noire représente la pompe à chaleur, avec arrivée et sortie d’air.
La partie inférieure blanche représente le ballon de stockage d’eau.

Lorsque la température extérieure se trouve dans la plage de températures de fonctionnement de la pompe à chaleur, le CET hybride assure le préchauffage de l’ECS, l’appoint est réalisé par la chaudière à condensation pour atteindre la température de 60°C. Dans le cas où la température extérieure ne se trouve pas dans la plage de températures de fonctionnement de la pompe à chaleur du CET hybride, la chaudière à condensation assure seule la production d’ECS.

Origine de l’air puisé

Le CET hybride peut récupérer les calories présentes dans l’air à partir de trois sources différentes :

• L’air ambiant du local technique non chauffé où est installé le CET
• L’air puisé à l’extérieur du logement (préconisé)
• L’air extrait de la ventilation mécanique contrôlée (VMC) du logement.

Types de montages possibles

Le CET produit de la chaleur grâce à une pompe à chaleur aérothermique air/eau. Cette pompe à chaleur peut puiser les calories dans divers environnements :

• Installation aérothermique avec puisage d’air ambiant

Dans ce montage, l’air est puisé et extrait dans une pièce du logement où se trouve le CET, entraînant un refroidissement de l’air ambiant.

Il est conseillé de le mettre en œuvre lorsque le local où se situe le CET a une surface supérieure à 10 m² (ou un volume de 20 m³) non chauffée et suffisamment ventilée avec une hauteur sous plafond supérieure à 2,10 m. En raison  de ces contraintes, ce montage n’est pas préconisé.

• Installation aérothermique avec puisage d’air extérieur

Dans cette configuration, l’air extérieur aspiré par un ventilateur alimente via une gaine la pompe à chaleur avant d’être rejeté : l’air du local où a été installé le CET n’est pas impacté.

Afin d’optimiser son fonctionnement, l’appareil doit :

• Etre équipé d’un dispositif de dégivrage à l’évaporateur
• Limiter les longueurs des conduits de raccordement aéraulique

Cette installation nécessite de percer deux trous (de 160 mm de diamètre au minimum) en façade donnant sur l’extérieur ou de prévoir deux débouchés en toiture, le tout sans dégrader l’étanchéité à l’air du bâtiment.

• Installation aérothermique avec puisage d’air extrait d’une ventilation mécanique contrôlée (VMC)

Ce montage permet d’utiliser et de valoriser l’énergie fatale présente dans l’air vicié. La température de l’air extrait étant stable et plus élevée que celle de l’air extérieur et les débits d’extraction généralement suffisants, le rendement de cette solution est intéressant et constant dans le temps.

Une fois l’énergie récupérée, l’air vicié est ensuite refoulé à l’extérieur du logement. L’air du local où est installé le CET n’est donc pas impacté.

Il est important de vérifier et d’adapter le débit d’extraction d’air de la VMC avec le débit d’air nécessaire au fonctionnement du CET.

Performances

En comparaison d’un CET classique, le CET hybride permet de gagner 1 à 3 points sur le Cep et Cep nr dans l’étude thermique RE2020 en fonction de la nature du projet grâce notamment au fonctionnement optimisé de l’équipement. En effet,

• le CET hybride fonctionne dès lors que la température extérieure est comprise dans la plage de températures permettant ainsi de garantir un COP performant (COP réel > 2).
• l’ECS est préchauffée (et non chauffée) par le CET jusqu’à une température de consigne proche de 40°C (valeur variant en fonction des prescriptions des fabricants) permettant également de garantir un COP performant.

En complément, d’autres paramètres influent sur les performances de l’installation à savoir la quantité d’ECS consommée et le niveau d’isolation du ballon et de la pièce dans laquelle ce dernier est installé.

Instrumentation

Une campagne de mesures a été réalisée dans un pavillon ancien de 100 m² SHAB, abritant une famille de quatre personnes et situé à Ecouen (95).

Les résultats montrent qu’à besoin équivalent (Volume soutiré ramené à 40°C = 40 litres+/- 6 par personne) le COP moyen journalier du CET en énergie finale est de 2,57 (T_ext 3°C / T_CET 40°C) pour un rendement en énergie primaire de 87,4% (T_CET 40°C / T_{sortie-chaudière} 55°C).

La chaudière est dimensionnée pour couvrir 100% des besoins en ECS. Par conséquent, la puissance de la chaudière varie en fonction du nombre de points de puisage.

Installateur

Il est recommandé de recourir à un installateur certifié QualiPAC pour procéder à l’installation du chauffe-eau thermodynamique.

Equipements

L’installation doit respecter les exigences de la norme NF C 15-100 ainsi que les préconisations du fabricant.

De manière générale, il faut obligatoirement prévoir les éléments suivants :

• Un siphon d’écoulement
• Raccordement à la terre
• Alimentation électrique spécifique
• Un disjoncteur différentiel de 30 mA
• Un dispositif d’évacuation des condensats produits par la PAC

La somme des longueurs des gaines ne doit pas dépasser une certaine valeur, cette dernière étant variable en fonction notamment des préconisations des fabricants et de la nature de l’installation.

Par ailleurs, il est recommandé d’avoir recours à des gaines isolées pour améliorer la performance de l’installation.

En complément, les schémas suivants précisent les distances préconisées entre les entrées et sorties d’air, à l’arrière de l’habitation ou en toiture :

Distances d’installation recommandées

Les dimensions du CET varient selon les modèles. Toutefois, il est nécessaire de respecter certaines distances de dégagement spécifiées par le fabricant. Elles permettent entre autres un accès facile à l’appareil pour son entretien, et la mise en place de la tuyauterie.

Les espaces minimaux à réserver autour du CET sont spécifiées dans le NF DTU 60.1 P1-1-3. Elles sont de :

• 10 cm entre le dessus de l’appareil et le plafond
• 12 cm entre l’appareil et une paroi verticale
• 40 cm entre le dessous de l’appareil et le sol si l’appareil est installé au mur

Par ailleurs, il doit être possible de retirer les parties amovibles du CET (résistance électrique, filtre à air, capot de protection, etc.) sans le déposer : il doit donc être installé en conséquence.

Emplacement

L’emplacement de la prise et le rejet d’air doit respecter les indications suivantes :

• Les orifices d’air en façade ou en toiture doivent être positionnés à l’abri des vents dominants.
• Les bords inférieurs de la prise et du rejet d’air doivent être placés à une hauteur minimale de 0,50 m au-dessus du sol fini. 
• L’espace autour des orifices d’air doit être libre.
• L’espacement entre la prise et le rejet d’air doit être conforme aux spécifications du fabricant pour minimiser le risque de recirculation d’air. A défaut, une distance minimale de 1,50 m doit être respectée entre les bords extérieurs des orifices d’air ou une solution corrective (écran d’interposition) doit être mise en place.
• La prise et le rejet d’air ne doivent pas être installés sur un mur pouvant devenir une paroi intérieure lors d’une potentielle extension de l’habitation.
• Aussi, la prise d’air doit être protégée de toute source de pollution particulière (automobile, végétale et organique…).

Le rejet d’air doit être disposé à une distance minimale de :

• 0,40 m de toute baie ouvrante
• 0,60 m de toute entrée d’air de ventilation
• 1,50 m des lieux de passage ou terrasses afin d’éviter tout risque de formation de gel lorsque la température de l’air rejeté devient négative.

En parallèle et pour réduire les nuisances éventuelles, l’implantation du CET hybride doit tenir compte du voisinage mais aussi des pièces sensibles du logement équipé (chambres, séjour…). Pour limiter la propagation des bruits solidiens, il est recommandé d’installer le CET hybride sur plots ou sur une dalle antivibratile.

Un entretien régulier du chauffe-eau est fortement conseillé. Il permet de maintenir des performances élevées. Les actions de base de cette maintenance sont les suivantes :

Le prix fourni/posé d’un CET hybride se situe en moyenne entre 3 000 € et 5 000 € TTC.

• Atlantic
• Chaffoteaux
• De Dietrich
• Saunier Duval
• Viessmann