Pr

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LA PRODUCTION DEAU CHAUDE SANITAIRE
J-M R. D-BTP
2006
2
Types de production
Calcul des systèmes de production
Tableaux et diagrammes de détermination
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Types de production
Production deau chaude sanitaire instantanée
Production deau chaude sanitaire à accumulation
Production deau chaude sanitaire à semi
accumulation
Production deau chaude sanitaire à semi
instantanée
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Production deau chaude sanitaire instantanée
Principe
Le système de production dECS est dit
 instantané  lorsquil ne dispose daucune
réserve deau (ou volant thermique).
Leau chaude ne sera produite quau moment du
puisage.
Léchangeur devra avoir une puissance suffisante
pour satisfaire les pointes de consommation de 10
minutes (Qm).
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Production deau chaude sanitaire instantanée
Applications
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Production deau chaude sanitaire à accumulation
Le système de production dECS est dit  à
accumulation totale  lorsquil dispose dune
réserve deau chaude correspondante aux besoins
journaliers.
Leau est maintenue chaude dans la réserve
indépendamment du puisage.
Léchangeur devra avoir un volume suffisant pour
satisfaire les besoins de consommation dune
journée (Qj).
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Production deau chaude sanitaire à accumulation
Applications
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Production deau chaude sanitaire à semi
accumulation
Principe
Dans ce type de production, leau chaude
sanitaire est produite instantanément et stockée
dans un ballon tampon dont le dimensionnement lui
permet dassurer un débit de pointe de
consommation de 10 minutes (Qm).
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Production deau chaude sanitaire à semi
accumulation
Principe
Le système de production dECS est doté dun
ballon tampon qui permet damortir les variations
de température de soutirage, mais qui ne peut
absorber la totalité des pointes de consommation
de 10 minutes ( Qm )
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Calcul des systèmes de production
Notion de logement standard
Logements standards dun ensemble
Consommation journalière Qj
Consommation horaire de pointe Qh
Période de pointe (T) et coefficient de
simultanéité (S )
Dédit horaire de pointe Qh
Débit de pointe moyen sur 10 minutes Qm
La formule de calcul générale
Système instantané
Système semi - instantané
Système semi - accumulation
Système accumulation
Puissance de réchauffage dun stockage PRs
Pertes dun système dECS
Graphique final
Facteur de mélange
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Notion de logement standard 1/2
Les installations sanitaires des logements étant
toutes différentes de par le nombre et la nature
des postes dutilisation, il a été nécessaire,
pour calculer les besoins, de définir une
 unité de référence dinstallation sanitaire
que nous appellerons le logement standard N.
Le logement standard est un appartement de 3 à 4
pièces pour 3 à 4 habitants comportant les
équipements suivant - Un évier
- Un lavabo - Une baignoire standard
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Notion de logement standard 2/2
Un logement équipé différemment pourra être
traité comme un logement standard en lui
appliquant un facteur  p  en fonction des
équipements sanitaires venant remplacer ou
sajouter à la baignoire standard.
EQUIPEMENT PRINCIPAL DU LOGEMENT CARACTERISTIQUES ECS CARACTERISTIQUES ECS FACTEUR  p 
EQUIPEMENT PRINCIPAL DU LOGEMENT Contenance (litres) Débit (litres/min) FACTEUR  p 
deux baignoires standards baignoires et douche baignoire luxe baignoire standard de référence baignoire sabot douche (9 L/min) lavabo (6 L/min) ou évier cuisine 180 150 135 18 15 13,5 9 6 1,5 1,3 1,2 1 0,9 0,6 0,4
Exemple 1 équipement sanitaire du logement A
1 évier, 1 lavabo, 1 douche N 0,6 Exemple 2
équipement sanitaire du logement B 1 évier, 1
lavabo, baignoire 150 L, 1 douche N 1,3
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Logements standards dun ensemble
Considérons un ensemble de 45 logements avec les
équipements sanitaires correspondants. Le tableau
suivant définit le nombre de logements standards
de cet ensemble.
Nombre de logements réels Équipement principal Coefficient  p  Nombre corrigé de logement N
8 8 12 10 6 1 Studio avec lavabo 2 pièces avec douche 3 pièces avec baignoire 4 pièces avec baignoire 5 pièces avec baignoire douche 6 pièces avec 2 baignoires 0,4 0,6 1 1 1,3 1,5 3,2 4,8 12 10 7,8 1,5
Total 45 Total 39,3 soit 40
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Consommation journalière Qj
La consommation journalière (Qj) deau chaude
sanitaire à 60 C dun logement standard est
estimée à 150 litres. Mais les soutirages sont
rarement effectués à une température de 60
C. Pour diminuer les risques de brûlures, les
pertes en ligne, les risques dentartrage et de
corrosion, on limite entre 55 C et 45 C la
température de distribution dECS. (Les risques
dentartrage et de corrosion sont multipliés par
3 de 50 à 55 C et par 20 de 55 à 60 C.) La
proportion deau chaude du mélange est dautant
plus faible que la température de leau chaude
est élevée. La consommation journalière deau
chaude est donc fonction de la température de
leau.
Température de lECS Qj du logement standard
60 C 55 C 50 C 45 C 150 L 160 L 180 l 205 l
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Consommation journalière Qj
Pour déterminer la consommation deau chaude
sanitaire. On retiendra une valeur de 160 litres
à 55C comme consommation du logement type
standard.
Le débit journalier deau chaude sanitaire Qj
dun immeuble composé de N logements standards
sera donc donné par la formule suivante
Qj 160 . N
Exemple 1 équipement sanitaire du logement A
1 évier, 1 lavabo, 1 douche N 0,6 donc, Qj
160 x 0,6 96 litres Exemple 2 équipement
sanitaire du logement B 1 évier, 1 lavabo,
baignoire 150 L, 1 douche N 1,3 donc, Qj
160 x 1,3 208 litres
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Consommation horaire de pointe Qh
On constate que 75 du soutirage journalier Qj
est effectué pendant une  période de pointe  de
durée T. On constate également que 99 environ
du soutirage journalier seffectue sur la période
2 T . En considérant un coefficient de
simultanéité (s) qui tient compte du foisonnement
des divers soutirages dans les logements, on peut
définir la consommation horaire de pointe Qh,
comme égale à 75 de la consommation journalière
Qj, que minore le coefficient de simultanéité s.
Qh 0,75 . Qj . s
Ou, pour Qj 160 N
Qh 160 . 0,75 . N . s
Qh 120 . N . s
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Période de pointe (T) et coefficient de
simultanéité (S )
Pour calculer (T) et (s) on peut utiliser les
formules suivantes,
T période de pointe en heures N nombre de
logements standards s coefficient de
simultanéité
ou utiliser le tableau suivant.
N 10 20 30 40 50 75 100 200
T 1,72 2,45 2,87 3,15 3,34 3,65 3,83 4,14
s 0,50 0,40 0,36 0.33 0, 31 0,29 0,27 0,24
Nota on peut remarquer que s est sensiblement
égal à 1/T.
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Dédit horaire de pointe Qh
En considérant Qj égal à 160 litres, on peut
déterminer directement Qh en fonction du nombre
de logements standards N à laide de labaque
suivant
Exemple N 40 s 0,33 Qh 120 . 40 . 0,33 Qh
1 584 L/h
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Débit de pointe moyen sur 10 minutes Qm
Si le débit dit horaire Qh était constant, la
consommation deau chaude à la minute serait
égale à ( 2 . N . s ). En réalité, il existe des
périodes de pointes durant lheure de pointe où
le débit est expérimentalement égal à ( 5 . N . S
) par minute. Le débit de pointe sur 10 minutes
Qm dun ensemble de N logements standards est
donc donné par la formule expérimentale suivante
Qm 50 . N . s
Exemple N 40 s 0,33 Qm 50 . 40 . 0,33 Qm
660 L/h
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La formule de calcul générale
Un système de production dECS doit toujours être
capable de fournir l ECS pour lequel il à
été conçu.
Ce système met en jeu, pour couvrir les besoins
exprimés pendant un temps (to) deux composants
une capacité de stockage (Cu) qui peut
varier de 0 à Cu max, une puissance de
réchauffage instantanée (PRi) dappoint peut
varier de 0 à Pri max.
La répartition entre ces deux composants en
fonction des besoins exprimés pendant la période
de soutirage définit le système de production
dECS
Système instantané
Système semi - instantané
Système semi - accumulation
Système accumulation
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La formule de calcul générale
VOLUME DEAU SOUTIRE V en litres TEMPS DE SOUTIRAGE to en heures OBSERVATIONS
50 Ns 10 minutes ou 1/6 dheure V est la quantité deau maximale susceptible dêtre consommée en 10 minutes, temps définissant la durée de pointe.
120 Ns (t) Une simplification consiste à admettre que linverse de (s) est égale à la période (t) V est la quantité deau maximale susceptible dêtre consommée pendant une période (t) qui représente la période dite de bains. V est égale à 75 de la quantité deau consommée par jour.
160 24 heures V est la quantité deau maximale susceptible dêtre consommée pendant la journée.
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La formule de calcul générale
La formule générale qui met en jeu les deux
composants du système de production dECS peut
sinscrire de la manière suivante
PRi Puissance réchauffage instantanée, V
volume deau utilisé, Cu capacité utile de
stockage, to temps dutilisation
Par convention, (?ecs) la température de
soutirage de lECS sera prise à 55 C et (?ef),
la température dentrée deau froide à 10 C. La
formule devient donc
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Système instantané
Calcul dun système instantané Dans ce système,
toute lECS est produite à la demande. Aucun
stockage nest prévu. Le réchauffeur doit
permettre le débit de pointe le plus contraignant
à savoir le débit de pointe sur 10 minutes.
On a donc V 50.N.s , Cu 0 et t
10 min ou 1/6 dheure
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Système semi - instantané
Calcul dun système semi instantané Dans ce
système, il existe une capacité de stockage
tampon qui permet dabsorber en partie les
pointes sur 10 minutes tout en réduisant la
puissance de réchauffage.
On a donc V 50.N.s Cu Csi et t
10 min ou 1/6 dheure
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Système semi - accumulation
Calcul dun système semi accumulation Dans ce
système, la capacité de stockage mise en jeu
devient très importante. De plus, le système est
capable dassurer les besoins exprimés pendant
une période égale à une fois la période dite de
bains.
On a donc V 120.N.s Cu Csa et t
l/s
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Système accumulation
Calcul dun système accumulation Dans ce
système, la capacité de stockage est capable de
fournir toute la consommation journalière. De ce
fait, la puissance dappoint instantanée PRi est
nulle.
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Abaque des systèmes sans les pertes
SYSTEME INSTANTANE
SYSTEME SEMI-INSTANTANE
SYSTEME SEMI-ACCUMULATION
ACCUMULATION
50 . N . s
160 . N
120 . N
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Puissance de réchauffage dun stockage PRs
Pour le calcul de la formule de base, on définit
la puissance de réchauffage instantanée PRi qui
est capable de fournir instantanément lappoint à
la capacité de stockage supposée elle-même élevée
à la bonne température. La puissance de
réchauffage dun stockage PRs doit permettre
délever la capacité de stockage à la température
souhaitée dans un temps souhaité. Il faudra
toujours y avoir PRi gt PRs quelle que soit la
capacité mise en jeu. PRs se calcule à partir de
lélévation de température, du temps de
réchauffage et du volume de la capacité de
stockage.
PRs 1,16 . ( ?ecs ?ef ) .10-3 . Cu / t
Si lon considère lélévation de température de
45 K et le temps de réchauffage de 8 heures
PRs 1,16 . 45 .10-3 . Cu / 8
PRs 6,525 .10-3 . Cu
ou
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Pertes dun système dECS
Deux types de pertes existent dans un système de
production dECS - celui relatif au
rayonnement du ballon de stockage (PHr), - celui
relatif au bouclage et à la distribution (PHd).
Pour une température deau de 57 C et une
température ambiante de 21 C, PHr est
sensiblement égal à PHr 0,075 .
PRs Lexpérience montre que les pertes de
bouclage et de distribution sont sensiblement
égales à 35 de la puissance de réchauffage du
stockage PHd 0,35 . PRs
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Pertes dun système dECS
En reprenant les valeurs de PHr et de PHs
définies précédemment, on peut calculer la
puissance minimale à installer PI PRi 0,075
PRs 0,35 PRs PI Pri 0,425 PRs
Lévolution des pertes (0,425 PRs) peut se
représenter par une droite dont les points
singuliers sont Cu 0,
pertes 0 Cu 160 N,
pertes 0,425 . 6,525 .10-3 . 160 N
0,4437 N
31
Graphique final 1
32
Graphique final 2
33
Graphique final 3
34
Graphique final 4
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Facteur de mélange
Lorsque lon puise de leau chaude, une même
quantité deau froide entre dans le ballon et
vient donc, plus ou moins se mélanger à leau
chaude. La réserve réelle deau chaude nest donc
pas égale au volume brut du ballon mais dépend du
facteur de mélange M de celui-ci. Ce facteur est
fonction du rapport hauteur / diamètre du ballon
Rapport hauteur/diamètre 2 1 0,5
Facteur de mélange M 0,9 0,75 0,6
Ceci nétant valable que si larrivée deau
froide se fait par le bas et le départ eau chaude
par le haut !!
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Facteur de mélange
La capacité  utile  du ballon Cu est le produit
de sa capacité réelle C par le facteur de mélange
M. cest le volume utile donné à 55C
Cu C . M
Si lon cherche à déterminer la capacité réelle
dun stockage à installer en connaissant la
capacité utile nécessaire et le facteur de
mélange, il est nécessaire dappliquer la formule
suivante.
On remarque quil est souhaitable dinstaller des
ballons verticaux qui possèdent un facteur de
mélange plus fort.
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Tableaux et diagrammes de détermination
Limites minimum de puissance pour lECS selon
DTU 65.1
Cas particuliers
Tableau de détermination rapide des besoins en
ECS
Tableau de détermination rapide de la puissance
ECS
Tableau de détermination rapide du débit ECS
(L/h)
Tableau de détermination rapide de débit ECS
(m3/h)
Diagramme de sélection rapide constructeur
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Limites minimum de puissance pour lECS selon DTU
65.1
Nombre de logements standards (N) 10 20 30 50 75 100 200
Coefficient de simultanéité (s) 0,50 0,40 0,36 0,31 0,29 0,27 0,24
Puissance mini DTU 65.1 14,9 29,8 44,7 74,4 111,6 148,8 297,6
ACCUMULATION Stockage 14,9 1600 29,8 3200 44,7 4800 74,4 8000 111,6 12000 148,8 16000 297,6 32000
SEMI-ACCUMULATION Puissance maxi Stockage mini 31,7 150 50,8 240 68,5 324 98,4 465 138,2 652 171,4 810 304,7 1400
SEMI-INSTANTANE Puissance mini Stockage maxi 31,7 150 50,8 240 68,5 324 98,4 465 138,2 652 171,4 810 304,7 1440
INSTANTANE Puissance Stockage Cu 0 78,3 125,3 169,1 242,7 340,6 422,8 751,7
P en kW Cu en litres
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Cas particuliers
Dans les bâtiments autres que les logements dits
standards, nous utiliserons les consommations
moyennes suivantes
? Hôtel (chambre avec baignoire)
100 à 150 L/j (à 45 C)
? Bureaux (lavabos)
8 à 10 L/j.pers (à 45 C)
? Bâtiments hospitaliers
50 à 100 L/j.lit (à 45 C)
? Restaurants
10 à 12 L/j.couv (à 60 C)
? Cuisine collective
3 à 5 L/j.repas (à 60 C)
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Tableau de détermination rapide des besoins en ECS
Unités 10 20 30 40 50 60 80 100 120 150 200 250 300 350 400
Appartements standards m3/jour 1,6 3,2 4,8 6,4 8 9,6 12,8 16 19,2 24 32 40 48 56 64
Hotel m3/jour 1/1,5 2/3 3 /4,5 4/6 5/7,5 6/9 8/12 10/15 12/18 15/22,5 20/30 25/37,5 30/45 35/52,5 40/60
Bureau m3/personne 0, 1 0, 2 0, 3 0, 4 0, 5 0, 6 0, 8 1 1,2 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Hopital m3/jour.lit 0,5/1 1/2 1,5/3 2/4 2,5/5 3/6 4/8 5/10 6/12 7,5/15 10/20 12,5/25 15/30 17,5/35 20/40
Restaurant m3/jour.couvert 0, 1 0, 2 0, 3 0, 4 0, 5 0, 6 0, 8 1 1,2 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Cuisine collective L/jour.repas 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,4 0,5 0,6 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2
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Tableau de détermination rapide de la puissance
ECS (kW)
Unités 10 20 30 40 50 60 80 100 120 140 160 200 250 300 350 400
Appartements standards Appart. 130 185 230 270 300 330 380 420 480 510 550 630 705 780 860 930
Appartements Grand standing Appart. 155 220 260 300 340 380 430 500 540 580 620 710 800 890 980 1040
Hôtel Chambre 180 260 300 360 400 420 520 580 640 690 740 840 940 1050 1120
Hôtel et Chambre 220 300 370 430 480 520 610 680 720 810 870 980 1100
Centre sportif Douches 230 320 400 460 500 560 650 740 800 870 930 1050
Hôpitaux Lits 110 160 200 220 260 280 320 380 400 440 470 540 650 680 740 800
Exemple 60 Appartements standards Puissance en
instantané 330 kW
Source ALPHA-LAVAL
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Tableau de détermination rapide du débit ECS
(L/min)
Unités 10 20 30 40 50 60 80 100 120 140 160 200 250 300 350 400
Appartements standards Appart. 41 59 73 86 96 105 121 134 153 163 176 201 225 249 275 297
Appartements Grand standing Appart. 49 70 83 96 109 121 137 160 172 185 198 227 255 284 313 332
Hôtel Chambre 57 83 96 115 128 134 166 185 204 220 236 268 300 335 358
Hôtel et Chambre 70 96 118 137 153 166 195 217 230 259 278 313 351
Centre sportif Douches 73 102 128 147 160 179 207 236 255 278 297 335
Hôpitaux Lits 35 51 64 70 83 89 102 121 128 140 150 172 207 217 236 255
Exemple 60 Appartements standards Débit 105
L/min
Source ALPHA-LAVAL
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Tableau de détermination rapide de débit ECS
(m3/h)
Unités 10 20 30 40 50 60 80 100 120 140 160 200 250 300 350 400
Appartements standards Appart. 2.5 3.5 4.4 5.2 5.7 6.3 7.3 8.0 9.2 9.8 10.5 12.1 13.5 14.9 16.5 17.8
Appartements Grand standing Appart. 3.0 4.2 5.0 5.7 6.5 7.3 8.2 9.6 10.3 11.1 11.9 13.6 15.3 17.0 18.8 19.9
Hôtel Chambre 3.4 5.0 5.7 6.9 7.7 8.0 10.0 11.1 12.3 13.2 14.2 16.1 18.0 20.1 21.5
Hôtel et Chambre 4.2 5.7 7.1 8.2 9.2 10.0 11.7 13.0 13.8 15.5 16.7 18.8 21.1
Centre sportif Douches 4.4 6.1 7.7 8.8 9.6 10.7 12.4 14.2 15.3 16.7 18.8 21.1
Hôpitaux Lits 2.1 3.1 3.8 4.2 5.0 5.4 6.1 7.3 7.7 8.4 9.0 10.3 12.4 13.0 14.2 15.3
Exemple 60 Appartements standards Débit 6,3
m3/h
Source ALPHA-LAVAL
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Diagramme de sélection rapide constructeur
Exemple 1 60 appartements standards Instantané
330 kW
Exemple 2 60 appartements standards Semi -
Instantané 220 kW
Exemple 1
Exemple 2
Source ALPHA-LAVAL