Récupérateur de chaleur eau grise

Un récupérateur de chaleur eau grise est un équipement d’économie d'énergie et d'efficacité énergétique[1] qui récupère les calories des eaux usées chaudes ou tièdes (telle l’eau usée des douches, des cuisines, de l'industrie agro-alimentaire, etc.). L’énergie récupérée est le plus souvent utilisée, entre autres, pour chauffer partiellement ou totalement l’eau chaude sanitaire.

Ces récupérateurs peuvent être utilisés dans les logements individuels, logements collectifs, établissements sportifs, Hotellerie, établissement de santé et d’accueil, restauration collective, Industrie agro-alimentaire ou autres industrie ou installation utilisant de l'eau chaude. Ils sont plus facile à installer dans des constructions neuves, mais peuvent être introduits dans le cadre de la réhabilitation thermique d'habitat ancien, comme dans le quartier de la Jonction à Genève, dans un ensemble de bâtiments résidentiels d'après-guerre[2]. Dans ce cas, le gisement hivernal généré par ces immeubles était 40 000 m³/j d'eaux usées dont la température moyenne journalière oscillait selon la saison entre 17 et 23 °C [2].

Description et Fonctionnement

Les récupérateurs de chaleur des eaux grises sont principalement des échangeurs thermiques. Ils peuvent être installés (idéalement dans un réseau séparatif) en aval d'un rejet (ex : douches de piscine) ou plus en aval au niveau de l'évacuation des eaux usées du bâtiment ou d'un groupe de bâtiments, directement dans le béton des conduites préfabriquées le cas échéant[2]. Ils peuvent être passifs ou associés à une pompe à chaleur, et se présenter sous forme de rigole de douche, de tube vertical ou horizontal, ou de bac de récupération.

Récupérateur de chaleur pour douche

Les récupérateurs de chaleur pour douches (RCD) sont basés sur des échangeurs thermiques. Ils s’installent sous la douche ou à proximité et préchauffent l'eau froide alimentant le « préparateur eau chaude ». Il peut s'agir d'équipements préfabriqués ou de réalisations artisanales.

Récupérateur de chaleur eau grise verticaux

Les eaux usées chaudes traversent le système en même temps que l'eau froide monte en spirale et s'y réchauffe d'environ 20 °C dans le meilleur des cas si le système est passif. Ensuite, cette eau préchauffée est envoyée vers le préparateur d'eau chaude et le robinet thermostatique de la douche. Ceci permet à la fois une baisse de consommation d'énergie et de consommation d'eau chaude.

Ces systèmes peuvent se coupler avec d'autres installations valorisant des énergies renouvelables telles qu'un capteur héliothermique, des panneaux solaires thermiques et/ou une pompe à chaleur. Comme ces systèmes conventionnels seront moins sollicités, l'utilisation des RCD va prolonger leur durée de vie.

Les équipements RCD existent sous différentes formes afin d'optimiser leur adaptation dans différents contextes.

Bac de récupération de chaleur eau grise

Un récupérateur eau grise sous forme de bac ou de cuve (éventuellement thermiquement isolés) permet de profiter d’une meilleure inertie thermique grâce à un volume d'eau grise plus important. Il récupère les eaux grises d’un ou de plusieurs bâtiments.

Ce type de système utilise généralement une pompe à chaleur pouvant préchauffer l'eau chaude sanitaire jusqu’à 60 °C en refroidissant les eaux usées à une température inférieure à celle de l’eau froide[3]. Un tel système (ex : Système ERS, Système Facteur 7) est qualifié de « préchauffeur total » ou de « recycleur de chaleur ». Les eaux usées ayant souvent un fort pouvoir de colmatage et de production de biofilm (s'opposant à une bonne récupération de chaleur ou de frigorie[4]), un automatisme de nettoyage ou de filtration est nécessaire.

Les pompes à chaleur sur eaux grises ont une performance plus stable et plus élevée que la majorité des autres sources (aérothermie, géothermie de surface) due aux conditions quasiment invariables selon la saison et la météo et grâce à l’adéquation et la proximité avec la consommation en eau chaude.

Histoire

Les premiers brevets sur des récupérateurs de chaleur pour douche datent de 1980, et beaucoup d'efforts ont été faits au Canada pour perfectionner ces systèmes.

En 2001, le gouvernement néerlandais a mandaté différentes entreprises pour l'élaboration des systèmes de récupération. L'augmentation constante des prix des énergies a rendu commercialement viable ces systèmes à partir du milieu des années 2000.

Depuis le début des années 2010, des sociétés développent des systèmes avec bacs de récupérations, plus complexes, mais plus performants.

Plusieurs de ces systèmes sont intégrés dans les « Réglementations Thermiques françaises » RT2005 et RT2012[5].

Description d'un dispositif de récupération de chaleur
Récupérateur de chaleur compact basé sur des échangeurs à plaques acier inox.
Manchon rotatif.
Système ERS installé en chaufferie.

Réalisations artisanales

Un « siphon échangeur » permet de récupérer les calories évacuées à la sortie du bac à douche ou de la baignoire. Le tube d'eau froide passe au milieu de celui d'évacuation (voir photo). Le plus efficace de ses montages (2 tubes de longueur 1,3 m) offre une surface d'échange d'environ 1 600 cm² et une puissance échangée de 1,5 kW, mais le débit n'excède pas les 6 L/min. Une version à 4 longueurs de tube a été réalisée mais l'eau évacuée était trop freinée par le système d'échangeurs : et le débit maximal était de 3 L/min seulement (contre environ 9 L/min pour une douche classique).

Notes et références

Guezel J.C (2010). Efficacité énergétique : Des produits qui valorisent la chaleur des eaux grises. Le Moniteur des travaux publics et du bâtiment, (MAI), 118-119 (Notice Inist/CNRS).
Khoury, J. (2009), Récupération de la chaleur des eaux usées: Étude de cas de la Cité-Jonction, [PDF], 97 pages. projet primé : « Prix du cinquantenaire des Services Industriels de Genève »
Nicolas J. (2013). Eau chaude sanitaire : Réduire les consommations d'énergie grâce aux eaux grises. Le Moniteur des travaux publics et du bâtiment, (5700).
Wanner, O. (2006, Juillet). Les biofilms s’opposent à la récupération de chaleur., Eawagnews 60f , pp. 31-32,
« Arrêté du 31 décembre 2013 modifiant l’arrêté du 11 octobre 2013 relatif à l’agrément de la demande de titre V relative à la prise en compte des systèmes de récupération instantanée de chaleur sur eaux grises dans la réglementation thermique 2012 », 31 décembre 2013 (consulté le 20 janvier 2017)

Voir aussi

Articles connexes

Bibliographie

GENTIL, S. (2012). Etude technico-économique sur la récupération de la chaleur et le recyclage des eaux grises (Doctoral dissertation, INSA de Strasbourg) (résumé).
Guezel J.C (2009). Économies d'énergie : Une solution simple pour récupérer la chaleur des eaux grises. Le Moniteur des travaux publics et du bâtiment, (5521) (résumé).
(de) Gutzwiller, S. (2008). Abwasserwärmenutzung: Potenzial, Wirtschaftlichkeit und Förderung» (utilisation des rejets de chaleur: potentiel, rentabilité et promotion), http://www.newsservice.admin.ch/NSBSubscriber/message/attachments/13220.pdf. OFEN
Khoury, J. (2008). Récupération de la chaleur des eaux usées, Cité-Jonction à Genève. Genève
Picard, D. (2008). Production d'eau chaude domestique dans les maisons à consommation énergétique nette zéro. ProQuest.
Studer, U. (2005). Using heat from sewage. consultatble sur Landkreismuenchen.de http://www.landkreismuenchen.de/pdf/vortrag_rabtherm.pdf
SuisseEnergie. (2005). Chauffer et rafraîchir grâce aux eaux usées, Guide pour les maîtres d'ouvrage et les communes. Zurich: OFEN
Wanner O (2005). Effect of heat recovery from raw waste water on nitrification and nitrogen removal in activated sludge plants. Water research
Wanner O (2004). Wärmerückgewinnung aus Abwassersystemen, Schlussbericht BFE-Projekt Nr. 44 177, dans le cadre d'un projet de recherche financé par l’Office fédéral de l’énergie.
Wanner, O., Panagiotidis, V., Clavadetscher, P., & Siegrist, H. (2005). Effect of heat recovery from raw waste water on nitrification and nitrogen removal in activated sludge plants. Water research 39 , pp. 4725-4734.

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[1] Guezel J.C (2010). Efficacité énergétique : Des produits qui valorisent la chaleur des eaux grises. Le Moniteur des travaux publics et du bâtiment, (MAI), 118-119 (Notice Inist/CNRS).

[Khoury2009-2] Khoury, J. (2009), Récupération de la chaleur des eaux usées: Étude de cas de la Cité-Jonction, [PDF], 97 pages. projet primé : « Prix du cinquantenaire des Services Industriels de Genève »

[3] Nicolas J. (2013). Eau chaude sanitaire : Réduire les consommations d'énergie grâce aux eaux grises. Le Moniteur des travaux publics et du bâtiment, (5700).

[4] Wanner, O. (2006, Juillet). Les biofilms s’opposent à la récupération de chaleur., Eawagnews 60f , pp. 31-32,

[5] « Arrêté du 31 décembre 2013 modifiant l’arrêté du 11 octobre 2013 relatif à l’agrément de la demande de titre V relative à la prise en compte des systèmes de récupération instantanée de chaleur sur eaux grises dans la réglementation thermique 2012 », 31 décembre 2013 (consulté le 20 janvier 2017)