15-5 - Les récupérateurs de chaleur sur les douches (V2018)

Les récupérateurs de chaleur sur l'eau des douches

Les différentes solutions d'économie d'énergie pour la production d'eau chaude


Quel que soit le type de construction existante ou projetée, l’intérêt de ses occupants actuels et futurs est d’y vivre dans la meilleure situation de confort possible tout en limitant au maximum le prix de l’énergie dont ils ont besoin pour l’assurer. Dans les constructions hautes performances, notamment dans les maisons passives, les besoins d’eau chaude sanitaire (ECS) sont tels que l’énergie nécessaire à sa production peut dépasser très largement celle indispensable au chauffage. L’optimisation de la production d'ECS est donc tout aussi utile que celle du chauffage.

Plusieurs solutions, individuelles ou couplées peuvent être mises en œuvre, soit pour réduire l’énergie nécessaire, soit pour fournir une énergie gratuite et non polluante :
  • La réduction de la longueur des réseaux dès la phase de conception de la construction
  • La suppression des boucles d’eau chaude lors de la conception du système de distribution de l’eau chaude
  • La limitation de la consommation d’eau grâce à des équipements hydroéconomes
  • Le recours à l’énergie solaire produite par des capteurs thermiques

Une autre solution existe. Il s’agit de récupérer la chaleur des eaux grises, essentiellement celle résultant de l'usage des douches, grâce à des échangeurs de chaleur.

Les spécificités de la douche


La première singularité de la douche est le fait que l’eau chaude coule sur le corps et repart vers l’égout, seulement quelques secondes plus tard, à une température très proche de la température initiale. Certains pourraient résumer la situation en prétendant, sans que ce soit tout à fait faux, que prendre une douche consiste à jeter, en partie pour le plaisir, de l’eau chaude à l’égout avec l’énergie qui a été nécessaire à son chauffage !!! Vu sous cet angle, cet usage est un flagrant délit de gabegie énergétique. Pour l’éliminer, il n’existe que deux solutions :
  • ne plus se doucher ou
  • récupérer, si ce n’est l’eau, du moins la chaleur qu’elle contient, pour limiter la pollution au CO2 bien trop souvent provoquée par l’énergie nécessaire à son chauffage.
Comme le fait de ne plus se doucher pour économiser l’eau et l’énergie est totalement invraisemblable, la seule solution viable est de récupérer la chaleur jetée après une durée d’usage si dérisoire.

Dans toute construction, toute consommation d’eau, froide ou chaude, implique une arrivée d’eau froide simultanée, en volume strictement identique. La deuxième particularité de la douche résulte de ce constat et du fait que, de manière analogue au traitement de l'air par une VMC double flux, c’est de l’eau chaude qui est évacuée conjointement à l’arrivée d’eau froide. Il suffit dès lors qu’elles se croisent dans un échangeur, pour que l’eau grise et chaude évacuée perde sa chaleur au profit de l’eau neuve mais froide. Un bain ne présente pas cet avantage. Dans ce cas, l’eau, qui a perdu une grande partie de sa chaleur, n’est jetée à l’égout que bien plus longtemps après qu’elle ait été prélevée. Il n’y a pas simultanéité entre rejet d’eau chaude et amenée d’eau froide. La douche est le seul exemple d’utilisation de l’eau qui présente exclusivement un effet de simultanéité entre rejet d’eau chaude et apport d’eau froide permettant l’usage d’un échangeur instantané qui peut être très efficace sans stockage.

Les différents types des récupérateurs de chaleur


Il existe des récupérateurs de chaleur instantanés et d’autres qui assurent une récupération différée. Alors que les premiers sont spécifiques aux douches, les autres peuvent être utilisés pour tous les équipements de la maison qui utilisent de l’eau chaude parce qu’ils assurent un stockage temporaire des eaux rejetées.

Concernant la douche, deux cas peuvent se présenter. S’il existe un niveau de construction sous la douche, le récupérateur pourra être installé verticalement, dans une gaine technique par exemple. Dans le cas contraire, il pourra être placé horizontalement sous le bac de douche. Les solutions techniques proposées doivent être adaptées en conséquence.

Les récupérateurs de chaleur verticaux sur douche


Echangeur de chaleur en spirale sur l'eau des douches
En ce qui concerne les douches situées en étage, une particularité physique de l’évacuation de l’eau après usage peut être mise à profit pour récupérer au moins en partie la chaleur qu’elle contient. L’eau grise est évacuée par une descente verticale raccordée au réseau des eaux usées au niveau du rez-de-chaussée. Contrairement à ce que pensent la plupart d’entre nous, l’eau ne tombe pas en vrac au centre de la canalisation. Au contraire, l’eau rejetée lèche la paroi intérieure de la canalisation en provoquant une élévation de sa température extérieure. La chaleur ainsi dissipée peut être récupérée.

Deux solutions peuvent alors être proposées :
  • L’arrivée d’eau froide peut se faire par un tube, en forme de spirale, qui entoure la descente comme ci-contre.
  • L’arrivée d’eau peut être réalisée en passant dans un tube concentrique extérieur à la descente comme ci-dessous. L’eau froide lèche l’extérieur de la descente en se réchauffant gratuitement.

Echangeur de chaleur concentiques sur l'eau des douches

Dans les deux cas, les échangeurs ont une meilleure efficacité lorsque l’eau froide arrive à contre-courant de l’évacuation, du bas vers le haut, et lorsque leur longueur est augmentée. Un accroissement de leur diamètre ou leur multiplication, dans une disposition en parallèle, présente le même intérêt et permet, de plus, de traiter de plus grands volumes.

Les récupérateurs de chaleur horizontaux sur douche


Lorsqu’il n’existe pas de solution pour installer les matériels ci-dessus, l’installation d’appareils horizontaux est alors possible sous le bac de douche. Les solutions de ce type sont de plus en plus nombreuses. Le principe est identique à celui des échangeurs verticaux. Eau chaude et froide, séparées par un matériau conducteur, se croisent, sans aucun mélange, de manière à provoquer un échange de chaleur de l’eau évacuée vers l’eau neuve.

Echangeur de chaleur à plaque sur l'eau des douches
Certains modèles utilisent des tôles plates, d’autres des tôles ondulées qui permettent la création de turbulences propre à faciliter les échanges et l’auto-entretien alors que d'autres utilisent des serpentins ou des radiateurs plongés dans une cuve dans laquelle circule l’eau chaude rejetée.

Certains nécessitent des bacs de douche suffisamment hauts pour permettre leur installation tandis que d’autres sont plutôt destinés aux douches à l’italienne qui se développent de plus en plus, parce qu’elles permettent notamment de respecter les normes PMR, celles des Personnes à Mobilité Réduite.

Echangeur de chaleur à serpentin sur l'eau des douches   Echangeur de chaleur à radiateur sur l'eau des douches   Echangeur de chaleur tubulaire sur l'eau des douches

Les récupérateurs de chaleur sous forme de cuve


En dehors des systèmes d’échange instantané de chaleur définis ci-dessus, il existe des systèmes qui permettent une récupération différée de chaleur grâce à une cuve qui assure le stockage de l’eau chaude de la douche, mais aussi de tous les autres équipements de la maison. Une canalisation d’adduction d’eau froide en forme de serpentin y est installée afin de récupérer un maximum de chaleur. Comme pour les récupérateurs de chaleur instantanée, l’eau préchauffée peut alimenter directement le système de production d’eau chaude, les robinets d’eau froide des douches ou les deux afin d’améliorer l’efficacité thermique.

Ces équipements sont réservés à des ensembles immobiliers conséquents dont la destination peut être, entre autres, le logement, le bureau ou le commerce.

L’efficacité inégalable des récupérateurs de chaleur sur douche


Contrairement à tous les systèmes de production d’énergie, les récupérateurs de chaleur sur douches présentent des avantages incomparables :
  • Ils n’ont pas besoin d’une source d’énergie pour fonctionner
  • Ils ne nécessitent aucun entretien en dehors du nettoyage
  • Sans aucune pièce mécanique en mouvement, ils pourront durer plusieurs dizaines d’années sans contrat d'entretien si les matériaux utilisés sont de bonne qualité.
  • Ce sont les seuls systèmes de production de chaleur à fonctionner sans exception avec le même niveau de performance toute l'année, qu'il fasse soleil ou non, qu'il fasse froid ou non.

Qu’ils soient verticaux ou horizontaux, l’efficacité d'un récupérateur de chaleur sur douche peut atteindre et dépasser 70 %. Les factures d’énergie nécessaire à au chauffage de l'eau sont réduites dans des proportions d’autant plus importantes que l’eau chaude de la douche représente une part importante de la totalité de l’eau chaude consommée.

Lorsqu’ils sont couplés à des équipements hydroéconomes, leurs efficacités respectives se combinent pour réduire la consommation d’énergie nécessaire au chauffage de l’eau de la douche d’un facteur qui peut être supérieur à 6. Parmi tous les systèmes permettant la réduction de l’énergie nécessaire à la production de l’eau chaude, les récupérateurs de chaleur sur les douches seront à privilégier après, bien sûr, les équipements hydroéconomes. Leur rentabilité est assurée en seulement quelques années, généralement moins de 5 ans.

Le prix des équipements


Le prix des échangeurs de chaleur est très supérieur à ceux des équipements hydroéconomes, mais reste 2 à 4 fois moins cher que les chauffe-eau thermodynamiques individuels (CETI) ou les Chauffe Eau Solaire individuels (CESI) pour une efficacité parfois équivalente ou même supérieure. S’ils ne peuvent pas se substituer à ces systèmes actifs de production d’eau chaude, ils peuvent toutefois permettre l’usage d’équipements moins performants, car la combinaison des deux peut donner des résultats surprenants…

La garantie de résultat


Si tous les produits peuvent être utilisés, tous n’apportent pas les mêmes résultats et surtout la garantie de l’obtenir à coup sûr. Dans le cadre de la RT2012, seuls les produits admis par la réglementation pourront être utilisés. Leurs caractéristiques seront alors certifiées.


Jean-Michel Pupille - Architecte D.P.L.G.


En résumé :

  • La douche présente deux particularités qui découlent de son usage et permettent de récupérer la chaleur fatale résiduelle : la température élevée de l’eau rejetée et la simultanéité entre évacuation d’eau chaude et amenée d’eau froide
  • L’efficacité des récupérateurs de chaleur sur l’eau des douches peut atteindre et dépasser 70 %
  • Les récupérateurs de chaleur sur l’eau des douches sont les appareils les plus rentables après les systèmes hydroéconomes

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