Les différents types de récupérateurs de chaleur sur eaux grises passifs et actifs

 

Les eaux grises sont les eaux issues des usages domestiques (lessive, cuisine, bains), à l’exclusion des eaux issues des toilettes et urinoirs, qui sont appelées les « eaux noires ». On estime dans les calculs réglementaires que les douches représentent 80% de la consommation d’eau chaude sanitaire. Dans ces calculs, l’eau est consommée à 40° en sortie du pommeau de douche, et perd 3° jusqu’au siphon. Il est donc intéressant d’en extraire les calories afin d’en valoriser la chaleur fatale.

Il existe 2 types de récupérateurs de chaleur sur les eaux grises :

  • Les récupérateurs de chaleur sur eaux grises passifs : les calories contenues dans les eaux grises sont fournies à l’eau froide par un échangeur de chaleur.
  • Les récupérateurs de chaleur sur eaux grises actifs : ils valorisent les eaux grises à l’aide d’une pompe à chaleur.

 

Les récupérateurs de chaleur sur eaux grises passifs.

 

Les récupérateurs de chaleurs sur les eaux grises en colonne verticale

 

Ils sont constitués d’un tube central ou s’écoulent les eaux usées ou eaux grises, entouré de serpentins ou d’un autre tube ou circulent à contre-courant l’eau froide à préchauffer. Ces systèmes ne nécessitent pas de courant pour fonctionner. Ils s’insèrent directement dans la continuité du tuyau d’évacuation des eaux usées. La chaleur contenue dans les eaux grises est transférée vers l’eau froide d’alimentation, ce qui se traduit par une réduction de la consommation d’énergie pour la production d’eau chaude.

 

Le procédé tire parti du principe de la tension superficielle, selon lequel l’eau tend tend à s’écouler naturellement le long des parois d’un tuyau d’évacuation vertical. Le même phénomène est observable les jours de pluie lorsque les gouttes d’eau adhèrent aux vitres d’une voiture. Par conséquent, la fine pellicule d’eau qui se forme le long de la paroi interne du tuyau créé un rapport de surface contact/volume élevé permettant d’extraire efficacement la chaleur des eaux usées. La chaleur est alors transférée à l’eau froide sanitaire à préchauffer.

Dans le secteur résidentiel par exemple, au moment ou la douche fonctionne, l’eau grise chaude s’écoule à travers le réseau d’évacuation de la maison, poursuit sa course dans le tuyau de cuivre central du récupérateur, formant un mince film sur la paroi interne de ce dernier. Simultanément, l’eau froide du réseau public d’alimentation en eau potable circule dans les tubes du serpentin à partir du bas jusqu’au haut du serpentin. La chaleur de l’eau grise est transférée par conduction à travers le cuivre de l’échangeur jusqu’à l’eau froide, sans risque de contamination. Selon le diamètre et la longueur du serpentin, une eau froide d’alimentation à 10° pourra atteindre une température de 25° à la sortie du serpentin. La chaleur récupérée au travers de ce procédé correspond à autant de chaleur que le système de production d’ECS (Eau Chaude Sanitaire) n’aura pas à fournir, donc que l’utilisateur n’aura pas à payer.

 

Les systèmes de récupération de chaleur sur eaux grises horizontaux placés sous le bac à douche

 

Lorsqu’il n’existe pas de place pour installer les colonnes verticales, l’installation d’appareils horizontaux est alors possible sous le ou les bacs de douche. Ces systèmes remplacent la bonde et le siphon sous le bac à douche et n’on pas besoin d’assistance mécanique pour fonctionner. L’évacuation des eaux grises se fait par gravité à travers un échangeur eau/eau et l’eau froide est envoyée à contre-courant dans cet échangeur, grâce à la pression de distribution de l’eau. L’eau froide réchauffée par l’échangeur peut alimenter soit l’entrée d’eau froide d’un système de production d’eau chaude sanitaire (configuration ballon seul), soit l’arrivée d’eau froide d’un mitigeur thermostatique (configuration douche seule), soit les 2 (configuration mixte).

Ce dispositif peut être intégré de trois manières :

  • Dans un bac à douche intégré au sol (type douche à l’italienne),
  • Dans un bac à douche posé au sol,
  • Intégré directement en vide sanitaire ou cave (sans receveur), grâce à une adaptation.

 

Les systèmes de récupération de chaleur sur eaux grises actifs.

 

Les systèmes actifs de récupération de la chaleur des eaux grises nécessitent de l’énergie (électricité ou gaz) pour fonctionner. Ce sont des pompes à chaleur (PAC) eau/eau. Elles ne nécessitent pas de forage et, si un bon dimensionnement est respecté, aucun appoint n’est nécessaire. L’avantage des systèmes actifs par rapport aux systèmes passifs est la possibilité de produire l’intégralité de l’eau chaude sanitaire.

Les eaux grises concernées sont celles de la douche, du lavabo, de la baignoire, du lave-linge et de l’évier. Dans certains systèmes, les eaux grises graisseuses sont traitées par un système de filtrage. La chaleur des eaux grises venant des lave-vaisselles est alors valorisable.

L’installation est située dans le prolongement des canalisations. Les eaux grises venant des cuisines et des salles de bain sont récupérées, filtrées puis stockées. Une PAC, dont les eaux grises sont la source froide, produit de l’eau chaude sanitaire à une température élevée, généralement autour de 55 à 60°. L’eau chaude sanitaire est stockée dans un ou plusieurs autre(s) ballon(s) d’eau chaude.

Si l’eau grise émise est plus froide qu’un seuil de température fixé, elle est dirigée vers l’évacuation. Si elle est à une température supérieure ou égale, elle est dirigée vers le réservoir d’eaux grises.

Ces systèmes sont composés :

  • D’un ou de plusieurs réservoirs de stockage des eaux grises,
  • D’une vanne 3 voies sur l’évacuation pour ne stocker que des eaux dont la température est suffisamment élevée,
  • Avant d’être stockées, les eaux grises sont filtrées. Le système de filtre est autonettoyant. Le volume des eaux grises stockées est dimensionné pour répondre à la demande maximale en ECS,
  • Une PAC, fonctionnant de préférence pendant les heures creuses tarifaires,
  • Un ou des stockages d’ECS : la quantité d’eaux grises utilisées et d’ECS stockée est régulée selon un schéma hebdomadaire d’utilisation de l’ECS. Si le besoin augmente et que les ballons d’eau chaude sont vides, la production devient instantanée pour répondre à ce besoin supplémentaire par rapport aux besoins identifiés du même jour de la semaine précédente. Il est aussi possible d’intégrer des périodes de vacances et d’adapter la production aux besoins.
  • L’énergie contenue dans les eaux grises est transférée vers l’eau de ville à l’évaporateur de la PAC. Coté condenseur, la PAC produit de l’eau chaude à son niveau de température de stockage (par exemple 55°).