Applications et solutions - Eau chaude

6.1 Energie chimique

Les processus de combustion (oxydation) transforment l’énergie emmagasinée dans les matières en chaleur et sous-produits. Ces processus font intervenir divers agents énergétiques à valeurs calorifiques spécifiques.

Combustibles et valeurs calorifiques (valeurs moyennes)

Parmi les sous-produits de la combustion, on compte le dioxyde de carbone CO₂ et d’autres gaz qui, émis en grosses quantités, retiennent le rayonnement thermique infrarouge sur la Terre au lieu de le laisser s’échapper dans l’espace, ce qui a pour effet d’accroître la température de l’atmosphère (dans le langage de tous les jours, on parle de l’effet de serre).

6.2 Energie électrique

Avec une résistance chauffante, l’énergie électrique est convertie complètement en chaleur, avec un rendement de 100 %. Il s’agit cependant de la conversion d’une énergie précieuse (électricité) en une énergie moins précieuse (chaleur). En effet, non seulement l’investissement technique pour la production d’électricité est élevé, mais le rendement est mauvais. En outre, il faut une importante quantité d’énergie électrique pour chauffer 200 litres d’eau à 60 °C.

Avantages du chauffage de l’eau avec de l’énergie électrique:

• Encombrement faible des éléments de chauffage

• Transport et réglage faciles, disponibilité en toutes circonstances de l’énergie électrique

• Ni résidus, ni émissions gazeuses

6.3 Energie rayonnante

Le rayonnement solaire peut servir à produire directement de la chaleur (solaire thermique) ou de l’électricité (photovoltaïque). La conversion de rayons en chaleur résulte de l’emmagasinage des rayons dans des matières. Les installations solaires thermiques équipées de capteurs solaires convertissent les rayonnements en chaleur avec un rendement élevé. Les déperditions avec les capteurs solaires résultent de la réflexion de la lumière, du rayonnement thermique, de la convection et de la conduction thermique. En plus, elles augmentent avec la température des matières irradiées.

Le rayonnement solaire est disponible en quantités illimitées. La constante solaire, autrement dit le rayonnement moyen que reçoit la Terre, s’élève à 1361 watts/m². Dans le Mittelland suisse, le rendement thermique annuel se situe entre 350 et 700 kWh/m². Une installation dotée de capteurs solaires peut couvrir jusqu’à 70 % des besoins annuels en énergie pour la production d’eau chaude (source: ouvrage technique suissetec sur la production d’eau chaude).

Les installations de capteurs solaires ont comme désavantage que la disponibilité et l’intensité des rayons solaires varie en fonction de l’heure et de la météo. Pour le dimensionnement de ces installations, il faut tenir compte de la formation de vapeur d’eau lorsque les valeurs de rayonnement sont élevées. L’eau chauffée dans une installation de capteurs solaires est dite eau d’exploitation. Pour stocker l'énergie thermique, il faut disposer d'un (grand) réservoir d'eau d’exploitation, la chaleur étant transférée à la distribution d’eau de boisson au moyen d’un échangeur de chaleur.

6.4 Chaleur environnementale

Chaque matière qui possède une température supérieure au point zéro absolu de 0 Kelvin ou −273 °C contient de l’énergie thermique. L’énergie thermique dans l’air, l’eau ou le sol peut être exploitée par des pompes à chaleur et des installations de géothermie en vue de produire de la chaleur pour la production d’eau chaude. Les sources thermales chaudes approvisionnent directement les bains, ou bien on met en place des pompes à chaleur qui en extraient la chaleur pour le chauffage de locaux, la température restante étant alors suffisante pour la prise de bains. On parle ici d’une exploitation en cascade, avec une eau dont la température diminue par étapes (source: Géothermie Suisse). Les grandes installations de géothermie exploitent la chaleur géothermique jusqu’à 3500 mètres de profondeur pour produire de l’électricité avec des turbines à vapeur.

La chaleur environnementale est considérée comme étant une énergie renouvelable et est disponible en quantités pratiquement illimitées. Les émissions de gaz à effet de serre tels que le dioxyde de carbone (CO₂) sont très réduites par rapport aux installations à combustibles fossiles.

Pour un particulier, la géothermie présente comme désavantage des coûts d’acquisition relativement élevés par rapport au chauffage au gaz ou au mazout. A cela s’ajoutent les risques inhérents à la viabilisation du sol pour de grandes installations et l’absence d’un cadre juridique uniforme.

6.5 Chaleur perdue

Les usines d’incinération des ordures ménagères génèrent de grandes quantités de chaleur. Cette chaleur peut circuler dans des réseaux de distribution de chauffage urbain en vue de la production d’eau chaude dans les foyers.