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Quels sont les besoins individuels d’eau chaude sanitaire d’un logement ?

Quels sont les besoins individuels d’eau chaude sanitaire d’un logement ?

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Quels sont les besoins individuels d’eau chaude sanitaire d’un logement ?

Dans le contexte actuel où l’eau chaude sanitaire (ECS) est devenue un véritable enjeu pour diminuer la consommation énergétique des bâtiments d’habitation, à l’heure où les bâtiments deviennent économes en énergie, l’importance de disposer de données fiables sur les besoins d’ECS est primordiales. C’est donc en partant du constat que les valeurs utilisées habituellement par la profession sont relativement anciennes et souvent divergentes (Recommandation ECS AICVF, Mode de calcul, Calculs pratiques de plomberie ,…), que l’ADEME a initié des travaux afin de réactualiser ces valeurs, dans le cadre du programme de recherches PACTE ECS. Ces travaux ont été menés par le COSTIC en synergie avec les 5 consortiums participants à ce programme. Une capitalisation des suivis de consommations d’ECS menés ces dernières années, à laquelle 16 partenaires ont contribué, a été réalisée.

Plus de 15 500 relevés annuels de compteurs et 400 suivis instrumentés ont ainsi été analysés par le COSTIC a n d’établir de nouvelles valeurs de référence de besoins d’ECS en habitat.

Pour quels usages ?

Les applications visées varient selon l’indicateur : dimensionnement des systèmes individuels de production pour les besoins d’un logement, prévisions et analyses des consommations énergétiques ou bien encore utilisations en R&D. Au début de la présentation de chaque indicateur, des exemples d’applications sont indiqués. Ainsi, les besoins d’ECS d’un même logement peuvent différer fortement d’un jour à l’autre : les temps de présence, les activités et le nombre d’occupants étant très variables. Au maximum, ils peuvent atteindre jusqu’à 5 fois, voire plus, les besoins journaliers moyens du type de logements considéré.

Quels sont les équipements sanitaires des logements ?

Les équipements sanitaires des logements instrumentés sont généralement « standards ». Avant d’utiliser ces résultats, il est donc nécessaire d’identi er les éventuels logements atypiques comportant des équipements très consommateurs (douches hydro, baignoires balnéo,…) qui entraînent des besoins supplémentaires.

Les valeurs de besoins sont exprimées à 40°C, pourquoi ?

Elles ont été établies pour 40°C, une température proche de la température d’usage a n d’obtenir des valeurs de besoins en litres pratiquement indépendantes de la température d’eau froide du site, contrairement aux valeurs exprimées à 55 ou 60°C. Le volume d’eau mitigée nécessaire à 40°C est pratiquement indépendant de la température d’eau froide par contre le volume à 55 ou 60°C ainsi que l’énergie nécessaires augmentent lorsque la température d’eau froide diminue.

Pour plusieurs indicateurs, des valeurs équivalentes en litres sont aussi indiquées à 55 ou 60°C, pour une température d’eau froide de 16 ou 9°C. 16°C correspond à la valeur moyenne annuelle de la température d’eau froide observée (voir chapitre 3.2.) et est donc utilisée pour le calcul des besoins moyens annuels équivalents à 55 ou 60°C. 9°C est la température minimale moyenne observée et sert à l’estimation des besoins de pointes à 55 ou 60°C pour le dimensionnement.

Les écarts types sont également indiqués, pourquoi ?

Pour mieux appréhender la variabilité des besoins moyens journaliers d’un ménage ou d’un immeuble, l’écart type obtenu est indiqué juste après la valeur moyenne. Par exemple, 56 ± 23 litres correspond à la valeur moyenne des besoins journaliers moyens par personne à 40°C ± un écart type.

Concrètement, si pour un ménage, les relevés réalisés conduisent à un besoin moyen compris entre la valeur moyenne indiquée ± un écart type, cela signifie qu’il se situe dans la plage des « comportements moyens ». Pour une distribution gaussienne, entre la valeur moyenne et ± un écart type, on trouve environ 68% des ménages ou immeubles considérés et 95% entre la valeur moyenne et ± 2 écarts types.

LES BESOINS INDIVIDUELS D’UN LOGEMENT

Etablis à partir de plus de 400 suivis instrumentés et 14 250 relevés annuels de compteurs, permettant d’estimer les besoins d’ECS à l’échelle d’une maison ou d’un appartement, les indicateurs sont multiples :

  • des valeurs de besoins moyens journaliers par personne, par taille de ménage et par appartement,
  • des indications sur la part d’ECS dans le besoin total d’eau du logement,
  • des monotones montrant la variation des besoins journaliers au cours d’une année,
  • des exemples de pro ls journaliers, hebdomadaires et mensuels.Ces valeurs sont destinées au dimensionnement des systèmes de production mais aussi à la prévision et l’analyse des consommations ou bien encore à des applications de R&D.Elles ont été établies à partir de mesures réalisées au niveau de la production individuelle d’ECS ou à l’entrée de l’appartement (mesures de volumes et/ou d’énergies). Elles incluent donc les pertes de distribution individuelle jusqu’aux points de puisage, comme indiqué figure 1. Les pertes de distribution prises en compte sont variables, selon les longueurs, les diamètres et les températures de distribution rencontrées.

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Les besoins journaliers moyens

Quelles applications visées ?

Connaître les besoins journaliers moyens peut être utile pour des calculs prévisionnels de consommations ou bien encore lors d’audits.

Trois types de ratios sont donnés :
•une valeur par personne pour une estimation rapide, très approximative, des besoins. Il s’agit d’une valeur moyenne déterminée pour des tailles de logements et un nombre d’occupants variables. En réalité, les besoins varient notablement en fonction du nombre d’occupants,

• des valeurs moyennes en fonction de la taille du ménage pour une estimation des besoins, notamment, en maison individuelle. En habitat individuel, le nombre de pièces reflète généralement mal le nombre d’occupants réels par contre ce dernier est généralement connu,

• des valeurs moyennes en fonction du type d’appartements dans le parc privé et social (T1, T2, T3,…).

Quel que soit le type de ratios, les valeurs de besoins journaliers moyens indiquées ont été déterminées sur une année. Elles prennent en compte les besoins nuls durant les périodes d’absence.

Par personne

Les besoins journaliers moyens par personne sur une année sont en moyenne de 56 ± 23 litres à 40°C soit 35 ± 14 litres à 55°C pour une température moyenne annuelle d’eau froide de 16°C.

Les résultats présentés ci-après, figure 2, sont issus de l’exploitation de 275 télésuivis sur une année, de maisons ou d’appartements, aussi bien dans le parc privé que social, situés dans différentes régions.

Ainsi, les besoins journaliers moyens sur une année, pour l’ensemble des 398 sites (avec des taux moyens d’occupation de 2,5 personnes) sont, en moyenne, de 56 litres à 40°C par personne. Compte tenu des incertitudes et des écarts types, ces résultats sont proches de la valeur de 33 litres à 50°C (soit 47 litres à 40°C pour une eau froide à 16°C) obtenue dans le cadre des suivis ADEME menés sur une centaine d’installations solaires individuelles. Les analyses statistiques réalisées montrent par ailleurs que le type d’habitat (social ou privé, collectif ou individuel) n’a pas d’impact significatif sur les besoins d’ECS par ménage. Il en est de même de la région.

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Par taille de ménage

 Les besoins journaliers moyens par personne sur une année diminuent en fonction de la taille du ménage. Ils varient, en moyenne, à 40°C, de 80 ± 35 litres pour une personne seule à 45 ± 20 litres pour une famille de 5 personnes.

Plus la taille du ménage augmente, plus ces besoins sont, en moyenne, faibles. En effet, les ménages de 3 à 5 personnes correspondent à des familles avec des enfants qui peuvent ne pas être présents tout au long de l’année (étudiants, gardes partagées,…), d’où des besoins, en moyenne, sur l’année plus faibles. A contrario, les logements occupés par une personne peuvent avoir ponctuellement des taux d’occupation plus élevés (garde alternée, couple vivant dans deux logements,…), d’où des besoins, en moyenne, sur l’année plus importants.

D’une manière générale, les taux d’occupation des logements déclarés peuvent être très différents des taux d’occupation réels tout au long de l’année, d’où une variation importante des valeurs de besoins journaliers moyens par personne.

Le type d’habitat (social ou privé, collectif ou individuel) n’impacte pas de manière significative sur les besoins d’ECS par taille de ménages.

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Par type d’appartement

Les besoins journaliers moyens à 40°C, sur une année sont, en moyenne, de 110 ± 80 litres pour un appartement T3 dans le parc social et par extrapolation de 100 l ± 70 litres pour un T3 dans le parc privé.

La dispersion importante des besoins moyens journaliers d’un logement à l’autre est due en grande partie à des taux d’occupation très variables.

Les valeurs de besoins journaliers moyens à 40ÆC, issues des 8 550 relevés annuels de compteurs, varient, en moyenne, de 75 litres pour un appartement T1 à 190 litres pour un T5, dans le parc social. Pour un appartement T1 et un T2, ces valeurs sont pratiquement identiques.

Pour un même type de logement, des variations importantes des besoins journaliers moyens sont observées, comme le montre la figure 4 ainsi que le rapport écart type sur moyenne supérieur à 0,6. Cette dispersion des besoins est due, en grande partie, aux taux d’occupation très variables des appartements, comme l’illustre également la figure 4. Les résultats obtenus, à partir des données USH-DEEF1, en multipliant les taux d’occupation variables des logements par les valeurs de besoins moyens par personne, sont dans l’ensemble relativement proches des valeurs réellement observées issues des relevés.

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Les valeurs de besoins moyens des logements du parc privé, pour lesquels on dispose de peu de données de suivis, sont déterminées par extrapolation des valeurs de besoins moyens des logements du parc social, en tenant compte seulement de la différence de taux d’occupation ; le paramètre le plus influent. Les valeurs de besoins ainsi obtenues pour des T1 et T2 sont identiques dans le parc privé et social, les taux moyens d’occupation étant les mêmes. Pour des T3, T4 et T5, les besoins sont légèrement supérieurs dans le parc social par rapport au parc privé, de par une occupation moyenne plus importante dans le parc social. L’ensemble des valeurs est indiqué figure 5.

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La part d’ECS dans le besoin total d’eau du logement

Les besoins d’ECS à 55°C représentent en moyenne environ un tiers du volume total d’eau nécessaire pour le logement sur l’année.

Connaître la part d’ECS dans le besoin total d’eau peut être utile lors d’un audit pour une estimation des besoins d’ECS à partir des factures d’eau froide du logement.

Données exploitées ?

Les résultats présentés ci-après, figure 6, sont issus de l’exploitation de relevés annuels de compteurs individuels d’eau froide et d’ECS d’environ 5 700 appartements du parc social, desservis par des productions collectives d’ECS, en région Auvergne. La température d’ECS à l’entrée des appartements est supposée de 55ÆC.

Quels résultats ?

Les volumes d’ECS soutirés par un appartement représentent, en moyenne, 35% de ses besoins totaux d’eau sur l’année. Les analyses réalisées montrent que le type d’appartements (T1, T2, …) influe peu sur cette répartition de même que le climat. Entre 2014, une année relativement chaude avec une température d’eau froide donc, à priori, plus élevée et 2013, proche de la normale, les valeurs moyennes obtenues sont similaires.

En maison individuelle, l’ECS représente une part plus faible qu’en appartement compte tenu des autres usages venant s’ajouter qui ne requièrent que de l’eau froide (arrosage,…). Une étude bibliographique (Consortium BBC PACS (CSTB, Atlantic, Armines, EDF) – Identification des besoins d’ECS – Rapport pour le PACTE ECS – Juin 2011a estimé que dans les maisons, le pourcentage d’ECS à 55ÆC, dans le volume total d’eau, est de l’ordre de 28,% pour une eau froide à 15ÆC.

Selon cette même étude, la consommation moyenne totale d’eau, par occupant, en France, est de l’ordre de 130 l par jour.

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Les variations journalières

Les besoins d’ECS d’un même logement peuvent différer fortement d’un jour à l’autre : les temps de présence, les activités et le nombre d’occupants étant très variables. Au maximum, ils peuvent atteindre jusqu’à 5 fois, voire plus, les besoins journaliers moyens du type de logements considérés.

Durant 90% de l’année, les besoins journaliers restent inférieurs à 2,8 fois les besoins moyens dans 90% des 270 logements ayant fait l’objet d’un suivi, à l’exception des T1 et des logements occupés par une personne.

Connaître la variation des besoins journaliers d’un logement peut être utile pour le dimensionnement des systèmes de production d’ECS individuelle à accumulation ou bien encore pour des applications de R&D.

Données exploitées ?

Les monotones de besoins journaliers présentées ci-après, figure 8, ont été choisies à titre d’exemple, parmi celles établies.

A partir de ces données, ont été déterminées les monotones de besoins journaliers à 40ÆC, sur une année, qui satisfont 50, 90, 95 et 100% des appartements, T1 à T5, du parc social et des ménages de 1 à 5 personnes. Les monotones présentées ci-après, sont celles :

des appartements T3 du parc social ; le type d’appartement le plus rencontré en France,

des ménages de 2 personnes, un nombre proche de la taille moyenne des ménages en France.

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Quels résultats ?

Les besoins journaliers d’un ménage varient fortement au cours de l’année, comme le montre la figure 7. Ils atteignent, pour l’ensemble des télésuivis, jusqu’à 7 fois les besoins moyens du type de ménages considéré.

Pour 95% de l’ensemble des logements, leurs besoins journaliers ne dépassent pas 3,7 fois les besoins moyens du type de logement considéré, durant 95% du temps.

La moitié des logements ont des besoins journaliers :

au maximum, correspondant à 3 fois les besoins moyens du type de logement considéré,

inférieurs à 2,3 fois ces besoins pendant 95% du temps.

Dans l’ensemble, plus la taille du logement et du ménage augmente, plus les amplitudes des variations relatives des besoins journaliers diminuent. Les plus fortes fluctuations sont observées pour les appartements T1 et les ménages d’une personne. Pendant 90% du temps, pour 90% des T1 et des ménages d’une personne, leurs besoins varient jusqu’à 3,7 fois les besoins moyens de ce type de logements ou de ménages.

Quel que soit le type de logements, les fortes variations des besoins observées d’un jour à l’autre pour un même logement résultent, pour une part importante, de leurs taux d’occupation très variables au cours de l’année (déplacements professionnels, gardes partagées, étudiants, accueil d’amis,…).

L’influence du type de production d’ECS sur les besoins journaliers maximaux n’a pas pu être déterminée à partir des données analysées. Il n’a pas pu être démontré par exemple, que la présence d’un ballon électrique avec un volume d’ECS disponible limité, conduisait à des valeurs de besoins maximaux plus faibles qu’avec d’autres systèmes, comme on peut le supposer.

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Exemples de profils

Les exemples de profils de soutirages journaliers de ménages de 1 à 5 personnes peuvent être utilisés, par exemple, pour des applications de R&D.

Quels résultats 

Les profils sont très variables d’un jour à l’autre pour un même ménage et d’un ménage à l’autre.

Les profils mensuels fluctuent fortement selon les périodes de vacances choisies, comme le montre la figure 9. Ces variations sont plus importantes que celles observées pour un immeuble. A l’échelle de l’immeuble, les écarts sont lissés, les variations d’un logement à l’autre se compensant.

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Il en est de même des variations observées pour les profils hebdomadaires, tels que présentés figure 10.

L’analyse des profils hebdomadaires d’une cinquantaine de ménages montrent que :

le pic éventuel du mercredi est plus fréquemment observé dans les familles de 4 ou 5 personnes,

la dispersion des besoins entre les logements et au sein d’un même ménage est plus grande le week-end qu’en semaine,

les variations d’une semaine à l’autre sont généralement plus importantes pour un logement occupé par une personne.

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Les profils journaliers figure 11 présentent un pic le matin et/ou le soir, correspondant vraisemblablement aux douches. Selon une enquête de l’institut BVA réalisée en 2012, 68% des français déclarent prendre une douche par jour et 11% plusieurs par jour. La pratique de la douche a maintenant supplantée celle du bain.

A noter par ailleurs que les durées de soutirages sont très brèves. Dans un exemple de profils journaliers enregistrés à des pas de temps plus fins, pour une famille de 4 personnes, la durée totale des soutirages était de 31 minutes soit de 2% du temps sur une journée. 19 des 38 soutirages réalisés étaient de moins de 3 litres, d’une durée inférieure à 20 secondes, chacun, et 6 de 1 litre.

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