La VMC double-flux, c'est pour l'air? et pourquoi pas pour l'eau?

Je vous présente aujourd'hui un projet dans le thème des économies d'énergie et de la maison bioclimatique que nous voulons construire.

Nous avons parfaitement intégré aujourd'hui qu'il est idiot d'explusé l'air chaud de nos maisons pour l'aération. La VMC double Flux répond à cette abbération en transmettant les calories de l'air vicié à l'air neuf par l'intermédiaire d'un échangeur.

Il existe pourtant une autre source d'énergie dans nos habitations qui n'est pas exploitée car directement jetée à l'égout: ce sont les eaux usées. Notamment l'eau de nos douches.

Tout d'abord, il faut savoir que l'eau est un excellent stockeur d'énergie. Il faut énormément d'énergie pour chauffer 1 litre d'eau d'1 degré: environ 4200 Joules. C'est autant que pour chauffer 10 kg de fer, 2 litres d'huile ou encore 5 m3 d'air (d'1 degré aussi).
On appele cela la capacité thermique massique (4185 J.kg-1.K-1 pour l'eau, ça varie légerement avec la pression et la température).

En résumé, quand on aère une pièce ou que l'on met en marche une VMC simple flux, il y a beaucoup d'air qui sort de la maison mais finalement peu d'énergie. Alors que lorsque l'on prend un douche, il y a peu d'eau qui part (tout de même une quarantaine de litres) mais une grosse quantité d'énergie.

Mon projet consiste donc a essayer de récupérer l'energie des eaux usées pour préchauffer l'eau avant le ballon d'eau chaude (ou la chaudière).

Tout d'abord, un peu de calcul. Si on considère:

- une douche de 40L

- une température d'eau évacué de 30°

- une eau froide qui arrive (en moyenne) à 10°

40 L x (30°-10°) x 4185 J.kg-1.K-1 = 3 348 000 Joules

Sachant qu' 1 Joule est égale à 1 Watt pendant 1 seconde. Il suffit de diviser le résultat par 3600 pour convertir en Watt.heure:

3 348 000 J = 930 Wh

La quantité d'énergie récupérable d'une douche est donc de 0.93 kWh. Si on multiplie cela par le nombre de douches par jour (disons 3 dans une maison standard) et le nombre de jours dans une année (disons 320 si on enlève les vacances). On peut potentiellement récupérer :

0.93 x 3 x 320 = 892 kWh

Pour donner un ordre de grandeur, la consommation électrique moyenne d'un foyer de 2 adultes + 2 enfants (hors chauffage) est de 2800 kWh. La quantité d'énergie récupérable n'est donc pas négligeable. D'un point de vue financier le gain potentiel est de 100 € / an (à 11,5 ct du kWh).

Il existe déjà des systèmes dans le commerce qui ont cette fonction. Ils sont généralement réservés aux piscines municipales ou aux hôtels car l'investissement initial est très lourd. Il n'y a pas à ma connaissance de système performant et peu onéreux pour les particuliers. Il y a bien le "PowerPipe" mais ça coûte un bras et les surfaces d'échange étant très faibles, la performance doit l'être aussi.

Voici donc les objectifs que je me suis fixé pour le système que je veux concevoir:

- un bon rendement

- un retour sur investissement de moins d'un an (donc - de 100€)

- un entretien facile ou inexistant

- un système passif (sans electrovanne, moteur ou quoi que ce soit d'électrique)
- l'utilisation maximum de matériaux de récup.

Les échangeurs ayant les meilleurs rendement, sont les échangeurs à flux inversé. Un petit schéma vaut mieux que 10 lignes d'écriture:

On voit dans ce type d'échangeur que les deux fluides ont tendance à tendre vers une même température (la moyenne des 2). Alors que sur un échangeur à contre flux (voir ci dessous), la température du fluide à réchauffer tend vers la température initiale du fluide à refroidir. On récupère donc quasiment toutes les calories:

Pour réduire les coûts de mon système, je le ferai dans un fût bleu en plastique (220 litres), On en trouve assez facilement un peu partout. Le fût étant en plastique, les raccord avec les tubes PVC seront facilité. Et des matériaux standardisé (tube pvc 40 mm, tube PER). Voici un premier schéma:

Et celui ci, où l'on voit le serpentin en PER:

Le principe est simple: l'eau de la douche tombe dans le fût. L'eau froide circule dans le serpentin en tube PER du bas vers le haut. Nous avons donc bien un échangeur à contre flux. En marche standard, les deux vannes sont fermées. La première en haut, sert au by-pass pour nettoyer le filtre situé dans le T juste au dessus (ce filtre empêche les saletés de rentrer dans l'échangeur). La deuxième vanne sert à vidanger l'échangeur).

J'ai choisi de mettre un serpentin en PER car il n'y a pas besoin dans ce type d'échangeur d'un matériau très conducteur, l'eau à refroidir étant stockée et les débit peu important. Le serpentin fera une longueur de 50 mètres. Le PER n'a pas les qualités du cuivre pour l'échange thermique mais son faible coût (20€ la couronne de 50m) permet d'avoir une surface d'échange intéressante et surtout d'avoir une quantité d'eau importante dans le serpentin (12 litres). Attention, sur le plan réalisé sous sketchup, le serpentin ne fait que 34 mètres, il sera donc un peu plus dense lors de la construction.

Sur le papier, l'objectif est atteint:

- Le budget est respecté (- de 100€), le plus cher étant les vannes: 15 € chacune,

- La performance doit être bonne: échangeur à contre flux, mauvais conducteur thermique mais grande surface d'échange et quantité stockée importante

- l'entretien est facilité: un filtre à nettoyer de temps en temps en tournant une vanne et en évacuant un peu d'eau.

Il ne reste plus qu'à le construire..... je vous tiens au courant