Les chauffe-eaux instantanés ne sont pas une invention récente. Vous serez peut-être surpris d’apprendre que nous travaillons sur ces technologies depuis plus de 130 ans ! Dès 1889, soit l’année suivant la commercialisation du premier chauffe-eau, une entreprise a tenté de développer un modèle instantané sans réservoir. Bien que cette tentative ait été un échec retentissant, elle a marqué le début d’une histoire fascinante d’innovation et d’amélioration continue.
En 1929, Stiebel Eltron a inventé le premier chauffe-eau électrique sans réservoir, qui s’est révélé performant. Cependant, à l’époque, l’accès à une quantité suffisante d’électricité pour alimenter ces appareils représentait un défi, et le gaz restait une source d’énergie plus économique que l’électricité. Par conséquent, ces appareils n’ont pas rencontré un grand succès.
Ce n’est qu’à partir des années 1990 que les chauffe-eaux sans réservoir alimentés au gaz ont commencé à se répandre, grâce aux pays européens qui ont popularisé ce système. Ces appareils, petits, compacts et montés au mur, répondaient parfaitement aux besoins des petites maisons européennes. Il n’est donc pas étonnant que cette technologie ait traversé l’Atlantique pour se faire une place en Amérique du Nord, où elle a rapidement gagné en popularité.
Les premiers modèles importés en Amérique du Nord étaient ce que l’on considèrerait aujourd’hui comme des appareils de petite ou moyenne capacité. Ils offraient une puissance suffisante pour répondre aux besoins simultanés d’une douche et d’un lavabo tout en restant très efficaces et abordables. Cependant, certains de ces modèles, conçus à l’origine comme solutions de chauffage d’appoint, n’étaient pas adaptés pour fournir suffisamment d’eau chaude à une maison typique nord-américaine.
Peu après l’introduction de ces systèmes en Amérique du Nord, les fabricants ont rapidement réalisé qu’un apport en BTU beaucoup plus élevé était nécessaire pour répondre aux attentes et au niveau de confort des utilisateurs au Canada et aux États-Unis. C’est dans ce contexte qu’ont vu le jour des chauffe-eaux sans réservoir capables de fournir jusqu’à 200 MBTUH. Ce développement marqua un tournant décisif, ouvrant la voie à une adoption de cette technologie sur le marché nord-américain.
Avant de poursuivre l’histoire des chauffe-eaux instantanés, prenons un moment pour comprendre pourquoi le seuil de 200 MBTUH était si significatif.
Pour cela, il est essentiel de se pencher sur le concept de BTUH (British Thermal Unit per Hour) et sa définition moderne. Un BTU correspond à l’énergie nécessaire pour augmenter la température d’une livre d’eau de 1 degré Fahrenheit. Cette unité est la clé pour comprendre comment fonctionne un chauffe-eau sans réservoir et sa capacité à répondre aux besoins en eau chaude en temps réel.
En appliquant cette définition, nous pouvons analyser comment un système sans réservoir chauffe rapidement l’eau tout en maintenant une efficacité énergétique optimale, un aspect crucial pour les ménages nord-américains exigeants en termes de confort.
Tout d’abord, l’eau n’est pas mesurée en livres, mais en gallons. Un gallon d’eau pèse environ 8,33 livres.
Deuxièmement, nous ne cherchons pas à chauffer cette eau sur une période de temps d’une heure, mais sur une minute, puisque les débits de nos appareils sont exprimés en GPM (gallons par minute). Cela implique de multiplier le besoin énergétique par 60 pour tenir compte de ce laps de temps réduit.
Troisièmement, il ne s’agit pas seulement de chauffer l’eau d’un degré Fahrenheit, mais de la porter de la température de la nappe phréatique (que nous supposerons à 40 °F) à une température d’eau chaude utilisable. Prenons une température cible de 120 °F, ce qui représente un delta de 80 °F.
Enfin, il est nécessaire de déterminer la quantité d’eau requise. Pour les applications résidentielles, une évaluation des besoins peut être effectuée directement avec le propriétaire. Pour les applications commerciales, on se réfère généralement à des outils comme la courbe de Hunter ou celle de l’IAPMO.
Pour cet exemple, concentrons-nous sur un système résidentiel pour simplifier les calculs. Le propriétaire souhaite pouvoir utiliser simultanément 2 douches à un total de 3 GPM, ainsi qu’un lave-vaisselle à 1 GPM, soit un total de 4 GPM.
À partir de ces données, il suffit d’effectuer quelques calculs pour déterminer les besoins énergétiques du système.
X = 8.33*60*80*4
X = 159,936
Notre chauffe-eau sans réservoir doit donc avoir une puissance en BTUH d’au moins 159 936 pour chauffer 4 gallons d’eau par minute, de 40°F à 120°F.
Il est également important de garder à l’esprit le nombre de BTU nécessaires pour chauffer seulement 1 GPM, ce qui se traduit par la formule suivante.
X = 8.33*60*80
X = 39 984 ou, pour plus de facilité, j’utilise 40 000. Je sais toujours qu’il faut 40 000 BTUH pour chauffer 1 GPM d’eau à travers un chauffe-eau sans réservoir de 40F-120F.
Les variables de cette formule incluent la quantité d’eau requise, la température de l’eau à l’entrée et celle à la sortie. Bien que, dans la majorité des cas de dimensionnement, une température de sortie de 120 °F soit utilisée comme référence, il est essentiel de noter qu’une eau à 120 °F n’est pas adaptée à une utilisation directe par l’humain. À cette température, l’eau dans une douche pourrait causer des brûlures graves !
– 150°F : peut causer des brulures au troisième degré à la plupart des adultes en deux secondes.
– 140°F : peut provoquer des brulures au troisième degré en six secondes.
– 130°F : peut provoquer des brulures en 30 secondes
– 120°F : peut provoquer des brulures au troisième degré en cinq minutes.
Règle générale, la température standard pour une douche se situe autour de 110 °F. Cependant, nous réglons souvent les chauffe-eaux à 120 °F pour répondre aux besoins d’autres installations dans la maison, comme les éviers, les lave-vaisselles et les machines à laver. Dans le cas des douches, il suffit d’ajouter de l’eau froide pour abaisser la température de 120 °F à un niveau confortable.
Lorsque les premiers chauffe-eaux sans réservoir sont arrivés sur le marché nord-américain, ils avaient une capacité de 120 000 BTUH, offrant un débit de 3 GPM. Bien que cela soit suffisant dans certains cas, cela ne répondait pas toujours aux besoins des utilisateurs. Les modèles de la génération suivante, avec une capacité de 199 900 BTUH et un débit de 5 GPM, étaient beaucoup plus adaptés, permettant aux utilisateurs de bénéficier d’un confort similaire à celui des chauffe-eaux à réservoir.
L’un des principaux avantages des chauffe-eaux sans réservoir est leur efficacité énergétique nettement supérieure. Alors que les chauffe-eaux à réservoir atmosphérique ont un rendement énergétique (AFUE) d’environ 60 à 70 %, les chauffe-eaux sans réservoir atteignent un rendement de 95 %, offrant des économies de gaz significatives.
Grâce à cette efficacité, le retour sur investissement d’un chauffe-eau sans réservoir est généralement inférieur à 5 ans, ce qui constitue une excellente nouvelle pour les consommateurs adoptant cette technologie innovante.
Au fil des années qui ont suivi le « boom » des années 1990, les chauffe-eaux sans réservoir ont continué à évoluer pour mieux s’adapter aux besoins des utilisateurs. Ils ont intégré des fonctionnalités telles que des pompes de recirculation et des systèmes de protection contre le gel, améliorant leur performance et leur fiabilité.
Le marché commercial a rattrapé son retard à la fin des années 2000 avec l’arrivée de modèles à très haute capacité, comme les chauffe-eaux Intellihot, capables de délivrer des millions de BTUH. Ces appareils ont révolutionné le chauffage de l’eau pour les applications exigeantes.
Les chauffe-eaux à la demande ont parcouru un long chemin depuis leurs modestes débuts dans les années 1890. Avec des législations favorisant constamment une efficacité énergétique accrue, cette technologie innovante est là pour rester longtemps.
Écrit par Matthew Reid, directeur de la division chauffage
