Comprendre le fonctionnement et l'alimentation électrique d'un ballon d'eau chaude

Parmi les différents types de ballons d'eau chaude proposés aux particuliers, le chauffe-eau électrique est le plus courant et le plus facile à installer. Son fonctionnement repose sur l'alimentation d'une résistance qui réchauffe l'eau contenue dans une cuve. Vous souhaitez savoir comment fonctionne un chauffe-eau de façon plus détaillée ? Cet article vous apportera toutes les informations nécessaires pour comprendre le fonctionnement, les avantages et les inconvénients de ce type de cumulus.

Qu'est-ce qu'un ballon d'eau chaude électrique ?

Le principe de fonctionnement d'un ballon d'eau chaude électrique est relativement simple, il est comparable au système que l'on trouve dans une bouilloire électrique. Une résistance immergée va chauffer l'eau présente dans le ballon, jusqu'à atteindre la température préréglée par le thermostat de l'appareil de production d'eau chaude. Ce thermostat va également s'assurer que la température de l'eau reste constante en fonction du niveau désiré. Une fois que l'eau atteint la température fixée, l'élément chauffant s'éteint automatiquement pour éviter la surchauffe du système et de la résistance électrique.

Principe de fonctionnement détaillé

La cuve constitue le principal élément de ce type de ballon d'eau chaude. La résistance électrique permet le chauffage de l'eau froide qui arrive dans la cuve. La résistance est associée à un thermostat. Ce petit équipement est pourvu d'une sonde qui mesure la température de l'eau. Pour éviter le développement de micro-organismes dangereux tels que les légionelles, la température de consigne doit toujours être située entre 60 et 65 °C.

L'anode est un élément qui permet de protéger l'intérieur de la cuve contre le phénomène de corrosion. Le groupe de sécurité est un équipement généralement situé sous la cuve. Il est indispensable, car il limite la pression à l'intérieur du réservoir en évacuant l'eau en surplus. Cet élément sert aussi à empêcher l'eau chaude sous pression de retourner dans le circuit d'eau froide.

Le rôle du chauffe-eau électrique est de chauffer et de maintenir l'eau à la température souhaitée. Cette eau chaude sanitaire (ECS) est ensuite distribuée dans le réseau domestique pour alimenter les robinets et les différents points de puisage du logement. Contrairement au chauffe-eau électrique instantané, le ballon électrique possède une réserve d'eau suffisamment importante pour délivrer une ECS en grande quantité, à débit constant et avec une eau homogène en température. Le fonctionnement est simple : l'eau froide entre dans le bas du réservoir afin de remplacer l'eau chaude qui est consommée. Cette eau froide est réchauffée par l'action thermique de la résistance. L'eau réchauffée, moins dense que l'eau froide, remonte progressivement dans la cuve.

De nombreux modèles de chauffe-eaux électriques peuvent fonctionner sur le système heures pleines/heures creuses. Vous pouvez programmer le fonctionnement de votre appareil en heures creuses, notamment durant la nuit. Les cumulus que nous proposons chez Carrera sont dotés d'une fonctionnalité innovante, le mode Smart. Grâce à cette technologie, il est possible de programmer la mise en chauffe de l'eau en fonction de vos habitudes au sein de votre logement.

Le principe de la stratification

Un chauffe-eau électrique fonctionne la plupart du temps à accumulation, c’est-à-dire qu’il ne chauffe pas l’eau en continu mais accumule une quantité d’eau chaude pour les besoins journaliers. L’eau froide qui entre est chauffée par une résistance électrique et remonte progressivement vers le haut du réservoir. Car, à l’instar de l’air, l’eau chaude a une densité plus faible que l’eau froide : elle est donc plus légère et prend naturellement de la hauteur. En revanche, l’eau froide, naturellement plus lourde, reste au fond de la cuve. C’est ce principe physique qui est à l’origine du nom de stratification : l’eau, à des températures différentes, forme des couches (des « strates ») qui ne se mélangent pas.

L’arrivée de l’eau froide sous pression pourrait altérer cet équilibre, c’est pourquoi de nombreux chauffe-eau électriques intègrent un brise-jet fixé sur la canne d’arrivée d’eau froide et qui va « casser » la pression de l’eau injectée dans le bas de la cuve. Le brise-jet permet donc de préserver la répartition naturelle des couches d’eau en fonction de leur température.

La température de consigne idéale de l’eau est comprise entre 55 et 65°C (à ne pas confondre avec la température réelle de sortie qui sera elle mélangée à l’eau froide via le mitigeur pour arriver à 40°C). Une fois chauffée, l’eau sanitaire reste maintenue à bonne température grâce à l’isolation qui entoure la cuve. Néanmoins, un thermostat de régulation contrôle en permanence sa température et, le cas échéant, la régule. Pour cela, il va soit ouvrir le système de chauffage pour amener l’eau à la température maximale autorisée, soit le couper, dès lors que la température idéale est atteinte. Dans tous les cas, la température de l’eau ne doit pas être inférieure à 55°C : les bactéries responsables de la légionellose pourraient proliférer et l’entartrage se faire plus rapidement. Mais elle ne doit pas non plus excéder les 65°C pour éviter les risques de brûlures et une consommation d’électricité superflue. En sortie d'usine, les chauffe-eau Atlantic sont réglés à 55°C.

Protection de la cuve

La durée de vie de votre chauffe-eau est intimement liée au type d’eau de la région dans laquelle vous vous trouvez. La qualité de l’eau peut varier selon les disparités locales ainsi que les saisons et événements climatiques exceptionnels.

On distingue 4 types d'eau :

• Les eaux entartrantes contiennent beaucoup de calcium et de magnésium augmentant la formation de tartre. Elles sont très conductibles.
• Les eaux équilibrées : elles sont à la fois peu entartrantes et peu corrosives mais elles conduisent bien le courant.
• Les eaux agressives : elles contiennent peu de particules, peu de minéraux et conduisent assez peu le courant.
• Les eaux très agressives : elles contiennent des particules qui accélèrent la corrosion, mais elles contiennent très peu de minéraux et sont peu conductibles.

Carte de France des types d'eau

Équipés de la protection dynamique anticorrosion ACI Hybride, certains chauffe-eau électriques bénéficient de cette technologie brevetée qui protège leurs cuves de façon durable et permanente, dans toutes les eaux.

Les différents types de ballons d'eau chaude électriques

Selon vos besoins spécifiques, vous allez être attiré par tel ou tel modèle de ballon électrique :

• Le ballon à résistance stéatite : Contrairement à la résistance thermoplongée, la résistance n'est pas en contact direct avec l'eau, ce qui est particulièrement adapté aux zones avec une eau dure.
• Le ballon à résistance thermoplongée : C'est le type de cumulus électrique le plus accessible du marché. La résistance est plongée directement dans l'eau, ce qui va nécessiter un entretien plus fréquent qu'un modèle avec résistance stéatite par exemple.
• Le ballon à accumulation : Avec une grande capacité de stockage de l'eau, le système de l'accumulation est idéal pour répondre à une demande élevée en eau chaude.
• Le ballon instantané : Plus compact que les autres types de ballon d'eau chaude, ce modèle procède au chauffage de l'eau de manière instantanée, dès que vous la sollicitez. L'absence de cuve lui permet donc d'avoir des dimensions restreintes, pour une installation pratique.

Avantages et inconvénients du ballon d'eau chaude électrique

Avantages

• Coût initial faible : Parmi les différents types de ballons d'eau chaude, celui qui va nécessiter le plus faible investissement est le ballon d'eau chaude électrique. La conception étant plus simple qu'un appareil thermodynamique par exemple, cela explique le coût d'achat inférieur. L'installation est également à prendre en compte. Dans la mesure où cette dernière ne requiert qu'un branchement à une prise électrique, le coût d'installation est ainsi limité.
• Indépendance énergétique : Pour chauffer l'eau sanitaire de votre logement, l'utilisation de l'électricité évite une dépendance aux combustibles fossiles. Même si le coût d'utilisation de ce type de cumulus est supérieur à un ballon d'eau chaude au gaz, il vous sera toujours possible de coupler votre appareil avec une production électrique solaire, de quoi réaliser des économies d'énergie substantielles.
• Facilité d'installation : Un des principaux avantages d'un ballon d'eau chaude sanitaire électrique réside dans sa facilité d'installation. En comparaison avec un appareil fonctionnant au gaz par exemple, et nécessitant un raccordement au gaz de ville, un cumulus fonctionnant à l'électricité peut être installé dans quasiment n'importe quel espace de votre logement qui dispose d'une alimentation électrique. De par cette simplicité, la mise en place ne nécessite pas forcément l'intervention d'un professionnel, ce qui va contribuer à réduire le prix total de l'équipement. De nombreux fabricants proposent des modèles compacts et légers, à installer sous un évier ou sur un mur, et même dans des espaces difficiles d'accès.
• Sécurité : La sécurité dans un logement n'est pas à négliger. Pour y contribuer, les cumulus électriques éliminent les risques associés aux fuites de gaz, pouvant entraîner des incendies ou explosions. Les appareils électriques ne produisent pas non plus de monoxyde de carbone, qui est un gaz toxique provenant des chaudières et ballons fonctionnant au gaz.

Inconvénients

• Consommation élevée : Le principal inconvénient de cet équipement utilisé pour le chauffage de l'eau est sa consommation énergétique. Même si le prix d'achat et d'installation sont faibles, le coût d'utilisation d'un ballon d'eau chaude électrique est à prendre en compte. Pour limiter ces coûts, il peut être judicieux d'avoir recours à l'énergie solaire, pour réaliser des économies sur les coûts de fonctionnement. La plupart des modèles récents sont programmables et vous permettent de limiter cette consommation d'énergie.
• Entretien et durée de vie : Avec une durée de vie d'environ 10 à 15 ans, les cumulus électriques sont plus fragiles que des modèles fonctionnant au gaz. C'est particulièrement vrai pour les ballons à résistance thermoplongée, dont l'entretien devra être fréquent, en raison notamment de sa vulnérabilité face à une eau riche en calcaire.
• Temps de chauffe : Même si la résistance d'un appareil électrique produit de la chaleur efficacement, la rapidité de chauffe de l'eau n'est pas optimale. L'effet étant que l'eau qui se trouve dans la cuve de l'appareil de chauffage va mettre entre 6 et 8 heures pour atteindre la température voulue. Cette durée va bien sûr dépendre de l'isolation et de la capacité du ballon. Plus il va être volumineux et mal isolé, plus le temps de chauffe sera long.

Conseils pour choisir son ballon d'eau chaude électrique

Les principaux avantages d'un cumulus électrique sont donc le prix d'achat, la facilité d'installation, la taille compacte et la sécurité. Malgré ces nombreux atouts, des points négatifs existent, et notamment le coût d'utilisation de ce type d'appareil, ou encore le temps de chauffe, plus long qu'un modèle au gaz ou thermodynamique. Il est important de choisir un ballon d’eau chaude de capacité adaptée à la consommation d’eau chaude de votre foyer pour éviter les douches froides.

Pour faire le choix du ballon d'eau chaude adapté à votre famille et à votre maison, n'hésitez pas à contacter des conseillers experts sur le sujet.

Installation et branchement d'un chauffe-eau électrique

Le branchement électrique d’un chauffe-eau est particulièrement simple aussi il n’est pas nécessaire d’être électricien si on respecte les principes basiques de sécurité électriques. Notez que sur une installation monophasée, il n’y a pas de sens de branchement entre le fil de phase et le neutre. Pour un ballon d’eau chaude électrique, les câbles s’installent sur la platine de puissance du thermostat. Le branchement d’un ballon d’eau chaude à son réseau électrique ainsi qu’au réseau hydraulique demande des compétences techniques qui ne sont pas à la portée de tout le monde d’autant que l’électricité et l’eau ne sont pas les meilleurs alliés.

Les étapes clés du branchement électrique

1. Relier les fils neutres (généralement bleus) aux fils bleus du chauffe-eau.
2. Connecter les fils rouges ou marron avec les fils rouges ou marron de l'appareil, pour la phase.
3. Fixer le fil de terre jaune et vert à la borne terre du chauffe-eau.
4. Refermer le capot de l'appareil pour protéger les connexions électriques.

Le branchement de votre chauffe-eau ainsi que son raccordement sont terminés. Mais tout doit être vérifié : les connexions doivent être bien étanches et le circuit électrique doit fonctionner correctement.

Pourquoi confier le raccordement à un professionnel ?

Installer un chauffe-eau peut sembler accessible à première vue. Pourtant, cette tâche, qu’il s’agisse d’un modèle électrique ou au gaz, requiert des compétences spécifiques et un grand sens du détail. La sécurité de votre maison et de votre famille en dépend, sans oublier les économies d’énergie que seule une installation réalisée dans les règles de l’art peut garantir.

Faire appel à un professionnel, c’est aussi s’assurer que tout est conforme aux réglementations et exigences des fabricants. La plupart des fabricants exigent que le chauffe-eau soit installé par un professionnel pour maintenir la validité de la garantie constructeur.

En résumé, il est préférable de confier ces ajustements à un expert pour bénéficier d’une installation fiable et durable.

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