Les chauffe-eau sans réservoir offrent de nombreux avantages aux concepteurs et aux utilisateurs finaux de systèmes de chauffage d'eau commerciaux : les économies d'énergie de la technologie moderne à condensation, les économies d'espace d'une installation en rack mural ou au sol, et l'efficacité de « regrouper » deux unités ou plus ensemble pour répondre rapidement et en douceur à la demande fluctuante d'eau chaude. La redondance des unités constitue un autre avantage d'un système en banque : si un appareil de chauffage a besoin d'être réparé, de grandes quantités d'eau chaude à la bonne température restent disponibles auprès des autres unités.
Mais pour les applications commerciales et résidentielles de grande taille qui nécessitent des volumes importants d’eau chaude de manière intermittente, plutôt qu’un débit constant tout au long de la journée, la capacité de stocker de grandes quantités d’eau chaude pour répondre à ces « charges déversantes » est un attrait incontournable, voire un besoin incontournable.
Le problème | 1 000 gallons par jour en quatre heures
C'est certainement le cas de l'usine de production de 31 248 pieds carrés de Del Sol Food Company à Brenham, au Texas, située à environ 90 miles à l'est d'Austin. L'entreprise de 44 ans, bien connue pour fabriquer et commercialiser des vinaigrettes sous la marque BRIANNAS, fait l'objet de rénovations à grande échelle pour permettre le déménagement des opérations de boulangerie de John Macy's, récemment acquis, à Elmwood Park, New Jersey.
Le processus entièrement intégré englobe chaque étape de la production, y compris le mélange de la pâte, la levée, la cuisson et, enfin, l'emballage des bâtonnets de fromage, des chips et des crostinis qui composent la gamme de produits John Macy. La dernière étape du processus implique un nettoyage approfondi de tous les équipements de production, dans le respect des normes sanitaires strictes de l’industrie agroalimentaire.
Ce nettoyage a généralement lieu en fin de journée, une fois la production arrêtée. D'une durée d'environ quatre heures, parfois plus, le processus de lavage utilise bien plus de 1 000 gallons d'eau à 140°F, soit une fraction substantielle de la consommation quotidienne totale de l'établissement, y compris les toilettes du personnel et autres zones de service.
En bref, cette demande quotidienne nécessite un « déversement » important d’eau chaude dans un délai relativement court.
La solution initialement spécifiée par l'ingénieur concepteur du système était un chauffe-eau commercial de 199 900 Btu/heure avec 100 gallons de stockage intégré. Mais la direction de l'usine se demandait si « une option plus efficace répondrait quand même aux spécifications », selon Joel Eggebrecht, dont l'employeur, Moeller Plumbing & Electrical, se chargerait de l'installation.
Eggebrecht détient le titre de chef de projet/estimateur tout en dirigeant les opérations de plomberie de Moeller, qui ont été lancées en 2023. (Fondé en tant qu'entrepreneur en électricité en 1952, Moeller a été acheté par Mitchell et Aubrey Davis en 2022.) Vétéran de 45 ans dans l'industrie de la plomberie, Eggebrecht connaît bien tous les types de produits de chauffage de l'eau, y compris sans réservoir. Il sait également comment « valoriser » un projet sans compromettre aucun des objectifs primordiaux de ses clients.
Ainsi, en réponse à la demande de la direction de Del Sol, Eggebrecht a contacté Beau Jolly, directeur des ventes externes et directeur de comptes chez Tipton Company, un représentant d'un fabricant couvrant le Texas, l'Oklahoma, l'Arkansas et le Nouveau-Mexique pour de nombreuses marques industrielles, y compris le fabricant de chauffe-eau sans réservoir Noritz America. «J'ai travaillé sur de nombreux projets commerciaux avec l'équipe Tipton au fil des années», explique Eggebrecht.
Jonathan Loos, vice-président des ventes de Jolly et Tipton, a fourni à Del Sol « les données sur les capacités de chauffage de l'eau de leur produit, démontrant qu'il répondrait aux spécifications d'origine », poursuit-il. « Le propriétaire a ensuite accepté la proposition et l'ingénieur a approuvé le changement. »
Eggebrecht rapporte que la direction de Del Sol n'a jamais hésité à opter pour le produit Noritz. « Le représentant du propriétaire était très ouvert à l'idée et n'a offert aucune objection. Il m'a dit : « Le sans réservoir sera une excellente option pour nos besoins de production. »
La solution | Combinez l’efficacité sans réservoir avec un stockage suffisant
Le produit cité par Loos et Jolly n’était pas seulement un chauffe-eau sans réservoir ou même plusieurs unités sans réservoir en banque. Au lieu de cela, Tipton a recommandé trois chauffe-eau sans réservoir à condensation de 199 900 Btu/heure (numéro de modèle Noritz : NCC199CDV), chacun monté sur un réservoir de stockage recouvert de ciment de 119 gallons. Appelé Hybrid Hot, chaque paire a une plage de capacité allant jusqu'à 11,1 gallons par minute et un débit de débit maximum de 317 gallons par heure.
Comme l’indiquent ces chiffres, le système est conçu pour convertir l’eau froide en grandes quantités d’eau chaude. Tirant de l'eau froide d'un port latéral du réservoir attaché, l'unité sans réservoir élève sa température au point de consigne afin qu'un circulateur intégré en acier inoxydable (Taco 009-FS5) puisse ensuite la pomper vers un autre port près du haut du réservoir de stockage.
Comme l'explique Tipton's Jolly, le chauffe-eau sans réservoir tire ses signaux opérationnels directement du réservoir de stockage adjacent, et non d'aucun des équipements de production de Del Sol : « Un thermostat indiquera lorsque la température du réservoir descend en dessous du point de consigne, soit parce que de l'eau est puisée pour être utilisée, soit parce qu'elle est restée inutilisée trop longtemps. L'unité sans réservoir commencera alors à puiser et à réchauffer l'eau du réservoir avant de la pomper à nouveau. »
Le revêtement en ciment d'un demi-pouce du réservoir est imperméable aux effets néfastes de l'eau, évitant ainsi la corrosion du réservoir sans avoir besoin d'une tige d'anode sacrificielle. L'entretien est minimisé, tandis que la doublure et deux pouces d'isolation en mousse de polyuréthane permettent des économies d'énergie et de coûts, tout comme l'indice d'efficacité thermique de 98 % (0,95 UEF) d'Hybrid Hot. Les trois chauffe-eau étaient individuellement ventilés directement à travers un mur extérieur dans la salle mécanique, en utilisant du PVC de deux pouces.
Les coûts initiaux ont peut-être été le principal facteur dans la décision de Del Sol d'opter pour l'Hybrid Hot, mais d'autres facteurs ont également joué un rôle clé :
Efficacité supérieure : L'indice d'efficacité de 98 % des unités Hybrid Hot se situe quelques points au-dessus de celui du réchauffeur de réservoir de stockage commercial initialement spécifié. Cette différence peut paraître insignifiante, commente Eggebrecht. « Mais lorsque vous chauffez plus de 1 000 gallons d'eau par jour, les points supplémentaires contribuent réellement à réduire les coûts d'exploitation quotidiens » – en particulier lorsqu'ils sont projetés sur 365 jours par an et sur les dix années de service attendues ou plus. (Plus d'informations sur la question de la longévité sous peu.)
Des diamètres de conduites de gaz plus petits : Encore une fois, de petites différences peuvent avoir un impact important. Le tuyau de gaz en fer noir, qui s'étend sur 425 pieds du compteur jusqu'au collecteur pour les systèmes Hybrid Hot, a un diamètre de 1¼ pouce pour le service de gaz de cinq livres. Les parcours du collecteur au radiateur ont été effectués en ¾ de pouce. Pour le produit spécifié à l'origine, les conduites auraient nécessité des tuyaux en fer de 2 pouces et de 1½ pouce. La différence de trois quarts de pouce pour chaque tronçon de canalisation a permis de réaliser des économies significatives. (Le diamètre du conduit d'aération de deux pouces était également plus petit qu'il ne l'aurait été avec les spécifications d'origine.
Garanties plus longues : L’Hybrid Hot bénéficie d’une garantie de 10 ans sur les échangeurs de chaleur et le réservoir de stockage recouvert de ciment. Ces trois couvertures dépassaient suffisamment la protection de la concurrence pour attirer l'attention du client. Del Sol aurait pu acheter une protection supplémentaire auprès de l'autre fabricant, note Eggebrecht. « Mais les unités que nous avons installées offraient des garanties plus longues dès la sortie de la boîte. Non seulement notre client économise de l’argent sur les coûts initiaux de l’équipement, mais il bénéficie également d’une durée de vie plus longue de l’équipement. Mon contact Del Sol est responsable de toutes les opérations à l'intérieur de cette installation, il sait donc que la longévité aura un impact positif sur son équipe de maintenance.
Inventaires locaux : Les produits de chauffe-eau que Del Sol et Moeller ont choisi d'installer étaient tous facilement disponibles dans l'inventaire d'un distributeur local. Pour Eggebrecht, c’était une très grosse affaire. « Le produit initialement spécifié n'est pas un article en stock pour les grossistes », explique-t-il, « nous aurions donc dû prévoir plusieurs semaines de délai de livraison en usine dans le calendrier de construction. Avec le distributeur local de Tipton, nous n'avons pas eu d'attente. En fait, ils étaient prêts à être expédiés avant que nous soyons prêts à les installer ! »
Les stocks des distributeurs locaux ne sont qu'une partie de la sauvegarde des stocks que Tipton fournit aux installateurs et aux techniciens de service. L'entreprise maintient ses propres stocks pour fournir une utilité critique en temps et en lieu. Comme le souligne Jolly, chaque jour où une usine, un hôtel ou un restaurant tombe en panne en raison d'un manque d'eau chaude entraîne généralement des pertes financières importantes. « Nous ne pouvons pas avoir cela », dit-il.
« Si quelque chose ne va pas avec un équipement, Tipton peut vous aider à le dépanner, fournir une pièce de rechange, résoudre le problème et le remettre en service le jour même ou le lendemain. »
Le résultat | Un approvisionnement en eau suffisant à la bonne température et à la bonne pression
L'ampleur et la complexité des rénovations Del Sol ont inévitablement nécessité l'implication de nombreux corps de métier. Cela signifiait, sans surprise, que Moeller ne pouvait pas terminer l'installation du chauffe-eau d'un seul coup. « L'installation des trois systèmes n'a posé aucune difficulté », rapporte Eggebrecht à propos de son équipe composée de deux hommes, le contremaître plombier Armando Peralez et le plombier principal Patric Boykin. « Il a juste fallu un peu de patience, pour y parvenir une pièce à la fois », en attendant les autres métiers.
Le plus grand défi surprise a été de maintenir la pression d'eau correcte, qui doit être d'environ 60 livres par pouce carré pour que l'opération de lavage fonctionne efficacement. Un clapet anti-retour de quatre pouces, nécessaire pour gérer l'eau de la ville, provoque une perte de pression. De plus, l'opération de lavage elle-même entraîne une perte de pression lorsque le personnel de l'usine utilise trois ou quatre tuyaux simultanément.
La solution, recommandée par Tipton Co., consistait en une pompe de surpression à proximité des stations de mélange de tuyaux pour maintenir la pression requise, quel que soit le nombre de tuyaux utilisés. Une fois la pompe opérationnelle, le système de chauffage de l'eau hybride a fonctionné comme prévu et à l'entière satisfaction de la direction de Del Sol.
Moeller aurait-il pu opter pour un système sans réservoir à Del Sol ? Loos et Jolly sont dubitatifs. Une fraction aussi importante de l'utilisation quotidienne concentrée sur seulement quatre heures (ou moins) aurait probablement nécessité entre neuf et 12 unités sans réservoir en réserve, estime Jolly : « Tout cet équipement, avec sa tuyauterie et sa ventilation, n'aurait probablement pas pu rentrer dans l'unique salle mécanique de Del Sol.
« D'un point de vue économique et d'un point de vue spatial, un système sans réservoir n'aurait pas eu beaucoup de sens », poursuit-il. « L'installation aurait été un plus grand défi avec la tuyauterie, les raccords et les capteurs de débit supplémentaires. Avec 12 unités, au lieu de trois unités Hybrid Hot, la maintenance nécessiterait des rinçages et des nettoyages plus fréquents. De plus, il y aurait probablement eu des problèmes de chute de pression supplémentaires avec l'eau circulant dans autant d'échangeurs de chaleur. «
D'un autre côté, le type d'application trouvé chez Del Sol est loin d'être inhabituel sur le marché actuel. De nombreux bâtiments commerciaux et industriels consomment de grandes quantités d’eau à haute température dans des délais serrés. Il n’est donc pas étonnant que Loos et Jolly considèrent les systèmes hybrides comme une technologie émergente dans l’industrie des chauffe-eau.
« Que ce soit en raison de problèmes de pression d'eau ou de la nécessité de décharger des charges, les ingénieurs spécialisés aiment concevoir un stockage dans leurs systèmes d'eau chaude domestique », explique Jolly. « Les constructeurs d'habitations aiment également ces systèmes pour les douches de salle de bain principales avec plusieurs pommes de douche et jets corporels. Vous pouvez répondre aux besoins de la douche tout en gérant les autres demandes d'eau chaude dans la maison. «
Loos cite un constructeur de maisons sur mesure qui prévoit d'installer non pas un, mais deux systèmes hybrides dans une très grande maison pour gérer de telles applications. Parallèlement, il a récemment achevé un projet hôtelier de 42 chambres dont tous les besoins en eau chaude sont satisfaits par une seule installation Hybrid Hot.
« C’est pourquoi je l’appelle notre chauffe-eau haute performance. »