Changer et rénover son échangeur thermique

Un échangeur thermique est un composant essentiel dans les systèmes de chauffage, de climatisation ou encore de réfrigération. Ce type de dispositif a pour fonction d’assurer le transfert de chaleur entre deux fluides sans les mélanger. Il se peut, toutefois, que vous soyez contraint de remplacer cet élément, en raison de panne due à différents facteurs, comme l’entartrement. Découvrez dans ce guide le fonctionnement de ce composant, les différents types d’échangeurs, ainsi que les aides dont vous pouvez bénéficier pour cette opération.

Le principe de fonctionnement d'un échangeur thermique

Un échangeur thermique, aussi appelé échangeur chaleur, est un dispositif permettant de transférer la chaleur entre deux fluides sans que ces derniers n’entrent en contact. L’utilisation repose entre autres sur le matériau. Pour y parvenir, l’appareil se sert en effet d’un matériau conducteur tel que :

• l’inox ;
• l’acier ;
• le cuivre ;
• l’aluminium.

L’échange et le transfert de température n’est toutefois possible que si les deux fluides sont à une température différente. En d’autres termes, l’un doit être chaud et l’autre froid (ou au moins bien plus froid).

Selon le modèle de l’échangeur, la circulation des fluides chaud ou froid peut être :

• à contre-courant : lorsque les courants se rencontrent, un fluide arrive par le haut et l’autre par le bas ;
• à courant croisé : lorsque les courants se croisent, un fluide circule de manière verticale et l’autre en horizontale ;
• à co-courant : les deux fluides circulent dans le même sens.

Les applications et types d’utilisation sont multiples. On trouve des échangeurs dans les systèmes de chauffage performants, mais aussi par exemple pour la piscine : l’utilisation d’une piscine chauffée bénéficie de ce système, votre chaudière venant alors chauffer votre piscine.

À noter qu’une pompe à chaleur réversible dispose par exemple d’une fonction de refroidissement. Ces applications de refroidissement sont bienvenues en été par exemple : le refroidissement de l’air ambiant permet de climatiser votre logement. L’échangeur thermique est donc à la fois utile au chauffage et au refroidissement !

Parmi ces applications, on trouve aussi un autre type d’utilisation : des échangeurs pour la récupération de chaleur des systèmes de ventilation double flux. La récupération s’effectue entre l’air sortant et l’air entrant, limitant ainsi la perte de chaleur liée au renouvellement de l’air.

Les différents types d’échangeurs thermiques

Il est possible de catégoriser les échangeurs thermiques en deux variantes bien distinctes :

• les modèles tubulaires ;
• les modèles à plaques.

Les échangeurs de chaleur tubulaire

Il s’agit du modèle le plus répandu dans les grands bâtiments et industries en tout genre. L’installation est, en effet, assez imposante avec une longueur pouvant aller jusqu’à 10 m. Au niveau de la conception, on retrouve des faisceaux de tubes qui sont disposés dans une enveloppe que l’on appelle « la calandre ».

L’un des fluides circule ainsi dans les tubes et l’autre dans la calandre afin de permettre le transfert ou l’échange de chaleur entre chaque type de surface. Des chicanes sont le plus souvent placées à l’intérieur de la calandre afin de limiter les turbulences.

L’avantage de cette conception de surface en tubes réside dans sa capacité à résister aux fortes pressions et aux fluides avec une différence de température importante. Ces dispositifs à tubes sont toutefois difficiles à entretenir et restent moins efficaces que les échangeurs à plaques.

Les échangeurs de chaleur à plaques

Il s’agit des modèles aux formats compacts, qui trouveront facilement place au sein de votre demeure. On retrouve plusieurs conceptions avec chacun ses avantages et ses inconvénients dont : 

• les échangeurs à plaques et joints :  ces modèles de surface d’échange à plaques et joints sont assez compacts et affichent une bonne efficacité énergétique. Ils fonctionnent toutefois à des pressions assez modestes avoisinant les 25 bars ;
• les échangeurs à plaques soudées : qui ont l’avantage d’être très compacts et de supporter des différences de températures entre chaque surface comprises entre -40 °C et +500 °C ;
• les échangeurs à plaques brisées : ces modèles sont également très compacts et ont pour particularité de pouvoir supporter des pressions élevées jusqu’à 140 bars. 

Les différents produits selon le type de fluide

Selon l’appareil utilisé, tous les échangeurs n’ont pas affaire au même type de fluides qui s’échangent des calories entre eux. Dans de nombreux cas, c’est un échange de températures entre deux types de liquide similaires, notamment de l’eau froide et de l’eau chaude, mais il peut aussi s’agir d’échangeurs de températures entre vapeur d’eau/eau ; eau/air ; huile/eau ; eau/air ; huile/air ; air/air.

À noter qu’outre les produits à plaques ou tubulaires, d’autres modèles d’échangeurs existent encore : 

• en forme de serpentin : concrètement, un tube immergé dans l’eau accueille un fluide ou liquide primaire qui circule en son sein et vient réchauffer le liquide secondaire, dans lequel il est plongé ;
• à microcanaux (ou à bloc) : pour les modules extérieurs des pompes à chaleur ;
• à ailettes : produits spécifiques, pour le fluide des radiateurs des véhicules.

Les avantages de l’échangeur thermique

Un échangeur thermique chaudière est l’élément principal permettant de produire de la chaleur pour :

• votre chauffage ;
• l’eau chaude sanitaire que vous utilisez au quotidien.

Il permet aussi de vous fournir la fraîcheur dont vous avez besoin en été.

Pour faire simple, votre confort repose en majeure partie sur l’efficacité de l’échangeur chaudière que vous utilisez.

Réaliser un bilan énergétique pour faire le point

Procéder à un bilan énergétique vous permet de connaître les performances de vos installations de chauffage tout en tenant compte de la configuration de votre logement. Rien n’est laissé au hasard, que ce soit l’isolation, les ouvertures, les conditions intérieures et extérieures et bien entendu l’efficacité de vos équipements.

Cette procédure est nécessaire dans le cadre d’une amélioration énergétique de votre logement et doit être réalisée par un professionnel. De plus, vous pouvez bénéficier de ses conseils pour mener à bien votre projet de rénovation et notamment dans le choix d’un échangeur thermique.

Calculer l’efficacité et de la puissance d’un échangeur thermique

Trois éléments viennent globalement impacter l’efficacité et la puissance d’un échangeur : la différence de température entre les fluides qui échangent des calories, la réduction de la perte de chaleur, et la conductivité thermique du matériau qui le compose.

Il faut en effet que la température des deux fluides diffère suffisamment pour que l’échange se produise. Pour ce qui est du rendement, il faut que la perte thermique soit moindre, donc que la conductivité thermique du matériau soit optimale (si la chaleur se transmet plus facilement, il y a moins de perte).

Les aides et subventions

Le remplacement d’un échangeur thermique n’est pas à proprement parler éligible aux aides à la rénovation énergétique. 

Cependant, d’autres produits sont concernés : en remplaçant un système de chauffage ancien par la mise en service d'un appareil performant et de haute puissance qui utilise un échangeur thermique, par exemple une pompe à chaleur, vous pouvez en bénéficier. Leurs montants varient selon les prix des travaux d’installation et de mise en service, ainsi que les gains énergétiques potentiels.

En confiant les travaux de remplacement de chauffage à un expert chauffagiste certifié RGE (Reconnu Garant de l’Environnement), vous pourrez bénéficier d’aides financières pour les investissements liés à votre projet d’amélioration énergétique. 

Pour l’amélioration de la puissance de votre système de chauffage grâce à l’installation d’un nouvel échangeur thermique, vous aurez droit à :

• MaPrimeRénov’ : elle est attribuée sans conditions de revenu par l’Agence nationale de l’habitat (Anah) ;
• la prime énergie : elle est versée par les fournisseurs d’énergie, comme TotalEnergies, qui ont adhéré au dispositif Certificats d’Économie d’Énergie (CEE) ;
• le Coup de pouce chauffage : bonification de la prime énergie. Vous pouvez en bénéficier si vous êtes propriétaire ou locataire d’un logement achevé depuis plus de 2 ans ;
• la TVA réduite : pour la fourniture et l’installation de votre échangeur thermique, vous pouvez profiter d’une TVA à taux réduit à 5,5 %.

Ces aides sont bienvenues notamment pour les ménages modestes et très modestes, pour qui sont couverts des prix et des dépenses plus importantes. Par exemple, une pompe à chaleur air-air a en moyenne un prix de 4 000 euros, une pompe à chaleur air-eau un prix de 11 000 euros, et une pompe à chaleur géothermique un prix de 17 000 euros.