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Explication du processus de stockage de l'ECS

Masse volumique de L'eau en fonction de la température

Le phénomène de stratification est la conséquence du phénomène physique suivant : la masse volumique d’un fluide dépend de sa température. Plus précisément, lorsque la température d’un fluide augmente, sa masse volumique diminue. Dans le cas de l’eau, la variation de sa masse volumique en fonction de la température est indiquée dans le tableau ci-dessous :
Température de l’eau (°C) Masse volumique de l’eau (kg/m3)
10 °C999.79 kg/m3
20 °C999.65 kg/m3
30 °C998.16 kg/m3
40 °C995.59 kg/m3
50 °C992.17 kg/m3
60 °C983.13 kg/m3
70 °C977.70 kg/m3
80 °C971.81 kg/m3
90 °C965.34 kg/m3
100 °C958.40 kg/m3
On constate que l’eau froide à 10 °C est 1.6% plus lourde que l’eau chaude à 60°C.

Ainsi, l’eau froide est plus lourde que l’eau chaude. En ce sens, les fabricants de ballon d’eau chaude ont prévu l’arrivée de l’eau froide en partie basse, alors que la sortie de l’eau chaude se fait en partie haute du ballon. De ce fait, lorsque de l’eau chaude est puisée au ballon par le haut, celle-ci est remplacée par de l’eau froide en partie basse du ballon.

Eviter de mélanger l’eau froide avec l’eau chaude

Si un ballon de 200 litres à 60°C est vidé à moitié, la stratification va permettre de conserver 100 litres d'eau à 60°C en partie haute (et donc encore exploitables) et 100 litres à 10°C en partie basse. Il convient d’éviter que l’eau froide à 10 °C se mélange à l’eau chaude. En cas de mélange excessif, la température de l’eau du ballon serait uniforme et égale 35 °C, température inappropriée. Pour cela, les fabricants ont prévu un système de casse-vitesse de l’eau froide :

Le phénomène de stratification permet de profiter durablement de l’eau chaude sanitaire  Le phénomène de stratification est inefficace. L’eau froide se mélange avec l’eau chaude
A gauche : Le phénomène de stratification permet de profiter durablement de l’eau chaude sanitaire.
A droite : Le phénomène de stratification est inefficace. L’eau froide se mélange avec l’eau chaude.


La vidéo ci-dessous permet d’illustrer le phénomène de stratification lorsqu’on puise de l’eau chaude du ballon. La simulation correspond à un ballon d’eau chaude de 80 L de 40 cm de haut, 20 cm de rayon. Le débit de puisage d'eau chaude est constant et vaut 6 L/minutes. La durée de la simulation est de 13 minutes (vidéo publiée en accéléré).



Ainsi, au bout de 13 minutes de puisage, il n'y a plus d'eau chaude dans le ballon. Le phénomène de stratification a permis de conserver l'eau chaude en haut du ballon.