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Calculateur de dimensionnement de chauffe-eau — First Hour Rating (FHR)

Dimensionnez un chauffe-eau à accumulation par le First Hour Rating ASHRAE. Entrez volume du ballon, BTU du brûleur et rendement de récupération, puis comparez le résultat à la demande d'eau chaude en heure de pointe pour douches, lave-vaisselle et lave-linge.

By TradeCalc, Plumber Calculators — Code-Referenced — ASHRAE Handbook HVAC Applications (Service Water Heating), DOE 10 CFR 430, ASPE PDH Vol. 2, UPC Chapter 5 (Water Heaters)

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Comment dimensionner un chauffe-eau (ASHRAE First-Hour Rating)

Que signifie First Hour Rating

Le First Hour Rating (FHR) est le nombre de gallons d'eau chaude qu'un chauffe-eau à accumulation peut délivrer dans la première heure d'utilisation, en partant d'un ballon plein à température de consigne, sans que la température de sortie ne chute sous 110°F. C'est la métrique de capacité standard DOE / ASHRAE imprimée sur l'étiquette jaune EnergyGuide de chaque chauffe-eau. Un ballon de 50 gallons ne délivre pas 50 gallons utilisables — seulement environ 70 % du ballon est assez chaud avant que la dilution ne réduise la sortie sous 110°F. Le FHR combine ce stockage utilisable avec la vitesse à laquelle le brûleur peut réchauffer l'eau froide entrante (le taux de récupération).

La formule ASHRAE First-Hour Rating

FHR = (gallons du ballon × 0,70) + taux de récupération

taux de récupération (gph) = (BTU_entrée × rendement de récupération) / (8,33 × élévation de température)

  • gallons du ballon = volume nominal du ballon (gal)
  • 0,70 = facteur DOE de stockage utilisable (seulement 70 % est assez chaud)
  • BTU_entrée = puissance du brûleur (BTU/hr)
  • rendement de récupération = 0,78 gaz atmosphérique, 0,95 condensation/ventilé, 0,98 électrique
  • 8,33 = lb d'eau par gallon (chaleur massique 1 BTU/lb·°F)
  • élévation de température = consigne − entrée (°F) ; typique 100°F (40°F entrée à 140°F consigne)

Demande d'eau chaude en heure de pointe

ASHRAE Handbook (Service Water Heating) donne la consommation d'eau chaude par usage : une douche de 10 minutes à 2,5 gpm ≈ 25 gal, un cycle lave-vaisselle ≈ 10 gal, un cycle lave-linge à chaud ≈ 15 gal, un usage lavabo ≈ 2 gal. Additionnez cela pour l'heure de pointe (typiquement matin ou soir) et dimensionnez de sorte que FHR ≥ demande. Une famille de 4 atteint typiquement un pic de 65 à 90 gal ; une famille de 6 à 100 à 130 gal.

Exemple détaillé

Scénario : Une famille de 4 dimensionne un chauffe-eau gaz de remplacement. Le ballon est de 50 gal, le brûleur de 40 000 BTU/hr, rendement de récupération 0,78 (gaz atmosphérique), élévation de température 100°F (40°F entrée → 140°F consigne). Heure de pointe : 2 douches, 1 cycle lave-vaisselle, 1 cycle lave-linge à chaud.

  1. Taux de récupération = (40 000 × 0,78) / (8,33 × 100) = 31 200 / 833 = 37,5 gph
  2. Stockage utilisable = 50 × 0,70 = 35 gal
  3. FHR = 35 + 37,5 = 72,5 gal
  4. Demande de pointe = (2 × 25) + 10 + 15 = 75 gal
  5. FHR 72,5 < demande 75 → 2,5 gal court ✗ (insuffisant)

Cette unité est à peine sous-dimensionnée. Options : passer à un modèle de 50 gal / 65 000 BTU haute récupération (FHR ≈ 96 gal), ou à une unité condensation de 50 gal / 60 000 BTU à rendement 0,95 (FHR ≈ 103 gal), installer des pommes de douche à faible débit 1,5 gpm pour réduire la demande à 55 gal, ou passer à l'instantané.

Conseils pratiques

  • Le volume du ballon seul est trompeur. Une unité de 40 gal à 65 000 BTU a souvent un FHR plus grand qu'une unité de 50 gal à 35 000 BTU, car la récupération domine la première heure. Vérifiez toujours le numéro FHR de l'étiquette jaune EnergyGuide, pas seulement les gallons.
  • La récupération gaz surpasse l'électrique. Une unité gaz typique de 50 gal à 40 000 BTU récupère ~37 gph ; une électrique de 50 gal à 4 500 W ne récupère que ~22 gph (équivalent à 15 300 BTU/hr). Les unités électriques ont besoin de ballons plus grands pour le même FHR.
  • L'entrée froide varie par région. La température d'entrée va de 40°F (hiver dans le Maine) à 70°F (Floride). Une élévation de 100°F suppose 40°F d'entrée ; une entrée de 70°F n'a besoin que de 70°F d'élévation, augmentant la récupération de 40 % — les unités du Sud récupèrent plus vite avec les mêmes BTU.
  • L'instantané omet le stockage et se dimensionne par gpm de pointe au lieu de FHR. Un chauffe-eau instantané de 199 000 BTU délivre ~5 gpm à élévation de 70°F — assez pour 2 douches simultanées. Mais l'instantané ne peut pas servir une maison à pic élevé/moyenne basse (5 douches + lessive à la fois) aussi bien qu'un grand ballon de stockage.
  • Les raccordements à faible débit réduisent la demande de pointe. Passer de pommes de douche 2,5 gpm à 1,5 gpm réduit chaque douche de 25 gal à 15 gal — une réduction de 40 % de la demande en heure de pointe qui peut permettre de réduire la taille du ballon.

Références de Code

ASHRAE Handbook HVAC Applications (Service Water Heating), DOE 10 CFR 430, ASPE PDH Vol. 2, UPC Chapter 5 (Water Heaters)

Questions Fréquentes

Qu'est-ce que First Hour Rating (FHR) dans un chauffe-eau ?
Le FHR est le nombre de gallons d'eau chaude qu'un chauffe-eau à accumulation peut délivrer dans la première heure en partant d'un ballon plein chaud, avant que la température de sortie ne chute sous 110°F. Il est imprimé sur l'étiquette jaune EnergyGuide du DOE. FHR = (gallons du ballon × 0,70) + taux de récupération (gph). Le facteur 0,70 reflète que seulement 70 % du ballon est utilisable avant que la dilution ne réduise la température de sortie ; la récupération est la vitesse à laquelle le brûleur réchauffe l'eau froide d'entrée.
Comment calculer le taux de récupération d'un chauffe-eau ?
Taux de récupération (gallons par heure) = (BTU entrée × rendement de récupération) / (8,33 × élévation de température). Pour un chauffe-eau gaz atmosphérique de 40 000 BTU (rendement 0,78) à élévation de 100°F : (40 000 × 0,78) / (8,33 × 100) = 37,4 gph. Un élément électrique de 4 500 W (15 300 BTU/hr) à rendement 0,98 et élévation 100°F ne récupère que ~22 gph — le gaz récupère presque deux fois plus vite.
Quelle taille de chauffe-eau pour une famille de 4 ?
Une famille de 4 atteint typiquement un pic de 65 à 90 gal dans l'heure la plus chargée (2 douches + lessive + vaisselle). Un chauffe-eau gaz de 50 gal à 40 000 BTU a FHR ≈ 72 gal — adéquat mais juste. Pour le confort et les invités futurs, la plupart des installateurs recommandent une unité de 50 gal à 65 000 BTU haute récupération (FHR ≈ 99 gal) ou une unité de 75 gal à 40 000 BTU. Un chauffe-eau instantané à condensation (199 000 BTU) délivre ~5 gpm en continu et est un remplacement populaire.
Pourquoi mon nouveau chauffe-eau de 50 gal manque-t-il d'eau chaude ?
Trois causes courantes : (1) récupération lente — un brûleur de 35 000 BTU ne récupère que 33 gph, donc la seconde douche sort froide ; (2) un dip tube défectueux qui mélange l'entrée froide avec la sortie chaude, réduisant effectivement le stockage utilisable ; (3) une fuite cachée (souvent une fuite de dalles ou un robinet de lave-linge défectueux) qui tire l'eau chaude 24/7. Vérifiez d'abord le FHR sur l'étiquette EnergyGuide — s'il est sous 70 gal pour une maison de 4, l'unité est sous-dimensionnée.