Le chauffage de l'eau est un processus de transfert de chaleur qui utilise une source d'énergie pour chauffer l'eau au-dessus de sa température initiale. Les usages domestiques typiques de l'eau chaude comprennent la cuisine, le nettoyage, la baignade (eau chaude sanitaire, ECS) et le chauffage des locaux (fluide caloporteur). Dans l'industrie, l'eau chaude et l'eau chauffée en vapeur ont de nombreux usages (voir aussi l'article « eau d'alimentation de chaudière »).
À la maison, l'eau est traditionnellement chauffée dans des récipients connus sous le nom de bouilloires (en anglais water heaters, kettles, cauldrons, pots, ou coppers). Ces récipients métalliques qui chauffent une quantité d'eau définie ne produisent pas en continu une eau chauffée à une température prédéfinie. Rarement, l'eau chaude est produite naturellement, généralement à partir de sources chaudes naturelles. La température varie en fonction du taux de consommation, devenant plus froide à mesure que le débit augmente.
Les appareils qui fournissent un approvisionnement continu en eau chaude sont appelés les chauffe-eau, boilers, ballons d'eau chaude, chaudières, échangeurs de chaleur ou calorifères (en anglais water heaters, hot water heaters, hot water tanks, boilers, heat exchangers, geysers, ou calorifiers). Ces noms dépendent de la région et du fait qu'ils chauffent de l'eau potable ou non, qu'ils sont utilisés à des fins domestiques ou industrielles et aussi de leur source d'énergie. Dans les installations domestiques, l'eau potable chauffée pour des usages autres que le chauffage des locaux est également appelée eau chaude sanitaire (ECS) (en anglais domestic hot water - DHW).
Les combustibles fossiles (gaz naturel, gaz de pétrole liquéfié, fioul) ou les combustibles solides sont couramment utilisés pour chauffer l'eau. Ceux-ci peuvent être consommés directement ou peuvent produire de l'électricité qui, à son tour, chauffe l'eau. L'électricité pour chauffer l'eau peut également provenir de n'importe quelle autre source électrique, telle que l'énergie nucléaire ou l'énergie renouvelable. Les énergies alternatives telles que l'énergie solaire, les pompes à chaleur, le recyclage de la chaleur par eau chaude et le chauffage géothermique peuvent également chauffer l'eau, souvent en combinaison avec des systèmes de secours alimentés par des combustibles fossiles ou l'électricité.
Les zones urbaines densément peuplées de certains pays fournissent un chauffage d'eau chaude urbain. C'est particulièrement le cas en Scandinavie, en Finlande et en Pologne. Les réseaux de chaleur urbains fournissent de l'énergie pour le chauffage de l'eau et le chauffage des locaux à partir d'installations de production combinée de chaleur et d'électricité (cogénération, en anglais Combined Heat and Power - CHP), de chaleur résiduelle (en anglais ) des industries, des incinérateurs, de chauffage géothermique et de chauffage solaire central. Le chauffage réel de l'eau du robinet est effectué dans des échangeurs de chaleur chez les consommateurs. Généralement, le consommateur n'a pas de chauffage d'appoint (in-building backup system) à l'intérieur du bâtiment, en raison de la haute disponibilité attendue des systèmes de chauffage urbain.
vignette|-1: Alimentation en eau potable-2: Départ vers une source externe prioritaire (pompe à chaleur, panneau solaire,...)-3: Retour chaud du circuit prioritaire- 4: Pompe, actionneur, contrôleur etc.- 5: Chaudière d'appoint- 6: Réservoir de stockage d'eau- 7: Distribution d'eau chaude
Types d'appareils de chauffage à eau vignette|Chauffe-eau électrique de type réservoir (États-Unis) L'eau chaude utilisée pour le chauffage des locaux peut être chauffée par des combustibles fossiles dans une chaudière, tandis que l'eau potable peut être chauffée dans un appareil séparé. C'est une pratique courante aux États-Unis, surtout lorsque le chauffage des locaux à l'air chaud est habituellement utilisé.
Chauffe-eau à accumulation (type réservoir) vignette|Chauffe-eau au gaz (haut) et chauffe-eau à réservoir (bas) (Allemagne) Dans un usage domestique et commercial, la plupart des chauffe-eau nord-américains et sud-asiatiques sont du type à réservoir, également appelés chauffe-eau à accumulation. Ils sont constitués d'un récipient cylindrique qui garde l'eau, chaude et prête à l'emploi. Les tailles typiques pour un usage domestique varient de 75 à 400 litres (20 à 100 gallons US). Ceux-ci peuvent utiliser l'électricité, le gaz naturel, le propane, le mazout, l'énergie solaire ou d'autres sources d'énergie. Les appareils de chauffage au gaz naturel sont les plus populaires aux États-Unis et dans la plupart des pays européens, car le gaz est souvent acheminé de façon pratique dans les villages et les villes et est actuellement le moins cher à utiliser. Aux États-Unis, les chauffe-eau à gaz naturel typiques pour les ménages sans besoins inhabituels sont de 40 ou 50 gallons américains avec un brûleur évalué à 34 000 à 40 000 BTU / heure. Certains modèles offrent des émissions selon le label "High Efficiency and Ultra Low NOx".
Ceci est un arrangement populaire où des débits plus élevés sont requis pour des périodes limitées, l'eau est chauffée dans un récipient résistant à la pression qui peut supporter une pression hydrostatique proche de celle de l'alimentation du réseau entrant. En Amérique du Nord, ces réservoirs sont appelés hot water tanks et peuvent comporter un dispositif de chauffage à résistance électrique, une pompe à chaleur ou un brûleur à gaz ou à mazout qui chauffe directement l'eau.
Lorsque des chaudières de chauffage d'eau chaude sont installées, les réservoirs d'eau chaude sanitaire sont généralement chauffées indirectement par l'eau primaire de la chaudière, ou par un thermoplongeur électrique (souvent en appoint à la chaudière). Au Royaume-Uni, ces réservoirs sont appelés indirect cylinders, ou direct cylinders, respectivement. De plus, si ces cylindres font partie d'un système scellé, fournissant de l'eau chaude à pression de réseau, ils sont connus comme des unvented cylinders (cylindres non ventilés). Aux États-Unis, lorsqu'ils sont connectés à une chaudière, ils sont appelés indirect-fired water heaters (chauffe-eau à combustion indirecte).
Comparés aux appareils de chauffage sans réservoir, les chauffe-eau à accumulation ont l'avantage d'utiliser l'énergie (gaz ou électricité) à un rythme relativement lent, stockant la chaleur pour une utilisation ultérieure. L'inconvénient est qu'avec le temps, la chaleur s'échappe de la paroi du réservoir et que l'eau se refroidit, activant le système de chauffage pour réchauffer l'eau, de sorte que l'investissement dans un réservoir avec une meilleure isolation améliore cette efficacité en veille. De plus, quand une utilisation intensive épuise l'eau chaude, il y a un délai important avant que l'eau chaude ne soit à nouveau disponible. Les réservoirs plus grands ont tendance à fournir de l'eau chaude avec moins de fluctuation de température à des débits modérés.
Les chauffe-eau à accumulation de volume (Volume storage water) aux États-Unis et en Nouvelle-Zélande sont généralement des réservoirs cylindriques verticaux, généralement debout sur le plancher ou sur une plate-forme surélevée au-dessus du sol. Les chauffe-eau à accumulation de volume en Espagne sont généralement horizontaux. En Inde, ils sont principalement verticaux. Dans les appartements, ils peuvent être montés dans le plafond au-dessus des buanderies. En Australie, les réchauffeurs de réservoirs extérieurs fonctionnant au gaz et électriques ont été principalement utilisés (avec des températures élevées pour augmenter la capacité effective), mais les réservoirs de toit solaire sont en train de devenir à la mode.
De minuscules chauffe-eau électriques à accumulation au point d'utilisation (POU) d'une capacité de 8 à 32 litres (2 à 6 gallons) sont prévus pour être installés dans les armoires de cuisine et de bain ou sur le mur au-dessus d'un évier. Ils utilisent généralement des éléments chauffants de faible puissance, d'environ 1 kW à 1,5 kW, et peuvent fournir de l'eau chaude assez longtemps pour le lavage des mains ou, si une conduite d'eau chaude est raccordée, jusqu'à ce que l'eau chaude arrive. Ils peuvent être utilisés lors de la rénovation d'un bâtiment lorsque la plomberie eau chaude est trop coûteuse ou peu pratique. Comme ils maintiennent la température de l'eau thermostatiquement, ils ne peuvent fournir qu'un débit continu d'eau chaude à des débits extrêmement faibles, contrairement aux appareils de chauffage de grande capacité sans réservoir.
Dans les pays tropicaux, comme Singapour et l'Inde, un chauffe-eau à accumulation peut varier de 10 à 35 litres. Des chauffe-eau plus petits sont suffisants, car les températures ambiantes et la température de l'eau entrante sont modérées.
Point-of-use (POU) vs eau chaude centralisée En phase conception, une décision de l'emplacement peut être prise entre les chauffe-eau centralisés et les points d'utilisation. Les chauffe-eau centralisés sont plus traditionnels et constituent toujours un bon choix pour les petits bâtiments. Pour les bâtiments plus grands avec une utilisation intermittente ou occasionnelle d'eau chaude, plusieurs chauffe-eau décentralisés peuvent être un meilleur choix, car ils peuvent réduire les longs délais d'attente pour que l'eau chaude arrive d'un système de chauffe distant. La décision de l'emplacement du (des) chauffe-eau(x) n'est que partiellement indépendante de la décision d'un chauffe-eau avec ou sans réservoir, ou le choix de la source d'énergie pour la chaleur.
Chauffe-eau sans réservoir
vignette|L'intérieur d'un réchauffeur sans réservoir hydraulique à deux étages, chauffé par énergie électrique triphasée. Le réservoir en cuivre contient des éléments chauffants avec 18 kW puissance maximale. Les chauffe-eau sans réservoir, aussi appelés chauffe-eau instantanés (en anglais, instantaneous, continuous flow, inline, flash, on-demand ou instant-on water heaters) - chauffe-eau à haute puissance - chauffent l'eau instantanément pendant qu'elle traverse le dispositif, et ne stockent pas l'eau intérieurement excepté celle qui est dans le circuit d'échange de chaleur. Les échangeurs de chaleur en cuivre sont préférés dans ces unités en raison de leur conductivité thermique élevée et de leur facilité de fabrication.
Des appareils de chauffage sans réservoir peuvent être installés dans un foyer à plusieurs points d'utilisation (point of use - POU), loin d'un chauffe-eau central, ou des modèles centralisés plus grands peuvent toujours être utilisés pour fournir tous les besoins en eau chaude d'une maison entière. Les principaux avantages des chauffe-eau sans réservoir sont un débit continu abondant d'eau chaude (par rapport à un débit limité d'eau chaude chauffée en continu à partir de chauffe-eau conventionnels) et des économies d'énergie potentielles dans certaines conditions. Le principal inconvénient est leur coût initial beaucoup plus élevé, selon une étude américaine réalisée dans le Minnesota, les chauffe-eau sans réservoir impliquent une période amortissement de . Comparativement à un chauffe-eau au gaz naturel moins efficace, le gaz naturel à la demande coûtera 30 % de plus pendant sa durée de vie utile.
Les appareils autonomes pour le chauffage rapide de l'eau à usage domestique sont connus : en Amérique du Nord comme tankless ou on demand water heaters. Dans certains endroits, ils sont appelés appareils de chauffage multipoints multipoint heaters, geysers ou ascots. En Australie et en Nouvelle-Zélande, on les appelle des instantaneous hot water units (unités d'eau chaude instantanées). En Argentine, ils sont appelés calefones . Dans ce pays, les calefones utilisent du gaz au lieu de l'électricité. Un appareil à bois semblable était connu sous le nom de chip heater chauffage à copeaux.