6.2          Production de chaleur dans un chauffage central à eau chaude

6.2.1     Radiateurs

6.2.1.1  Principes de base de l’émission de chaleur

Chaque radiateur évacue une quantité de chaleur égale à la différence entre le flux de chaleur circulant avec l’eau et celui le quittant. Cette différence est transmise à l’air ambiant en partie par rayonnement et en partie par convection (c’est-à-dire, transport de la chaleur avec déplacement de l’air).

Le pourcentage d’émission de chaleur par rayonnement et par convection d’un radiateur isolé dépend de sa forme.

Fig. 6-26

Émission de chaleur provenant des radiateurs
a) Surtout par rayonnement
b) Par rayonnement et convection
c) Surtout par convection

L’émission de chaleur d’un radiateur doit être le moins entravé possible. Dans la pratique, elle est cependant diminuée par un grand nombre d’influences (voir 6.2.1.2). Dans de tels cas, la température moyenne du radiateur – c’est-à-dire normalement la température de départ  – doit être augmentée afin de compenser les effets de ces influences (négatives).

6.2.1.2  Influences sur l’émission de chaleur d’un radiateur

Les panneaux d’un radiateur, couvercles, rideaux ou meubles réduisent le flux d’air autour du radiateur et donc son émission de chaleur par convection ainsi que celle par rayonnement.

Si les distances entre le radiateur et le mur, le plancher et l’appui de fenêtre sont inférieures à celles spécifiées par le fabricant, le rendement de l’émission de chaleur peut diminuer de 15% ou plus.

Si un radiateur n’est pas connecté de manière normale (départ au-dessus, retour en-dessous), alors la diminution de rendement peut atteindre les 25%.

La densité de l’air et la hauteur au-dessus du niveau de la mer peuvent avoir une grande influence sur l’émission de chaleur d’un radiateur. La diminution de rendement s’élève à environ 5% par 1000 mètres au-dessus du niveau de la mer.

Les couleurs claires ou foncées n’ont pas d’importance. Cependant, la peinture avec bronze métallique est unique à cet égard. Elle diminue l’émission de chaleur de quelque 10% (selon d’autres sources jusqu’à 25%).

6.2.1.3  Chauffage par le sol

Il existe un grand nombre de systèmes différents de chauffage par le sol sur le marché. Selon le produit, les tuyaux sont disposés dans le sol en cercle ou en serpentin. L’idée est de produire la température de surface la plus uniforme possible et si nécessaire, un chauffage plus fort sur les bords le long des murs extérieurs par une distance plus étroite entre les tuyaux. Les systèmes de chauffage par le sol fonctionnent généralement à de basses températures et peuvent ainsi être très économiques en étant commandés par des chaudières à basse température, des pompes à chaleur ou l’énergie solaire. Les systèmes de chauffage par le sol sont ressentis comme étant très confortables. Ils sont donc surtout installés dans les bâtiments résidentiels et—comme les systèmes de chauffage de base—dans les chambres d’hôtel.

Dans des bâtiments bien isolés thermiquement les arguments en faveur du chauffage par le sol concernant le confort et la consommation d’énergie n’ont plus la même importance qu’avant. D’un côté, la température de surface n’est qu’à peine supérieure à la température ambiante. D’un autre côté, la température de surface des structures extérieures (murs, fenêtres) du côté de la pièce n’est qu’à peine inférieure à la température ambiante et garantit un confort thermique suffisant même sans chauffage par le sol.

Les avantages et inconvénients du chauffage par le sol par rapport aux radiateurs à basse température sont les suivants :

Avantages :

–  Adaptabilité particulière pour les pompes à chaleur et la chaleur solaire à cause d’une température d’eau chaude inférieure (max. 35°C) et de la capacité de stockage de la chaleur,

–  Moins de fissures dans les tuyaux et donc moins d’efforts structurels ultérieurs,

–  Pas de rideaux devant les radiateurs,

–  Pas de problèmes de localisation des radiateurs

Inconvénients :

–  Plus grande inertie thermique et donc un moins bon contrôle,

–  Coûts élevés des modifications ou réparations ultérieures aux surfaces de chauffage,

–  Limitations en ameublement (ex. : tapis) ainsi qu’en séparations flexibles de pièce.

6.2.1.4  Chauffage par le plafond

Le chauffage par le plafond est le plus ancien des systèmes de chauffage de surface. Comme l’émission de chaleur ne se produit essentiellement que par rayonnement, la température de surface du plafond doit être relativement élevée par rapport à celle du chauffage par le sol. Dans les bâtiments résidentiels et bureaux, le résultat était donc : « Tête chaude, pieds froids » et était perçu comme très inconfortable. Les quatre variantes suivantes de chauffage par le plafond (Fig 6-27) furent développées à partir de systèmes ayant des tuyaux cimentés en acier (début du 20e siècle) :

–  Chauffage par le plafond à tuyaux (a) avec des tuyaux cimentés dans le béton de construction (chauffage Crittall) ou l’enduit de mortier. Températures de fonctionnement : max. 55/40°C. Contrôle inertiel.

–  Chauffage par la plafond à lames (b), combiné avec des installations de ventilation. Températures de fonctionnement : 90/70 °C. Contrôle moins inertiel.

–  Chauffage par le plafond à cavité (c), combiné avec des installations de ventilation. Températures de fonctionnement : 90/70 °C. Contrôle moins inertiel.

–  Chauffage par plaques de rayonnement (d), Température de fonctionnement dans une zone à eau brûlante : plus de 100°C.

Fig 6-32

De ces systèmes, seul le chauffage par plaque de rayonnement est actuellement utilisé dans des applications industrielles.

6.2.1.5  Chauffage par le mur

Un chauffage par le mur avec des températures de surface douces remplit très bien les exigences de confort thermique parce qu’une surface beaucoup plus grande du corps humain debout ou assis reçoit le rayonnement par rapport au chauffage par le sol ou par le plafond. Il n’y a que quelques applications connues dans la pratique. (Exemple : Cloître d’un ancien couvent, avec un sol intouchable.)

La canalisation peut être cimentée sur place ou logée dans un enduit de mortier. Une aussi bonne isolation que pour le chauffage par le sol est nécessaire, particulièrement pour les murs extérieurs.