Le chauffage central

3. Chauffage central :
Les dispositifs de chauffage central furent conus par les Romains. Il n’est gure possible de dmontrer qui, longtemps avant notre re a t le premier excuter des installations de chauffage par le sol... On a bien dcouvert des canaux disposs sous les sols du palais des Rois de l’Arzawa, en Anatolie, construit vers 1200 avant J. C. Des dcouvertes similaires ont t faites au nord de la Chine et au Tibet travers une sorte de chauffage intgr sous les lits de repos. Au dbut du XIXe sicle, le chauffage centralis l’eau chaude. Le premier systme employa, petite chelle, un type de central efficace, mis au point en 1835, tait air chaud. Le chauffage la vapeur fut invent vers 1850.

3.1 Principe :
Les systmes de chauffage central fournissent de la chaleur partir d’une ou de plusieurs chaudires un seul btiment ou un groupe d’habitations. Le terme chauffage urbain s’applique aux systmes dans lesquels un grand nombre d’immeubles sont aliments en vapeur par une salle de chaudires centrale gre par un service public. La chaleur est vhicule par la vapeur d’eau, l’eau chaude ou l’air (fluides caloporteurs), par effet de thermosiphon — circulation naturelle due des diffrences de densit, ou par des moyens mcaniques —, circulateur ou pompe (circulation force). La chaleur est ensuite transmise par convection des lments tubulaires, les corps de chauffe (radiateurs ou convecteurs).

3.2 Installations :
Les systmes eau chaude ou vapeur sont constitus d’une ou de plusieurs chaudires, gnrateurs de vapeur d’eau ou d’eau chaude, relies aux corps de chauffe, qui sont connects entre eux. Les installations air chaud ne sont pas quipes de corps de chauffe.
3.3Chaudires
Les chaudires des systmes de chauffage sont en gnral alimentes par des combustibles, tels que le fioul, le gaz, lectrique, le bois ou le charbon. En brlant, le combustible chauffe des pices mtalliques, qui transfrent la chaleur de l’eau, de la vapeur ou mme de l’air. Le fonctionnement de la plupart des chaudires est contrl automatiquement et distance par des thermostats. Dans les chaudires au fioul et au gaz, la chaleur est rgule par des brleurs, qui peuvent tre asservis par un thermostat. Les chaudires combustibles solides prsentent un inconvnient : on doit les alimenter en combustible assez frquemment. En outre, l’vacuation des cendres du chargeur ou du foyer est indispensable. Le foyer de combustion et la chaudire sont gnralement enferms dans une enveloppe isole.

3.4 Systme air chaud :
Le systme air chaud le plus simple est constitu d’un foyer et d’un tuyau d’vacuation pour le gaz rejet, tous deux situs dans une enveloppe de tle. Le dispositif est galement quip de conduits menant aux diffrentes pices. Pour assurer une circulation naturelle de l’air chaud qui tend s’lever, la chaudire est en gnral installe au sous-sol de la maison (circulation naturelle). L’air froid, provenant de l’intrieur ou de l’extrieur de la maison, est admis dans un compartiment situ entre le foyer et l’enveloppe, puis est chauff par contact avec les surfaces trs chaudes de la chaudire. En gnral, celle-ci est quipe d’une cuve d’eau, sur laquelle l’air chaud passe pour tre humidifi avant de circuler dans la maison. Aprs avoir t chauff, l’air est amen par les conduites jusqu’aux grilles ou registres individuels (plaques mobiles), situs dans chaque pice. Les grilles ou registres sont ouverts ou ferms pour contrler la temprature des pices. Contrairement aux systmes de chauffage eau chaude ou vapeur, celui air chaud ne ncessite pas de radiateurs
Circulation de l’air
Le problme principal dans les systmes air chaud est l’obtention d’une circulation d’air adquate. Pour chauffer convenablement une maison, les conduites d’air chaud doivent avoir un diamtre relativement grand. Elles doivent tre connectes la chaudire et tre correctement isoles pour viter les pertes de chaleur.
Dans un systme air puls (circulation force), un ventilateur ou un souffleur d’air est plac dans l’enveloppe de la chaudire. Un tel systme assure la circulation d’une grande quantit d’air, mme dans des conditions dfavorables. Des filtres poussire peuvent tre installs pour nettoyer l’air. Lorsqu’ils sont associs des lments refroidissant, humidificateurs et dshumidificateurs, les systmes air puls sont efficaces pour le chauffage et le refroidissement.

3.5 Systmes eau chaude :
Les installations de chauffage central eau chaude sont constitues d’une ou de plusieurs chaudires (murales, basse ou trs basse temprature, sol, chemine, ventouse, condensation) connectes des corps de chauffe, en gnral des radiateurs. L’eau chaude, gnre par la ou les chaudires, est amene par des tuyaux jusqu’aux corps de chauffe dans les diffrentes pices. Les installations eau chaude, les plus utilises, permettent de contrler facilement la temprature du fluide caloporteur en fonction des conditions extrieures.
Corps de chauffe
Les corps de chauffe sont des units d’mission de chaleur, qui diffusent dans les pices la chaleur produite par un systme de chauffage. Ce sont des radiateurs, des convecteurs, des panneaux rayonnants ou des plinthes chauffantes, planchers chauffants, murs chauffants, plafonds chauffants, arotherme. Ils peuvent tre rgul par des vannes thermostatiques ou des thermostats d’ambiances. Les radiateurs ordinaires sont constitus d’une srie de grilles ou d’anneaux en fonte ou de fonte d’aluminium, de superficie totale relativement importante. 30 40 % de la chaleur est cde la pice par rayonnement, le reste, par convection naturelle. Les convecteurs sont composs d’un rseau de tubes plats en acier ou en mtal non ferreux. Ils sont placs dans des appareils clos, conus pour permettre une circulation de l’air. Ainsi, la chaleur est fournie en grande partie par convection, en gnral force. En effet, les magasins, les entrepts et les usines sont souvent quips de ventilateurs lectriques (ventilo convecteur) qui vhiculent l’air vers les convecteurs.
Chauffage par rayonnement
La chaleur est fournie en partie par rayonnement dans tous les systmes de chauffage direct. Cependant, le terme chauffage par rayonnement s’applique couramment aux systmes de panneaux rayonnants, dans lesquels les planchers, les murs ou les plafonds servent d’units d’mission de chaleur (ce fut le cas, jadis, dans les hypocaustes romains). Lors de la construction du btiment, des tuyaux, o circulent de la vapeur ou de l’eau chaude, sont placs dans les murs ou dans les sols. Contrairement au chauffage qui emploie des radiateurs ou des convecteurs, le chauffage par rayonnement assure une temprature uniforme de l’air des pices, avec un cot de fonctionnement relativement bas. Le panneau se diffrencie des autres corps de chauffe par l’tendue et la basse temprature de sa surface. Ainsi, les dispositifs panneaux sont dits chaleur diffuse.

Distribution de l’eau
Il existe des systmes un ou deux tuyaux. Dans le premier dispositif, l’eau, pntrant par le ct d’alimentation de la canalisation principale dans chaque corps de chauffe, circule dans ceux-ci et est vacue par le mme tuyau. Ainsi, l’eau se refroidit en s’loignant de la chaudire. Par consquent, pour fournir la mme quantit de chaleur, les corps de chauffe les plus loigns de la chaudire doivent avoir des dimensions suprieures celles des autres radiateurs. Le systme deux tuyaux est muni d’une canalisation servant au dpart de l’eau chaude de la chaudire vers les radiateurs, et d’une autre pour le transport du fluide des radiateurs la chaudire. Ce dispositif est par consquent plus efficace et plus facile contrler que le prcdent. La distribution de l’eau dans les corps de chauffe peut s’effectuer par la partie suprieure de l’installation (distribution en parapluie) : les canalisations d’amene sont alors places dans les combles, et celles de retour, dans le sous-sol. L’installation peut galement fonctionner avec une distribution infrieure : les canalisations d’amene et de retour sont places dans le sous-sol. C’est actuellement le systme le plus rpandu. Dans les deux dispositifs, un vase d’expansion, ouvert ou clos, est ncessaire pour compenser les variations de volume de l’eau. Le circuit est ouvert ou ferm, selon que le vase d’expansion, situ au sommet de l’installation, est en communication ou non avec l’atmosphre. Dans le premier cas, le dispositif est basse pression ; dans le second cas, il est haute pression ou eau surchauffe, et est employ pour chauffer des locaux de grande superficie ou pour vhiculer la chaleur sur des distances importantes.
Circulation de l’eau
Dans les systmes basse pression, la circulation de l’eau tait autrefois provoque par une diffrence de densit (circulation naturelle). Dans un tel systme, les corps de chauffe (radiateurs) sont placs au-dessus de la chaudire. Ce dispositif ncessite un grand volume d’eau, ce qui implique une grande inertie et une longue mise en rgime. De plus, on peut difficilement rguler son fonctionnement. Dans les dispositifs circulation force, la circulation est rgie par une pompe qui acclre le mouvement du fluide. Ce systme est plus facile utiliser que le dispositif prcdent ; il ncessite galement moins d’eau (inertie moins grande) et des tuyaux de diamtre infrieur.
3.6 Systmes vapeur :
Le chauffage central vapeur utilise le principe suivant : lorsque la vapeur d’eau se condense, elle dgage de la chaleur due son refroidissement, ainsi que des calories provenant de sa transformation en eau (chaleur latente).
Les installations sont semblables celles du chauffage central eau chaude : on trouve des systmes basse pression (seuil rglementaire de 0,5 bar en France) et haute pression (suprieur de 1 2 bars la pression atmosphrique). La vapeur haute pression est rarement admise dans les corps de chauffe (rglage difficile, coulement bruyant, danger en cas de fuite). En fait, on l’utilise surtout pour le transport de la chaleur longue distance, comme pour le chauffage urbain, un dtendeur permettant ensuite de passer de la vapeur basse pression, distribue dans les btiments chauffer.
Les deux amnagements, un et deux tuyaux, sont employs pour la circulation de la vapeur et pour le retour de l’eau forme par condensation vers la chaudire. Il existe trois types principaux de dispositifs vapeur : systmes prise d’air, par vaporisation et systmes vide, ou pompe mcanique.

Systme a prise d’air
Le systme vent (canal d’aration) un tuyau utilise la gravit pour provoquer l’coulement du condensat du corps de chauffe vers la chaudire. C’est le systme le moins coteux installer, mais les tuyaux doivent avoir un diamtre assez important pour recevoir simultanment la vapeur et le condensat. Les prises d’air de chaque radiateur permettent l’vacuation de l’air ject hors du radiateur par la vapeur pendant la priode de rchauffage et au cours du fonctionnement.
Systme par vaporisation
Le systme par vaporisation est quip de deux tuyaux. La vapeur pntre dans le corps de chauffe par une soupape d’admission. L’air et le condensat sont amens vers le tuyau de retour par un purgeur de vapeur situ sur le corps de chauffe. Le condensat est rintroduit dans le radiateur, et l’air est vacu par une bouche d’aration centrale situe au sous-sol ou, dans les plus grandes installations, par des bouches d’aration associes chaque secteur chauff. Un systme par vaporisation, bien que plus coteux installer que le systme un seul tuyau, est plus conomique, car il peut fonctionner sur un cycle de basse combustion et requiert ainsi moins de combustible.

Systme sous vide
Les systmes de chauffage sous vide sont semblables aux systmes de chauffage par vaporisation. Chaque radiateur est quip d’une soupape d’admission et d’un purgeur de vapeur. Les systmes sous vide sont, en plus, quips d’une pompe vide dans la canalisation de retour. Celle-ci maintient un vide partiel dans le dispositif : la vapeur, l’air et le condensat circulent ainsi plus facilement. Le condensat et l’air retournent vers un point central, o le condensat est aspir et renvoy vers la chaudire, puis l’air est vacu l’extrieur. Dans un systme sous vide total, il n’est pas ncessaire de rinjecter le condensat par gravit. Les radiateurs peuvent par consquent tre indiffremment situs au-dessus ou sous la chaudire.

3.7 Chauffage solaire :
nergie solaire
Pendant la journe, la surface de la Terre reoit une quantit importante d’nergie solaire (environ 0,9 kW/h/m2). L’nergie reue varie avec l’heure du jour, l’poque de l’anne, la latitude, la couverture nuageuse de l’atmosphre et la direction de la surface absorbante par rapport au Soleil. Il s’agit d’une nergie renouvelable, d’origine naturelle et inpuisable. Elle peut suffire pour chauffer un btiment bien conu, condition que ce dernier soit quip d’une surface absorbante suffisante, et qu’on puisse stocker suffisamment de chaleur pour alimenter le btiment pendant les priodes d’obscurit et de mauvais temps.

Installations
En gnral, on place des panneaux solaires sur le toit, ainsi que des circuits dans lesquels circule un fluide (eau, air, ammoniac). Le fluide caloporteur, gnralement de l’eau, chauff par le Soleil, s’coule ensuite vers des rservoirs ou des bassins isols dans la maison. Cette eau fournit la chaleur au btiment. Dans des climats plus froids, une source de chaleur supplmentaire est souvent prvue. Certains systmes chauffage solaire fonctionnent avec succs dans de nombreux pays, en particulier dans les rgions o le climat n’est pas excessivement froid. Une bonne rpartition du vitrage dans une maison peut galement rduire considrablement les besoins de chauffage par effet de serre. Il existe d’ailleurs des systmes qui n’utilisent que des verrires et une pompe chaleur. Les habitations du Milton Keynes Energy Park, dans le sud de l’Angleterre, sont toutes alimentes par l’nergie solaire. Plus rcemment, des panneaux solaires composs de cellules photovoltaques ont t utiliss pour produire de l’lectricit, permettant d’alimenter un chauffage lectrique intgr ou de chauffer de l’eau redistribue dans l’habitation. Les expriences de fours solaires (collecteur solaire concentration optique), dans lesquels le rayonnement solaire est focalis sur un corps noir l’aide d’une srie de miroirs ventuellement mobiles, n’ont pas, jusqu’ prsent, t concluantes du fait de leur cot d’installation et d’entretien. On distingue les systmes de chauffage solaire naturels (ou passifs) et les systmes mcaniss (ou actifs). Les premiers font appel des moyens naturels de transmission de l’nergie, comme la convection, la conduction et le rayonnement ; les seconds emploient des dispositifs mcaniques, tels que des pompes ou des ventilateurs.
3.8 Chauffage thermodynamique :
Le chauffage thermodynamique emploie une pompe chaleur, ou thermopompe, dispositif conu pour chauffer ou refroidir une pice, les mcanismes de ces deux procds tant semblables. Au lieu de fournir de la chaleur, comme le ferait une chaudire, la pompe extrait et transporte la chaleur d’un endroit un autre. C’est une machine frigorifique qui fonctionne en quelque sorte l’envers. Un liquide rfrigrant est envoy dans un serpentin situ l’extrieur de la zone chauffer. Le rfrigrant est trs froid : il se vaporise en absorbant la chaleur de l’air extrieur, du sol, de l’eau de puits ou de toute autre source plus chaude (change eau - air eau - eau) . Le liquide rfrigrant vaporis est ensuite vhicul vers un dtendeur qui abaisse sa pression, puis est inject dans un condenseur, o il libre de la chaleur par condensation. Il est enfin amen vers un compresseur, o il est totalement liqufi et o sa temprature est abaisse, avant d’tre rintroduit dans le cycle par le serpentin extrieur. Pour climatiser un espace, des vannes inversent le sens de l’coulement : le rfrigrant transporte la chaleur de l’intrieur vers l’extrieur. Comme les chaudires, la plupart des pompes chaleur sont rgules par des thermostats. Dans la plupart des pompes chaleur, l’air atmosphrique sert de source de chaleur. Cela est difficile raliser dans les zones o les tempratures hivernales sont souvent infrieures 0C : lever la temprature et la pression du rfrigrant devient problmatique. On peut alors utiliser la pompe chaleur gothermique. Pour un fonctionnement conomique du chauffage, la quantit de chaleur libre doit tre suprieure au double de celle absorbe. On trouve les systmes de pompe chaleur dans les rsidences, les difices commerciaux ou les coles.
3.9 Gothermie :
Gothermie, science qui tudie les phnomnes thermiques internes du globe terrestre. La gothermie tente d’intgrer les donnes gophysiques, gochimiques et gologiques dans des modles, afin de reproduire et de comprendre la mcanique thermique de la crote terrestre. Son application pratique principale est la recherche de concentrations naturelles d’eau chaude, utilises pour produire de l’lectricit, comme moyen de chauffage ou comme source de chaleur dans certains procds industriels.
Historique
Les sources chaudes sont utilises depuis l’Antiquit pour leurs vertus thrapeutiques ou comme moyen de dtente. Les premiers immigrants d’Islande transportaient l’eau des sources chaudes jusqu’ leurs abris l’aide de conduits de bois. L’utilisation rationnelle des sources d’eau chaude naturelle n’apparut que plus tard. Le premier rseau connu de distribution de chaleur gothermique se situe en France Chaudes-Aigues (Cantal). Un manuscrit datant de 1334 fait allusion une distribution d’eau chaude naturelle dans les maisons de ce bourg. C’est d’ailleurs la source naturelle la plus chaude d’Europe (82C). Ds cette poque, la distribution de l’eau chaude s’effectua l’aide de tuyaux de bois de pin, creuss dans leur longueur l’aide d’une longue tarire et embots les uns dans les autres. En 1827, Franois Larderel, Franais migr en Italie, remplaa le bois de chauffage par la vapeur naturelle. Celle-ci tant insuffisante, Larderel entreprit en 1833 le premier forage gothermique pour obtenir davantage de vapeur une temprature suprieure. Les travaux de Larderel furent poursuivis par le prince Pierro Conti en Toscane : en 1904, il alluma cinq ampoules lectriques au moyen d’une dynamo entrane par une turbine vapeur gothermique.
3.10 Cognration :

Dans le domaine de l’habitat, des progrs importants ont t raliss en ce qui concerne le chauffage (matriaux isolants, nouvelle gnration de chaudires, double vitrage) par contre les consommations d’nergie lies la climatisation sont en hausse. Quant la production d’nergie destine au chauffage des habitats, une nouvelle technique - la cognration - qui a un rendement nergtique encore plus lev que celui des chaudires classiques (qui ont dj un trs bon rendement), se dveloppe. L’ide est de produire - et d’utiliser - simultanment de la chaleur et de l’lectricit. En effet, la combustion pure un mauvais rendement et dans les systmes classiques, lors de la production d’lectricit (centrales thermiques ou nuclaires), la chaleur produite est dissipe dans l’atmosphre. Tout le monde connat les tours de refroidissement des centrales nuclaires, typiques de ces installations, et qui servent vacuer la chaleur inutilise. On peut donc, partir d’un systme de cognration, fabriquer de la chaleur tout en produisant simultanment de l’lectricit qui peut tre consomme immdiatement ou rinjecte dans le rseau lectrique gnral. Ces systmes peuvent tre utiliss par les industriels, par les immeubles ou par les groupes d’immeubles. Dans ce dernier cas, la chaleur est distribue localement par un rseau de chaleur. Il existe aussi des systmes de cognration de la taille d’une machine laver destination des particuliers. Le dveloppement de ces techniques serait facilit si l’lectricit produite pouvait tre revendue au mme prix que l’lectricit achete, ce qui est le cas aux USA. En France, en revanche, le producteur priv d’lectricit - que l’origine de son lectricit soit la cognration, l’hydraulique, le vent ou le solaire - se heurte au monopole d’EDF qui refuse de lui payer correctement sa production. On peut esprer une volution positive de la position d’EDF mis en concurrence dans le cadre europen. L’enjeu de cette volution est de remplacer progressivement les mastodontes nuclaires ou thermiques par un rseau dcentralis de production de chaleur et d’lectricit, avec un meilleur rendement l’mission et moins de perte, car moins de distance parcourir lors de la distribution.
Il est aussi ncessaire de dnoncer - du fait de la politique du tout nuclaire qui a conduit la France avoir trop d’lectricit - l’aberration franaise de soutien au chauffage lectrique trs mauvais rendement nergtique. Alors que 60% des logements neufs sont quips de chauffage lectrique, on estime que la dcision de supprimer ce mode de chauffage permettrait par les conomies ralises d’absorber pendant vingt ans toutes les demandes autres en nergie supplmentaire. Les convecteurs lectriques sont subventionns ( hauteur de 16000F/100m2) et ils cotent moins cher installer que les chaudires au fuel ou au gaz. C’est l’usager (et non le propritaire ou le promoteur) qui devra ensuite payer la facture. L’avantage global n’est donc franchement pas du ct du chauffage lectrique d’autant plus qu’en France en hiver, les centrales nuclaires n’ayant pas la souplesse ncessaire de fonctionnement pour absorber les pointes de consommation, on remet en route les vieilles centrales thermiques polluantes. Le chauffage lectrique n’est donc pas si propre que cela. Le Danemark, l’oppos, a mis en place depuis quinze ans des rseaux de chaleur - 50% des habitats y sont relis - fabrique par cognration ou nergies renouvelables (paille, biogaz, etc..) et a interdit le chauffage lectrique. Les intrts sont multiples : cots moindres, matrise dcentralise de l’nergie, efficacit nergtique (moins de perte en ligne et meilleur rendement).
Un nouveau courant de l’architecture se dveloppe, qui concilie techniques modernes et savoirs traditionnels, l’architecture bioclimatique. L’ide directrice est de penser en fonction du climat la structure des btiments et de la vgtation affrente afin de minimiser les consommations d’nergie ncessaires pour garder la temprature intrieure dans la fourchette dsire. Amliorant des techniques connues depuis la Perse antique, on peut citer en exemple un immeuble de bureaux construit rcemment Harare au Zimbabwe qui a t conue comme une termitire et qui est ventile efficacement par des courants d’air provoqus par l’agencement des ouvertures de la structure extrieure. Ce btiment remarquable a par ailleurs cot moins cher la construction et consomme deux fois moins d’lectricit qu’un btiment analogue. Outre ces ralisations rares mais spectaculaires, la moiti des maisons qui se construisent actuellement aux Pays-Bas sont d’ores et dj bioclimatiques. Le march est aussi trs dvelopp dans les autres pays germaniques : Suisse, Autriche, Allemagne et dans les pays nordiques. En Italie aussi, du fait d’une culture architecturale ancienne et raffine, l’habitat bioclimatique est l’honneur mais avec une approche esthtique qui capitalise les savoirs ancestraux. Ses voisins du Nord, en revanche, privilgient davantage le ct nature brute avec des matriaux peu travaills, comme cet exemple de toits en pente recouverts de gazon.
Les gains sur la consommation nergtique avec ces diffrentes techniques peuvent terme tre apprciables mais la marge de manoeuvre court terme est rduite. La croissance du parc existant est en effet faible et il est difficile de demander aux particuliers de procder aux travaux de rnovation ncessaires. Une solution serait de parler du cot global d’un habitat ou d’un immeuble : construction et fonctionnement. En France, on ne connat que deux oprations programmes faites ce jour dans l’Aude et dans la Drme et portant sur plusieurs centaines de logements. Il existe aussi quelques ralisations individuelles faites l’initiative d’architectes et de propritaires particulirement motivs (par exemple la maison du dirigeant vert Yves Cochet ou celle ralise vers Alenon par l’architecte environnementaliste Sonia Cortesse l’intention d’un pianiste fru de cabanes canadiennes et d’intrieurs japonais, ralisation qui a obtenu le second prix Renov 99).
Une politique volontariste dans ce domaine peut tre, sur plusieurs dcennies, trs payante. En ce qui concerne les pays en voie de dveloppement, il apparat astucieux qu’ils n’abandonnent pas trop vite l’ensemble des techniques traditionnelles de construction. Il existe encore des mariages intelligents de techniques inventer, conciliant tradition et modernit.




A VOTRE SERVICE DEPUIS 1976

Chauffage, sanitaire, ventilation, climatisation. Entretien et réparations

Prenez rendez-vous aujourd'hui en remplissant notre formulaire en ligne

Arbonia Radiateurs Panneaux Radiateur sèche-serviette
Atlantic
Auer
Delpha - fabricant de meubles, mobilier, décoration de salle de bains
E-burners
ESPRIT concept salle de bain par Kludi
Frisquet
Geberit, le meilleur des deux mondes réunis | Geberit Distribution SA
Hansa France : HANSA France (F)
Hueppe
Jaga - The radiatorfactory
K L U D I
Kinedo
La ventilation, c'est ALDES ! | Accueil
Novellini
Sanijura
Tubi Radianti, Nastri Radianti, Riscaldamento Industriale, Climatizzazione - Systema
Vaillant
Villeroy & Boch