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Bâtiment et Enérgie :
CHAUFFAGE
2007-2008
G.Krauss
Sources des images : Acova, Viessmann, Grundfos, Thermacome.
Département GCU
5ème année
LES SYSTEME DE CHAUFFAGE
- Objectifs du cours :
Ce cours présente les principaux systèmes utilisés pour le chauffage des bâtiments de logements,
d'activités tertiaires, sportives, éducatives, etc....
La conception d'un système de chauffage nécessite une bonne connaissance des solutions
techniques proposées afin de choisir une solution adaptée au bâtiment à chauffer.
La première partie fixe le contexte énergétique pour le secteur du bâtiment (résidentiel et tertiaire) et fournit
quelques rappels en matière de réglementation et de confort thermique. La seconde partie présente les
principaux système de chauffage utilisés. L’approche essentiellement technologique décrit les éléments
constitutifs, en s'appuyant sur une décomposition en trois famille des systèmes de chauffage:
- Le chauffage individuel
- Le chauffage central à eau chaude
- Le chauffage à distance.
Pour le chauffage central à eau chaude, le dimensionnment du réseau dans le cas d’une distribution bitube est
abordé.
La dernière partie du document présente un système particulier, la pompe à chaleur (PAC).
2
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SOMMAIRE
1
2
3
4
5
6
DONNEES ENERGETIQUE ET ECONOMIQUE ....................................................................................................... 5
1.1
Données énérgétiques .......................................................................................................................... 5
1.2
L’Energie dans le monde ...................................................................................................................... 6
1.3
La France en 2003 ................................................................................................................................ 6
1.4
Habitat et Tertiaire: Analyse énergétique.............................................................................................. 8
1.4.1
Consommation énergétique........................................................................................................... 9
1.4.2
Types d’énergie disponibles ........................................................................................................ 11
CONFORT THERMIQUE ................................................................................................................................... 13
2.1
Les paramètres du confort thermique ................................................................................................. 13
2.2
Les zones du confort........................................................................................................................... 15
REGLEMENTATION ........................................................................................................................................ 16
3.1
Historique ............................................................................................................................................ 16
3.2
Objectifs .............................................................................................................................................. 16
3.3
Les textes réglementaires ................................................................................................................... 16
3.4
Exigence et Modalités d’application.................................................................................................... 16
TYPOLOGIE DES SYSTEMES ........................................................................................................................... 19
4.1
Fonction............................................................................................................................................... 19
4.2
Classification des systèmes de chauffage.......................................................................................... 20
4.2.1
Chauffage individuel .................................................................................................................... 20
4.2.2
Chauffage central......................................................................................................................... 20
4.2.3
Chauffage à distance ................................................................................................................... 21
CHAUFFAGE INDIVIDUEL ................................................................................................................................ 22
5.1
Poêles à combustible .......................................................................................................................... 22
5.2
Inserts.................................................................................................................................................. 22
5.3
Chauffage électrique. .......................................................................................................................... 23
5.3.1
Généralités................................................................................................................................... 23
5.3.2
Chauffage électrique intégré "CEI". ............................................................................................. 24
5.3.2.1
Principe................................................................................................................................. 24
5.3.2.2
Domaine d'application : ........................................................................................................ 25
5.3.2.3
Matériels utilisés. .................................................................................................................. 25
5.3.2.4
Principe de fonctionnement. ................................................................................................. 25
5.3.3
Chauffage électrique mixte à base + appoint .............................................................................. 27
5.3.3.1
Principe................................................................................................................................. 27
5.3.3.2
Domaine d'application .......................................................................................................... 28
5.3.3.3
Matériels utilisés ................................................................................................................... 28
5.3.3.4
Principe de fonctionnement .................................................................................................. 29
5.3.3.5
Dimensionnement................................................................................................................. 30
5.3.3.6
Evolution du produit .............................................................................................................. 32
5.3.4
Poêles à accumulation................................................................................................................. 32
5.3.4.1
Principe................................................................................................................................. 32
5.3.4.2
Matériels ............................................................................................................................... 33
5.3.4.3
Utilisation .............................................................................................................................. 33
5.3.5
Evolution du chauffage électrique................................................................................................ 33
LE CHAUFFAGE CENTRAL .............................................................................................................................. 34
6.1
Généralités .......................................................................................................................................... 34
6.2
Combustions et combustibles ............................................................................................................. 35
6.2.1
Combustions ................................................................................................................................ 35
6.2.2
Les combustibles ......................................................................................................................... 35
6.3
Chauffage central à eau chaude......................................................................................................... 36
6.3.1
Eléments constitutifs .................................................................................................................... 36
6.3.1.1
Chaudière ............................................................................................................................. 36
6.3.1.2
Le brûleur.............................................................................................................................. 38
6.3.1.3
Les émetteurs ....................................................................................................................... 39
6.3.1.4
Les pompes .......................................................................................................................... 42
6.3.1.5
Equipements complémentaires ............................................................................................ 43
6.3.1.6
Organes de sécurité ............................................................................................................. 44
6.3.2
Principe d'installation ................................................................................................................... 46
6.3.2.1
Thermosiphon....................................................................................................................... 46
6.3.2.2
Eau chaude accélérée.......................................................................................................... 46
6.3.2.3
Branchement des radiateurs ................................................................................................ 47
6.3.2.4
Raccordement chaudière ..................................................................................................... 49
6.3.2.5
Bouteille de découplage hydraulique ................................................................................... 50
6.3.2.6
Organes divers ..................................................................................................................... 52
3
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Régulation.................................................................................................................................... 53
6.3.3
6.3.3.1
Objectifs................................................................................................................................ 53
6.3.3.2
Description............................................................................................................................ 53
6.3.3.3
Schéma de principe .............................................................................................................. 55
6.3.3.4
Type de régulation ................................................................................................................ 55
6.3.4
Chaufferie .................................................................................................................................... 56
6.3.4.1
Plan type............................................................................................................................... 56
6.3.4.2
Conduits de fumées.............................................................................................................. 56
6.3.4.3
Ventilation ............................................................................................................................. 57
6.3.5
Stockage des combustibles ......................................................................................................... 57
6.3.6
Dimensionnement d’une installation de chaufage à eau chaude ................................................ 58
6.3.6.1
Corps de chauffe .................................................................................................................. 58
6.3.6.2
Générateur............................................................................................................................ 59
6.3.6.3
Dimensionnement hydraulique ............................................................................................. 59
6.4
Chauffage aéraulique.......................................................................................................................... 62
6.5
Chauffage solaire ................................................................................................................................ 63
7 CHAUFFAGE A DISTANCE ............................................................................................................................... 64
7.1
Généralités .......................................................................................................................................... 64
7.1.1
Présentation................................................................................................................................. 64
7.1.2
Situation actuelle.......................................................................................................................... 64
7.2
Eléments constitutifs particuliers......................................................................................................... 66
7.2.1
Chaufferie .................................................................................................................................... 66
7.2.2
Réseau......................................................................................................................................... 66
7.2.2.1
Les différents types............................................................................................................... 66
7.2.2.2
Réalisation du réseau primaire............................................................................................. 68
7.2.3
Sous station ................................................................................................................................. 68
7.2.3.1
Echangeurs........................................................................................................................... 69
7.2.3.2
Raccordement et régulation ................................................................................................. 70
7.3
La Cogénération.................................................................................................................................. 71
7.3.1
Principe ........................................................................................................................................ 71
7.3.2
Rendement .................................................................................................................................. 71
7.3.3
Raccordement.............................................................................................................................. 72
8 POMPE A CHALEUR (PAC) ............................................................................................................................ 73
8.1
Principe ............................................................................................................................................... 73
8.2
Coefficient de preformance ................................................................................................................. 74
8.3
Les différents types de PAC ............................................................................................................... 75
8.3.1
PAC air/air.................................................................................................................................... 75
8.3.2
PAC air/eau.................................................................................................................................. 75
8.3.3
PAC eau/eau................................................................................................................................ 76
8.3.4
PAC géothermique....................................................................................................................... 77
8.3.5
PAC associé à des capteurs solaires .......................................................................................... 78
9 ELEMENTS DE BIBLIOGRAPHIE ........................................................................................................................ 80
9.1
Site WEB : ........................................................................................................................................... 80
9.2
Ouvrages............................................................................................................................................. 80
4
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1 DONNEES ENERGETIQUE ET ECONOMIQUE
1.1
Données énérgétiques
Les principales unités utilisées dans le domaine de l'énergie sont les suivantes:
Mesure de l'énergie
Unité légale :
* Joule (J)
Unités utilisées :
(kWh)
* Kilowattheures
1 Kwh = 3,6106 J
* Calorie
1 cal = 4,18 J
* Tonne équivalent pétrole
1 tep = 11626 Kwh
(cal)
(tep)
T.E.P. : C'est la quantité de chaleur dégagée par
la combustion d'une tonne de pétrole brut.
Mesure de la puissance
Unité légale : Watt (w)
Mesure de volume
Unité légale :
m3
Unité utilisée :
baril
1 baril = 159 litres
1 baril ~ 0,14 tep
Le tableau suivant donne les équivalences énergétiques de différents combustibles:
On obtient 1 tep PCI avec
CHARBON
- houille
- coke de houille
- agglomérés et briquettes de
lignite
- lignites et produits cendreux
de récupération
PRODUITS PETROLIERS
- fioul domestique - gazole
- fiouls lourds
- essence
- coke de pétrole
- GPL
1.62 tonnes
1.50 tonnes
1.31 tonnes
1 tonne contient 0.619 tep
1 tonne contient 0.667 tep
1 tonne contient 0.762 tep
2.47 tonnes
1 tonne contient 0.405 tep
1200 litres
1.05 tonnes
1325 litres
1.01 tonnes
0.91 tonnes
100 litres contiennent 0.083 tep
1 tonne contient 0.952 tep
1000 litres contiennent 0.755
tep
1 tonne contient 0.762 tep
1 tonne contient 1.095 tep
1000 Kwh contiennent 0.222
tep
1000 Kwh contiennent 0.077
tep
1 tonne contient 0.33 tep
ELECTRICITE
4500 kWh
GAZ NATUREL
13000 Kwh sur PCS
BOIS SEC
3.0 tonnes
5
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1.2
L’Energie dans le monde
En 2001, plus de 10 milliards de tonnes d'équivalent pétrole ont été consommées sur la planète, soit 66% de
plus qu'en 1973, année du premier choc pétrolier.
La répartition de la consommation est très inégale, les ¾ des ressources sont utilisées par moins du ¼ de la
population.
La consommation d’énergie lièe à l’activité humaine a un impact très fort sur l’environnement (émission de
CO², Gaz à effet de serre) et provoque des modifications en profondeur du climat de la terre. Une prise de
conscience, au niveau international, c’est réalisée devant la gravité de la situation. Plusieurs sommets (Rio de
Janeiro, Kyoto, etc…) ont tenté de définir des règles pour limiter les changements climatiques en cours.
L’énergie ne doit pas être abordé uniquement en terme de ressource (épuisable pour certaines formes), mais
aussi du point de vue de son impact sur l’environnement.
1.3
La France en 2003
En 2002, à 21,76 milliards d’Euros (Md€), contre 23,03 Md€ en 2001, la facture énergétique de la France
connaît un recul de 5,5%. Elle représente 1,44% du PIB total, un niveau comparable à celui de 1973, avant le
premier choc pétrolier.
L’intensité énergétique (courbe ci-dessous) est le rapport entre la consommation d’énergie primaire corrigée
du climat et le PIB total exprimé en volume. C’est le contenu énergétique de la richesse produite par un pays.
Des efforts importants ont été réalisés dans le secteur du résidentiel et tertiaire.
6
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En 2002, la consommation finale d’énergie se situe à 162,1 Mtep en tenant compte des corrections
climatiques. Le résidentiel-tertiaire avec 70,4 Mtep est le consommateur le plus important (43%).
Industrie
Sidérurgie
20%
31%
4%
Résidentieltertiaire
2%
Agriculture
43%
Transport
7
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1.4
Habitat et Tertiaire: Analyse énergétique
Le parc immobilier habitat et résidentiel se décompose de la façon suivante :
Habitat
29.7 millions de logements
maisons individuelles : 16,8 millions
logements collectifs : 12,9 millions
+ 300000 logements/an
Consommation : 467,4 TWh
Tertiaire
814.5 millions de m² (chauffés)
public 45%
privé 55%
+13 millions de m²/an
Consommation : 214,1 TWh
8
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RENOUVELLEMENT DU PARC
Actuellement, on construit en France :
- ~ 300 000 logements / an (dont plus de la moitié en villa) pour un parc de 29,6 millions de logements
(voir tableau) ce qui donne un taux de renouvellement d'environ 1,0%.
- ~ 13 millions de m² / an pour un parc construit de 814 millions de m², soit un renouvellement du parc
d'environ 1,6 %.
Le très faible taux de renouvellement du parc immobilier conduit à une pénétration très lente des nouvelles
technologies et des amélioration de la qualité thermique des locaux en application de la nouvelle
réglementation thermique. La réhabilitation du parc existant constitue un gisement important d’économie
d’énergie pour les prochaines années.
1.4.1
Consommation énergétique
Ce secteur représente 43,4 % de la consommation finale énergétique de la France avec 70,4 millions de tep
(2002) consommées.
9
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Résidentiel
La part respective des différentes énergies a évoluée ces 20 dernières années. Ainsi la part de l'électricité a
nettement progressé au détriment du fioul.
Tertiaire
10
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Cette redistribution des différentes énergies est due en partie au développement des usages spécifiques de
l'électricité et des systèmes de chauffage électrique, ainsi qu'à l'augmentation de la consommation liée à la
production d'E.C.S.
1.4.2
Types d’énergie disponibles
Les principales sources d'énergie utilisables sont:
l'électricité,
le gaz,
le fioul,
le bois,
le charbon,
le chauffage urbain ,
l'énergie solaire.
Energie
Stockage
Conduits de
fumée
Manipulation
Maintenance
Régulation
Electricité
PAC
non
non
Electricité
PAC
Non
Non
Gaz Naturel
Fioul
non
oui
Chauffage
Urbain
non
non
oui
oui
Bois
Charbon
oui
oui
nulle
nulle
très facile
Nulle
Moyenne
Facile
nulle
moyenne
facile
nulle
légère
facile
nulle
moyen
facile
moyenne
importante
moyen
Energie solaire
Difficultés d'exploitation liées à la dispersion et à l'intermittence du gisement.
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Quelques chiffres sur la consommation d’un logement
En 2001, la progression du taux de climatisation se poursuit dans le tertiare neuf : 34% des surfaces
autorisées à la construction sont climatisées, contre 28% en 2000 et 17% en 1999. En 2001, sur les 13
579 000 m2 de surfaces neuves sont recensées 4 659 000 m² de surfaces climatisées et 1 559 000 m2 de
surfaces rafraîchies. Les bureaux et les commerces représentent plus de 60% des surfaces climatisées, à
savoir respectivement 38,7% et 22,3%.
12
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2 CONFORT THERMIQUE
2.1
Les paramètres du confort thermique
Le confort thermique peut se définir comme un état de satisfaction du corps vis-à-vis de l’environnement
thermique. Six paramètres principaux ont une influence sur la sensation de confort thermique.
Enveloppe:
Température de paroi
Température d'air
Vitesse d'air
Humidité relative
Individu:
Activité
Vêture
M − ∑ échanges < 0
M − ∑ échanges = 0
M − ∑ échanges > 0
Sensation de Froid
Neutralité thermique = Situation de confort
Sensation de chaud
Température ambiante de l’air (Tair)
13
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N
Température radiante moyenne (Trm)
Trm =
∑S T
j=1
N
j Sj
∑S
j=1
j
Vitesse de l’air (vair)
• vair < 0,15 m/s Conditions hivernales
• vair < 0,25 m/s Conditions estivales
Humidité relative de l’air (HR)
Métabolisme (M)
Activité
Production d’énergie métabolique
(W/m²)
(Met)
Repos, couché
Repos, assis
Repos, debout
Activité légère, assis
(bureau, domicile, école, laboratoire)
Activité légère, debout
(achats, laboratoire, industrie légère)
46
58
70
70
93
116
174
0.8
1.0
1.2
1.2
1.6
2.0
3.0
1 MET = 58,15 W/m2
Habillement (Icl)
Icl
Tenue vestimentaire
(m²°C/W)
0
0.015
0.045
0.08
0.11
0.16
0.23
Nu
Short
Tenue tropicale
Tenue légère d’été
Tenue de travail légère
Tenue d’intérieur pour l’hiver
Tenue de ville européenne traditionnelle
(1 CLO = 0,155 m2°C/W)
14
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(clo)
0
0.1
0.3
0.5
0.7
1.0
1.5
2.2
Les zones du confort
Confort
thermique
INDICES DE CONFORT THERMIQUE (Norme ISO 7730 (1995))
Vote moyen prévisible: PMV = f(Tair, vair, HR, Trm, M, Icl)
Pourcentage prévisible d’insatisfaits
+3
+2
+1
0
-1
-2
-
PPD = 100 − 95. exp[−0.03353.PMV 4 + 0.2179.PMV 2 ]
chaud
tiède
légèrement tiède
neutre
légèrement frais
frais
froid
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3 REGLEMENTATION
3.1
1974
1976
1980
1982
1983
1988
2000
Historique
coef. G – résidentiel DEPERDITIONS
coef. G1 non résidentiel
label haute isolation (résidentiel)
coef. G et B résidentiel BESOINS
labels HPE & solaires (résidentiel)
coef. GV, BV et C résidentiel
Nouvelle réglementation thermique
En 25 ans (depuis le fameux "choc pétrolier"), la consommation énergétique des logements neufs a baissé de
moitié.
3.2
Objectifs
La réglementation htermique 2000 se place dans une démarche de développement durable. Les principaux
objectifs sont :
• lutter contre l’effet de serre et économiser l’énergie
• maîtriser les charges
• améliorer le confort
• simplifier pour mieux appliquer
• favoriser la compétitivité des industriels français
Effets de serre
9accords internationaux (Rio et Kyoto)
91/4 du CO2 en France du aux bâtiments
9le secteur du neuf comme entraînement de l’ancien
Maîtriser les charges
9maîtrise du coût global, charges financières et d’exploitation comprises
9réglementation performancielle pour tendre à optimiser les coûts de construction
Améliorer le confort
9HIVER : limiter les effets de parois froides, les infiltrations et les points froids (ponts thermiques)
9ETE : assurer une ambiance supportable en bâtiment non climatisé
Simplifier
9nombre de textes réduit
9même règle pour le résidentiel et le tertiaire
9recours à un logiciel d’application ou à une solution technique
Favoriser la compétitivité des industriels français
9intégration des normes et projets de normes européennes
9compétition accrue par la libre circulation des produits
3.3
Les textes réglementaires
•
décret RT 2000 (29/11/2000; JO 30/11/2000) réformant le CCH
arrêté RT 2000 d’application (29/11/2000; J.O 30/11/2000) décrivant les exigences
arrêté (01/12/2000) donnant les méthodes de calcul fournies par le bulletin officiel (fascicules spéciaux
n°2007 : Th-C n°2007-bis : Th-E, décembre 2000)
Pour consulter les textes réglementaires : http://www.logement.equipement.gouv.fr
•
•
3.4
Exigence et Modalités d’application
Les exigences à respecter :
• limitation des consommations (kWh Ep) : C < C reflimitation de l’inconfort d’été : Tic<Tic ref
• performances minimales ou garde-fous
Les éléments pris en compte dans le calcul de la consommation du bâtiment sont le chauffage, la ventilation,
l’eau chaude sanitaire et l’éclairage (tertiaire)
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Le respect de la réglementation est vérifié :
- soit en effectuant des calculs
Il convient de calculer la consommation d’énergie "C" et la température intérieure conventionnelle
"Tic", au moyen des logiciels d’application qui effectuent automatiquement la comparaison aux valeurs
de référence.
- soit sans calcul à l’aide des Solutions Techniques
Approuvées par le ministère de l’Equipement, des Transports et du Logement, elles décrivent des
solutions qui garantissent le respect des valeurs de référence. La Solution Technique du ministère
applicable aux maisons individuelles consiste à identifier les composants principaux de la maison, à
leur attribuer un nombre de points et à s’assurer que le total des points respecte le seuil indiqué par la
Solution Technique.
Deux modalités d’application
La mise en oeuvre de solutions techniques agréées (pas de calcul)
Le calcul et la vérification du projet par rapport aux valeurs réglementaires
THERMIQUE D’HIVER : Définition de l’enveloppe et de la situation géographique du bâtiment
• zone climatique
• surface des parois extérieures
• isolation (Ubât)
• apports solaires : surfaces et caractéristiques des vitrages
• perméabilité à l’air
• inertie
U bât =
Niveau d’isolation du bâtiment, coefficient Ubat
Hv
H D + HS + H U
AT
Hv
HD
HU
HS
•
•
•
•
HS
caractérise l’effort d’isolation
est indépendant de la ventilation
représente les déperditions par les parois du bâtiment divisées par la surface des parois
extérieures
intègre les ponts thermiquestient compte des pertes vers les locaux non chauffés
Coefficient de référence :
U bât − réf =
∑a A + ∑a L
∑A
i
i
j
i
17
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j
ai (i=1-7) – coefficients U de référence* (W/m2K) cf. arrêté 29 novembre 2000 (article 10)
aj (j=8-10)– coefficients Ψ de référence* (W/mK) cf. arrêté 29 novembre 2000 (article 10)
H1 & H2
H3
Surfaces
a1 murs
0,40
0,47
a2 combles
0,23
0,30
a3 terrasses
0,30
0,30
a4 plancher bas
0,30
0,43
a5 portes
1,50
1,50
a6 baies sans fermetures
2,40
2,60
a7 baies avec fermetures
2,00
2,35
0,50
0,50
Liaisons périphériques
0,7 maisons
0,7 maisons
a8 planchers bas
0,9 autres
0,9 autres
a9 planchers intermédiaires
0,7 maisons 0,7 maisons0,9
a10 planchers hauts
0,9 autres
autres
THERMIQUE D’HIVER : CHAUFFAGE
• prise en compte du non résidentiel
• intermittence (calcul explicite de l’impact sur la température)
• émission et régulation (calcul de suppléments de température à la place des rendements de
régulation et d’émission)
• distribution (prise en compte de types de réseaux et de gestion)
• génération de chaleur (prise en compte directive du rendement; prise en compte de différents
modes de gestion)
18
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4 TYPOLOGIE DES SYSTEMES
4.1
Fonction
* L'objectif d'un système de chauffage est d'assurer les conditions de confort thermique dans le
bâtiment en hiver, quand ces conditions ne peuvent être maintenues de façon passive. Cet objectif doit être
atteint tout en minimisant la consommation d'énergie nécessaire.
* Dans la mesure ou l'installation de chauffage ne peut suivre l'occupant dans ses déplacements, les
conditions du confort sont vérifiées, pour un habillement et une activité moyens et stables dans une zone
intérieure ou volume du bâtiment, appelée zone d'occupation.
* Dans les ambiances intérieures et tempérées, les effets de l'humidité et de la vitesse de l'air* sur le
confort thermique sont souvent négligés et la grandeur caractéristique est alors la température résultante.
Tr =
hc × Ta + hr × Tm
hc + hr
Ta : température de l'air (°C)
Tm : température radiante moyenne (°C)
hc:coefficient d'échange convectif (w/m²°C)
hr : coefficient d'échange radiatif (W/m²°C)
* Rq : ceci n'est plus vrai si l'on étudie le conditionnement de l'air en été.
Chauffage prépondérant
rayonnement
Tm
30
convection
B
A
20
Tr=23
Tr=20
Tm=Ta
10
Tr=17
20
30
Ta
Effets combinés de la température de l'air, et de celle des parois
sur la sensation de confort
A: point de confort selon normes actuelles de confort
B: confort idéal d'après BERGER
Pour assurer cette fonction, le système de chauffage doit remplir un certain nombre de conditions liées :
à la conception de l'installation
- Dimensionnement correct des émetteurs et des générateur ainsi que des réseaux hydrauliques ou
aérauliques pour les installation utilisant un fluide caloporteur.
- Production de chaleur fonction des besoins réels du bâtiment (éléments de régulation).
- Sécurité des usagers et de l'installation
- Minimiser la consommation énergétique.
19
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à l'énergie utilisée.
- Conception de la chaufferie en fonction de la nature du combustible utilisé.
- Environnement - pollution
à l'exploitation de la chaufferie
- Sécurité du personnel
- Automaticité
- Fiabilité.
4.2
Classification des systèmes de chauffage
Il est difficile de classer les systèmes de chauffage car les critères de classement sont multiples
(classement : selon l'énergie utilisée, selon la disposition des éléments constitutifs ou encore selon le fluide
caloporteur utilisé). Nous avons adopté ici une classification en fonction de la position respective des différents
éléments de base qui constituent le système de chauffage. Ces éléments sont :
- Le générateur qui assure la production de la chaleur
- Le réseau de distribution qui assure le transport de la chaleur vers les zones d'utilisation.
- L'émetteur qui assure l'émission de la chaleur dans la zone à chauffer.
A ces trois éléments peuvent venir s'ajouter :
- La régulation qui permet d'assurer une fourniture de chaleur selon les besoins réels.
- La sous-station qui sert de relais entre le générateur du réseau primaire et les différents émetteurs
du réseau secondaire, dans le cas de réseau de chaleur urbain.
Enfin, un ensemble d'éléments complète l'installation pour remplir les fonctions liées à la sécurité de
l’installation.
4.2.1
Chauffage individuel
Le générateur et l'émetteur forment un seul élément auquel est associé une éventuelle régulation.
GENERATEUR
+
REGULATION
EMETTEUR
4.2.2
Chauffage central
Il y a séparation entre le générateur et l'émetteur ce qui conduit à l'utilisation d'un réseau de
distribution pour assurer le transport de la chaleur.
GENERATEUR
DISTRIBUTION
REGULATION
20
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EMETTEUR
4.2.3
Chauffage à distance
REGULATION
GENERATEUR
DISTRIBUTION
PRIMAIRE
SOUS
DISTRIBUTION
STATION
21
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SECONDAIRE
EMETTEUR
5 CHAUFFAGE INDIVIDUEL
5.1
Poêles à combustible
C'est un mode de chauffage traditionnel, les poêles sont généralement réalisés en céramique (rare),
en fer ou en fonte, les combustibles peuvent être solides liquides ou gazeux;
En 1981, ce type d'appareil représente environ 35% des équipements de chauffage. Une
caractéristique de ces systèmes souvent perçue comme une gène pour l'usager, est l'hétérogénéité de la
température résultante. Accumulation de masse d'air chaud sous le plafond, effets radiatifs chaud près du
poêle et froid près des parois extérieures. Dans la réalité, ces effets sont en partie dus à la mauvaise qualité
thermique des locaux dans lesquels sont placés ces générateurs.
Le principal défaut de ces appareils est leur faible rendement (70% sur PCS). Il existe quand même
sur le marché des générateurs gaz à micro ventouse ou se raccordant à des cheminées de conception
moderne disposant d'une régulation performante et dont les rendements sont élevés. Ce type d'appareil peut
constituer une solution intéressantes dans des opérations de réhabilitation. La figure 2 présente des schémas
de principe sur le raccordement et l'alimentation des poêles à gaz.
Actuellement, ces équipements sont utilisés comme chauffage d'appoint, pour des locaux occupés par
intermittence (Maison de campagne...) ou pour des locaux industriels situés en dehors des bâtiments équipés
avec un chauffage central.
Utilisation:
- En réhabilitation,
- En chauffage d'appoint
Figure 2 - Poêles à mazout
5.2
Inserts.
Le développement de la maison individuelle à redonné une nouvelle jeunesse à la cheminée dont
l'efficacité a été amélioré (en général) par l'adjonction d'un dispositif dans le foyer appelé "Insert".
Rendement moyen: 40% à 60%
Utilisation:
- En chauffage d'appoint pour la maison individuelle
Schéma de principe.
22
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5.3
5.3.1
Chauffage électrique.
Généralités.
Le chauffage électrique "non thermodynamique" produit la chaleur par effet Joule. Il recouvre une
grande variété de système dont le seul point commun est l'électricité comme source d'énergie. Dans cette
partie nous étudions uniquement les systèmes de chauffage individuel, c'est à dire sans distribution par un
fluide caloporteur de la chaleur produite par le générateur (chauffage central).
Parmi les systèmes de chauffage individuel citons :
Le chauffage électrique intégré "CEI".
Le chauffage électrique mixte ou "base + appoint".
L'énergie électrique présente deux caractéristiques importantes qui doivent être prise en compte
quand on conçoit un système de chauffage électrique. C'est une énergie chère par rapport à la concurrence.
Sa tarification est très variable dans le temps. On doit donc d'une part soigner particulièrement l'isolation
thermique du bâtiment chauffé électriquement et d'autre part essayer d'utiliser l'énergie électrique quand son
coût est le plus faible (accumulation).
Tarification E.D.F.
Découpage par puissance souscrite :
0.36 KVA
36 - 250 KVA
> 250 KVA
(Fournitures individuelles)
(Fournitures collectives ou petit tertiaire)
(Gros bâtiments collectifs ou tertiaires)
Tarif Bleu.
Tarif Jaune
Tarif Vert
Découpage hors-saisonnier des prix de l'énergie.
Tarif Bleu :
1 poste
2 postes
prix unique toute l'année
2 prix journaliers (Jour/Nuit) toute l'année.
Tarif Jaune
4 postes tarif
2 postes "saisonnalisé"
7 mois d'été tarifaire
5 mois d'hiver tarifaire
Tarif Vert
5 postes
tarif 4 postes + 4h de pointe journalière
sur 3 mois d'hiver (décembre, janvier, février)
Ces tarifs comportent une option dite EJP. (Effacement Jour de Pointe) destinée à favoriser l'utilisation
de l'électricité d'hiver pour des usages de chauffage à condition de disposer d'une source d'énergie alternative
qui se substitue à l'énergie électrique pendant 396h reparties sur 22 jours à raison de 18h par jour, au cours
des 5 mois d'hiver tarifaire. Durant ces 396h, le prix de l'énergie électrique est prohibitif.
23
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Structure des coûts :
- Une prime fixe fonction de la puissance souscrite
- Un prix ou des prix proportionnels à la consommation électrique de l'abonné.
Rq : Cette structure tarifaire à une influence sur les stratégies de relance à utiliser pour les systèmes de
chauffage dans le tertiaire par exemple.
EXEMPLE TERTIAIRE
POSTE
pointes
Cout du kWh
Centimes/kWh
110.61
heures pleines heures creuses
hiver
hiver
58.22
31.28
heures pleines heures creuses
été
été
18.27
10.76
Structure du coût annuel
électricité
120
100
centimes
80
60
40
20
0
2
5
8
11
14
heure
17
20
23
Lundi...samedi, hiver
Dimanche, hiver
Lundi...samedi, été
Dimanche, été
L'utilisation de l'énergie électrique pour le chauffage des locaux offre plusieurs avantages du point de
vue de l'installation et du fonctionnement, citons
- un coût d'installation réduit (surtout pour le CEI) malgré la nécessaire surisolation du local à chauffer.
- l'absence de sujétion particulière pour la mise en place des appareils (pas de cheminée, ni de
réseaux particulier).
- l'absence d'odeurs et de bruit.
- une relative propreté pour l'utilisateur, pas de cendres, pas de suie, la pollution se situe en réalité sur
le lieu de production de l'électricité.
- une grande souplesse d'utilisation et des possibilités de régulation très variées.
- l'absence de stockage et une facturation périodique.
En contre partie, l'énergie électrique reste chère en coût de fonctionnement vis à vis de sources
d'énergie concurrentes. L'usager est complètement dépendant d'un seul et unique fournisseur (EDF) et
l'installation ne peut pas fonctionner avec une autre source d'énergie, il n'y a donc pas de possibilités de
substitution.
5.3.2
Chauffage électrique intégré "CEI".
5.3.2.1
Principe
Le CEI comporte :
- des émetteurs produisant de l'air chaud par effet Joule, ils sont installés dans chacune des
pièces à chauffer et fonctionnement en général en mode statique (pas de ventilateur).
- une régulation terminale commandant chaque appareil.
24
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5.3.2.2
Domaine d'application :
C'est un système de chauffage dont les caractéristiques économiques sont bien adaptées aux locaux
à faibles besoins thermiques, logements neufs bien isolés. Il se distingue par un coût d'investissement faible
(matériel bon marché, coût de main d'oeuvre limité) et par un prix de l'énergie plus élevé que celui des
énergies concurrentes (EDF prend en charge les investissements pour la mise à disposition de l'énergie).
Cela a conduit à un développement très important de ce système de chauffage. En 1985, le chauffage
électrique intégré a équipé 65% des logements neufs et en 1980 le parc de logements individuels et collectifs
chauffés par ce produit était de 5 millions. Actuellement malgré un fléchissement du nombre de logement neuf
équipé d'un CEI, c'est un système de chauffage couramment utilisé.
5.3.2.3
Matériels utilisés.
On rencontre essentiellement les convecteurs électriques et les panneaux rayonnants et plus
rarement les radiateurs soufflants et les radiateurs infrarouge.
La gamme de puissance s'échelonne entre 500 W et 3000 W.
Ces émetteurs se distinguent par une répartition différente entre les modes radiatifs et convectifs du
transfert d'énergie.
La figure 3 montre le schéma de principe de ces différents radiateurs et une coupe médiane des
isothermes à la sortie d'air supérieur d'un convecteur.
Ces appareils sont couverts par les normes UTE homologuées
NF C 73250 réglés de sécurité électrique
NF C 72251 aptitude à la fonction.
5.3.2.4
Principe de fonctionnement.
Chaque local est équipé de son (ou ses) propre émetteur dont la puissance est déterminée à partir du
calcul des déperditions de base pièce par pièce.
P = 1.2 × D
P: puissance à installer en [W]
D : déperdition du local en [W]
On installe donc en général une surpuissance de l'ordre de 20%.
Chaque appareil dispose, d'un bouton M/A et d'un thermostat, intégré à l'appareil en général. Dans le
cas des plafonds rayonnants électrique, le thermostat est séparé et agit comme un thermostat d'ambiance.
Les thermostats peuvent être électromécaniques (bulbe ou capillaire) ou électroniques. Le thermostat
électronique qui dispose d'une faible bande proportionnelle assure un meilleur confort en limitant les
fluctuations de température intérieure. Ces thermostats agissent en "tout ou rien" sur l'alimentation électrique
des résistances (Figure 4).
Le fonctionnement du thermostat forme un cycle décomposable en 4 phases (Figure 4)
Phase 1 :
Les contacts sont fermés. La quantité de chaleur fournie au local élève la température
d'air et la température de l'élément sensible. Lorsque la valeur t1 est atteinte les contacts du
thermostat s'ouvrent.
Phase 2 :
Suite à l'inertie thermique de l'appareil la température de l'air s'accroît
progressivement jusqu'à tf
Phase 3 :
La température de l'air diminue pour atteindre la valeur t2 à laquelle les contacts du
thermostat se ferment.
Phase 4 :
Le flux de chaleur issu du procédé de chauffage sert d'abord à élever la température
de l'appareil et à amorcer les mouvements de convection. La température de l'air au voisinage du
thermostat diminue jusqu'à ti
L'écart de température entre t1 et t2 s'appelle le différentiel statique (caractéristique propre du thermostat)
l'écart de température entre tf et ti s'appelle le différentiel dynamique. Il dépend à la fois de l'emetteur et du
local dans lequel il est placé.
A cette régulation locale, il est possible d'adjoindre:
un programmateur par zone permettant d'assurer des fonctions de ralenti de nuit, de mise hors gel,
etc... pour les différentes zones,
un limiteur d'énergie qui module la puissance fournie aux convecteurs en fonction de la température
extérieure.
25
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4ème phase
3ème phase
2ème phase
1ere phase
Différentiel statique
Différentiel dynamique
Deux types de schéma électrique pour le branchement des appareils peuvent être utilisés.
Systèmes direct : C'est le plus simple, le schéma de principe est le suivant :
Vers d'autres usages
M/A
Disjoncteur
général
Interrupteur
manuel
M/A
th1
th2
CV2
th3
CV3
M/A
Départ chauffage
CV1
Système bijonction : Il est composé d'un chauffage par convecteur muni de deux batteries
électriques. la première batterie est alimentée par une réseau électrique collectif (chauffage de base) la
seconde batterie est alimentée à partir de l'installation privative. La répartition de puissance entre les deux
circuits est 1/2 + 1/2 ou 1/3 + 2/3.
26
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Limiteur
1er Elément chauffant
Limiteur
2ème Elément chauffant
Circuit collectif
Sonde ext.
Circuit individuel
Thermostat
Ce système est utilisé dans les logements collectifs. Il permet d'assurer un chauffage de base dans
tout l'immeuble sur lequel les occupants ne peuvent pas intervenir et ainsi de limiter le vol de calorie entre les
appartements mitoyens (figure 7).
VOL DE CALORIES
18°C
20°C
18°C
Vue en coup
18°C
18°C
18°C
Vue en plan
Ext.
18°C
Parois extérieures:
Parois mitoyennes:
5.3.3
Kmoy: 0.8W/m²/K
Kmoy: 3W/m²/K
Surface:15m² φ=240W
Surface:100m² φ=600W
Chauffage électrique mixte à base + appoint
5.3.3.1
Principe
Le chauffage électrique mixte comprend:
un chauffage de base assuré des câbles chauffants noyés dans la dalle (plancher chauffant)
assurant une émission de chaleur à basse température sur l'ensemble de logement à traiter. L'alimentation du
plancher se fait généralement pendant les heures de nuit (heures creuses). La structure lourde du plancher
permet de bénéficier d'un effet d'accumulation avec restitution pendant la journée.
un chauffage d'appoint qui est un chauffage électrique intégré superposé au chauffage de
base.
27
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5.3.3.2
Domaine d'application
Le chauffage mixte se justifie actuellement pour les raisons suivantes :
- il permet de bénéficier des tarifs heures creuses en utilisant l'accumulation de chaleur dans
le plancher chauffant.
- dans les immeubles collectifs, où l'isolation entre logement est faible ou inexistante, il permet
de maintenir une base facturée collectivement et d'éviter en partie le problème du vol de
calorie (comme le chauffage bijonction). L'usager peut néanmoins moduler sa température
dans une certaine plage grâce au chauffage d'appoint.
- c'est un mode de chauffage intéressant sur le plan du confort.
Actuellement une part non négligeable bien que minoritaire des logements neufs sont chauffés par ce
procédé.
5.3.3.3
Matériels utilisés
Pour les planchers chauffants, on utilise des câbles directement noyés dans les dalles de béton. La
mise en oeuvre du plancher doit respecter le DTU en vigueur. La législation limite la température de surface
de la dalle à 28° C (densité de puissance ∼100 W/m²)
Les câbles peuvent être (figure 8)
noyés dans la chape de recouvrement d'un plancher porteur.
noyés dans la masse d'une dalle flottante
noyés dans la masse d'une dalle pleine constituant le plancher porteur.
Dans les deux premiers cas, la faible épaisseur de béton au-dessus des câbles interdit des températures de
service des câbles très élevées. Dans le troisième cas la position de câble par rapport à la face supérieure du
plancher conduit à des résistances thermiques élevées et donc des températures de service pour les câbles
plus importantes. Ces montage permet une accumulation de chaleur plus importante.
Il existe deux qualités de câble :
Les câbles chauffants sous gaine métallique ou câble blindé à isolation minérale.
CONSTITUTION :
Ame chauffante : cuivre, kumonal, nickel chrome
gaine de protection : cuivre, cupronickel, acier inox
isolant : magnésie comprimée
Les câbles chauffants sous gaine plastique.
CONSTITUTION :
Ame chauffante : identique au précédent
isolant + gaine de protection Enrobé multicouche de
matières plastiques butyle PVC hypalon etc...
La mise en oeuvre des câbles (figure 8) doit respecter un espacement entre les câbles chauffants et une zone
neutre entre les câbles et les nus des murs extérieurs. Cette zone est déterminée par la relation empirique
suivante
D ≥ max(2 r,2 r ′,0.15m )
28
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r
r'
D
L'appoint est constitué par des émetteurs traditionnels du type "CEI"
5.3.3.4
Principe de fonctionnement
Le chauffage de base étant commun à plusieurs pièces, (voir plusieurs appartements), il est
nécessaire pour assurer une température de base constante en fonction de la température extérieure de
délivrer une puissance thermique fonction linéaire de la température extérieure.
Les émetteurs d'appoints sont pilotés individuellement comme en "CEI".
Le schéma de principe de la régulation de chauffage de base peut être le suivant pour un plancher
alimenté exclusivement en heures creuses.
Thermostat limiteur
Contact HC
d'ambiance
Horloge EDF
Contact regulation
fonction de la
température ext.
PLANCHER
Pour un plancher relancé en heures pleines et coupé durant les heures de pointes (plancher dit 20h)
on adopte le schéma suivant
Le régulateur est proportionnel avec base de temps. Le rapport d'enclenchement est défini par t/T ou
T est la base de temps (T = 10 mm en général). Le temps d'enclenchement est une fonction linéaire de l'écart
de température entre la consigne à respecter et la température extérieure.
La puissance moyenne fournie est donc de la forme
Pmoy = K (Tb - Text ) pour Text ∈ [Tx Tb ]
et
Pmoy = PI
pour Tex < Tx
PI puissance installée
29
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P
P
Déperditions
Déperditions
Besoins
Besoins
Appoints
Appoints
Base
Base
Tx
Tb
Ti
Text
Tx
Text
Tb Tnc
Ti
CAS 1: Tb=Tnc
CAS 2: Tb<Tnc
Remarque : Dans ces deux cas, la base fonctionne uniquement en heures creuses et quand Tex < Tx elle ne
peut plus assurer seule la température intérieure de base Tb
La figure 9 illustre le principe de fonctionnement d'une installation de type plancher 20h.
5.3.3.5
Dimensionnement
a) Dimensionnement de la base
L'énergie journalière fournie au plancher doit permettre de maintenir dans le local une température Tb
en l'absence de tout outre apport thermique ceci pour une plage de températures extérieures allant de Tem à
Tb.
La consommation journalière maximale peut donc s'écrire
E = 24 GV (Tb - Tem) [Wh]
Ce type de chauffage à accumulation est au moins "hors pointe", c'est à dire qu'au plus il fonctionne
pendant 8h en heures creuses et 12 h en heures pleines, les 4h restantes il est coupé.
Si on appelle Pc la puissance appelée en H.C. et Pp la puissance appelée en HP on peut écrire.
E = 8 Pc + 12 Pp = 24 GV (Tb - Tem)
On définit la capacité d'accumulation du plancher par le rapport :
α=
Pp
α ∈ [0,1]
Pc
α = 0 plancher heures creuses
α = 1 plancher 20 h
Si α est connu on peut déterminer Pc et Pp par les relations
Pc =
24 GV (Tb − Tem)
8 + 12α
Pp = α × Pc
30
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Calcul de Tx
A partir d'une certaine valeur de la température extérieure, l'énergie de nuit est progressivement
réduite
si Text = Tx l'énergie a fournir pour maintenir la valeur Tb dans le local peut s'écrire :
ETx = 8 Pc = 24 GV ( Tb - T x )
8×
24 GV (Tb − Tem)
= 24 GV ((Tb − Tx )
8 + 12α
Tx =
Exemple :
2 Tem + 3αTb
2 + 3α
Tem = - 10°C
Tb = 16°C
α=0
Plancher Heures Creuses:
Tx = - 10°C
et
Pc = 3 x 24 GV (Tb - Tem )
α=1
Plancher 20h:
Tx = 5,6 C
Pc = 1,5 GV ( Tb - Tem )
PD = Pc
b) Dimensionnement de l'appoint
Il doit couvrir l'écart de puissance nécessaire à faire passer la température intérieure de Tb à Ti le jour
le plus froid (Text = Tem )
Base Jour +
Base nuit +
appoint +
apports gratuits
Base nuit +
appoint +
apports gratuits
Appoint +
apports gratuits
Apports gratuits
P
APPOINT PRIORITAIRE
Température de calcul du
plancher chauffant Tem
température de base Tb<T
Déperditions
Base
Jour
Besoins
Appoint
Base Nuit
Tx
Tb
Tem
31
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Tnc
Text
Ti
Base Jour +
Base nuit +
appoint +
apports gratuits
Base nuit +
appoint +
apports gratuits
Base nuit +
apports gratuits
Apports gratuits
P
BASE PRIORITAIRE
Température de calcul du plancher chauffant
Ta>Tem
Température de base Tb=Tnc
Déperditions
Appoint
Besoins
Base
Jour
Base Nuit
Tx
Tb=Tnc Ti
Text
Tem
règles à respecter
Mise en oeuvre
Température de service de câble
Température de surchauffes accidentelles
Température limite de sol
< 40°C
< 70°C
< 28°C
Cas des parois extérieures chauffantes
Prendre en compte le supplément de déperditions dû à la présence de l'élément chauffant dans la
paroi: ( voir règle Thk et Th GV)
Normes
NFC 32.330 : caractéristiques, règles de construction et essais auxquels doit satisfaire le
plancher chauffant électrique
NFC 15.500 : sécurité
DTU
DTU 70.1
Installations électriques
70.2
DTU 65.7
Prescription d'exécution des planchers chauffants électriques
5.3.3.6
Evolution du produit
Les évolutions tarifaires de ces cinq dernières années qui tendent vers une diminution du différentiel
jour/nuit dans le prix de l'énergie et une augmentation de la saisonnalité Eté/Hiver ralentissent le
développement de ce type de chauffage malgré ses atouts sur le plan du confort thermique.
5.3.4
Poêles à accumulation
5.3.4.1
Principe
C'est un appareil qui emmagasine de la chaleur pendant une période de temps donnée pour la
restituer au cours de la période suivante.
La température du noyau accumulateur peut atteindre 800°C en fin de charge pour les plus grosses
unités.
32
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La restitution de cette chaleur (décharge du poêle) se fait par l'intermédiaire d'un courant d'air circulant
dans la masse accumulatrice.(figure 11)
5.3.4.2
Matériels
La gamme de ce type d'appareils est très variée :
Domestique 6 à 8 kW
Atelier 15 à 75 kW
Il se compose des éléments suivants (figure 11) :
- Une masse accumulatrice (sable, béton, fonte, eau etc...)
- Des éléments chauffants
- Un calorifuge
- Une enveloppe extérieure en tôle émaillée
- Un organe de sécurité
- Un ventilateur
- Un volet de réglage
- Un dispositif de mise sous tension
Le poids d'un appareil de ce type est d'environ 70Kg/W
Principe d’un poêle à accumulation
5.3.4.3
Utilisation
Ces appareils qui fonctionnent pendant les heures ou l'électricité est la moins chère sont surtout
recommandés pour des immeubles peu isolés. Il convient en particulier pour l'habitat de type ancien. La
diminution du différentiel de prix entre les heures creuses et les heures pleines est un frein au développement
de ces systèmes. Le poids élevé de ces poêles limite leur utilisation à des cas où la structure est capable de
supporter la surcharge.
5.3.5
Evolution du chauffage électrique
Les évolutions actuelles portent:
sur la qualité des produits avec une amélioration sensible de la fonction régulation. Cette
amélioration est obtenue par l'utilisation de thermostats électroniques et par les possibilités de programmation
des appareils par des programmateurs par zone.
sur le développement de nouveaux émetteurs comme par exemple les panneaux rayonnants.
33
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6 LE CHAUFFAGE CENTRAL
6.1
Généralités
Principe - Un seul foyer produit la chaleur qui sera distribué vers différents locaux par l'intermédiaire
d'un fluide caloporteur circulant dans un réseau de distribution. Ce fluide peut être :
chauffage à eau chaude
de l'eau
de la vapeur
chauffage à vapeur
de l'air
chauffage à air chaud ou aéraulique
Le foyer est en général placé dans une chaufferie (local adjacent aux locaux à chauffer). Mais on peut
le trouver en sous sol de villas ou dans les appartements (salle de bains, cuisine, dans le cas du chauffage
central individuel en immeuble collectif.)
Avantages :
Réduction du nombre de foyers et cheminées
Pollution atmosphérique moins importante
Pas de manipulations de combustible ou de cendres dans les logements.
Meilleure rentabilité d'utilisation du combustible
Réduction de l'emprise au sol des éléments chauffants.
Maintenance réduite
Chauffage assez inerte (sauf air chaud pulsé)
Coût de fonctionnement faible
Inconvénients Coût d'investissement élevé par rapport à un chauffage électrique intégré.
En collectif, problème de répartition des frais de chauffages.
Situation actuelle
Le chauffage collectif est peu installé dans les logements neufs à l'heure actuelle. En 1973, le
chauffage collectif représentait environ 45% des installations dans les logements neufs, sa part de marché est
tombé à 5% en 1988. (voir figure). Depuis 2 à 3 ans on constate une remontée du nombre d'installations de
chauffage central dans le secteur du logement, en particulier en ce qui concerne le chauffage central
individuel.
Année
1973
1983
1986
1988
Parc total
Logements en immeuble
avec chauffage collectif
avec chauffage individuel
Construction neuve
Logements neufs
Dont chauffage collectif
450000
205000
300000
19000
280000
12000
300000
17000
1978
6226
4600
1626
1988
7898
4746
3152
Evolution
+1672
+146
+1526
%
45
6
4
5
+3%
+94%
les raisons de cette forte diminution du nombre d'installations neuves sont:
le développement de la maison individuelle, pour laquelle les installations avec chaufferie central ne
sont pas adaptés,
la recherche du prix minimum pour les logements neufs, associé à une demande de la clientèle pour
un chauffage individuel,
la stratégie commerciale d'EDF qui développe des campagnes publicitaires importantes,
la réglementation thermique qui en renforçant l'isolation à diminuer fortement le coût du chauffage,
le choix des gestionnaires d'immeuble vis à vis des problèmes de répartitions et de recouvrements
des charges.
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6.2
6.2.1
Combustions et combustibles
Combustions
La combustion est une réaction chimique, on distingue : les combustions oxydantes caractérisées par les
réactions
H² + 0 → H²0 + Q ( W)
C + 0² → C0² + Q' (W) (QCI)
Ces combustions sont possibles si:
la température du combustible est suffisante,
le combustible est riche en carbone (C),
l'arrivée d'air est permanente et en quantité suffisante.
C'est ce type de combustion qui est utilisée en pratique.
Avec le fuel l'excès d'air est de 20 à 50% et avec le gaz il est d'environ 10%.
Les combustions réductrices caractérisées par la réaction :
C + 0² _ C0 + 0 + Q" (W)
avec Q" < Q'
Ce type de combustion est à proscrire car il y a production d'oxyde de carbone (C0) qui est un gaz
très toxique, de plus le rendement est inférieur à celui de la combustion oxydante (Q" < Q')
La combustion intermédiaire est la combustion neutre qui constitue un cas théorique.
La combustion nécessite donc la mise en commun de deux éléments un combustible et un comburant,
elle produit des rejets et de la chaleur.
Combustible + comburant →
rejets + chaleur
(gaz chauds)
(cendres)
La chaleur récupérable lors de la combustion est due :
- à la chaleur de combustion proprement dite,
- au refroidissement des gaz (fumées),
- à la condensation d'une partie de ces gaz. (vapeur d'eau).
La présence de souffre dans le combustible augmente le risque de corrosion pour le générateur. En effet, en
brûlant le souffre produit de l'anhydride sulfurique (gaz) qui en se combinant avec l'eau produit de l'acide
sulfurique. Quand la température de surface des parois est trop basse(<180°C) il y a production d'acide
sulfurique et risque de corrosion. (C'est le cas des chaudières à condensation qui doivent être réalisées dans
des matériaux résistants à ces agents corrosifs.)
Le contrôle de la combustion et le réglage du mélange combustible comburant s'effectue en mesurant la
teneur en C02 des fumées et la températures des fumées.
6.2.2
Les combustibles
La caractéristique essentielle d'un combustible est son pouvoir calorifique. On distingue le pouvoir
calorifique supérieur (P.C.S) et le pouvoir calorifique inférieur (P.C.I.)
P.C.S. = chaleur de combustion + refroidissement des gaz + condensation.
P.C.I. = chaleur de combustion + refroidissement des gaz.
Les combustibles sont divisés en trois catégories :
Combustibles solides
CHARBON
BOIS
TOURBE
PAILLE
Combustibles liquides
FUEL
Combustibles gazeux
GAZ NATUREL
PROPANE
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CARACTERISTIQUES DES COMBUSTIBLES
Charbon
PCI = 6500 à 7500 Kcal/kg
selon provenance et type de charbons
Bois
PCI = 2600 à 2800 Kcal/kg à 20°d'eau
PCI = f (teneur en eau) cf
Tourbe
PCI = 3200 Kcal/kg à 20% d'eau.
Fuel
domestique
PCS moyen = 10 800 kcal/kg
densité = 0.84
lourd n°1
PCS moyen = 10 350 kcal/kg densité = 0.94
lourd n°2
= 10 250 kcal/kg
densité = 0.95
PCI fuel = 0.95 PCS
Gaz Gaz naturel (méthane) PCS = 9500 à 10 000 Kcal/m3 densité = 0.57
Propane PCS = 23 800 Kcal/m3
densité = 1.50
Butane
PCS = 29 600 kcal/m3
densité= 2
PCI gaz = 0.9 x PCS
Ordure ménagère
1 tonne ~ 200 litres de fioul
PCS ~ 200 kcal/kg
Choix de combustible
Il fait intervenir de nombreux critères:
La taille de l'installation
Le prix du combustible (adaptation locale).
La disponibilité,
La possibilité de stockage,
etc...
Dans le cas du fuel, on utilise le fuel domestique pour les installations dont la puissance est inférieure à 6 MW.
Les tendances actuelles vont vers un développement des installations utilisant le gaz, le fuel et l'électricité au
détriment des combustibles solides comme le charbon. Toutefois, dans les très grosses installations
(chauffage urbain), le charbon reste un combustible compétitif.
6.3
Chauffage central à eau chaude
* réglementation DTU N° 65.11
* classification selon la température de l'eau.
chauffage à basse température
chauffage à eau chaude
chauffage à eau surchauffée : basse pression
haute pression
6.3.1
Teau < 45° à 50°C
Teau < 90° à 100° C
Teau < 120°C
Teau > 120°C
Eléments constitutifs
6.3.1.1 Chaudière
Leur conception diffère selon le combustible utilise mais elles comprennent :
un corps ou échangeur dans lequel circule le fluide à réchauffer.
un foyer, enceinte dans laquelle à lieu la combustion
une enveloppe isolant le corps de l'extérieur pour les chaudières à combustible solide, un cendrier est
ajouté pour récupérer les cendres émanant de la combustion.
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Préparation Eau Chaude Sanitaire
Echangeur
Enveloppe
Foyer
Bruleur (chaudière fioul)
La fonction de la chaudière est de transférer au fluide caloporteur la chaleur produite pour la combustion. Elle
doit en outre assurer l'évacuation des fumées résultat de la combustion.
Les échanges se font :
par rayonnement entre la flamme et les surfaces d'échanges
par convection entre les gaz (fumées) et les surfaces d'échange
par conduction dans le cas des combustibles solides
Rendement : c'est le rapport de la puissance récupérée à la chaudière sur la puissance fournie par le fluide
caloporteur (eau)
Puissance fournie
PF = Qc x PCI
Qc débit de combustible (Kg/s)
PCI pouvoir calorifique inférieur (J/kg)
Puissance récupérée
Pr = cQ x (Ts - Te )
Q : débit du fluide caloporteur (eau)
Te : température d'entrée de fluide (°C)
Ts : température de sortie de fluide (°C)
C : chaleur massique (J/Kg °C)
η=
Facteurs de perte
Pr
Pf
η<1
Imbrûlés
Rejets de gaz chauds
Pertes thermiques de la chaudière
exemple : cas d'une chaudière fuel.
FOYER
AIR
+
FUEL
CARNEAUX
Imbrûlé 1%
Pertes chaudières 1,5%
Echauffement de l'air 9,5%
Fumées 31%
Eau 57%
1%
1,5%
12,5%
85%
Le rendement est très variable selon la technologie de la chaudière (condensation ou non) et la nature du
combustible brûlé. Il se situe entre 0,75 et 0,95 sur le PCI. Toutefois, il existe sur le marché des chaudières
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dites à condensation qui permettent selon les conditions de fonctionnement d'atteindre des rendements
supérieurs à 1 sur le PCI (figure 2 et 3)
La conception des chaudières à condensation doit tenir compte de caractère très corrosif des condensats
produits lors de la combustion. Le foyer et l'échangeur sont en général réalisés en acier inoxydable (coût plus
élevé).
Deux matériaux sont utilisés pour réaliser l'ensemble foyer-échangeur une chaudière la fonte et l'acier.
Les chaudières en fonte peuvent être monobloc ou à éléments sectionnels assemblés par nipples et tirants
(figure 4)
La puissance maximum pour ce type de chaudière se situe autour 1MW.
Les chaudières en acier couvrent toute la gamme des puissances. Ainsi pour les grosses puissances, les
températures élevées et les fortes pressions on utilise exclusivement les chaudières en acier.
On distingue deux catégories;
chaudières à lames d'eau
chaudières à tubes
tube foyer
tubes d'eau
tubes de fumées
6.3.1.2 Le brûleur
Selon la nature du combustible employé (gaz, fuel), ils sont de conception différente
BRULEUR FUEL
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BRULEUR GAZ
6.3.1.3
Les émetteurs
Ils transmettent dans les locaux la chaleur produite par les générateurs.
La puissance fournie est calculée par la relation
P = Ks (Tn - Ti )n
(W)
Tn=(Tentrée+Tsortie)/2
Ti : Température intérieure (°C)
Ks : Conductance globale W/°C c'est une donnée constructeur
n : exposant dépendant de la structure du corps chauffe
Remarque: dans le cas ou
Ts − Ti
Te − Ts
< 0. 7 il faut remplacer Tn-Ti par ∆T ln =
T −T
Te − Ti
Ln e s
Ts − Ti
Essais Normalisés Norme NFE 31-211
a) les radiateurs
Matière : Ils sont en fonte (de plus en plus rare) en acier ou en aluminium
Emplacement : la position le plus favorable se situe en allégé de fenêtre. C'est en effet dans cette
position que la température de l'air intérieur est le plus uniforme.
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surfaces d'émission
Il est déconseillé de placer les radiateurs en hauteur, si cela est inévitable il faut recourir à un dispositif
analogue à celui décrit sur la figure ci dessous pour améliorer la circulation de l'air
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Il est déconseillé d'habiller les radiateurs , cela provoque en effet une diminution de la puissance spécifique du
radiateur.
b) Tubes à ailettes
Ils sont surtout utilisés dans les locaux industriels et avec la vapeur.
c) Convecteur
Ils sont utilisables uniquement si le fluide est relativement chaud.(T >60°C). Pour des températures
inférieures l'efficacité chute de façon importante.
d) aérotherme
Cet appareil est constitué par une batterie et un ventilateur hélicoïde. Des volets réglables dirigent l'air
vers l'endroit désiré.
La batterie est similaire dans sa conception à un radiateur d'automobile.
Les aérothermes peuvent être muraux ou verticaux.
La portée est la longueur du jet tel qu'à son extrémité la vitesse résiduelle soit de l'ordre de 10cm/s
Les aérothermes sont essentiellement utilisés dans les locaux de grand volume
gymnase, piscine, hall etc ....
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e) dalles chauffantes (plancher chauffant)
Le corps de chauffe (émetteur) est intégré dans la structure. La température de fluide doit rester suffisamment
basse (~ 50°C) pour éviter des températures de surface trop importantes.
Le tracé en épingle dans la dalle permet d'obtenir une température de surface uniforme.
Principe de montage
Répartiteur pour
alimentation des circuits
Rq Ce mode de chauffage permet de diminuer un peu la température d'air pour une même température
résultante car il augmente la température radiante moyenne
Il permet en outre d’envisager un fonctionnement en plancher rafraîchissant pour l’été.
Chauffage basse température par excellence, il est bien adapté aux systèmes utilisant l’énergie solaire et les
pompes à chaleur.
f) ventilo-convecteurs
c'est un convecteur équipé d'un ventilateur ce type d'appareil est utilisé pour les installations fonctionnent
l'hiver et l'été. En été, la batterie est alimentée par de l'eau froide et en hiver, par de l'eau chaude. Le même
équipement terminal assure donc la climatisation d'été et de chauffage.
6.3.1.4
Les pompes
Actuellement toutes les chauffages centraux installés sont de type accéléré c'est à dire que la
circulation du fluide est assurée par une pompe (eau, vapeur) ou un ventilateur (air). Les installations à eau
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chaude fonctionnant par thermosiphon,; c'est à dire différence de densité entre l'eau de départ et l'eau de
retour ne sont plus utilisées.
a) Pompes sans presse étoupe.
Accélérateurs. Ces appareils sont montés directement sur la tuyauterie en général par deux. Ils sont
monoblocs, la turbine de propulsion de l'eau est montée directement en bout d'arbre du moteur électrique.
La lubrification est assurée par l'eau de l'installation. La température maximale de l'eau se situe entre 105 et
120°C.
Ce sont des appareils très silencieux et ils équipent la totalité des chauffages centraux individuels.
b) Pompe avec presse étoupe
Le moteur et la pompe sont séparés. L’entraînement de la pompe a lieu par l'intermédiaire d'un accouplement
souple et un presse étoupe assure l'étanchéité autour de l'arbre moteur.
Ce type de matériel est utilisé pour des installations importantes qui nécessite une forte énergie matrice.
Le choix d'une pompe se fait en fonction de sa courbe caractéristique
(_H = F(Q) qui établit une relation entre le débit et la hauteur manométrique de la pompe (figure ci dessous)
On peut définir ainsi le point de fonctionnement de l'installation qui est l'intersection de la courbe
caractéristique du réseau et de celle de la pompe.
Mis à part les petites installations (chauffage central individuel), on place toujours au minimum deux pompes
sur le réseau, une des deux servant de secours.)
6.3.1.5
Equipements complémentaires
43
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Aux éléments de base décrits ci-dessus viennent s'ajouter des équipements complémentaires
indispensables ou fonctionnement de l'installation.
Le réseau de distribution de l'eau chaude est constitue de tuyaux qui peuvent être en acier en cuivre
(petites installations), voir en matière plastique. Ces tuyaux sont raccordés par soudure ou à l'aide de raccords
spéciaux.
Sur l'ensemble du réseau il est indispensable de placer des vannes qui ont trois fonctions principales. :
- isoles tout partie de l'installation
- réguler l'installation
vanne trois voies
robinet thermostatique (fig)
Tête de robinet thermostatique simple
Avec élément sensible déporté
- régler l'installation (tés de réglage) afin d'assurer l'équilibrage des différentes bandes de réseau.
Les parties du réseau traversant des locaux non chauffés doivent être isolées grâce à un calorifugeage des
tuyaux.
Pour les installations importantes de chauffage central il y a lieu de prévoir sur les tronçons droits de
canalisation des compensateurs de dilatation.
6.3.1.6
Organes de sécurité
Ils doivent protéger l'installation vis à vis des risques d'accident. Les fonctions pricipales à assurer sont:
Permettre l'expansion du fluide de chauffage,
Assurer la charge nécessaire au fonctionnement de l'installation,
Evacuer l'excédent d'eau et éventuellement de vapeur si il s'en forme,
Assurer une protection contre le gel,
Limiter la pression à la valeur maximale admise,
Limiter la température de l'eau.
L'appareil qui assure l'essentiel de ces fonctions est le vase d'expansion. Il en existe deux types:
le vase à l'air libre,
le vase sous pression.
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Capacité de la bâche (Réservoir d’eau)
Pour un circuit d’eau glacée prévoir
0,18 litre pour 1000 fg/h ou 0,15 litre par kW.
Pour les petites installations (P < 80 kW) on utilise des vases d'expansion fermés sous pression. Le vase
cylindrique en acier est séparé en deux parties par une membrane en caoutchouc placée à mi hauteur. L'une
est reliée à la chaudière par un tube de sûreté sans vanne, l'autre est remplie de gaz inerte (azote). La
pression limite se situe autour de 2 à 2,5 bars.
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6.3.2
Principe d'installation
6.3.2.1
Thermosiphon
Dans ce type de système, la charge motrice est due à la différence de densité entre l'eau chaude du
circuit aller et l'eau chaude de circuit retour. Ce type d'installation n'est plus utilisé car il nécessite de gros
diamètre de canalisation pour diminuer les pertes de charges et n'autorise pas des débits importants.
6.3.2.2
Eau chaude accélérée
La circulation de l'eau est assurée par une pompe.
Des précautions sont à prendre quand à la position respective du vase d'expansion et de la chaudière.
Quand la pompe est placée sur le circuit retour, il peut arriver que la pression dans un radiateur soit inférieure
à la pression atmosphérique.
On place la pompe sur le retour quand cela est possible pour qu'elle fonctionne à la température la moins
élevée. C'est en particulier vrai pour les installations dont la température de fonctionnement est élevée (eau
surchauffée).
Pompe sur le départ
Intérêt :
Inconvénient :
Circuit en pression
Pompe à température plus élevée
Pression plus importante dans l'installation
Pompe sur le départ
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Pompe sur le retour
On ne peut placer la pompe sur le retour que si le vase d'expansion est située au dessus du radiateur le plus
haut à une côte égale ou supérieure à la hauteur manométrique de la pompe (sinon risque de cavitation.)
Pompe sur le retour
6.3.2.3
Branchement des radiateurs
On peut classer les installations de chauffage central selon le schéma de branchement des
radiateurs sur le réseau.
a) chauffage monotube
Principe : les émetteurs sont montés en série sur le réseau de distribution.
Dans ce type d'installation, la température de fonctionnement des radiateurs varie en fonction de leur
position sur le circuit. Les radiateurs placés en fin de boucle doivent donc être de surface plus importante. La
température d'entrée d'un radiateur correspond à la température de sortie du radiateur précédent.
Le débit est constant dans chaque boucle.
La régulation par radiateur est impossible, car la fermeture d'un radiateur coupe l'alimentation d'eau
de toute la boucle. L'intérêt de branchement réside dans l'économie de tuyaux réalisé, il peut être utilisé pour
des radiateurs placés dans le même local.
b) Monotube dérivation
Principe : Il est identique au monotube
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Dans ce cas les radiateurs sont indépendants, une régulation individuelle peut donc être envisagée par contre
comme dans le monotube, la température moyenne décroît d'un radiateur à l'autre ce qui nécessite des
surfaces de plus en plus importante.
La température T3 résulte du mélange de l'eau à la température
T1 (débit q - q1 ) et de l'eau sortant du radiateur à la température
T2 (débit q1)
Sur le tronçon direct (AB) il faut prévoir un élément qui crée une perte de charge permettant d'assurer le
partage des débits q1 et (q-q1 ).
c) Bitube
Principe : Ici les radiateurs sont montés en parallèle.
Ils constituent donc autant de boucles hydrauliques différentes.
Tous les émetteurs fonctionnent au même niveau de température (aux pertes près du réseau)
Pour assurer le fonctionnement correct du réseau chaque boucle doit avoir la même perte de charge.
Pour réaliser cette équilibrage on installe à la sortie de chaque radiateur des robinets de réglage. Lors de la
construction du système de chauffage. Il faut s'assurer de la réalisation de l'équilibrage du réseau pour un
fonctionnement correct de l'installation.
d) Boucle de TICHELMANN
Pour les installations étendues (> 150m ), les hauteurs manométriques des pompes sont élevées et
l'on peut rencontrer des difficultés à équilibre le réseau. Il est conseillé alors de recourir au montage en boucle
de Tichelmann. Ce montage consiste à assembler les colonnes sur les collecteurs de manière que la colonne
la plus proche de la chaufferie ait son retour monté sur le circuit le plus long et ainsi de suite pour les colonnes
suivantes. (figure ci-dessous).
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Ce montage assure un auto équilibrage du réseau , mais il augmente de façon importante le linéaire de
tuyaux.
6.3.2.4
Raccordement chaudière
Raccordement d’une chaudière assurant le chauffage et la production d’ECS
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6.3.2.5
Bouteille de découplage hydraulique
La bouteille de découplage hydraulique, aussi appelée bouteille de mélange, permet de séparer et
de rendre indépendants les débits du circuit primaire et des circuits secondaires. Ainsi,
dans des installations à chaudières et/ou circuits multiples, toutes les variations de
débits restent sans influence sur la qualité de la régulation.
La bouteille casse-pression doit présenter des pertes de charges quasiment nulles et ne
doit entraîner aucune différence de pression.
Schéma de principe
Dimensionnement
La bouteille de découplage hydraulique est constituée d.un collecteur de gros
diamètre monté verticalement entre les collecteurs de départ et de retour, tous les
circuits secondaires y sont raccordés. Pour un bon fonctionnement, les
dimensions de la bouteille casse-pression doivent être proportionnelles au plus
grand diamètre rencontré dans l.installation (normalement le diamètre du
collecteur). Ce diamètre sera multiplié, au moins par trois, pour obtenir le diamètre
de la bouteille casse-pression (a), ainsi que les différences de niveaux entre
primaire et secondaire(s), tant au départ qu.au retour de manière à éviter des
circulations parasites. Pour ces mêmes raisons, les départs primaire et
secondaire(s) doivent se trouver dans la partie supérieure de la bouteille cassepression, les retours dans la partie inférieure. La distance minimale entre départ
et retour d.un même circuit secondaire doit être au moins égale à 2 fois le
diamètre de la bouteille casse-pression (2 a). Plus la température d.un circuit sera
élevée, plus haut il sera raccordé à la bouteille casse-pression.
Il va de soi que primaire et secondaire(s) sont opposés de 180°.
Exemple de raccordement
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Régulation par vanne trois voies
Régulation par pompe à débit variable + comptage individuel
51
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6.3.2.6
Organes divers
a) Purge d'air
Lors du remplissage en eau de l'installation, il faut veiller à ce que l'air chassé par la montée de l'eau puisse
s'échapper. (Ainsi que les gaz dissous dans l'eau qui se dégazent peu à peu avec la montée en température.)
Au points hauts, il faut placer des dispositifs de purge (purgeurs). Ces purgeurs peuvent être a fonctionnement
manuel ou automatique (fig. Ci-dessous).
Des points hauts accidentels peuvent se former par manque de soin dans la réalisation de l'installation.
Piquage d'une colonne sur collecteur avec pénétration de la colonne.
Colliers trop serrés sur une canalisation horizontale, la déformation du tube provoque un point haut.
b) Fixations
Les canalisation doivent être fixées aux parois, pour cela il existe une grande variété de colliers et supports (fig
ci-dessous).
Pour le passage à travers les parois il est nécessaire de prévoir des fourreaux dans lesquels passe le tube.
Ces fourreaux constituent du point de vue acoustique des faiblesses. (voir figure)
52
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6.3.3
Régulation
Le système de régulation permet de régler et de contrôler le fonctionnement de l'installation de
chauffage.
Schéma de principe d’une installation de chauffage à eau chaude régulée par vanne trois voies
6.3.3.1 Objectifs
Les objectifs d'une régulation appliquée à un système de chauffage sont les suivants :
Assurer une condition de température, de pression ou d'humidité fixée comme consigne.
Assurer la marche de l'installation suivant un programme établi à l'avance (prolongation).
Contrôler le fonctionnement de l'installation et en assurer la sécurité.
6.3.3.2 Description
Un appareil de régulation est composé de trois parties :
Un organe de détection mesurant les variations de la variable utilisée pour le contrôle (par exemple la
température d'air extérieur).
Un organe de réglage qui en fonction des mesures de l'élément sensible assure les corrections
nécessaires (vannes registres)
Un régulateur chargé de transmettre à l'organe de réglage les indications données par l'élément. La
boucle de régulation peut être ouverte ou fermée.
Boucle fermée. Le régulateur mesure la différence entre le point de consigne et la valeur instantanée. A partir
de cette mesure le régulateur élabore un ordre de commande qui est envoyé à l'organe de réglage. Ce
système élémentaire ne comporte qu'une boucle mais ne prend pas en compte l'inertie thermique. l'inertie
thermique ralentie la réponse du système et provoque des phénomènes de "pompage". La solution consiste à
ajouter une boucle secondaire qui permet de prévoir la réponse de devancer son action.
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Boucle ouverte. Dans le cas d'un chauffage central, le système à régler à des réactions suffisamment bien
connues par rapport à la température extérieure pour pouvoir établir une relation entre elle et la température
d'eau chaude.(Loi de correspondance). On peut alors supprimer la mesure de la température intérieure et
couper la boucle longue.
4.3.3.2.1 Eléments sensibles
a) Variation de pression
Les principaux capteurs utilisés sont :
les diaphragmes
les tubes plissés
les cloches flottantes (voir fig)
b) Variation de température
Les capteurs utilisent les principes suivant :
dilatation des solides
dilatation des fluides
tension de vapeur saturante
l'effet thermo électrique (thermocouple)
la variation de résistance en fonction de la température (thermistance résistance de platine
(voir fig)
4.3.3.2.2. Eléments régulateurs
Dans les installations de chauffage en eau chaude, les éléments régulateurs sont en général des vannes
chargées de modifier le débit circulant dans la canalisation.
a) Vannes à deux voies.
Vannes papillons (tout ou rien)
Robinets à soupape (réglage de débit)
Robinets à pointeau
b) Vannes à trois voies (voir fig)
elles permettent de réaliser des mélanges entre deux écoulements à des températures (et débits) différentes.
c) Vannes à quatre voies (voir fig)
Réalisation de mélanges
4.3.3.2.3. Régulateurs
a) Action directe
Thermostat
Thermostat à une influence
Thermostat à deux influences
b) Pneumatique
c) Type électronique
C'est le système qui est le plus utilisé actuellement
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6.3.3.3 Schéma de principe
En chauffage central la régulation automatique permet à chaque instant de fournir aux locaux à chauffer une
puissance calorifique égales aux besoins. Ces besoins dépendent essentiellement de la température
extérieure. (voir fig)
6.3.3.3.1 Régulation centrale
Dans ce cas, on agit directement sur le circuit général ou sur la ou les chaudières en fonction de la
température extérieure.
La puissance fournie à l'installation peut être réglée.
Par mélange ( vannes trois voies) entre l'eau sortant de la chaudière et l'eau de retour de l'installation (voir fig)
Par contrôle de la combustion.
- réglage du tirage pour les combustibles gazeux.
- marche/arrêt du brûleur pour les combustibles liquides ou gazeux.
Pour les chaudières sensibles à la corrosion le dernier type de contrôle est à éviter car il entraîne un
fonctionnement de la chaudière à des températures trop basses, qui provoquent la condensation des fumées
et donc la corrosion.
La régulation centrale permet en outre d'assurer un fonctionnement de l'installation en fonction d'un
programme pré établi.
Fonctionnement jour / nuit
Fonctionnement semaine/ week end
6.3.3.3.2 Régulation par pièce
En complément de la régulation centrale qui ne peut assurer que des conditions moyennes sur le bâtiment, la
régulation par pièce permet d'assurer localement le maintien de la température
Actuellement le système utilisé consiste à placer des robinets thermostatiques sur les corps de chauffe.
6.3.3.3.3 Régulation par circuit
Dans un immeuble on peut avoir des locaux dont les besoins soient très différents à un instant donné, par
exemple logements et bureaux ou pièces sud pièces nord. Dans ce cas il est souhaitable de réaliser des
circuits séparés avec une régulation propre à chacun d'eux
6.3.3.4
Type de régulation
Régulateur tout ou rien
Le régulateur tout ou rien ne transmet
que deux signaux, p.ex. OUVERTFERME ou MARCHEARRET,
à l'organe de réglage ou à un
commutateur électrique- Une position
intermédiaire n'est pas
possible.
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Régulation proportionnelle
Le régulateur proportionnel agit de telle façon sur le servomoteur qu'il modifie la position de l'organe
de réglage proportionnellement à la grandeur de la différence de réglage. Ainsi, plus l'écart de
réglage est grand, plus le mouvement de l'organe de réglage sera grand. Une grandeur de réglage
déterminée est attribuée à chaque valeur.
Régulation intégrale
A la différence du régulateur proportionnel, le régulateur intégral ne modifie pas la grandeur de
réglage, mais la vitesse de positionnement proportionnellement à l'écart de réglage.
Plus l'écart par rapport à la grandeur de référence est élevé, plus l'organe de réglage se positionne
rapidement dans le sens de la correction nécessaire. De grands écarts par rapport à la grandeur de
référence peuvent être corriges rapidement, mais les petits par contre très lentement, Il ne subsiste à
la fin aucune différence de réglage comme pour la régulation proportionnelle, tout est réglé, mais
lentement.
6.3.4
Chaufferie
Le plan d'aménagement de la chaufferie doit tenir compte:
des espaces à réserver autour des chaudières et des accessoires,
des conduits de fumées et de ventilations
des aménagements divers.
la plan doit respecter la réglementation en vigueur DTU 65.4 (chaufferie gaz)
arrêté du 23 juin 1978.
6.3.4.1
Plan type
La figure ci-dessus donne les côtes minimales à respecter par l'implantation du matériel. Pour la
hauteur on peut admettre, chaudière fonte : 3m chaudière acier : hauteur chaudière + 1.5 m
Pour une évaluation rapide, on peut compter 0,01 m² de surface chaufferie par m3 de bâtiment chauffé
(logements)
6.3.4.2
Conduits de fumées
Le rôle de la cheminée est d'évacuer et de disperser les gaz brûlés dans l'atmosphère. C'est le tirage
qui assure le mouvement des gaz dans la cheminée. Il peut être
naturel : c'est la différence de masse volumique entre les gaz chauds en bas de la cheminée et les gaz froids
en haut qui assure le tirage
DP = H (ωe - ωf )
ωe poids volumique gaz froid
ωf poids volumique gaz chaud
H : hauteur cheminée
mécanique : un ventilateur assure l'extraction
mixte : c'est le cas pour les chaudières à charbon, à foyer soufflés ou les chaudières à foyer surpressé.
pour les chaufferies charbon ou mazout, la section du conduit de fumée est donnée par la relation :
S=
P
400000 H
pour les foyers en dépression surdimensionné pour les grosses puissances
S=
P
1.16 ×106 H
S en m²
P en W
H hauteur du conduit en m
la section mini ne peut être inférieur à 250 cm² pour les appareils comportant un réglage d'air et de 400 cm²
dans le cas contraire.
56
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DTU Nov 74: règles et processus de calcul des cheminées fonctionnent en tirage naturel
6.3.4.3
Ventilation
Elle doit assurer un débit d'air suffisant pour l'alimentation des foyers, le renouvellement d'air de la chaufferie
et maintenir une température acceptable dans la chaufferie
(Tint _ 30°C tant que Text _ 15 : C)
Cette ventilation est assurée : par un conduit à gaine d'amenée d'air neuf (A) débouchant au niveau du sol et
par un conduit d'évacuation d'air vicié (V) partant du plafond.
6.3.5
Stockage des combustibles
a) Combustibles solides
soute à charbon
soute à mâchefer
soute à bois
Pour le charbon la consommation annuelle peut être estimée à environ
P = 0,45 Q
P : Poids charbon (kg)
Q : puissance totale (W)
On prévoit en général une durée de réserve de 2 mois.
b) combustibles liquides
Le stockage s'effectue en soute ou dans des cuves enfouies à l'extérieur.
Capacité de stockage
la consommation annuelle peut être estimée à environ :
V = 0,35 Q
Q : puissance en Watt
V : volume en litre
Schéma de principe d’installation d’une cuve à simple paroi
c) combustibles gazeux
Il n'y a pas a proprement parler de local de stockage mais il existe un local enfermant les robinets, le
compteur, le poste de détente.
57
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6.3.6
Dimensionnement d’une installation de chaufage à eau chaude
3 éléments principaux sont à dimensionner :
− Les corps de chauffe ou émetteur
− La chaudière (générateur)
− Le réseau
6.3.6.1 Corps de chauffe
Le calcul des déperditions du local permet de déterminer la puissance nécessaire au maintien des conditions
de température intérieure dans le local.
D = ∑ U bât ⋅ S ⋅ (TI − TE ) + ρ air ⋅ q vair ⋅ c air ⋅ (TI − TE )
(local à TI)
P~D
D – déperditions local
TA
TB
La puissance fournie est calculée par la relation
P = K ⋅ S ⋅ (Tm − TI )
∆Tm =
T
TA
∆TA − ∆TB
⎛ ∆T ⎞
ln⎜⎜ A ⎟⎟
⎝ ∆TB ⎠
TB
∆TA = TA − TI
Tair
∆TB = TB − TI
∆Tm = Tm − TI
S
Evolution de la température dans l’émetteur
Essais normalisés :
Pn = f(Tm - TI)n (NF EN 442)
Conditions normalisées :
TA=75°C,
TB=65°C,
⎡ T − TI ⎤
P = Pn ⎢ m
⎥
⎣ (Tm − TI )n ⎦
TM=70°C,
m
Valeur de l’exposant m :
− 1,33 (radiateurs et corps de chauffe plats)
− 1,25 (corps de chauffe tubulaires, tuyaux à ailettes)
− 1,25-1,45 (convecteurs suivant construction et habillage)
58
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TI=20°C
Le débit circulant dans l’émetteur est donné par la relation :
Pemetteur = ρ C q(TA −TB ) [m3/s)
6.3.6.2 Générateur
La puissance du générateur doit être supérieur à la somme des puissances de l’ensemble des émetteur du
réseau.
Pgen =1 . 2× ∑ Pemetteur [W]
i
6.3.6.3 Dimensionnement hydraulique
Cette étape permet de choisir la pompe de circulation à installer et d’équilibrer l’ensemble des boucles de
distribution. Il s’agit d’un calcul de perte de charge.
Principe du calcul :
1. Détermination de la perte de charge du circuit le plus défavorisé. Pour cela, il est nécessaire de choisir
à priori des diamètres pour les tubes. Le choix de se fait sur la base d’une perte de charge linéique
économique,(jéconomique = 10 mm eau/m - petites installations)Choix de la pompe de circulation à partir
du couple (débit, charge).
3. Calcul des pertes de charge des autres boucles et équilibrage des circuits.
1 – Pdc circuit défavorisé : rappel d’hydraulique.
Pertes de charge linéaires
Pe
Ps
V
D
l
Ps < Pe
J=Λ
Pe - Ps = J
j=
59
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l V2
⋅
D 2g
J Pe − Ps
=
l
l
Pertes de charge singulières
Z=ζ ⋅ v
2
2g
ζ− module de perte de charge singulière (déterminé expérimentalement, valeurs tabulées en fonction de la
singularité)
perte de charge linéaire du tronçon
perte de charge singulière du tronçon
perte de charge totale du tronçon ∆Hi = J + Z
n
∑∆H
perte de charge totale du circuit le plus défavorisé H tot =
i
i =1
2 - choix de la pompe
H (m eau)
point de fonctionnement
∆Htotale
Q (l/h)
Qinstallation
3 – équilibrage
∆HBS1C = ∆HBS2C
Pour obtenir la même perte de charge dans chaque boucle du réseau, un robinet de réglage est placé sur
chaque circuit, en général en sortie de radiateur.
60
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Des abaques indiquent la perte de charge générée par le robinet en fonction du nombre de tour de fermeture
de l’obturateur.
L’équilibrage du réseau est une condition indispensable au bon fonctionnement de l’installation.
61
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6.4
Chauffage aéraulique
Le fluide caloporteur est de l’air.
Centrale de traitement d’air
Principalement utilisé dans le tertiaire, ce système permet la production de chaud (fonctionnement hiver) et du
froid (fonctionnement été). En plus d’assurer le contrôle de la température intérieure, il permet également
d’agir sur l’humidité de l’air (humidificateur).
Utilisation : tertiaire quand il est nécessaire de chauffer et de rafraîchir, assure un bon niveau de confort.
Générateur d’air chaud
Apparareil autonome pouvant être équipé de bruleurs fioul ou gaz, ils sont principalement utilisés pour le
chauffage des grands volumes : atelier, salles de sport, …
62
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6.5
Chauffage solaire
La prise de conscience récente des effets de l’activité humaine sur le réchauffement de la planète a insufflé un
second souffle à l’utilisation des énergies dites renouvelables et à l’utilisation de l’énergie solaire dans le
secteur du bâtiment. La principale utilisation de l’énergie solaire sous forme thermique reste la production
d’eau chaude sanitaire (ECS). Il existe néanmoins des installations de chauffage utilisant pour partie l’énergie
solaire. Le déphasage tant journalier que saisonnier entre la disponibilité de cette énergie et les besoins en
énergie pour le chauffage d’un bâtiment conduit à utiliser cette énergie combinée avec un autre système de
production, par exemple capteurs solaires associés à uen pompe à chaleur.
Par ailleur, l’utilisation de cette énergie nécessite l’emploi d’installation à très basse température (plancher
chauffant).
Systèmes innovants : Double peaux, capteur PV-T
63
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7 CHAUFFAGE A DISTANCE
7.1
7.1.1
Généralités
Présentation
Le chauffage à distance alimente à partie d'une chaufferie centrale un grand nombre de bâtiments ou de
postes d'utilisation. Il peut assurer la couverture des besoins de chauffage, mais aussi de l'eau chaude
sanitaire et des besoins de chaleur pour des processus de fabrication.
Il est utilisé pour les grandes usines, les zones industrielles, les hôpitaux très étendus, les zones urbaines
denses.
Les fluides utilisés sont la vapeur, l'eau surchauffée, l'eau chaude;
7.1.2
Situation actuelle
En 1997, en France, il existait 375 réseaux de chaleur pour une puissance installée de 18298 MW (15
tranches nucléaires) et 3 000 000 d'équivalent logements chauffés. Pour une consommation d’énergie
primaire de 2,77Mtep (hors électricité)
La consommation d'énergie s'est élevée à 2,77 millions de tonnes équivalent pétrole qui se répartissent
sensiblement en :
64
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Gaz
Fuel lourd
Charbon
Chaleur récupérée sur résidus urbain
Géothermie
Chaleur récupérée industrielle
28%
24%
22%
19%
3%
3%
Fuel Domestique
1%
Les principaux réseaux sont :
PARIS
GRENOBLE
LYON VILLEURBANNE
CHAMBERY
4000 MW
500 MW
400 MW
225 MW
Nature du fluide de distribution de la chaleur
Dans le monde de nombreux pays ont développé des réseaux de chauffage, citons:
R.F.A. : 2 à 3 fois la puissance installée en France
DANEMARK : 35 % de la chaleur des locaux fournies par le chauffage urbain
PAYS DE l'EST : Le réseau de Moscou est 13 fois plus grand que celui de Paris.
Le premier secteur utilisateur est celui de l'habitat.
Deux axes de développement qui peuvent être complémentaires se dégagent.
- La production combinée d'électricité et de chaleur.
- L'incinération des ordures ménagères.
En terme de coût, le niveau est comparable à celui d'un chauffage collectif classique.
65
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7.2
Eléments constitutifs particuliers
7.2.1
Chaufferie
Le principe de réalisation reste identique à celle d'une chaufferie de chauffage central. C'est la taille qui
fait la différence. Le générateur peut produire de la vapeur (de plus en plus rare) de l'eau surchauffée ou de
l'eau chaude.
eau surchauffée (~ 180° à 220°)
eau chaude (< 100°C)
Sur le plan de la conception, il faut:
- fractionner la puissance, habituellement 3 chaudières + 1 pour été, (fiabilité, meilleur rendement)
- Obtenir
un débit d'eau constant dans chaque chaudière (fiabilité)
un débit d'eau variable dans le réseau (économie d'énergie)
d'où le schéma de principe simplifié ci dessous:
7.2.2
Réseau
7.2.2.1
Les différents types
La forme du réseau dépend de la situation des principaux consommateurs de chaleur, de la densité
des besoins de quartier desservi, et de la disposition des voies de communication.
On rencontre : (voir figure)
Les réseaux à mailles : coûteux
conduites courtes
grande sécurité du point de vue fourniture de la chaleur
Réseau à mailles
66
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Les réseaux en boucle: sécurité du point de vue fourniture de la chaleur
Réseau bouclé
Les réseaux ramifiés:
ils nécessitent de gros diamètres pour la conduite principale.
Réseau ramifié
67
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7.2.2.2
Réalisation du réseau primaire
En général, il est enterré, il comporte deux tubes (1 aller et 1 retour). Il doit être capable d'assurer le
transport du fluide caloporteur. Son dimensionnement se fait par un calcul classique de pertes de charges. Les
points suivants sont à considérer:
Le réseau doit être capable d'absorber la dilatation. Elle est d'environ 10cm par 100m par
écart de 100°C, il est nécessaire de prévoir des lyres ou des compensateur de dilatation.
Les caniveaux doivent être drainés.
L'isolation des conduits doit être soignée et durable dans le temps.
Prévoir sur les canalisations des purgeurs, des séparateurs de boues, des filtres des vannes d'isolement,
robinets à vannes à soupapes et à boisseau.
Pour les réseaux vapeur il est nécessaire de prévoir des dispositifs de purge d'eau et de retour des
condensats.
La solution b) permet de diminuer le nombre de postes de purge.
7.2.3
Sous station
C'est au niveau de la sous station que se situe le raccordement entre le réseau primaire et le réseau
secondaire.
Les sous stations sont réparties en trois classes selon leur puissance calorifique.
1ère classe P > 5 000 000 Kcal/h
2ème classe 60 000 < P < 5 000 000 Kcal/h
3ème classe P < 60 000 kcal/h
Les plus courantes sont les stations de 2è classe
Leur conception est définie dans les DTU.
Sous station d'échange (DTU 65.11)
les tuyauteries du réseau primaire doivent être si possible extérieurs aux bâtiments,
Il est interdit de placer la sous-station dans les caves, avec les machineries d'ascenseurs, dans les
locaux EDF-GDF, avec les vides ordures,
Il doit être possible d'isoler la sous station de l'extérieur,
Il ne doit pas avoir de canalisation étrangère dans la sous station.
Pour les sous stations de 1ère et de 2ème classe:
Ventilation
haute 16dm² mini avec 8dm² en plus par tranche de 1000th/h
basse même section
Portes
ouverture vers l'extérieur des locaux
Pour les sous stations de 1ère classe:
Plancher: béton 20cm mini ou matériau de résistance mécanique équivalente,
Distance: plus de 10m des bâtiments de la façade des bâtiments voisins,
Zone d'isolement: clôturée de 2m au moins autour de l'accès de la sous station.
Pour les sous stations de 2ème classe
Paroi: mur briques pleines 11cm ou matériau de résistance mécanique équivalente,
Plancher haut: degré coupe feu 2h,
Cuvette de rétention: 0.40m de profondeur et 5m3 au moins de capacité si P<2000th/h
10m3 au moins de capacité si P>=2000th/h
Puisard: avec pompe à commande manuelle - sans connexion avec l'égout public,
Accès extérieur: accès direct obligatoire de l'extérieur, si escalier extérieur, porte et garde
corps l'isolant de l'extérieur,
Ventilation haute: débouché à une distance d'au moins 2.5m de toute baie ouverte, porte ou
orifice de ventilation.
68
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7.2.3.1
Echangeurs
Echangeurs à épingle
Echangeurs à plaque
Bouteilles de mélange
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7.2.3.2
Raccordement et régulation
Principe de raccordement à un réseau eau chaude surchauffée
Principe de raccordement à un réseau de vapeur
Régulation par vanne 3 voies,
Comptage de l'énergie consommée par mesure du débit de condensat
70
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7.3
7.3.1
La Cogénération
Principe
Les centrales classiques de production d'électricité ont comme particularité de rejeter des quantités de chaleur
importantes dans le milieu naturel.
Le rendement de ces centrales est relativement bas de l'ordre de 33% en tenant compte des pertes d'énergie
à la production et sur le réseau de distribution.
Une unité de production combinée va utilisée la vapeur haute pression pour produire de l'électricité par
détente dans une turbine solidaire d'un alternateur et de la chaleur pour desservir un réseau de chaleur via un
échangeur.
Les schémas de principe des deux cycles sont présentés sur la figure ci-dessous.
La comparaison des deux systèmes fait apparaître une économie d'énergie primaire d'environ 20%
Par extension on appelle cogénération, un système conduisant à récupérer la chaleur disponible sur un
groupe électrogène fonctionnant au fuel ou au gaz, sur les gaz d'échappement ou sur le circuit de
refroidissement d'un moteur.
Selon le type d'installation, c'est l'électricité qui est considérée comme sous produit de la production de
chaleur. C'est le cas des réseaux de chauffage urbain ou de toutes installations qui doit produire d'abord de la
chaleur. (Industrie, chauffage bâtiment) Dans le cas contraire l'installation produit de l'électricité principalement
et alimente en second lieu un réseau de chaleur.
La production combinée insérée dans un réseau de chaleur conduit à produire de l'électricité des
températures extérieures. Le développement de la production combinée accompagnent la fourniture de
chaleur dans les réseaux, peut répondre partiellement, à l'augmentation de la demande de point annuelle sur
le réseau EDF.
7.3.2
Rendement
71
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Pour une machine à vapeur idéale, le cycle théorique est donné sur la figure ci-dessous (cycle RankineClausius)Le travail mécanique récupérable est proportionnel à la surface 1-2-3-4-5 et la chaleur produite Q est
proportionnelle à la surface 1-6-7-3-4-5 le rendement thermique de la production de force matrice est égal au
rapport de ces deux surfaces.
ηth =
W H1 − H 2
=
Q H1 − H 3
H2 enthalpie à la sortie de la machine
H3 enthalpie à la sortie du condenseur
H1 enthalpie à l'entrée de la machine
En production de force motrice seule, la quantité de chaleur H2 - H3 évacuée au condenseur est perdue,
dans le cas de la cogénération elle est en partie utilisée ce qui permet d'augmenter le rendement.
Pression initiale
Contre pression
p2 (atm)
p1 atm
Température de la
vapeur t1 (°C)
10
20
50
rendement
%
100
150
0.04
400
500
400
500
32.3
34
19.2
20.8
35.2
36.8
23.3
25.1
38.9
40.3
28.3
30
41.2
42.6
31.7
33.3
42.3
44
33.3
35.1
1.0
7.3.3
Raccordement
Le schéma le plus simple est celui d'une turbine à contre-pression avec raccordement d'un réseau de
vapeur. La turbine est placée entre les étages de pression P 1 et P 2 (P1 > P2 ). Le réseau de chauffage à
distance est raccordée sur le niveau de pression P2 . En cas de besoin de vapeur sur le réseau de chauffage
un raccordement supplémentaire direct de l'étage P1 à l'étage P2 . est prévue pour admettre de la vapeur
détendue directement dans le réseau.
Dans le cas ou la quantité de vapeur demandée pour les besoins de chauffage est insuffisante pour la
production d'électricité, on installe alors des machines mixtes à condensation et soutirage (voir figure)
72
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8 POMPE A CHALEUR (PAC)
8.1
Principe
L’énergie nécessaire au chauffage est prélevé sur le milieur naurel (air, eau, sol) dont la température
est inférieure à la température moyenne de la boucle de chauffage. La chaleur s’écoulant
naturellement du chaud vers le froid, il est nécessaire d’apporter de l’énergie au système (la PAC) pour
réaliser ce transfert d’énergie.
Source froide (Tf)
Source chaude (Tc)
La majorité des pompes à chaleur actuellement installé fonctionne selon un cycle thermodynamique à
compression. Le fluide frigorigène circulant dans la PAC assure le transfert de la chaleur de la source
froide vers la source chaude.
Liquide
Vapeur
Basse pression
73
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Haute pression
Condenseur
Détendeur
Compresseur
Evaporateur
Représentation du cycle sur un diagramme enthalpie-pression
8.2
Coefficient de preformance
La caractéristique principale d’une pompe à chaleur est son efficacité, appelé coefficient de
preformance. Ce coefficient est le rapport de l’énergie récupérée à la source chaude sur l’énergie
dépensée par le système.
E=
Ce que l ' on récupère
Ce que l ' on paie
Plusieurs coefficient de preformance peuvent être définis selon les gandeurs utilisées, citons :
Le coefficient de performance théorique des sources :
Eth _ sources =
1
T
1− f
Tc
Rq : si Tc -> Tf, Eth_sources tend vers l’infini. Dans la réalité, plus les niveaus de température respectifs
des sources sont proche, meilleur est le coefficient de performance de la PAC
E PAC =
Le coefficient de performance de la PAC :
Le coefficient de performance annuel de l’installation :
Pchaud
Pélec
E Installati on _ PAC =
∑E
∑E
chaud
année
élec
année
Selon la nature des sources les coefficients de performance des PAC sont compris entre 2,5 et 4,5.
74
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8.3
Les différents types de PAC
Les PAC sont généralement classés selon la nature du fluide des sources froide et chaude.
Source chaude
Source Froide
8.3.1
Intérêt:
Air
Air/Air
Eau/air
Air
Eau
Sol
Géothermique
PAC air/air
Source froide facile d’accès
Si réversible, rafraîchissement l’été
Inconvénient: COP chute si Text trop bas
Pb de givre => chute du COP global
Nécessite en général un appoint
8.3.2
PAC air/eau
Intérêt :
Source froide facile d’accès
Si réversible, rafraîchissement d’été
possible avec plancher rafraîchissant
Stockage possible
Inconvénient:
COP chute si Text trop bas
Pb de givre => chute du COP global
Nécessite en général un appoint
75
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Eau
Air/Eau
Eau/EAu
8.3.3
PAC eau/eau
Intérêt:
COP élevé
Si réversible, rafraîchissement d’été possible avec
plancher rafraîchissant
Stockage possible
Inconvénient:
Nécessité de disposer
d’une source froide
PAC sur nappe phréatique
Schéma de principe du puisage dans le nappe
76
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8.3.4
PAC géothermique
Source froide: sol
Source chaude: eau ou air
Intérêt:
Source froide facile d’accès
Si réversible, rafraîchissement d’été possible avec plancher rafraîchissant
Stockage possible
Inconvénient:
Coût élevé pour le forage
Maintenance ?
Deux techniques sont utilisées :
1. Captage superficiel – l’échangeur est disposé dans le terrain à une profondeur d’environ 1,2m
Eléments de dimensionnement :
Écartement des tubes: 0,7 à 0,8m
Longueur de tuyau
l=
Q0
q
Q0 puissance frigorifique de la pompe
q puissance d’extraction
q = 0.010kW/m sol sablonneux sec
q = 0.020kW/m sol argileux sec
q = 0.025kW/m sol argileux humide
q = 0.035kW/m sol argileux saturé
Q0 = PPAC − Pélec
2. Sonde géothermique – l’échangeur (en épingle) est installé dans un forage profond (entre 100
et 150m)
Schéma de principe d’une pompe géothermique
77
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Ce type d’installation peut être associé à des capteurs solaires pour favoriser la recharge du sol.
8.3.5
PAC associé à des capteurs solaires
78
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CHOIX D'UN SYSTEME DE CHAUFFAGE
Points à considérer (vis à vis du système)
- Energie électrique est la plus coûteuse et son utilisation par effet Joule conduit à un rendement de 1/3 par
rapport à la consommation d'énergie primaire.
- Investissement pour le CEI par convecteur est le plus bas du marché.
- Plancher chauffant électrique: utilisation de la tarification nuit, bonne solution comme chauffage de base.
- Chauffage par convecteur électrique: régulation et programmation facile ( ou rendement de régulation )
- Système PAC plus coûteux en investissement mais onéreux à l'utilisation Solution intéressante dans le cas
d'un rafraîchissement des locaux en été :
- Combustibles fossiles: source d'énergie la moins onéreuse.
-Chauffage aéraulique peu inerte, bien adapté à l'intermittence
-Dalles chauffantes: Solution intéressante pour les grands volume. mais intermittence plus difficile
-Chauffage central permet une adaptation à une autre source d'énergie: Points à considérer vis à vis de la
fonction du bâtiment.
- Inertie du bâtiment
- Intermittence
- Chauffage seul ou chauffage et climatisation
- Situation locale vis à vis des sources d'énergie.
- Problème de maintenance de l'installation.
79
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9 ELEMENTS DE BIBLIOGRAPHIE
9.1
Site WEB :
Les principaux fabricants de matériel disposent d’un site web. Pour y accéder le plus simple est de
consulter le portail xpair : http://www.xpair.com/
D’autres sites intéressants
http://www.france-air.com/
http://www.edf.com/
http://www.rt2000.net/
http://www.gdfsuez.com/FR/fr/
Sur le site de Doc INSA : http://docinsa.insa-lyon.fr/portail-voir-1.php vous pouvez consuter le i-Reef (CSTB)
qui contient entre autres, la RT2000 et les DTU.
9.2
Ouvrages
−
La pompe à Chaleur – J.Bernier – Pyc édition
−
Plancher chauffant-Rafraîchissant – P.Fridmann – Editions parisiennes
−
Equilibrage thermo-hydraulique des installations de chauffage – P.Fridmann - Editions parisiennes
−
Chaufferie Aide-mémoire
−
Chaufferies et mini-chauffries collectives – T.Pelet - Editions parisiennes
−
Ventilation des bâtiments – CSTB
−
Le Recknagel – Manuel pratique du génie climatique - T1&2
−
Chauffage urbain, réseaux de transport et distribution de chaleur ou de froid, particularités des postes
de pompage (Norme NF E39-005 Juin 2002)
80
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