Il existe plusieurs manières de fournir aux locaux l’énergie calorifique nécessaire pour maintenir l’équilibre de leur température. Nous vous proposons de passer en revue les différents types de chauffages dans ce dossier pratique.

 

 

Chauffage divisé

Types de générateurs

La chaleur nécessaire à chacune des pièces du local est produite par un générateur particulier.

Il y a donc, en principe, une génération par pièce, entre chacune desquelles il n’existe aucune distribution (sauf pour quelques pièces annexes telles que vestibules, couloirs, W-C, qui reçoivent leur chaleur par déplacement d’air par les portes intérieures).

Ces générateurs peuvent être :

• des cheminées à foyer ouvert, alimentées au bois ou à certains charbons ;
• des poêles en faïence caractérisés par leur grande inertie : on brûle le combustible pendant un temps réduit et la chaleur s’accumule dans la masse de l’appareil, qui la restitue ensuite lentement et régulièrement ;
• des poêles métalliques à feu continu (tout au moins pour ceux de fabrication récente) ;
• des poêles à gaz qui peuvent être utilisés ou non à la cuisson des aliments, certains à combustion catalytique à basse température ;
• des poêles à combustibles liquides, à brûleurs ;
• des panneaux radiants à gaz ;
• des radiateurs électriques, à radiation ou à convection.

Avantages et inconvénients des générateurs

D’un point de vue économique, les cheminées à foyer ouvert ont un rendement déplorable. Les poêles en faïence, de par leur inertie, sont assez difficiles à régler suivant les besoins de la pièce. Ces deux modes de chauffage ne sont guère appréciés qu’en raison de leur aspect décoratif et de l’ambiance agréable qu’ils dégagent.

Les autres modes sont économiques car ils permettent d’ajuster le chauffage aux besoins de chaque pièce, et en particulier de l’interrompre lorsque les pièces ne sont pas occupées, ou de façon intermittente.

Les panneaux radiants à gaz sont particulièrement indiqués pour le chauffage des locaux à grands volumes d’air.

Les radiateurs électriques ne sont économiques que comme appareils d’appoint, en dehors des saisons de chauffe, ou bien lorsque l’isolation de la construction a été prévue à cet effet (chauffage électrique intégré).

Chauffage central

Fluides caloporteurs

Il existe un seul générateur ou un groupe de générateurs pour l’ensemble d’un appartement ou d’un immeuble. La chaleur est transmise aux diverses pièces par des fluides circulant dans des canalisations et elle est ensuite dissipée dans ces pièces au moyen de radiateurs.

Les fluides véhiculaires, dits caloporteurs, sont détaillés dans les paragraphes suivants :

• Eau chaude basse pression
  L’eau réchauffée dans les générateurs à une température d’environ 90 °C, plus rarement jusqu’à 110 °C sous pression maximale de 0,5 bar, est amenée jusqu’aux corps de chauffe, où elle se refroidit en cédant sa chaleur à l’atmosphère par convection, et aux parois par radiation. Chaque litre d’eau cède très approximativement une kilocalorie par degré de refroidissement, c’est-à-dire 4,19 kilojoules.
  La circulation peut être assurée par thermosiphon : l’eau réchauffée, de densité moindre que l’eau refroidie, s’élève dans les canalisations supérieures, jusqu’à un vase d’expansion, d’où elle est conduite jusqu’aux corps de chauffe, elle s’y refroidit jusqu’à 70 °C environ, sa densité étant alors plus grande, elle revient au générateur par les canalisations inférieures (cf. Fig. 1).

Fig. 1 – Schéma de circulation par thermosiphon d’une installation de chauffage central à eau chaude (basse pression) (© ETI).

Mais le plus souvent actuellement, la circulation s’effectue sous l’effet d’une pompe ou d’un accélérateur. Le débit est augmenté et la chute de température plus faible, grâce à quoi, la température moyenne des corps de chauffe étant plus élevée, la surface de ceux-ci diminue.
Les générateurs sont des chaudières alimentées par des combustibles solides, liquides ou gazeux, parfois à l’électricité. Les corps de chauffe sont le plus souvent des radiateurs en acier ou en fonte, ou des convecteurs, ils peuvent être aussi des aérothermes ou, plus rarement aujourd’hui, des planchers ou plafonds chauffants.

• Vapeur basse pression
  Le fluide caloporteur est la vapeur d’eau, à une pression inférieure à 0,5 bar, c’est-à-dire à une température inférieure à 110 °C.
  L’eau est vaporisée dans le générateur. La vapeur s’élève dans les canalisations, qui la conduisent aux corps de chauffe, où elle se condense en cédant sa chaleur latente de vaporisation. À la pression atmosphérique normale, la condensation d’un litre d’eau dégage 2 249 kilojoules. L’eau liquide est ramenée au générateur par les canalisations inférieures.
  Les générateurs sont des chaudières de même type que pour les chauffages à eau chaude. Les corps de chauffe peuvent être des radiateurs, des convecteurs, des tubes à ailettes, des aérothermes soufflants ou des panneaux radiants.
  L’installation comporte des dispositifs de sécurité destinés à maintenir la pression dans les limites imposées.
  Il existe aussi des installations à pression sous-atmosphérique, dans lesquelles le circuit n’a aucune communication avec l’atmosphère, et où la pression est maintenue au-dessous de la pression atmosphérique, ce qui permet d’obtenir la vaporisation à une température inférieure à 100 °C. Le réglage de la pression permet de faire varier la température des corps de chauffe.

Fluides sous pression

Ces fluides sont utilisés pour le transport de la chaleur à grande distance, ce qui est le cas du chauffage des grands ensembles résidentiels ou industriels, à partir d’une chaufferie centrale, ou celui du chauffage urbain, qui dessert une ville entière. En effet, ils permettent la distribution d’une grande quantité d’énergie sous température élevée, avec un débit relativement réduit.

• Deux fluides sont utilisés :
  • l’eau chaude sous pression, appelée souvent de façon impropre l’eau surchauffée, est une eau maintenue à l’état liquide à une température supérieure à 100 °C, sous pression supérieure à la pression atmosphérique, dans une installation fermée par des soupapes. La pression peut atteindre dans certains cas 25 bars, ce qui correspond à une température de 225 °C. L’eau sous pression peut, dans certains cas, alimenter directement les corps de chauffe dans la limite de résistance à la pression de ces derniers mais, en général, elle cède sa chaleur dans un échangeur à un fluide secondaire, l’eau basse pression, qui est utilisée par l’usager comme il a été indiqué plus haut ;
  • la vapeur haute pression, qui peut être utilisée à l’état de vapeur saturée, soit en équilibre avec la phase liquide, soit plus rarement, à l’état de vapeur surchauffée, c’est-à-dire à une température supérieure à celle de cet équilibre. La vapeur peut être détendue et utilisée directement à basse pression dans les corps de chauffe, ou bien, comme pour l’eau surchauffée, alimenter le primaire d’un échangeur dont le secondaire délivre de l’eau chaude basse pression.
• Air chaud
  Le fluide caloporteur est l’air des locaux réchauffé par un générateur. Celui-ci peut être placé sous le sol des locaux, il prend alors le nom de calorifère, et la circulation s’établit de façon naturelle. L’air chauffé, plus léger que l’air froid, s’élève dans les canalisations qui le distribuent dans les locaux à chauffer par l’intermédiaire des bouches placées au niveau du sol. L’air est en partie recyclé par des bouches de reprise et en partie évacué vers l’extérieur et remplacé par de l’air frais (cf. Fig. 2).
  Le générateur peut aussi être équipé d’un ventilateur qui permet d’augmenter la vitesse de la circulation et de bénéficier d’une plus grande liberté dans l’emplacement des bouches et la répartition des débits. L’air chaud est conduit aux bouches par des gaines. Le retour au générateur se fait en général par les couloirs des locaux, grâce à des ouvertures placées au bas des portes (cf. Fig. 3), parfois encore par un deuxième jeu de gaines.
  Les générateurs sont en général équipés d’un brûleur au fuel ou au gaz. Mais ils peuvent être aussi des chaudières électriques à accumulation ou des pompes à chaleur. Dans ce dernier cas, il est possible de chauffer l’air frais en extrayant la chaleur de l’air vicié rejeté à l’extérieur.

Fig. 2 – Schéma de circulation naturelle d’une installation de chauffage central à air chaud (© ETI).

Fig. 3 – Schéma de circulation pulsée d’une installation de chauffage central à air chaud (© ETI).

Chauffage mixte

Définition du chauffage mixte

Une installation de chauffage mixte associe une distribution centrale et des appareils de chauffage divisé.

La distribution centrale assure une température de fond suffisante par temps doux et les appareils individuels assurent le complément par temps plus froid.

Avantages du chauffage mixte

Cette disposition est avantageuse pour les locaux occupés de façon intermittente, tels que les résidences secondaires, ou encore des locaux collectifs dont les occupants n’ont pas tous les mêmes besoins de chaleur.

C’est une disposition fréquemment utilisée dans les installations de chauffage électrique.

Chauffage électrique intégré

Définition du chauffage électrique intégré

Ainsi qu’on l’a vu, le chauffage électrique ne peut être économiquement justifié que si l’isolation thermique est très poussée, c’est-à-dire, en pratique, quand ce type de chauffage a été prévu dès la conception de la construction, d’où son nom de chauffage électrique intégré.

Types d’installations de chauffage électrique intégré

Il existe plusieurs types d’installations :

• le chauffage direct par appareils divisés ;
• le chauffage par accumulation par appareils divisés, ou, plus généralement, par une distribution centrale. La chaleur est produite et stockée pendant les heures de nuit, où l’énergie est moins chère, et restituée tout au long de la journée ;
• le chauffage mixte, avec distribution centrale par accumulation, et appareils divisés de chauffage direct ;
• le chauffage double flux, qui associe le chauffage et la ventilation des locaux. Il s’agit encore d’un chauffage mixte dans lequel la température de fond est assurée par une distribution d’air chaud, et le complément par des appareils directs. La chaleur contenue dans l’air vicié rejeté est partiellement récupérée.

Chauffage urbain

Définition et fonctionnement du chauffage urbain

Définition

C’est un chauffage à longue distance, alimentant plusieurs quartiers d’habitation, voire toute une ville, à partir d’une chaufferie centrale de grande puissance. Celle-ci produit généralement à partir de la combustion d’ordures ménagères, ou de déchets industriels, additionnés de fuel, ou bien encore quelquefois, à partir d’énergies nouvelles (récupération de la chaleur des circuits de refroidissement des réacteurs nucléaires).

Fonctionnement

Le fluide véhiculaire est le plus souvent l’eau ou la vapeur sous pression. La chaleur destinée aux usagers est transférée à un fluide basse pression dans une sous-station propre à chaque immeuble.

Chauffage central « urbain »

On peut rattacher à cette catégorie de chauffage, le chauffage des groupes d’immeubles des grands ensembles résidentiels à partir d’une chaufferie centrale.

Avantages et inconvénients

Chauffage électrique intégré : idéal pour les constructions neuves

On commencera par mettre à part le chauffage électrique intégré, qui est incontestablement le mode de chauffage idéal quant à l’agrément d’exploitation : absence de manutention, souplesse de réglage, entretien presque nul, installation simple et peu coûteuse.

Mais, comme on l’a dit, il ne peut être envisagé que pour une construction neuve, conçue avec l’isolation appropriée, c’est une disposition à rejeter pour une construction ancienne.

Chauffage central à fluide véhiculaire : le plus répandu

Les chauffages centraux à fluides véhiculaires sont actuellement très répandus. Quoique plus coûteux que les chauffages divisés, à la fois pour l’installation et pour l’exploitation, ils présentent sur ces derniers de nombreux avantages : ils permettent de réduire le nombre des foyers et des conduits de fumée ainsi que les manipulations de combustible et de cendres, mais surtout son rendement calorifique est nettement supérieur.

L’eau chaude basse pression à circulation accélérée est le fluide le plus utilisé : elle permet une chaleur douce et agréable, facile à régler, l’installation est sûre et de conduite aisée. En revanche, elle est tributaire du courant électrique. On la préfère néanmoins à l’installation à circulation naturelle, plus difficile à réaliser et dont l’inertie est plus grande.

La vapeur basse pression est surtout utilisée dans les bâtiments industriels, quand la vapeur est un sous-produit de l’activité de l’entreprise. Elle peut être alors prélevée directement sur les chaudières ou recueillie sur l’échappement d’une machine thermique. En revanche, elle subit une désaffection pour les installations privées en raison des difficultés de réglage et de l’oxydation rapide qu’elle provoque.

Chauffage urbain : coûteux et générateur de pertes

Le chauffage urbain est générateur de pertes relativement importantes en cours de transport. De plus, les installations sont coûteuses et longues à amortir. Jusqu’à ces dernières années, les tarifs de distribution étaient assez chers et concurrençaient difficilement les chauffages individuels.

Cette situation est appelée à se renverser, en raison du renchérissement des combustibles nobles, c’est moins évident pour le chauffage des grands ensembles qui ne bénéficient pas de l’utilisation des combustibles bon marché.

En tout état de cause, il ne faut pas oublier les économies de main-d’oeuvre et d’entretien que cette solution apporte aux usagers, ainsi que la commodité d’utilisation