Chauffage au sol Fenix

Régulation de la puissance thermique

Pour la régulation de la puissance des systèmes de chauffage électriques, par exemple le chauffage au sol Fenix, on utilise une régulation à deux positions, basée sur le principe de l'interruption, respectivement de la reprise, de l'alimentation électrique dans le circuit de chauffage lors de l'atteinte de la valeur limite fixée sur le régulateur.

La surface chauffante est dans la plupart des cas divisée en zones de séjour et en zones périphériques, où les températures de surface du sol sont différentes. Dans ce cas, chaque circuit de chauffage doit être régulé séparément. Les dispositifs par lesquels la régulation est réalisée sont généralement beaucoup plus fiables en matière de puissance que les éléments finaux de régulation des systèmes à eau chaude (actionneurs avec robinets de régulation).

Lors du choix du type approprié de technique de régulation, il est nécessaire de prendre en compte:

• si le système de chauffage, qu'il s'agisse de chauffage au sol Fenix ou d'un autre, fonctionne comme source complémentaire ou comme source principale de chaleur;

• le mode de fonctionnement du système (accumulateur, direct);

• le type de bâtiment;

• les exigences de l'utilisateur.

La régulation la plus précise peut être obtenue en installant des régulateurs individuels dans chaque pièce. On utilise des thermostats électroniques, généralement équipés de la fonction de baisse nocturne, dont l'ampleur est fixe ou peut être réglée par l'utilisateur. Les thermostats peuvent être complétés par des horloges de commande avec un programme horaire, les produits plus modernes disposent déjà d'un dispositif horaire intégré dans la structure. Les possibilités de choix des éléments de commande sont vastes - allant des régulateurs analogiques simples jusqu'aux unités de commande numériques complexes équipées de diverses fonctions intelligentes.

Régulation de la température du sol de la pièce

C'est la méthode de base pour la régulation de la puissance de tout chauffage au sol électrique, par exemple le chauffage au sol Fenix, conçu comme source principale de chaleur. On utilise un thermostat équipé d'un capteur de température du sol et d'un capteur de température de l'air intérieur.

Le capteur de température du sol est intégré dans le plan d'installation du câble de chauffage, idéalement au milieu, à l'intersection des diagonales, mais au minimum à 0,5 m de son bord, parallèlement aux câbles chauffants, de manière à ne pas se croiser. Pour qu'il puisse être remplacé, il est placé dans un tube métallique, dont l'extrémité est étanche.

Le capteur de température de l'air est intégré soit directement dans la boîte du thermostat installé dans la pièce chauffée, soit peut être externe, fixé sur un mur. Il est placé approximativement à une hauteur de 1 200 à 1 500 mm au-dessus du sol, de manière à fournir des informations aussi objectives que possible sur la température réelle. Il ne doit pas être masqué par des meubles, exposé à un courant d'air ou à des gains thermiques provenant de sources internes ou externes. Les thermostats avec capteur de température externe s'utilisent efficacement dans les bâtiments, où il est nécessaire d'éviter toute manipulation par des personnes non autorisées (par exemple dans les écoles, les hôtels, les bâtiments publics, etc.). Ils sont installés dans un coffret de distribution.

Chaque thermostat régulant la température du sol doit être équipé d'un limiteur de température du sol, qui protège les éléments chauffants contre une élévation indésirable de la température dans le plan d'installation du câble de chauffage. Il est installé dans la boîte de raccordement fixée au mur. Il fonctionne en coupant le système de fonctionnement lorsqu'une température maximale est atteinte dans le plan chauffant.

La température d'air souhaitée dans la pièce chauffée et la température maximale de surface du sol sont réglées sur le thermostat. L'appareil de régulation fonctionne en maintenant la température d'air à la valeur réglée par la régulation de la température du sol. Lorsqu'une valeur réglée de la température d'air ou de la température du sol est atteinte, l'alimentation électrique au circuit est interrompue.

Régulation de la température du sol de l'air extérieur

Cette méthode convient à utiliser dans les pièces avec de grandes surfaces vitrées, où le thermostat d'espace réagit lentement aux gains thermiques par rayonnement solaire et, en raison de l'inertie thermique du système, il se produit un surechauffage. Dans ce cas, le capteur de température de l'air extérieur est installé sur la façade sud, la technique de régulation appropriée capte à l'avance le rayonnement solaire et réduit à l'avance la température du sol.

Régulation à valeur constante

Pour les pièces, où les gains thermiques ou les pertes thermiques de base sont couverts par un autre système de chauffage, le chauffage au sol, qu'il s'agisse de chauffage au sol Fenix ou d'un autre, peut être conçu comme source complémentaire pour assurer une température agréable du sol (cuisines, couloirs, halls, salles de bains). Pour la régulation de la puissance, on utilise un thermostat avec un capteur de température intégré dans le plan d'installation du câble de chauffage, où la température du sol est maintenue à une valeur constante. Le capteur de température est placé dans un tube métallique au niveau des éléments chauffants, parallèlement à eux, de manière à ne pas se croiser.

Régulation de la puissance thermique du chauffage au sol accumulatif

Lors du mode d'accumulation, il y a un décalage temporel entre la phase d'absorption d'énergie et sa conversion en chaleur et la phase de transfert de chaleur à l'espace, où le déchargement du système se produit spontanément et peut être difficilement influencé par la technique de régulation. Par conséquent, la régulation de la puissance est plus exigeante que lors du mode direct et la qualité du confort thermique n'est pas toujours optimale. Une solution appropriée est de compléter le chauffage au sol de base, par exemple le chauffage au sol Fenix, par un système dynamique (convecteurs électriques, radiateurs, chauffage direct dans la zone périphérique).

Pour la régulation de la puissance, on utilise une régulation équitempérature, qui gère le chargement du système en fonction de la température extérieure et de la chaleur résiduelle dans le sol. Les régulateurs sont également équipés d'un limiteur de température du sol pour protéger les éléments chauffants contre la dépassement de la température autorisée dans le plan d'installation du câble de chauffage. Lors de l'installation du capteur de température du sol, les mêmes principes s'appliquent que lors du système direct. Le capteur de température de l'air extérieur est installé sur le côté nord du bâtiment, à un endroit protégé contre le rayonnement solaire, à une hauteur d'environ 2 à 3 m au-dessus du sol. Le capteur est inséré dans une boîte d'installation. Pour que le système de chauffage s'adapte mieux à l'inertie thermique du bâtiment, il peut être encastré dans le mur extérieur (enduit).

Le chargement peut être géré manuellement ou automatiquement. Lors d'une régulation manuelle, il est nécessaire de régler manuellement divers paramètres selon la météo et l'heure d'absorption d'énergie. Lors d'une régulation automatique, les régulateurs disposent d'une fonction intégrée, qui ajuste les caractéristiques du chargement, adapte le début du chargement, la durée de baisse et la durée de déchargement séparément, selon la météo actuelle. Il peut s'agir d'une régulation anticipative ou d'une régulation réactive. Lors d'une régulation anticipative, le système reçoit l'ordre de charger dès le début de la période de tarif réduit, pendant la durée nécessaire. Lors d'une régulation réactive, la durée nécessaire de chargement pendant la période de tarif réduit est calculée à partir de la fin de la période de tarif réduit. La régulation anticipative convient aux cas où les durées de chargement sont identiques ou si les débuts et fins des périodes de chargement sont irrégulières. La régulation réactive peut être choisie dans les autres cas.

Les régulateurs de nouvelle génération fonctionnent sur le principe de la logique floue. La température réglée pour l'activation/désactivation du système peut varier dans un certain intervalle. Le régulateur est capable de distinguer, par exemple, une baisse temporaire de température due à une fenêtre ouverte et d'évaluer si la chaleur accumulée dans le sol la compensera. Les régulateurs de génération antérieure contrôlent la puissance du chauffage en coupant/branchant l'alimentation électrique dans le circuit lors de l'atteinte de la valeur réglée de température, ce qui peut entraîner un surechauffage alternatif lors de variations brèves.

Commande par signal de télégestion de masse (TGM)

La consommation d'énergie électrique à partir du réseau électrique n'est pas uniforme au cours de la journée, des périodes de pointe et des périodes de surplus d'énergie apparaissent. Cela dépend de nombreux facteurs provenant des habitudes des gens, des processus technologiques dans l'industrie et sont influencés par les conditions météorologiques (température extérieure, couverture nuageuse, etc.). D'un point de vue économique, il est nécessaire de créer des conditions permettant d'utiliser au mieux les installations de distribution et les centrales, c'est-à-dire d'égaliser au maximum la consommation d'énergie, tout en créant des conditions pour éviter les pertes dans la production et empêcher les restrictions de consommation.

Les entreprises énergétiques influencent la consommation d'énergie électrique à la fois par des tarifs conditionnés par la fourniture d'énergie, ce qui exerce une pression pour consommer en dehors des périodes de pointe, et en outre de manière opérationnelle, par la télégestion de masse. La télégestion de masse permet de libérer ou de bloquer à distance les appareils électriques depuis le centre de dispatching selon les conditions spécifiques du réseau de distribution (fig. 5.39 et 5.40). Autrefois, la TGM contrôlait uniquement les appareils de stockage, aujourd'hui le périmètre s'est étendu aux petits et grands consommateurs, tels que par exemple les chauffe-eaux à accumulation dans les foyers et l'industrie, le chauffage électrique direct et à accumulation, les pompes à chaleur, les installations de préparation des aliments en agriculture, les systèmes de climatisation, les fours électriques dans l'industrie et l'industrie alimentaire, les pompes des stations d'épuration d'eau, les bains, les piscines, etc.

La gestion de la consommation a un effet favorable sur:

• la réduction des coûts d'achat d'énergie,

• une meilleure utilisation des centrales et une minimisation des coûts de production d'électricité,

• une utilisation optimale des investissements dans les installations de distribution des réseaux, car on peut connecter un plus grand nombre d'appareils de stockage et d'autres appareils.

Fonctionnement du chauffage électrique par le sol

Le fonctionnement du chauffage électrique par le sol (CEPS) - chauffage par le sol Fenix et d'autres dépend du:

• mode de fonctionnement,

• exigence énergétique,

• objet de construction.

Mode de fonctionnement du chauffage électrique par le sol

Selon l'heure de consommation d'énergie électrique à partir du réseau électrique, on distingue trois modes de fonctionnement fondamentaux du chauffage électrique par le sol:

• mode d'accumulation,

• mode semi-accumulateur,

• mode direct.

Chauffage par le sol Fenix propose des combinaisons pour chaque mode de fonctionnement.

Mode d'accumulation du CEPS

Le cycle de fonctionnement de ce type de chauffage est divisé en deux étapes. Dans la première étape (temps de charge), la consommation d'énergie électrique du réseau électrique se produit de manière continue, elle est convertie en chaleur et stockée dans la masse d'accumulation du sol. Cela se produit pendant une période de faible charge du réseau électrique, le plus souvent la nuit, pendant 8 à 10 heures (période de tarif réduit). Dans la deuxième étape (temps de décharge), le système est bloqué. La libération de l'énergie accumulée dans l'espace se produit de manière spontanée, ce qui entraîne une diminution progressive de la température de la surface du sol.

La durée limitée de charge entraîne une puissance installée élevée, ce qui implique une exigence de dimension plus grande pour la connexion électrique. Une grande puissance de raccordement cause des problèmes de raccordement d'un plus grand nombre de consommateurs dans les zones avec une faible capacité des réseaux électriques.

Le type de chauffage par accumulation est exigeant en termes de construction du sol, il réduit la hauteur utile de la pièce et impose des exigences accrues sur la résistance de la dalle du plafond.

La régulation du système est problématique. Le système n'est pas capable de réagir de manière flexible aux changements soudains des conditions de fonctionnement (changement de température en raison des changements météorologiques ou des gains thermiques). Des problèmes surviennent également pour assurer le confort thermique en après-midi lorsque la température de l'air extérieur baisse et pendant les périodes de transition. En raison de l'inertie thermique élevée, il est nécessaire de le concevoir pour des bâtiments massifs avec un même régime thermique et sans grandes surfaces vitrées.

Bien que la caractéristique mentionnée ne soit pas très favorable pour le système d'accumulation, ce type de chauffage joue un rôle irremplaçable en tant qu'élément de régulation pour l'équilibrage des consommations à partir des réseaux électriques et, il y a peu de temps, les consommations d'accumulation étaient avantageuses en termes de prix et privilégiées lors de l'approbation des demandes de chauffage électrique.

Mode semi-accumulateur du CEPS

Ce mode de chauffage peut également être caractérisé comme un mode d'accumulation avec un temps de charge réparti. Le cycle de fonctionnement du système est, comme pour le mode d'accumulation, composé de deux étapes - l'étape de charge et l'étape de décharge. L'étape de charge du système peut être répartie sur plusieurs plages horaires, la consommation principale d'énergie électrique se produit la nuit, et, si nécessaire (ce qui n'est pas toujours nécessaire), le système peut être rechargé pendant la journée, principalement en après-midi. En conséquence, les exigences en matière de qualité de l'isolation thermique sous le plan de pose des câbles de chauffage et de l'épaisseur de la couche d'accumulation de la construction du sol sont réduites. En raison de la durée réduite de consommation d'énergie et de la possibilité de rechargement, la puissance installée nécessaire de la source est réduite.

Par rapport à la consommation d'accumulation, les coûts d'investissement pour la construction du sol, la source de chaleur et la dimension de la connexion sont réduits. Le réseau électrique n'est pas soumis à des pics de consommation aussi importants et le nombre possible de consommateurs connectés sur une certaine dimension du réseau dans la zone concernée augmente. Le système est mieux régulable, ce qui entraîne des économies d'énergie lors de son fonctionnement par rapport au type précédent. Il est adapté aux nouvelles constructions avec une exploitation journalière continue. En raison d'une inertie thermique encore assez importante, il est problématique d'assurer le confort thermique pendant la période de transition.

Mode direct du CEPS

Le mode de fonctionnement de ce type de chauffage est diamétralement différent des deux types précédents. La source de chaleur consomme de l'énergie électrique du réseau selon les besoins pendant toute la durée d'exploitation, à l'exception de la période de blocage du système, qui est d'au moins 2 heures par jour.

Le système est caractérisé par une épaisseur minimale du sol chauffant, car l'exigence d'accumulation de chaleur est éliminée. Au contraire, il est souhaitable d'augmenter la dynamique du système, ce qui est atteint en plaçant le plan de pose du câble chauffant le plus près possible de la couche de surface du sol. Si les éléments chauffants sont installés dans une couche de béton, celle-ci a uniquement une fonction de couverture. La puissance installée est presque moitié inférieure à celle du mode d'accumulation, ce qui implique une dimension électrique de la connexion plus petite et une possibilité de connecter deux fois plus de consommateurs sur la capacité électrique du réseau.

Grâce à l'épaisseur minimale de la construction du sol et à la possibilité de poser la surface chauffante sur le sol existant sans travaux de démolition nécessaires, le système peut être utilisé lors de la rénovation du système de chauffage. Par rapport au mode d'accumulation et au mode semi-accumulateur, il se caractérise par un temps de mise en route court (30 à 120 minutes selon la finition du sol et l'épaisseur de la couche de béton), une meilleure régulation, une réaction flexible aux changements des conditions de fonctionnement, ce qui signifie des économies d'énergie. Ce n'est pas un système direct typique avec une réaction immédiate à l'intervention du régulateur. Une certaine inertie thermique, déterminée par la masse surfacique de la couche de surface, est adaptée pour combler la période de blocage du système sans réduire la qualité du confort thermique.

Les coûts d'investissement sont plus faibles que dans les autres modes d'exploitation, grâce à l'épaisseur réduite du sol, à la dimension réduite du raccordement électrique, à la puissance installée réduite de la source de chaleur et à la charge statique réduite des structures de plancher.

Fonctionnement du chauffage électrique par le sol dans les bâtiments

Grâce à la variabilité des modes de fonctionnement, à la régulation simple de la puissance thermique (allumer/éteindre) et à la possibilité d'utiliser des stratégies de régulation connues, le chauffage électrique par le sol trouve une large application dans des bâtiments de différents types pour le chauffage d'intérieurs ou d'extérieurs. Il peut être exploité dans des bâtiments avec un mode d'utilisation permanent, un mode d'utilisation occasionnel ou comme chauffage complémentaire.

Bâtiments avec un mode d'utilisation permanent

Le chauffage électrique par le sol, en tant que source de chaleur permanente, est utilisé dans des bâtiments d'habitation (maisons individuelles, logements collectifs), des hôpitaux, des crèches et maternelles, des installations de loisirs et de bains, des hôtels et chalets de montagne. Le système de chauffage est conçu comme la seule source de chaleur et couvre la perte thermique totale de la pièce chauffée. Il peut être appliqué en mode direct, accumulatif ou semi-accumulatif, cela dépend des besoins de l'utilisateur, des conditions du bâtiment et des possibilités du réseau électrique de distribution en termes de puissance nécessaire dans la zone concernée. Le client a le choix parmi plusieurs systèmes, par exemple le chauffage par le sol Fenix est disponible.

Afin que le système de chauffage fonctionne de manière optimale, il est nécessaire d'harmoniser son régime thermique avec celui du bâtiment. La version accumulative et semi-accumulative est adaptée aux bâtiments massifs, lourds, avec une surface minimale de structures transparentes. La version directe, grâce à sa réaction dynamique sur l'intervention de la technique de régulation en fonction de la constante temporelle, est utilisée dans les bâtiments avec un enveloppe extérieure de tout type.

En raison de la durée limitée d'approvisionnement en énergie, le système accumulatif peut avoir des problèmes d'assurer le confort thermique à la fin de la période de décharge, par exemple en cas de dégradation soudaine de la météo. Il est préférable d'utiliser les pièces immédiatement après la fin de la charge du système. Par conséquent, ce mode est adapté aux bâtiments principalement utilisés en journée ou en combinaison avec un système de convection complémentaire. Le système semi-accumulatif et direct assurent le confort thermique pendant l'utilisation quotidienne du bâtiment. Lors de la rénovation de la source de chaleur, si l'on envisage un système de chauffage électrique par le sol, la version directe apparaît comme la plus acceptable et souvent la seule alternative.

Le confort thermique est assuré par une régulation individuelle de la puissance pour chaque intérieur chauffé. Dans le cas du mode direct, on utilise la régulation de la température de l'air à une valeur constante ou en fonction de la température de l'air extérieur, dans le cas du mode accumulatif et semi-accumulatif exclusivement en fonction de la température de l'air extérieur. Le régulateur assure en même temps que la température de la surface du sol (au niveau du câble de chauffage) ne dépasse pas les valeurs fixées par les règles d'hygiène en fonction du type de pièce. Pour la régulation, on utilise des thermostats, qui sont installés soit directement dans la pièce, soit dans le tableau électrique. Les thermostats de génération antérieure fonctionnent sur le principe d'interruption/activation de l'alimentation électrique du système lorsqu'une des valeurs fixées est atteinte. Pour améliorer le confort de vie, ils sont souvent complétés par des horloges programmables permettant de programmer le mode de chauffage plusieurs jours à l'avance (jours ouvrables, week-ends, vacances). Les thermostats de nouvelle génération fonctionnent comme des dispositifs intelligents programmables, qui ont un composant temporel intégré dans leur conception. Ils régulent la température de l'air et la température du sol avec des coûts d'exploitation optimaux. Ils assurent le confort thermique sur la base de l'évaluation du gradient thermique dans la pièce et sont capables de déterminer le temps nécessaire pour atteindre la température souhaitée.

Bâtiments avec une utilisation occasionnelle

Le chauffage électrique par le sol, en tant que source de chaleur occasionnelle, a de larges possibilités d'application:

• Dans des espaces d'habitation qui ne sont pas utilisés régulièrement. À ces espaces appartiennent par exemple des chalets de week-end, des garages, des pièces pour des ateliers de loisirs dans des maisons d'habitation, etc. Pendant la période où le bâtiment ou l'espace n'est pas utilisé, le système de chauffage ne doit pas geler et, au début de l'exploitation, il faut assurer un chauffage rapide de l'intérieur. Ces exigences sont remplies par le système de chauffage par le sol en version directe avec une constante temporelle minimale (installation des éléments directement sous la couche de marche). Avec un équipement plus confortable, où le système est contrôlé par un dispositif de régulation programmable permettant de le mettre en marche de manière à assurer le confort thermique au moment de l'utilisation du bâtiment, on peut également utiliser d'autres modes de chauffage. Cette possibilité est plus rare et, pour des raisons économiques, elle est envisageable uniquement si l'utilisation de l'espace après le démarrage du système est plus longue (chalets de week-end). Une autre possibilité est l'allumage du chauffage par téléphone, de manière à ce que l'intérieur soit chauffé dès l'arrivée dans le bâtiment. La puissance thermique est régulée comme dans le cas des bâtiments avec un mode d'utilisation permanent.

• Dans des espaces non résidentiels, utilisés occasionnellement. À ces espaces peuvent être rattachés des églises, des temples, des stades, des gradins, où les gens restent un court temps (1 à 2 heures). Il n'est pas nécessaire de chauffer l'ensemble de l'intérieur, mais uniquement une partie. En raison de leur faible épaisseur de construction et de leur montage simple, des éléments de chauffage tels que des tapis et des plaques électriques sont envisagés. Ils sont placés sur la partie inférieure (la chaleur rayonne sur les pieds) ou sur le dossier (la chaleur rayonne sur le dos), sous les tapis ou les dalles, les tables de travail (chauffage des mains), etc. La régulation du système est habituellement assurée par un thermostat équipé d'un capteur de température au niveau du câble de chauffage.

• Dans des espaces non résidentiels, qui sont utilisés régulièrement quelques jours par semaine, mais où un autre mode de chauffage serait non économique ou inapproprié. À cette catégorie appartiennent principalement des halls industriels, des entrepôts non chauffés, des ateliers, etc. Les gens y restent souvent 24 heures par jour, mais chauffer de tels espaces étendus serait à la fois très exigeant (hauteur de construction importante) et peu économique (presque impossible à réguler - production importante de chaleur parasite des machines). Le chauffage dans ces cas est résolu par la création d'îlots thermiques, c'est-à-dire que l'on chauffe directement les postes de travail, les endroits de séjour des personnes, les zones de manutention. On peut à nouveau utiliser efficacement des tapis et des plaques de chauffage, ou éventuellement un système de chauffage par le sol en mode direct. Pour la régulation, on utilise des thermostats équipés d'un capteur de température au niveau du câble de chauffage.

Sur le marché, plusieurs systèmes de chauffage par le sol sont disponibles, par exemple le chauffage par le sol Fenix.

Chauffage complémentaire

Le chauffage électrique par le sol, par exemple chauffage par le sol Fenix, en mode direct comme source de chaleur complémentaire est conçu:

• dans des espaces où les gains thermiques (halls, couloirs, toilettes) assurent une température agréable de la surface du sol;

• dans des espaces où la perte thermique de base est couverte par un autre système de chauffage et on ne veut pas avoir un sol froid (cuisines, salles de bains);

• pour assurer le confort thermique pendant la période de transition, lorsque le système de chauffage principal est hors service.

L'exploitation du système est contrôlée par un thermostat équipé d'un capteur de température du sol. La puissance de chauffage est déterminée dans ces cas-là sur la base de l'utilisation de la pièce, de la composition du sol et des exigences en matière de dynamique du système.

Littérature utilisée:

Dušan Petráš, Miroslav Kotrbatý: Chauffage des bâtiments à grands espaces et des halls