Chauffage par le sol - comment s'y prendre
Vous posez la question chauffage au sol - comment faire ? Dans ce cas, vous êtes au bon endroit !
Le chauffage à basse température en association avec les sources renouvelables d'énergie peut être utilisé pour le chauffage de toutes les pièces où l'on utilise un chauffage hydraulique par systèmes de chauffage rayonnant. Les applications de ces systèmes à faible potentiel énergétique sont particulièrement adaptées pour :
• les maisons individuelles et les immeubles résidentiels,
• des espaces spéciaux dans la construction civile,
• des espaces dans des bâtiments en hall,
• des zones dans des bâtiments agricoles.
Vous vous intéressez à chauffage au sol - comment faire ? Continuez à lire.
Les maisons individuelles et les immeubles résidentiels sont le cas le plus fréquent d'application du chauffage à basse température, respectivement des systèmes solaires, géothermiques et pompes à chaleur, car ils permettent au propriétaire une solution architecturale propre pour l'intérieur chauffé, ainsi qu'une exploitation énergétiquement efficace et une garantie optimale du confort thermique.
Un objet avec un système de chauffage à basse température doit toutefois remplir ces conditions :
• les pertes thermiques des bâtiments chauffés doivent être aussi faibles que possible (15 - 20 W. m- 3),
• l'espace chauffé doit avoir une telle perte thermique, que la surface chauffante peut couvrir par sa puissance sans dépasser la température de surface hygiéniquement admissible de la surface chauffante (sol, mur, plafond),
• si la perte thermique est plus grande que la puissance atteignable de la surface chauffante, il faut augmenter la résistance thermique des structures périphériques par une isolation supplémentaire, ou couvrir la puissance manquante par une surface chauffante rayonnante dans une autre surface, ou éventuellement par un radiateur.
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Chauffage dans une maison à faible consommation d'énergie
Si l'on parle de l'application du chauffage à basse température avec des sources renouvelables d'énergie dans une maison à faible consommation d'énergie, il faut d'abord définir les exigences, analyser ensuite le bilan énergétique, ainsi que l'état thermique des intérieurs chauffés.
Exigences pour une maison à faible consommation d'énergie
La réduction de la consommation d'énergie lors de l'exploitation des bâtiments par la création d'un programme complexe d'efficacité énergétique conduit à la création et au projet d'une maison à faible consommation d'énergie. Cet état peut être atteint de deux manières :
• par la réduction des pertes thermiques des bâtiments causées par la transmission de chaleur et la ventilation, en association avec l'utilisation passive de l'énergie solaire par des éléments de construction habituels, par exemple fenêtres, murs vitrés
• par l'utilisation des sources renouvelables d'énergie, principalement de l'énergie solaire, de l'énergie des eaux géothermiques et de l'environnement par des systèmes actifs à faible potentiel énergétique.
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État thermique dans une maison à faible consommation d'énergie
Dans des bâtiments très bien isolés thermiquement, la température du fluide de chauffage et le gradient thermique sont nettement plus faibles que dans les bâtiments traditionnels, tandis que les températures de surface intérieures des parois extérieures sont plus élevées. Dans l'intérieur, on crée un état thermique homogène, sans verticales et horizontales indésirables de différences de température, asymétrie thermique rayonnante et ventilation excessive d'air, c.-à-d. inconvénients locaux de confort thermique.
Les résultats de mesures et de calculs théoriques ont confirmé que dans une maison à faible consommation d'énergie, il n'est pas important, en termes de garantie du confort thermique, la position du corps. Le problème principal est une variation trop grande de la température intérieure par rapport aux changements de charge thermique, c.-à-d. des gains thermiques des personnes, de l'éclairage, ou éventuellement du rayonnement solaire. Puisque les pertes thermiques spécifiques sont faibles, les variations de charge thermique peuvent influencer fortement la température intérieure résultante. Cette influence dépend surtout de l'inertie thermique du bâtiment et de la capacité de réglage du système de chauffage.
L'inertie thermique d'une maison à faible consommation d'énergie est plus élevée que dans un bâtiment standard. Les variations de température de l'air extérieur peuvent être contrôlées par l'utilisation d'une régulation équithermique avec une courbe caractéristique de chauffage. L'efficacité de cette régulation dépend du choix de la courbe de chauffage par rapport au type de bâtiment et à la variabilité de la demande de chaleur dans les différents intérieurs.
L'effet important du rayonnement solaire par les fenêtres sur la température intérieure résultante exige des fonctions opérationnelles supplémentaires du système de chauffage, permettant de modifier la puissance thermique. Pour les systèmes de chauffage à basse température, l'effet d'autorégulation est important, causé par la faible différence de température entre la température intérieure et la surface chauffante. Il est nécessaire de combiner cette capacité d'autorégulation avec un thermostat intérieur, qui, par le contrôle de la température intérieure, régule le débit massique dans le système de chauffage à basse température.
Lors de l'utilisation de l'interruption nocturne d'exploitation, l'économie dans une maison à faible consommation d'énergie est de 1 à 3 % de la consommation totale d'énergie.
Les systèmes de chauffage à basse température, avec des pertes thermiques minimisées lors de la production de chaleur (par exemple, chaudières à condensation) et la distribution, permettent une utilisation plus importante des sources renouvelables d'énergie.
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Exemples d'application dans les maisons individuelles et les immeubles résidentiels
Lors de l'application des systèmes à basse température dans les maisons individuelles et les immeubles résidentiels, nous montrons la réalisation de :
• chauffage par le sol à basse température,
• chauffage par le sol avec pompe à chaleur et capteurs solaires dans une maison à faible consommation d'énergie,
• chauffage à basse température avec pompe à chaleur,
• préparation de l'eau chaude sanitaire dans un immeuble résidentiel par des systèmes solaires,
• approvisionnement en chaleur pour le chauffage et la préparation de l'eau chaude sanitaire par l'énergie géothermique.
Chauffage à basse température avec pompe à chaleur
Le système de chauffage réalisé est dans une maison individuelle à rez-de-chaussée avec un sous-comble habitable. Le système de chauffage est un chauffage central avec un écart de température de 80/60 °C, la source de chaleur initiale était une chaudière à combustible solide. La source de chaleur à basse température est l'eau usée avec une température de 40 à 46 °C.
Initialement, une alternative monovalente et bivalente d'exploitation de l'équipement a été préparée, l'investisseur a choisi et réalisé la manière monovalente d'exploitation de la pompe à chaleur. Pour cette raison, il a fallu modifier l'écart de température selon la température maximale de l'eau de sortie du condenseur de la pompe à chaleur, dans ce cas à des valeurs de 55/43 °C. Pour cet objectif, il a fallu :
• réduire les pertes thermiques du bâtiment,
• augmenter la surface chauffante selon le nouveau gradient de température.
La connexion primaire au réseau d'eau géothermique est à une distance d'environ 100 m du bâtiment. Deux tuyaux de raccordement en polyéthylène sont librement placés dans le sol. En raison de l'agressivité de l'eau géothermique, il a fallu insérer un circuit intermédiaire du côté du évaporateur de la pompe à chaleur. Le circuit intermédiaire avec une circulation séparée contient un échangeur de chaleur à plaques. L'écart de température pour l'évaporateur de la pompe à chaleur sera donc de 20/15 °C.
La pompe à chaleur avec une puissance thermique de 20 kW est équipée de deux compresseurs étanches. La puissance électrique est de 5,5 kW et le facteur de performance atteignable de la pompe à chaleur est d'environ 3,2. Les valeurs réellement atteignables du facteur de performance de cette pompe à chaleur fonctionnant avec du R 22 varient de 3,5 à 4,5. Après la pompe à chaleur, sur le côté du condenseur, est insérée dans le circuit hydraulique une cuve tampon de 0,3 m3, d'où l'eau chaude est distribuée dans le système de chauffage. Le système de la pompe à chaleur comprend le contrôle nécessaire, la régulation équithermique avec possibilité d'atténuation journalière et nocturne, etc. Pour les cas d'urgence, le raccordement à la source de chaleur existante (chaudière à combustible solide) est conservé. La préparation de l'eau chaude sanitaire pour le bâtiment est résolue séparément sans utilisation de la pompe à chaleur.
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Préparation de l'eau chaude sanitaire dans un immeuble d'habitation avec un système solaire
L'installation énergétique solaire la plus grande dans la construction résidentielle en Slovaquie a été réalisée en 1985 sur un ensemble résidentiel à Šurany. Pour l'utilisation de l'énergie solaire dans la préparation de l'eau chaude sanitaire, un immeuble expérimental de logements a été choisi avec onze unités d'appartements, nécessitant un total de 2000 litres d'eau.
L'immeuble d'appartements est un bâtiment à quatre étages avec un sous-sol, où se trouve la salle des machines, et dispose d'une toiture plate sur laquelle sont installés les capteurs solaires.
Le système énergétique solaire est bivalent avec une accumulation à court terme (pendant deux jours). L'immeuble expérimental d'appartements avec un dispositif solaire pour la préparation de l'eau chaude sanitaire se trouve, en termes d'accessibilité à l'énergie solaire, dans une localité avec le plus long éclairement solaire annuel et la quantité maximale d'énergie solaire reçue.
La conversion de l'énergie solaire en énergie thermique se fait à l'aide de 34 capteurs solaires plans liquides installés sur la toiture plate, disposés en trois rangées dans une structure d'acier de support. Les réseaux de tuyaux (isolés thermiquement) du circuit des capteurs sont montés dans le sous-sol de l'immeuble d'appartements, où ils se connectent à un réservoir d'accumulation de 4000 litres. Un deuxième réservoir de 2000 litres, connecté en série, sert à surchauffer l'eau chauffée par l'énergie solaire. Les réservoirs sont équipés de capteurs de température et un régulateur différentiel gère leur remplissage.
Bâtiments publics
La possibilité d'appliquer le chauffage par le sol hydraulique dans les bâtiments publics est extrêmement large (bâtiments administratifs, hôtels, restaurants, cinémas, théâtres, bâtiments culturels et sociaux, etc.), cependant, dans la plupart des cas, elle est étroitement liée à l'utilisation du chauffage traditionnel, c'est-à-dire au chauffage hydraulique combiné.
Exigences pour le bâtiment chauffé
Le chauffage hydraulique combiné offre tous les avantages des deux systèmes, c'est-à-dire du chauffage par rayonnement sur grande surface et du chauffage par convection, et est particulièrement adapté aux bâtiments chauffés, où :
• il est possible de couvrir une grande perte de chaleur dans les cas où la puissance installée du chauffage par le sol seule n'est pas suffisante,
• une réaction flexible aux changements de besoin en chaleur dus à des sources externes de chaleur (rayonnement solaire, chaleur de cuisson, production de chaleur humaine, etc.), où le chauffage par le sol couvre la perte de chaleur de base et le chauffage par convection réagit de manière flexible aux variations de température extérieure, surtout pendant les périodes de transition printemps et automne),
• il est possible de modifier de manière variable la position et la puissance des corps de chauffe en cas de changement de disposition intérieure ou de modification de l'usage et de la fonction de la pièce.
Chauffage hydraulique combiné
Une large base matérielle, des solutions techniques progressistes et de nouvelles technologies d'installation ont rendu possible aujourd'hui de choisir et concevoir un système de chauffage sur mesure. L'une de ces solutions peut être le système de chauffage hydraulique combiné à base de plastique, qui permet de combiner efficacement le transfert de chaleur par convection et par rayonnement. En d'autres termes, utiliser simultanément des radiateurs traditionnels et des surfaces de chauffage par rayonnement sur grande surface.
Le chauffage combiné combine les avantages des deux systèmes de chauffage, à savoir le chauffage par rayonnement sur grande surface et le chauffage par convection, et élimine leurs inconvénients en tant que systèmes séparés, tout en étant basse température.
Le système de chauffage est composé des réseaux de tuyaux vers les différents répartiteurs du chauffage par le sol et du chauffage par convection. Le branchement des tubes de chauffage du répartiteur vers les différents corps de chauffe est le plus souvent réalisé de deux manières :
• Dans le premier cas, lorsque les tubes sont coulés dans le sol, on obtient la connexion la plus courte entre le répartiteur et le corps de chauffe. Cette solution est appliquée principalement dans les nouvelles constructions, où la couche de sol est posée uniquement après le placement des tubes.
• La deuxième solution permet de conduire les tubes vers les corps de chauffe le long de la plinthe périphérique de la pièce. Dans les bâtiments où l'on remplace le système de chauffage, il serait fastidieux et surtout non rentable de poser des tubes en plastique vers les corps de chauffe dans le sol. Cela impliquerait le démontage de la couche de revêtement du sol et l'ouverture de canaux pour le placement des tubes, ce qui prolongerait la durée de la mise en place du système de chauffage et augmenterait également les investissements. Par conséquent, il est approprié, dans les bâtiments existants, de poser les tubes en plastique du répartiteur vers les corps de chauffe le long du mur, dans la plinthe périphérique.
Le raccordement direct des tubes en plastique au corps de chauffe peut se faire soit directement du sol, soit du mur. Le raccordement du mur nécessite en outre l'ouverture d'un canal pour le placement des tubes. Dans le cas d'utilisation d'une plinthe périphérique, les tubes sont alimentés directement à partir d'elle. Selon la méthode de raccordement des tubes aux corps de chauffe, on distingue le système à un seul tube et le système à deux tubes. C'est précisément de ces deux systèmes que dépend le type d'armature utilisée sur le corps de chauffe. Voulez-vous savoir chauffage par le sol - comment faire ? C'est une question qui ne vous laissera plus dormir ? Plus maintenant !
Sources de chaleur pour le chauffage combiné
Toutes les sources de chaleur hydraulique utilisées (chaudières hydrauliques au combustible solide, au gaz, à l'énergie électrique, ainsi que les sources d'énergies renouvelables et les stations de transfert de chaleur) sont utilisables. Parmi ces sources, les chaudières au combustible solide sont les moins adaptées, car la possibilité de régulation de la puissance est limitée.
Les systèmes hydrauliques combinés à base de réseaux de tubes en plastique peuvent être conçus en fonction de la garantie de la température requise du fluide de chauffage, de l'exécution constructive, ou éventuellement du mode de fonctionnement, en lien avec la source de chaleur, comme suit :
a) une source centrale de chaleur hydraulique produisant directement de l'eau de chauffage pour le circuit de convection, avec l'application d'un mélange (robinet à trois ou quatre voies) pour le circuit de chauffage par rayonnement basse température sur grande surface ;
b) une source centrale de chaleur basse température produisant de l'eau de chauffage pour l'ensemble du système de chauffage basse température combiné, mais avec une augmentation supplémentaire de la surface des corps de chauffe ;
c) une source centrale de chaleur hydraulique produisant directement de l'eau de chauffage pour le circuit de convection, mais avec l'utilisation d'une station d'échangeur pour le circuit de chauffage par rayonnement basse température sur grande surface.
Les trois possibilités fondamentales de résolution sont différentes en termes techniques et matériels. Actuellement, l'alternative a) est la plus fréquemment utilisée, bien qu'en principe, il s'agisse de deux systèmes de chauffage séparés. L'alternative b) peut être utilisée uniquement pour les bâtiments à faible consommation énergétique avec des pertes thermiques unitaires de 15 à 20 W/m³, en raison de la réduction de la puissance thermique des corps de chauffe. La solution c) est théoriquement la plus parfaite, elle crée deux circuits de chauffage indépendants en pression et en température, où précisément pour le chauffage par rayonnement basse température sur grande surface, le circuit est parfaitement protégé contre les impuretés du circuit de chaudière et simultanément maximalement résistant aux effets de la diffusion de l'oxygène.
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Littérature utilisée :
Dušan Petráš : Chauffage basse température et sources d'énergies renouvelables
