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Le chauffage et la production d'eau chaude sanitaire

Avant de détailler les système de chauffage ou de production d'eau chaude sanitaire, il est important de rappeler quelques principes fondamentaux de la construction. En effet, la conjoncture économique et écologique actuelle doit nous faire prendre conscience des efforts que nous devons tous entreprendre pour faire tendre nos logements vers une sobriété énérgétique maximale tout en améliorant le confort de vie.

Le chauffage n'est qu'un maillon de cette chaîne de l'efficacité énergiétique et du confort. Moins ces systèmes de production de chaleur seront sollicité s moins la dépendance aux énergies non renouvelables sera importante.

L'étude thermique proposée par l'Expert en économie d'énergie permet de constituer la chaîne complète de l'efficacité énergétique du bâtiment, en optimisant chaque maillon à travers une méthode de calcul réglementaire TH-CE ex. La puissance nécessaire au système de chauffage est calculée précisément en fonction des isolants en place (murs extérieurs, dalles, toiture), de la qualité des menuiseries extérieures, des ponts thermiques existants et de la ventilation. Mais aussi en tenant compte des apports solaires et des systèmes de production d'énergies renouvelables.

Chauffage à eau chaude

Le principe : L’eau du circuit de chauffage est élevée àune température comprise entre 70 °C et 90 °C (que l’on appelle le régime de température) grâce àun échangeurqui récupère la chaleur produite par un brûleurutilisant un combustible (gaz, fioul, etc.) et de l’air. Le circuit de chauffage est un circuit fermé, l’eau qui quitte la chaudière y reviendra intégralement après son passage (refroidissement) dans les émetteurs (radiateurs).
	La qualité de la combustion, du mélange oxygène/combustible et le taux ce CO2 dans les produits de la combustion sont les critères d’un bon rendement. Le meilleur rendement est obtenu lorsque le brûleur travaille près de son débit nominal. Il est choisi de manière à développer la flamme la mieux adaptée à la forme et à la taille de l'échangeur.
Les produits de la combustion évacuées à des températures élevées (de 150 à 200 °C) contiennent de la vapeur d’eau qui contient de la chaleur. Plus les températures sont élevées et moins bonne est la performance de la chaudière. À confort égal, les chaudières récentes consomment moins de combustibles et rejettent moins de gaz dans l’atmosphère (20 % de consommation et d’émission en moins par rapport aux chaudières des années 70). En plus, les chaudières anciennes sont souvent mal isolées et utilisent une partie de la production de chaleur pour chauffer le local technique. Le " régime de température " le plus usuel était autrefois le régime 90/70 °C. Aujourd’hui on utilise des régimes moins chauds en installation standard 80/60 °C. Ces régimes sont beaucoup plus bas dans le cas des systèmes à basse température ou utilisant la technologie condensation.
A ces pertes se rajoutent, celles liées au circuit de distribution, à l’émission de chaleur dans la pièce et àla régulation du système. La puissance utile dans la pièce en est affectée.
Rendement de combustion Pratiquement, un bon rendement de combustion d'une chaudière standard moderne est de l'ordre de 93%. Une perte de rendement de combustion provient principalement d'un brûleur inadapté à la chaudière, d'un mauvais réglage du brûleur, d'un encrassement de la chaudière, d'un tirage de la cheminée trop important. Pertes vers le local chaudière Ces pertes sont principalement présentes au niveau de la porte, du fond et du socle de la chaudière. Elles sont de l'ordre de 1 à 6% pour les anciennes chaudières et 1 à 3% pour les nouvelles selon la puissance. Surdimensionnement Le surdimensionnement du brûleur (s'il fonctionne moins de 4 minutes en moyenne) ou de la chaudière entraîne une augmentation des pertes à l'arrêt. En imposant aux états membres l’obligation des vérifications des installations de chauffage par combustion (chaudières de plus de quinze ans) la directive européenne PEB du 16 décembre 2002 intègre l’idée de la qualité de la combustion dans la gestion de l’efficacité énergétique.

Chaudière basse température

Les chaudières traditionnelles (gaz, fioul ou GPL),sont conçues pour fonctionner en produisant de l’eau chaude de 35 à 50 °C au lieu de 80/90 °C, donc avec un meilleur rendement. Par opposition aux chaudières à condensation elles sont conçues pour éviterla condensation des fumées. Les brûleurs fonctionnent de façon variable permettant une bonne économie d’énergie.

Les gains de consommation réalisables avec une chaudière basse température sont de l’ordre de 12 à 15% par rapport à une chaudière moderne standard et jusqu'à 25 % par rapport à une chaudière de plus de 20 ans.

Chaudière à condensation

Chaudière (gaz, GPL, parfois fioul) récupérant la chaleur latente contenue dans les produits de combustion, en la condensant. La chaleur récupérée est utilisée pour préchauffer l’eau du circuit de chauffage. Le rendement (PCI) peut être supérieur à 100 %.

Pour que la condensation se produise l’eau de retour doit être suffisamment froide. Donc plus la température de départ est faible, plus la température du retour sera faible et plus il y aura condensation. Le rendement sera alors meilleur.

=> Les émetteurs (radiateur) basse température sont donc à privilégier.

Conduit de cheminée :

Les températures froides des fumées nécessitent un diamètre de conduit adapté pour favoriser le tirage thermique.

Les émetteurs (Radiateurs)

Pour fournir la même puissance que dans le cas d'une chaudière d'ancienne génération, la surface de chauffe du radiateur de la chaudière basse température devra être plus importante.

Peut-on conserver les émetteurs en place ou doit-on effectuer systématiquement leur changement avec le changement de la chaudière?

l’outil de calcul sera utilisé pour vérifier la puissance du radiateur en fonction de sa taille et de la température de l’eau qui circule.

Le circuit de distribution

Réseau monotube :	les radiateurs sont montés sur une boucle unique qui fait le tour du bâtiment. On l’appelle : monotube série. Inconvénient : le dernier radiateur a tendance à être alimenté en eau tiède et doit être surdimensionné pour chauffer correctement une pièce. Il n'est pas possible d'installer une régulation par thermostat d'ambiance ou des robinets thermostatiques sur un tel réseau.
Réseau monotube dérivé :	Comme pour le réseau monotube série, les émetteurs sont alimentés successivement, mais on installe des robinetteries permettant la fermeture d'un émetteur sans perturber le fonctionnement des autres. Inconvénient : La détermination des températures d'entrée des émetteurs successifs nécessite un calcul particulier.
Réseau bitube :	Il est constitué de deux circuits de tuyauterie : Le premier amène successivement l'eau chaude jusqu'aux émetteurs. Tous les émetteurs sont alimentés à la même température et leurs températures de sortie sont identiques. Le deuxième récupère l'eau tiède à la sortie de chaque radiateur et la renvoie vers la chaudière où elle est réchauffée avant de repartir dans le circuit. A l’entrée de chaque émetteur un robinet permet leur isolement sans perturber le fonctionnement des autres. Le robinet de sortie (té de réglage) permet le réglage du débit de chaque émetteur pour éviter un débit trop important aux émetteurs les plus proches et un débit trop faible aux plus éloignés. Ce réglage s’appelle l’équilibrage de la distribution.
Avantages : Tous les émetteurs ayant la même température d'entrée et de sortie, leur sélection est simplifiée ; on peut alimenter un nombre quelconque de radiateurs. Le raccordement bitube permet l'alimentation des appareils en diagonale. Cette disposition est plus efficace pour l'émission de chaleur que le raccordement de type monotube avec robinetteries spéciales. Inconvénients : La longueur de canalisation à installer peut être le double de celle d'une distribution de type monotube. Le débit de chaque émetteur doit être correctement réglé si l'on veut éviter que les émetteurs éloignés de la pompe ne manquent de débit (équilibrage). Le débit véhiculé depuis la chaudière décroît au fil de l'alimentation des différents émetteurs.
Réseau pieuvre :	chaque radiateur possède son propre réseau de distribution et de récupération, indépendamment des autres. C'est un système relativement récent, rendu possible par de nouveaux matériaux tels que le PER (polyéthylène réticulé). Moins onéreux et plus facile à manipuler que le cuivre, le PER permet de multiplier les circuits et les raccords, sans nécessairement procéder aux travaux de soudure.
	Avantages : Les longueurs de raccordement des émetteurs étant comparables, et les robinets de réglage regroupés, l’équilibrage de ces distributions est facilité. Ce type de distribution s’utilise àl’échelle d’un pavillon ou d’un logement.Un avantage particulier de ces distributions porte sur le regroupement des robinets de réglage des débits sur les collecteurs ce qui facilite les opérations d’équilibrage par contrôle des températures de retour ou par le contrôle des débits lorsque leur mesure est possible.
Distribution collective de type parapluie : Ce type de circuit était utiliséautrefois dans les circuits sans pompe. L'eau y circulait par thermosiphon : l'eau chaude, plus légère que l'eau refroidie, montait par la conduite principale verticale avant de redescendre naturellement après passage par les émetteurs.
	L'eau réchauffée par la chaudière est totalement véhiculée en haut de l'installation avant de redescendre au travers des différents émetteurs.
Distribution collective de type chandelle : l'eau réchauffée par la chaudière est véhiculée vers diverses colonnes d'alimentation de groupes d'émetteurs. Les différentes colonnes et les radiateurs doivent être soigneusement équilibrés.
	Comme en distribution de type parapluie, le nombre des colonnes peut être très important. Une colonne alimente tous les radiateurs pièces superposées des différents logements. Si l'on isole une colonne, on supprime le chauffage d'au moins une pièce dans tous les appartements concernés.