Chauffage

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Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un matériau.

Le chauffage est utilisé notamment, pour maintenir ou améliorer des conditions d'ambiances vivables pour les êtres vivants dans les espaces clôts constituant des lieux de vie (bâtiments, habitacles de moyens de transports, piscines, etc.). Dans ce cas, l'objectif du chauffage est d'améliorer le confort thermique de l'espace chauffé.

Par extension, le terme chauffage désigne aussi le système destiné à assurer le chauffage.

Capteur de chauffage solaire, toit de terrasse.

[modifier] Structure d'un système de chauffage

Un système de chauffage comprend nécessairement :

Une source de chaleur : la source de chaleur se trouve nécessairement à une température supérieure à la température de l'objet, du matériau ou l'espace à chauffer, sauf dans le cas des pompes à chaleur.
Un émetteur de chaleur : L'émetteur de chaleur permet l'échange de l'énergie thermique entre la source de chaleur et l'objet, le matériau ou l'espace à chauffer. Cet émetteur peut être statique comme un radiateur, un convecteur, un plancher chauffant ou dynamique comme un ventilo-convecteur, une centrale de traitement d'air, un aérotherme. Dans le premier cas, l'émetteur transmet sa chaleur par convection et/ou rayonnement. Dans le deuxième cas, c'est un ventilateur qui pulse l'air au travers d'une batterie chaude et qui transmet la chaleur au milieu ambiant par recyclage et mouvement d'air.

Ces deux éléments peuvent éventuellement être confondus (par exemple, une flamme est source de chaleur ; elle émet aussi directement cette chaleur sous forme de rayonnement, ou autre exemple, un convecteur électrique produit et transmet sa chaleur).

Un système de chauffage peut aussi comprendre :

Un système de stockage de la chaleur
Un ou plusieurs systèmes de transport de la chaleur : le transport de la chaleur est réalisé le plus souvent au moyen d'un fluide présentant une capacité calorifique élevée, appelé fluide caloporteur.

[modifier] Contrôle d'humidité

Le système de chauffage permet aussi de contrôler le taux d'humidité de l'air dans un bâtiment. Contrairement aux croyances, ce taux d'humidité de l'air n'est pas assujetti au type de chauffage installé, c'est à dire aux genres d'unités servant à chauffer l'air ambiante tel des radiateurs à la vapeur, radiateurs à eau chaude ou radiateurs électrique, ainsi que matériaux que composent l'enveloppe,ou qui se retrouvent dans le bâtiment. Ce taux d'humidité varie selon les deux phénomènes suivants :

soit l'augmentation de la température de l'air ambiante selon le principe de la physique,il y a augmentation de volume modifiant ainsi le pourcentage de la vapeur d'eau contenue dans l'air diminue ;
un deuxième phénomène, responsable de la diminution du taux d'humidité est dû aux taux de changement d'air dû à l'infiltration de l'air extérieur au travers les parois du bâtiment. Ce taux de changement sera autant plus grand selon le différentiel de la température de l'air extérieur et intérieur du bâtiment.

D'ailleurs c'est avec ce taux de changement et la vitesse à laquelle ce changement se produit que l'on peut calculer le volume d'air extérieur qui s'infiltre dans le bâtiment.

Pour assurer un taux d'humidité dans le bâtiment, il suffit d'installer un système d'injection de vapeur d'eau. soit par vaporisation ou par évaporation ou sous la forme de vapeur.Il est important d'utiliser un bonne qualité d'eau, car si elle contient des impuretés, ils se retrouveront inévitablement dans l'air ambiante.

Le taux d'humidité doit être établit selon la composition architecturale de l'enveloppe et de la résistance thermique, ainsi que la localisation des coupe-vapeur. Si un taux d'humidité trop élevé est maintenu, il se produira une condensation sur la parois si sa température est égale à la température du point de rosé. Tel que l'on peut souvent l'observer sur la fenestration.

Un taux d'humidité trop élevé, est aussi la cause ou l'on croit que le toit coule mais qui en réalité est dû a la condensation qui se produit sur les surfaces des matériaux de composition du toit.De la même façon,qu'il se produit une condensation sur les fenêtres du bâtiment. Quelques fois nous pouvons observer l'apparition de champignons à la surface d'un mur extérieur dû à une condensation qui se produit à l'intérieur des mur sans que nous puissions l'observer. Or tout ces phénomènes sont la cause de beaucoup de dommages observés dans les bâtiments principalement rénovés sans que les constructeurs aient pris les précautions d'usages pour maintenir le taux d'humidité souvent exigé par le propriétaire.

[modifier] Identification

Le chauffage peut se faire par : Convection, conduction ou par rayonnement.
La chaleur peut être générée par :
- L'électricité,
- Un carburant fossile,
- Une source géothermique,
- Par valorisation des calories via une pompe à chaleur,
- Le rayonnement du soleil,
- Par utilisation de la biomasse.
Le caloporteur peut être : L'eau, la vapeur, l'air ou un gaz.

[modifier] Système

Radiateur de chauffage central

Le chauffage d'ambiance est destiné à assurer une température déterminée et/ou le confort dans un lieu clos ou ouvert. Le système peut être à :

Chauffage central : La production thermique centralisée est privée (individuelle ou collective) ou provient d'un réseau public (Chauffage urbain). Il comprend en outre une distribution et des émetteurs de chaleur ;
Chauffage individuel : L'installation peut-être composée d'une production thermique avec une distribution et des émetteurs de chaleur ou d'émetteurs de chaleurs individuels ;

Le fluide caloporteur est :

L'eau chaude : l'eau réchauffée (L'installation comporte un générateur de chaleur (chaudière), une distribution d'eau et des émetteurs de chaleur) ;
L'air pulsé : l'air ambiant réchauffé (L'installation comporte un générateur d'air chaud et le plus souvent une distribution de cet air chaud) ;
Un fluide caloporteur : en général une huile (réservé aux très grosses installations et en général au transport de la chaleur entre la production centralisée et des sous-stations qui sont des interfaces entre un réseau de production dit « primaire » et un réseau de distribution jusqu'aux émetteurs de chaleur dit « secondaire ».

L'énergie nécessaire provient généralement de :

Un combustible : fioul, gaz, charbon, bois, biomasse ;
L'électricité ;
La géothermie ;
Le solaire ;

[modifier] Économie

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Comparaison des coûts de l'énergie : aux tarifs domestiques courants, le prix du kWh varie beaucoup selon les sources d'énergie : (prix au 1er mai 2008 en € TTC/kWh utile sur une base de 25 000 kWh/an, hors installation).

fuel : 0,11€/kWh
gaz : 0,05€/kWh
électricité : 0,09€/kWh (prix pondéré heures pleines (0,11€) 2/3, heures creuses (0,07€) 1/3)
bois : 0,05 à 0,07€/kWh (bûches selon formats, qualité, etc.)

Ce prix a beaucoup varié au fil du temps (en € courants) : prix multiplié par...

fuel : 2,7 en 10 ans
gaz : 2,0 en 10 ans
électricité : 1,5 en 10 ans
bois : 1,5 en 2-3 ans

Les pompes à chaleur permettent de diviser par 2 à 4 le coût de l'électricité, en fournissant de 2 à 4 kWh pour 1 kWh consommé (ce rapport est appelé COP : coefficient de performance).

Pour une même pompe, le COP varie du simple au double selon la température extérieure (cas des pompes air/air ou air/eau) et la température délivrée. On ne peut donc préciser le gain correspondant.

Ex : pompe air/eau Viessman Vitocal 350 AWO 114 : COP de 1,8 seulement à -7°C extérieur (2 à -3°C/2,1 à 0°C/2,2 à 5°C) pour produire de l'eau à 65°C (reprise de chaudière sur radiateurs), alors qu'il s'agit d'une marque réputée et que son COP normalisé, indiqué sur les publicités, est de 3.7, soit le double (au moins trouve t-on les diagrammes de performance complets dans leurs documentations grand public, ce qui est rarement le cas).

Cette variabilité défavorable (rendement mauvais quand on en a le plus besoin) est un argument en faveur de la géothermie (source à température stable = COP constant), mais l'installation géothermie est plus coûteuse (surcoût dû au forage - prix typique : environ 15000€).

Les radiateurs à accumulation (chargés en heures creuses, utilisés en heures pleines) peuvent être considérés comme des "pompes à chaleur temporelles ;))" offrant un COP de 1.6, puisqu'on transfère des calories de nuit (moins chères) vers des calories de jour (plus utiles).

[modifier] Écologie

Le chauffage est une activité qui a un impact environnemental important : les usages « résidentiels et tertiaires » représentaient en 2001 en France 20% des émissions de gaz à effet de serre (cause du réchauffement climatique), et le chauffage des habitations et lieux de travail représente 75% de ces 20%, donc 15% du total.

Cet impact est en partie sous le contrôle des individus : chacun règle à sa guise la température de son domicile et peut donc décider de limiter son impact personnel. Baisser de 1°C la température fait baisser la consommation de 7 à 10%. Une réglementation prise lors du premier choc pétrolier limitait la température des immeubles collectifs à 19°C. Elle est probablement toujours en vigueur.

Cette température de 19°C est d'ailleurs supérieure aux préconisations médicales (d'antan) : 16 à 17°C dans les bureaux et salles de classe dans le Larousse Médical de 1960.

Le choix de la source d'énergie de chauffage a un impact environnemental : fossile ou renouvelable, avec ou sans émission de gaz à effet de serre).

Les pompes à chaleur (PAC) sont présentées par les commerçants comme un moyen de chauffage écologique. Il faut distinguer : PAC air/air ou air/eau : on transfère momentanément des calories de l'extérieur dans la maison avec de l'électricité. PAC géothermique : si c'est de la géothermie profonde, on accélère du transfert de calories du sous-sol vers l'atmosphère via la maison avec de l'électricité. Si c'est de la géothermie de surface, c'est du solaire différé avec de l'électricité. Donc, mis à part le rendement plus élevé de la géothermie, on peut considérer que le plus fort impact écologique est causé par la géothermie profonde, et que les PAC sont dans l'ensemble du chauffage électrique à rendement amélioré. Le point essentiel est par conséquent celui de la source du courant électrique utilisé.

La géothermie peut occasionner des pollutions des nappes phréatiques en cas de fuite ou rupture des tuyaux contenant les fluides de transfert thermique.

Si ces machines sont installées dehors, elles peuvent causer une pollution sonore pour soi-même et pour le voisinage (qui lui ne bénéficie d'aucun avantage en retour !). La même pompe Viessmann citée ci-dessus fait 70 db en sortie, d'autres annoncent des chiffres variés, souvent dans des conditions différentes : à 1m, à 5m, à 10m. Il faut tenir compte du fait que la pompe fonctionnera nuit et jour, par intermittence, et que de nuit même 40 db sont une nuisance. Elle émet aussi des sons à basse fréquence (ventilateurs) qui peuvent franchir isolations et doubles vitrages. Enfin, le niveau de bruit réel peut être très différent de la valeur catalogue.