Chauffer un bâtiment de grande hauteur tiend compte du système d’isolation et de l’activité exercée dans cet espace. Alors, aérothermes ou panneaux rayonnants ?

La solution de diffusion de chaleur à installer pour chauffer des bâtiments de grands volumes se détermine suivant différents critères. Sept paramètres entrent en ligne de com­pte.


Les caractéristiques du bâtiment d’abord, suivant que l’on est en neuf ou en rénovation, l’isolation, l’étanchéité et son inertie influeront sur la solution à retenir. L’activité pratiquée est déterminante pour savoir s’il y a des températures strictes à respecter.

Un système réactif

Gérer aussi le confort d’utilisation, ­l’hygiène et la sécurité. La fréquence d’utilisation des locaux permet d’opter pour un système plus ou moins réactif en termes d’inertie. Une salle de sport avec une occupation ponctuelle et partielle se verra installer un système de chauffage sectorisé par zone (à condition qu’il y ait des cloisons amovibles), avec une montée en température rapide.


L’énergie disponible et son coût permettent de définir la solution adaptée garantissant la plus basse consommation, en optant pour des brûleurs modulants par exemple. Enfin, dernier critère, le coût. Installation, consommation et entretien sont complémentaires.


L’étude technico-économique permet de faire le meilleur compromis. Alors, chauffage par air chaud ou rayonnement ? Eléments de réponse…

 

AVIS D'EXPERT

Jean-Marc Dufour - Vice-président de l’Association des ingénieurs en climatique, ventilation et froid (AICVF).

«  Pour les aérothermes muraux, on a toujours un phénomène de stratification qui se créé naturellement. Pour y remédier, il faut avoir des taux de brassage de 3 à 5 V/h voire plus si les aérothermes sont positionnés à plus de 2,50?m de hauteur.


Attention aussi à la double déflexion ! Le principe est d’avoir le moins de turbulences car celles-ci réduisent la portée des appareils. Une des solutions est d’installer des aérothermes plafonniers car ils assurent aussi la fonction de déstratificateur. Mais la portée est limitée à 5 m.


Une autre solution est d’utiliser des bouches à induction qui présentent l’avantage de remélanger une partie de l’air ambiant avec l’air soufflé, et donc de diminuer la température de soufflage.


Pour les panneaux rayonnants, on voit souvent des installations avec des panneaux trop écartés. La loi de Lambert précise le pourcentage de rayonnement en fonction de l’écartement des panneaux. Pour rester proche d’un coefficient de 0,9 et donc d’un rendement de 90 %, les panneaux ne doivent pas être écartés de plus d’une hauteur d’installation.


Si les panneaux sont placés à 6?m de hauteur, leur écartement maxi devra être de 6 m. Exception : dans le cas de murs mal isolés, une demi-hauteur conviendra. L’autre règle à respecter concerne le débit du fluide caloporteur qui doit être turbulent.


S’il est lamellaire l’émission des panneaux va chuter de 30 à 40 %, d’où la nécessité de mettre des régulateurs de débit sur le retour des panneaux et non des tés de réglage ».



Source : batirama/L. Denovillers

Solution n° 1 : L’aérotherme : pour les locaux inférieurs à 5 m

Le chauffage par air chaud convient bien pour les locaux dont la hauteur sous plafond est inférieure à 5 mètres, et bénéficiant d’un minimum d’isolation.

 
 

Le principe consiste à chauffer de l’air qui provient de l’extérieur (renouvellement) ou de l’intérieur du local (recyclage), en traversant un corps de chauffe avant de le diffuser directement par des grilles à volets orientables ou à travers un réseau de gaines dans le bâtiment. Le but étant de porter et maintenir l’air ambiant à une température désirée, en le mélangeant avec l’air chaud produit par un générateur appelé aérotherme.


Ce système est envisageable dans les bâtiments plutôt bien isolés thermiquement, à condition tout de même de bien dimensionner l’apport d’air hygiénique ou renouvellement d’air.


On n’échappe pas au phénomène de stratification des températures lorsque l’on chauffe de l’air. En effet, l’air chaud monte et l’écart de températures entre le sol et le haut du local peut atteindre une dizaine de degrés, et parfois plus dans des cas très défavorables. Il est alors impératif d’installer des appareils qui permettent de réduire considérablement ce phénomène, des déstratificateurs. Ce dernier brasse l’air et évite, de ce fait, des surconsommations énergétiques, on approche ici la notion de taux de brassage.

Attention à la maintenance…

Côté alimentation, les longueurs de tuyauteries sont importantes pour de telles installations car on est obligé de ceinturer le local à chauffer pour alimenter les aérothermes disséminés. Ces derniers doivent être raccordés électriquement et présenter une évacuation de fumées pour les appareils fonctionnant au gaz.

Les dernières générations d’aérothermes permettent de fonctionner en mode froid, dans ce cas la batterie est alimentée par un circuit d’eau glacée.


Bon marché à l’installation, ce système demande environ 15 à 35% de puissance supplémentaire par rapport à une solution en panneaux rayonnants sans oublier la consommation électrique des moteurs. Il impose un entretien régulier comme, par exemple, le nettoyage des batteries à cause de leur empoussièrement.


Enfin, l’entretien d’un aérotherme nécessite l’utilisation d’une nacelle élévatrice, mais cette dernière peut être incompatible avec une circulation sur des revêtements de sols sportifs par exemple, qui sont fragiles et imposeraient l’installation de platelages avant toute intervention.

Intérêts :

coût intéressant à l’installation. Pour des locaux existants ayant un taux de renouvellement d’air important.

Limites :

des longueurs de tuyauteries importantes. Des alimentations électriques pour raccorder les moteurs des aérothermes. Ne convient pas pour des locaux de grande hauteur sous plafond, sauf si l’on a besoin d’un fort taux de renouvellement d’air.

 

 

Source : batirama/L. Denovillers

Solution n° 2 : Le panneau rayonnant : silencieux

Le système de chauffage par rayonnement consiste à chauffer une masse plutôt qu’un volume, pour qu’elle émette un rayonnement infrarouge (onde électromagnétique).
 

 

Il implique un silence absolu, pas de mouvement d’air et une température uniforme dans tout le volume à traiter. Il signifie également une économie d’énergie significative parce que le rayonnement transmet directement la chaleur aux personnes, aux machines, aux murs et au sol en réchauffant indirectement l’air.

Cela minimise les phénomènes de stratification de la chaleur, et offre une sensation de confort excellente pour une température d’ambiance moins élevée. C’est pour cette raison que le rayonnement est la technique privilégiée pour chauffer des locaux de grande hauteur isolés ou non.

On estime qu’à partir de 5 mètres de hauteur sous plafond et un taux de renouvellement d’air inférieur ou égal à 2 V/H, ce système est opportun. Il est particulièrement adapté au chauffage d’ateliers, d’églises, de salles de sport, entrepôts logistiques mais aussi au chauffage partiel de certaines zones de passages ou de travail.

En revanche le panneau rayonnant supporte très mal les courants d’air, alors il vaut mieux les éviter pour des locaux largement ouverts comme des quais de gares, à moins que la vitesse de l’air reste très limitée. Pour les portes, un complément par rideaux d’air chaud commandés par l’ouverture des portes est parfait.


Côté esthétique, chauffer par rayonnement c’est optimiser l’occupation de l’espace car tous les murs et le plancher restent libres de tout appareil.


Pour ce qui est de la maintenance, elle est nulle ou presque, si l’on a pris soin lors de l’installation de ramener les purges à une hauteur de 3 ou 4 mètres du sol, plutôt que de laisser des purgeurs automatiques en partie haute de l’installation et qui nécessitent impérativement une maintenance au bout de quelques années. Les réseaux de tuyauteries sont réduits car dans 95% des cas il est possible d’avoir le départ et le retour des panneaux du même côté, enfin il n’y a pas d’alimentations électriques.

Intérêts :

pas de mouvement d’air. Pour une température ressentie identique, la température de l’air peut être maintenue à un niveau plus bas qu’avec un chauffage par aérotherme car l’échange se fait par rayonnement. Aucune maintenance ou presque. Economies d’énergies.

Limites :

son coût à l’installation. Ne supporte pas les vitesses d’air > 0,3 m/s.
 

 

Source : batirama/L. Denovillers

INFOS PRATIQUES

Les panneaux rayonnants s’envolent depuis 2000

• En 2010
  Aérothermes : 60% du marché
  Panneaux rayonnants : 40 % du marché

 

• En 2000
  Aérothermes 90 % du marché
  Panneaux rayonnants 10 % du marché

La progression des panneaux rayonnants sur le marché français est la conséquence de la règlementation thermique dès 2000, ce grignotage de parts de marché s’accélérant depuis la RT 2005.

Quelle réglementation ?

Des textes réglementaires régissent le chauffage des bâtiments industriels et tertiaires :

• Norme Européenne EN 14 037 et EN 12 831.
   
• Règlement Sanitaire Départemental Type.
   
• Règlementation sécurité incendie dans les ERP (salle de sport, lieu de culte, magasin…)
   
• DTU (gaz, fumisterie, dimensionnement…)
   
• NFC 15100 (électricité)
   
• Code du travail
   
• Règlementation des installations classées au titre de la protection de l’environnement.

L’installateur a donc un rôle de conseil et c’est à lui de s’assurer de la conformité des installations à l’ensemble de la règlementation qui les régissent.
Pour plus de renseignements : http://www.sitesecurite.com

Questions/Réponses…

• Qu’appelle-t-on le taux de brassage ?
  
  Le taux de brassage est le rapport entre le débit d’air brassé et le volume du local à chauffer. Il s’exprime en volume par heure [V/h] et varie entre 2 et 5 [V/h] suivant le modèle de matériel choisi, modulant ou non, et le type de bâtiments (église, salle de sport…). Un bon taux de brassage assure une bonne homogénéité des températures. ­Attention : si l’on double la hauteur d’un bâtiment, on triple la valeur du taux de brassage, pour avoir une homogénéité de température et éviter de stratifier.
  
   
• Qu’est-ce qu’une portée pour un aérotherme ?
  
  La portée d’un aérotherme est la distance que parcourt le flux d’air chaud jusqu’à ce que sa vitesse devienne inférieure à 0,25 m/s.
  
   
• Qu’est-ce que le renouvellement d’air ?
  
  Le renouvellement d’air a pour effet d’assurer l’air hygiénique minimum destiné aux utilisateurs des locaux à chauffer. Exprimé en [V/h] il ne faut pas le confondre avec le taux de brassage.
   

 

• Qu’est-ce que le rayonnement ?
  
  Le chauffage par rayonnement peut être assimilé à l’action du soleil.
  Comme lui, les panneaux situés au plafond envoient un rayonnement qui se transforme en énergie calorifique dès lors qu’il rencontre un corps. L’air ne joue aucun rôle dans cette transmission de chaleur.
  
   
• Qu’appelle-t-on une puissance utile ?
  
  La puissance utile d’un appareil de chauffage est la quantité de chaleur transmise à l’air par unité de temps. C’est avec elle que l’on détermine le nombre d’appareils à installer pour répondre aux besoins de chauffage d’un bâtiment. Elle s’exprime en [kW]. Pour la calculer, il suffit d’additionner les déperditions surfaciques et linéiques dans le cas de panneaux rayonnants à eau chaude (jusqu’à une hauteur de 10 m). Pour les aérothermes, on détermine ces mêmes déperditions auxquelles on vient ajouter le taux de renouvellement d’air et une surpuissance de 20% (voir EN 12 831).
  
   
• Qu’est-ce que le rendement d’un appareil ?
  
  Le rendement se caractérise par le rapport entre l’énergie entrant dans l’appareil de chauffage et l’énergie qu’il restitue.

 

Source : batirama/L. Denovillers