Les chauffages

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1 Introduction: de quoi s’agit-il?

2 Objectifs de la formation

3 Eléments proposés pour le plan des leçons

4 Connaissances de base

• L’alimentation en énergie

• La production de chaleur

• Les systèmes de distribution de chaleur

• Le dégagement de chaleur

• Le réglage du chauffage

• Le chauffage à air

5 Exercices et solutions proposées

6 Bibliographie

7 Sources

8 Modèles

Peter Scherer

Les chauffagesL’énergie dans l’enseignement professionnel Modules pour les professions techniques, de l’électricité et de l’informatique: Module 8

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Introduction: de quoi s’agit-il?

2

Les chauffages

1 Introduction: de quoi s’agit-il ?

La chaleur dispensée par le chauffage est un aspectdu confort qui nous est tout naturel. Dans bien des régions de notre planète, l’hommene peut survivre en hiver que s’il dispose effective-ment d’un chauffage. Mais l’évolution de la techni-que et du niveau de vie depuis la deuxième guerremondiale a conditionné les exigences en matière dechauffages. En effet, souvent les habitudes de vie del’été, par exemple l’habillement, l’alimentation, lalumière, la liberté de mouvement sont reprises enhiver sans distinction.Cela signifie que la chaleur du chauffage doit êtredosée exactement et à tous moments, dans n’impor-te quel endroit de la maison sans que nous ayons lemoindre effort à fournir, cela va de soi.

Ce confort a aussi son prix, sous forme d’une aug-mentation des besoins en énergie et de son influen-ce sur l’environnement. A part l’énergie électriquequi ne devrait pas être utilisée pour produire de lachaleur pour le chauffage, toutes les autres sourcesd’énergie (pétrole, gaz naturel, bois, bio gaz) pro-

duisent par leur combustion des déchets et du CO2qui pollue l’air. Vu globalement, les besoins en éner-gie de chauffage augmentent de façon corollaireavec le taux de population et cela aura des consé-quences imprévisibles. Seulement l’utilisation d’éner-gie solaire (rayonnement) et toutes les autres sour-ces d’énergie naturelles disponibles sur terre per-mettront de réduire ce phénomène.De cela découle de façon générale une exigenced’utiliser l’énergie disponible de façon économique,rationnelle et conséquente.Pour un chauffage moderne, cela signifie l’utilisati-on de l’énergie dans le respect de l’environnement,de façon économique avec l’emploi de moyenstechniques, de composants permettant l’optimisa-tion du potentiel disponible.Les consommateurs et les personnes en formationdoivent prendre conscience de ces problèmes enrelation avec leur conséquence et doivent être renduattentifs sur les possibilités d’influences dont ils disposent.Ce module doit permettre d’en fournir les bases.

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Objectifs de la formation

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Les chauffages

L’apprentie, l’apprenti …– sait énumérer les sources d’énergie pour le chauf-

fage des bâtiments– sait nommer les systèmes de génération de cha-

leur habituels– décrit la construction et le fonctionnement des

systèmes de chauffage– explique le principe de régulation du chauffage– démontre l’efficacité énergétique de différents

systèmes– explique la problématique et les principes fonda-

mentaux de la combustion en relation avec lesgaz à effets de serre et les polluants atmosphéri-ques

– sait exposer par des exemples les possibilités d’utilisation de rejets de chaleur pour couvrir desbesoins en chauffage.

2 Objectifs de la formation

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Eléments proposés pour le plan des leçons

4

Les chauffages

3 Eléments proposéspour le plan desleçons

L’ exercice 1 du chapitre 5 peut être utilisé parexemple comme travail de départ.

D’autres possibilités peuvent être tirées de vidéos duprogramme Energie 2000 (Office fédéral de l’éner-gie OFEN) et de différentes entreprises spécialisées(Viessmann, Buderus, etc.).

Les bases étant préparées, une visite de chantierpeut être organisée avec un spécialiste (architecte,responsable technique, etc.), ou la visite d’unimmeuble terminé suivi d’une discussion avec leshabitants, le concierge, les administrateurs, qui per-mettent des approfondissements intéressants.

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Connaissances de base

5

Les chauffages

4 Connaissances de base

4.4 Dégagement de chaleur

4.3 Distribution de chaleur

4.2 Production de chaleur

4.5 Régulation

4.1 Alimentation en énergie

départ

pompe de circulation

retour

Construction et caractéristiques du système de chauffage centralLes systèmes de chauffage central se présentent sous différentes variantes mais se ramènent cependant tou-jours au même système de base.Voici les parties les plus importantes d’une installation de chauffage utilisant l’eau comme conducteur de cha-leur (la numérotation se rapporte aux chapitres 4.1 à 4.5 des connaissances de base):

1 Production de chaleur:Dans ce cas l’eau, choisie pour conduire la cha-leur, est réchauffée dans le circuit de chauffage.

2 Réglage de la température de départ d‘eau (mélangeur):Ici, l’eau chaude provenant de la production dechaleur est mélangée avec l’eau refroidie duretour afin de maintenir la température de départadaptée au climat extérieur. La pompe de circula-tion veille à ce que la circulation d’eau chaudesoit suffisante.

3 Surfaces de chauffage:La chaleur requise est dispensée dans l’air de lapièce.

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4.1 L’alimentation en énergie

Agent énergétiquechimique mazout, bois, charbon,gaz naturel, etc.

Type d’énergie: Gain de chaleur par

Combustion

En

erg

ie c

alo

rifi

qu

ep

ou

r le

ch

auff

age

des

loca

ux

et l’

alim

enta

tio

n e

n e

au c

hau

de

Résistance électrique

Utilisation passive de l’énergie solaire

au moyen d’une architecture adéquate

Utilisation active de l’énergie solaire

au moyen de collecteurs

Pompes à chaleur

Energie du rayonnementsolaire

Energie thermiqueeau de rivière, nappe phréatique, air, géothermie, etc.

Energie électrique

Énergies disponibles pour fournir de la chaleur:

Exemple d’un bilan énergétique d’une maison familiale:

kWh/an Lcombustible/an %– Chauffage 18'000 1‘800 44– Eau chaude 4'000 400 10– Électricité 4'000 10– Véhicules 15'000 1‘500 36

Total 41'000 100

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Agents énergétiques non renouvelables(part de la Suisse env. 85%)– Pétrole– Gaz naturel– Electricité des centrales atomiques et thermiques– Charbon– etc.

Agents énergétiques renouvelables(part de la Suisse env. 15%)– Electricité des centrales hydrauliques– Energie solaire– Bois– Bio-gaz– Chaleur des eaux de rivières, de nappes phréa-

tiques, de l‘air, etc.– Géothermie– Energie éolienne– etc.

Source: Statistiques générales sur l’énergie de l’OFEN (Offi-ce fédéral de l’énergie)

Qu’est-ce que l’énergie grise?On entend par énergie grise celle qui doit être uti-lisée pour fabriquer un produit ou réaliser un servi-ce. Elle est nécessaire pour l’extraction des matièrespremières, pendant les processus de fabrication,lors du stockage et des transports, pour la publicité,le conditionnement, etc. Cette énergie inclut égale-ment la part d’énergie nécessaire à la gestion del’élimination des déchets produits. En tant que con-sommateurs nous utilisons toujours aussi bien del’énergie d’exploitation que de l’énergie grise. (Voir manuel de base «L’énergie, facteur-clé de notre temps», à commander auprès de LEP, Le Mont-sur-Lausanne, tél. 021/651 25 70).

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Le producteur ou générateur de chaleur est unedénomination commune à tous les types possiblesd’appareils permettant de gagner de la chaleurpar le biais d’une transformation d’énergie.

Chaudière pour combustion de mazout avec accumulateur auxiliaire pourl’alimentation en eau chaude

Chaudière pour combustion de gaz

Chaudière pour combustion de bois

4.2 La production de chaleur La Production de chaleur par combustion de mazout et de gaz (principalement de gaz naturel), respectivement de bois

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Le gaz carbonique favorise un climat de serreCe que l’on nomme effet de serre provient du faitque la vapeur d’eau, le CO2 et les résidus gazeuxse comportent à la manière d’un toit de serre dansl’atmosphère. Une partie du rayonnement infrarou-ge de l’énergie solaire reflétée par la Terre est ainsiredirigée vers la Terre.

Effet de serre

Légende:1 Réflexion rayons IR vers le cosmos2 Réflexion rayons IR retenue par l’atmosphère3 Réfraction rayons IR vers la Terre4 Réflexion rayons IR (à long terme, après sur le

climat atteinte de l’équilibre de radiation)

km alt.s.m.

–18°C

15°C

CO2, vapeur d’eau, résidus gazeux agissant

Gaz à effet de serre, création et signification

Désignation

Gaz carbonique (CO2)

Chlorofluorocarbones (CFC) et halons Méthane (CH4)

Gaz hilarant (N2O)

Ozone troposphérique (O3)

Contribution àl’effet de serre

55%

8%

26%

2%

9%

100%

Sources principales

Combustion de combustibleset carburants fossiles,défrichage par le feu

Aérosols (sprays), réfrigérateurs, mousses synthétiques, extincteurs

Rizières, dépôts d’ordures, fermentation du contenu intestinal des ruminants

Engrais azotés, combustion decombustibles et carburants fossiles

Réaction photochimique entreNOx et VOC Total

Pendant la combustion, le carbone contenu dans lescombustibles se transforme en CO2.L’émission de CO2 ne peut pas être réduite par desmesures techniques mais uniquement par des écono-mies de carburants et combustibles fossiles. Il sedégage pendant la combustion:

1 kg mazout env. 3 kg CO21 kg essence env. 3 kg CO21 kg gaz naturel env, 2,5 kg CO21 m3 gaz naturel env. 2 kg CO21 kg bois env. 2 kg CO21 kg de bois qui repousse a besoin à nouveau de 2 kg de CO2. Le bois est donc considéré commeneutre au niveau du CO2.

L’action combinée complexe du rayonnementsolaire et des gaz à effet de serre produits parl’homme

Légende :Gaz carbonique CO2Méthane CH4Gaz hilarant N2OChlorofluorocarbones CFC et halonsOzone O3Vapeur d’eau H2O

échange gazeux naturel


Gaz produits par l’homme

CFC

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Les chauffages

La production de chaleur avec l’énergie électrique

Pompe à chaleurLa pompe à chaleur est en soi un «caisson en tôle»relativement petit se trouvant quelque part dans ou hors du bâtiment.

Dans ce «caisson» sont installés 4 composants prin-cipales:– l’évaporateur– le compresseur– le condenseur– la soupape de détente

Il y circule un fluide de travail qui modifie l’état del’agrégat (gazeux - liquide) selon lescirconstances.

La chaleur utile dégagée provient en moyenne pour2/3 de la source de chaleur (chaleur de l’environnement à basse valence; chaleur perdue,etc.) et pour 1/3 de l’énergie motrice à haute valen-ce du moteur du compresseur.

Voir module 3 pour informations détaillées concer-nant les pompes à chaleur.

Chauffage à résistance électriqueContrairement à ce qu’il se passe avec une pompeà chaleur, il faut ici 3/3 d’énergie à haute valence.

Ch

aleu

r d

e ch

auff

age

Ch

aleu

r en

viro

nn

ante

Énergie mécanique

Soupape de détente

Evaporateur Condenseur

Compresseur

+ =Chaleur environnante

Val

ence

de

l’én

erg

ie

éner

gie

méc

aniq

ue

chaleur de

chauffage

2/3 1/3 3/3

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L’énergie solaire


Installation solaire

Fonctionnement d’une installation solaire

Le circuit solaire comprend le système de tuyauterieen circuit fermé, une pompe de circulation avec desarmatures auxiliaires, un échangeur de chaleurpour dispenser la chaleur solaire au système dechauffage ainsi qu’une commande de régulation detempérature différentielle qui contrôle la pompe. Voir module 2.

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Les chauffages

La chaleur à distance

Circuit ouvert

V

STEP

PàC

Circuit fermé

V

STEP

PàCEC

Un des postulats pour l’utilisation rationnelle de l’énergie repose sur la récupération de la chaleurperdue et dégagée parfois en grande quantité pourchauffage, pour autant que cela soit écologique-ment et économiquement supportable.Exemple: un incinérateur à ordures. La chaleur decombustion ainsi créée peut être utilisée de cettemanière.

Jusqu’à ce jour on a réalisé presque exclusivementdes réseaux de chauffage qui transportent de l’eauchaude produite de façon centralisée jusque dansles bâtiments raccordés au moyen de conduites àdistance isolée thermiquement.

Pour éviter les pertes de chaleur des conduites àdistance, on utilise des sources de chaleur à bassevalence telles que les eaux usées. Ce système per-met d’installer des conduites non isolées et économi-ques.

Conduite à distance froide depuis la STEP

L‘eau purifiée provenant de la station d’épuration(STEP) est amenée par des conduites non isolées jus-qu‘aux demandeurs, lesquels en tirent la chaleurnécessaire au moyen d’une pompe à chaleur (PàC). L’eau refroidie est rejetée dans les eaux publiques,ruisseau, lac (au besoin dans une canalisationd’eau météorique).

L’eau purifiée de la station d’épuration (STEP) s’é-coule en passant par un échangeur de chaleur (EC).A partir de cet échangeur, l’eau est amenée par desconduites non isolées et en circuit fermé jusqu’auxdemandeurs qui génèrent alors la chaleur nécessai-re au moyen d’une pompe à chaleur.

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Les chauffages

Autres possibilités d’utilisation de l’énergie

Exemple: moteurs à couplage chaleur-forceUn bloc central de chauffage produit de l’électricitéet de la chaleur avec des moteurs à combustion (leplus souvent on emploie du gaz naturel)

Légende:1 Bloc central de chauffage2 Moteur à combustion3 Echangeur de chaleur4 Générateur5 Accumulateur de chaleur6 Chaudière complémentaire

à mazout/gazK Catalyseur

En combinant la production d’électricité d’un moteurchaleur-force pour alimenter une pompe à chaleuralors, l’installation produit avec les dégagements dechaleur, une chaleur utile de 130% (apport de com-bustible =100%).

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Les chauffages

départ


retour

Distribution de chaleur avec de l’eau comme conducteur de chaleur

Chauffage par le sol combinéavec des corps de chauffe

Chauffage par le sol

La distribution centrale permet d’installer des compteurs calorifiques

Chauffage par corps de chauffeSystème à conduite unique (ces systèmes se composent deconduites formant des boucles)

Chauffage par corps de chauffeSystème à deux conduites(chaque corps de chauffe a son propre départ et son propre retour)

Principe

Ce schéma de principe représente un système con-ventionnel à deux conduites avec des colonnesmontantes verticales.PA = purge d’air

4.3 Les systèmes de distribution de chaleur

Dès qu’une installation de chauffage est mise enmarche, l’eau (conducteur thermique) contenuedans le système de conduites, circule entre la pro-duction de chaleur et les surfaces de chauffe. On utilise surtout des tuyaux en acier et en plastiquepour le réseau de distribution.Avec un système de distribution par conduites, ilfaut accorder toute l’attention voulue à l’isolationthermique en gardant à l’esprit les futures pertes dechaleur de ces conduites.

Un système de chauffage ordinaire travaille avecles températures de départ d’eau suivantes en consi-dérant une température extérieure de –10°C (vala-ble pour le plateau suisse): • température des corps de chauffe jusqu’à env.

60 °C

PA PA

• chauffage par le sol jusqu’à env. 50°C• PàC- solaire- Minergie jusqu’à env. 45°C

(si possible 30 – 35 °C)

Les systèmes de distribution

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Les chauffages

4.4 Le dégagement de chaleur Systèmes habituels de dégagement de chaleuravec de l’eau comme conducteur thermique

Chauffages par le sol et muralLe chauffage par le sol et mural (chauffage de surfa-ce) se caractérisent entre autres par un haut niveaude radiation pour le dégagement de chaleur.

Exemple d’une construction de sol à chauffage intégré

2

1

43

5

4a

2

1

43

5

667

8

A: système dans le sol B: système sous le sol

Légende:

1 revêtement de sol2 chape 3 couche de séparation (feuille)4 isolation thermique (4a isolation phonique séparée)5 système porteur (dalle)6 tuyaux7 supports8 plaques de conduction de chaleur

Exemple d’une construction de chauffage mural

Les corps de chauffeLes surfaces de chauffe devraienten principe être placées sur lesparois extérieures. Elles offrentalors une compensation de la différence de température entreparoi intérieure et extérieure etagissent contre la baisse detempérature de la paroi (se mani-festant par des courants d’air auniveau des pieds).

En cas de très bon standard d’i-solation thermique, en particulieravec des fenêtres à valeur Uinférieure à 1W/m2K, on peutcependant obtenir un confortagréable même sans surfaces dechauffe sous les fenêtres.

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Les chauffages

Les types de construction des corps de chauffe

radiateurs

parois chauffantes avec/sans lamelles

convecteurs

Chauffage par le solAvantages• forte radiation thermi-

que procurant du con-fort

• possibilité de tempéra-tures de départ et deretour particulièrementbasses

• effet d’autorégulation• invisible, ne dérange

pas

Corps de chauffeAvantages• réglage rapide• réglage simple pièce

par pièce par vannesthermostatiques

• possibilités d’adaptati-ons ultérieures

Inconvénients• si grande surfaces

vitrées, baissedestempératures desurfaces (quandvaleur U > 1)

• très lent à régler,grande inertie

Inconvénients• température de

départ plus élevée outrès grands corps dechauffe (pour unetempérature dedépart basse

• besoins de place

Comparaison entre les deux systèmes habituelsde dégagement de chaleur

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Les chauffages

Dégagement de chaleur avec des chauffages àeau chaudeTout corps de chauffe dispense à son environne-ment, en partie par radiation et en partie par con-vexion (c’est-à-dire transport de chaleur par mouve-ment de l’air), la chaleur issue de la différence entrele flux thermique de l’arrivée d’eau et celui deretour d’eau.

La puissance de chauffe de la surface dépend de:

– la surface de chauffe elle-même

et

4.5 Le réglage du chauffage Comme la surface de chauffe est une grandeur con-stante, le réglage de la puissance se fait par uneadaptation de la température moyenne de la surfa-ce de chauffe Tm.

– la différence entre la moyenne de température dela surface du corps de chauffe et de la températu-re ambiante.

Départ

Retour

TDp Départ = courbe caractéristique de chauffeTm Température moyenne de la surface de chauffeTR Retour

Température extérieure [°C]

Tem

pér

atu

re d

u f

luid

e d

e ch

auff

age

[°C

] 65

60

55

50

45

40

35

30

25

20

–10 –8 –6 –4 –2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

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Les chauffages

Mode de fonctionnement de l’appareil de régulationL’appareil de régulation adapte automatiquement latempérature de départ aux conditions climatiques. Il comprend trois éléments de commande :• La courbe caractéristique de chauffe qui règle la

température de départ selon celle de l’airextérieur;

• une horloge d’enclenchement, permettant deréduire ou d’arrêter automatiquement le chauffa-ge (p.ex. la nuit);

• un interrupteur de cycles de programmes, per-mettant de choisir le programme de chauffageadapté à la saison, sans qu’il faille modifier leréglage de base.

Exemple d’un appareil de régulation

Horloge d’enclenchementpour le chauffage réduitpendant la nuit ou pouréteindre pendant la nuit

Courbe caractéristique de chauffe

Programmes de chauffage• JOUR normal NUIT réduit (usuel)• JOUR normal NUIT éteint• JOUR ET NUIT normal• JOUR ET NUIT abaissé• CHAUFFAGE ÉTEINT (été)

De nos jours on utilise le plus souvent des régula-teurs de chauffage multi- fonctionnels. Selon lesmodèles, ces régulateurs ont des propriétés «d’autoapprentissage»:Le système de régulation est en mesure d’optimiserlui-même des réglages complexes – différents d’unemaison à l’autre ou dépendant des circonstancesmétéorologiques.

Sonde de température extérieureExemple:Réglage de latempératurede départ dic-tée par lesconditionsmétéo

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Les chauffages

Réglage pièce par pièceDans certains cantons on prescrit sous certainesconditions des réglages pour chaque pièce.

Des températuresindividuelles danschaque pièce sontpossibles avec unerégulation de latempérature dedépart commandéepar les conditionsmétéorologiques.

Vannes thermostatiques de corps de chauffeMode de fonctionnement:Avec la vanne manuelle (1),on établit la valeur voulue.Lorsque la température de lapièce augmente, le médiumcontenu dans la sonde detempérature (2) se dilate. Ellese compose d’un soufflet à res-sort rempli d’un gaz, d’unliquide ou d’une cire. La che-ville de transmission (3) faitbouger le plateau de la soupa-pe (4) vers l’ouverture de sou-pape, fermant ainsi ladite sou-pape.

Si la température de la pièce baisse, la sonde serétracte et ouvre la soupape en actionnant la cheville.

1

2

3

4

Pièce 1 2 3

Régulation électrique dans chaque pièce pourdes chauffages par le solOn utilise dans chacune des pièces un régulateurde température qui agit sur la commande de régla-ge du distributeur du chauffage par le sol.Dans les maisons à faible consommation d’énergie,avec des températures de départ très basses duchauffage par le sol, l’effet d’auto régulation (l’émis-sion de chaleur baisse lorsque la température du solest presque identique à celle de l’air) peut rendresuperflue une régulation individuelle de chaque pièce.

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Les chauffages

Les souffleries à air chaud pour les murs et lesplafonds de grands locauxCes appareils , avec production de chaleur électri-que ou avec des échangeurs de chaleur pour lechauffage à l’eau chaude ou à la vapeur, ainsi queceux équipés de brûleurs à mazout ou à gaz , sontemployés dans les ateliers et halles industrielles. Ilexiste des appareils à circulation d’air ambiant,avec air mélangé ou air extérieur, dont certains sontéquipés de récupérateurs de chaleur.

Utilisation des appareils de chauffage à aira) montage au plafondb) montage mural

4.6 Le chauffage à air Appareils avec récupérateur de chaleurPrincipe Détails en coupe

Légende:

1 Ventilateur d’extraction d’air2 Clapet d’air extérieur3 Clapet à by passe4 Echangeur thermique (ou de chaleur)5 Clapet d’air de circulation6 Ventilateur d’amenée d’air7 Distributeur d’air avec filtre d’extraction8 Corps de chauffe d’air9 Buse de distribution

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Les chauffages

Les systèmes de chauffage à air chaudLes chauffages à air chaud sont peu répandus cheznous. A part leurs avantages, ils comportent unnombre de problèmes pas faciles à résoudre.

Avantages:– Adaptation rapide à la modification du rayonne-

ment d’une part et à celle des besoins de chauf-fage d’autre part

– Profil de température idéal dans la pièce, petitesdifférences dans les zone d’occupation deslocaux

– Pas de surfaces de chauffe visibles, comme avecle chauffage par sol, mais plus grande flexibilitéen matière de division de l’espace et d’ameuble-ment

– Pas de danger de gel, et donc favorable pour lesbâtiments occupés périodiquement (p.ex. mai-sons de vacances).

Problèmes:– Besoin de place pour de système de canaux– Répercussion du son– Circulation par l’air de la poussière et des odeurs – Transport de l’humidité de l’air dans les pièces

froides à grande masse d’accumulation (" ça sentl’humidité " dans ces pièces, jusqu’à ce qu’ellessoient à nouveau chauffées)

– Plus grands besoins en énergie d’appoint (ventila-teur).

Aération contrôlée de l’habitatL’aération contrôlée de l’habitat permet une combi-naison économique en énergie entre le chauffage etla ventilation.Si le besoin de transmission de chaleur a fortementbaissé ces dernière années du fait de mesures deprotection thermique, le besoin de chaleur parl’aération est cependant resté constant pour des rai-sons d’hygiène. Dans les bâtiments très bien isolésthermiquement, le besoin de chaleur par l’aérationest aussi grand que celui de la transmission de cha-leur.Les appareils de ventilation avec récupérateurs dechaleur permettent de réduire les besoins en chaleurde la ventilation.

air extérieur ventilateur compact avec échangeur de chaleur

extraction d’air

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Les chauffages

Les systèmes solaires à airOn construit à nouveau un nombre croissant desystèmes solaires à air. Un de ces systèmes pourraitêtre construit de la façon suivante:

Légende:1 Collecteur de toit2 Sortie d’air été3 Clapet de fermeture4 Canaux de distribution5 Sol à accumulation6 Siphon7 Entrée d’air été8 Canal de façade9 Circuit solaire pour le réchauffement

d’eau chaude sanitaire10 Postchauffage

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Exercices et solutions proposées

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Les chauffages

5. Exercices et solutionsproposées

Exercice 1

Composants d’une installationEn Suisse (presque) chaque bâtiment dispose d’uneinstallation de chauffage.

Vous aurez besoin des aides suivantes:Connaissances de base.

Votre travail:Établissez une liste comportant le type d’énergie uti-lisé dans le bâtiment (votre maison, l’école, etc.)ainsi que le détail des composants principaux del’installation de chauffage.

Exercice 2

Le besoin en énergieLe besoin en énergie varie beaucoup selon le typed’habitation considéré.

Vous aurez besoin des aides suivantes:Collaboration de votre concierge (de vos parents,de spécialistes, etc.).

Votre travail:Cherchez quel est le besoin en énergie pour lechauffage, l’eau chaude et l’électricité de votre bâti-ment d’habitation. Calculez ces valeurs par unitéd’habitation et comparez vos résultats avec ceux devos camarades.

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Exercices et solutions proposées

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Les chauffages

Exercice 3

Les agents énergétiquesLes différents types d’énergie ont des avantages etdes inconvénients.

Vous aurez besoin des aides suivantes:Littérature spécialisée.

Votre travail:Établissez une liste des différents agents éner-gétiques et cherchez les avantages et les inconvéni-ents sur les plans écologique et économique.

Exercice 4

Distribution/ Dégagement de chaleurDans les divers bâtiments qui existent, on emploieles systèmes de distribution de chaleur les plus dif-férents.

Vous aurez besoin des aides suivantes:Connaissances de base.Collaboration de votre concierge (parents, etc.).

Votre travail:Cherchez à savoir pourquoi on a choisi tel type desystème dans votre bâtiment, et quels sont les avan-tages et les inconvénients de ce système.Comparez ce que vous avez trouvé avec les résul-tats de vos camarades.

Exercice 5

Le réglage du chauffageToute installation de chauffage possède un dispositifde réglage.

Vous aurez besoin des aides suivantes:L’installation de chauffage dans votre bâtiment, votre école, etc.

Votre travail:Essayez de comprendre comment l’installation dechauffage est régulée. Quelles sont les possibilités de choisir une tempéra-ture individuelle pour chaque pièce?Mettez les différentes fonctions par écrit et discutezles avec le concierge, un spécialiste, etc.Présentez les résultats de vos analyses en classe.

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Bibliographie

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Les chauffages

Résultats de recherches– Programmes d’impulsion de l’ancien Office

fédéral pour les questions conjoncturelles (disponible aussi sur CD-Rom)

6 Bibliographie

RAVEL PI BAT PACER

Commande: OFCL, 3000 Berne.

– Forschungsstelle Solararchitektur (centre derecherche sur l’architecture solaire)Commande de publications: EPF-Z, Hönggerberg, 8039 Zurich

Quelques fournisseurs dans la branche de latechnique de chauffage– Hoval Herzog SA, General Wille-Str.201, 8706

Feldmeilen– Brennwald SA, Dammstr. 12, 8810 Horgen– Viessmann (Suisse) SA, Härdlistr. 11, 8957

Spreitenbach– Tobler Frères SA, Steinackerstr. 10, 8902 Urdorf– Pompes Grundfos SA, Bruggacherstr.10, 8117

Fällanden

Adresses InternetInstitutions:– www.info-energie.ch– www.strom.ch– www.mazout.ch– www.gaz-naturel.ch– www.energie.ch– www.swissolar.ch– www.energie-bois.chEntreprises:– www.hoval.ch– www.brennwald.ch– www.grundfos.com– www.holzfeuerung.ch (Schmid AG)– www.viessmann.com

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Sources

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Les chauffages

– Publications de l’Office fédéral de l’énergie(OFEN)

– Publications de l’ancien Office fédéral pour lesquestions conjoncturelles (OFEN)

– Manuel d’enseignement: L’énergie, facteur-clé denotre temps, Maja Messmer et al., Office fédéraldes questions conjoncturelles. A commander auprès de LEP, Loisiers et pédago-gie, 1052 Le Mont-sur-Lausanne, tél. 021/651 25 70

Toutes les photographies d’atelier et les dessins ontété mis à disposition par les fournisseurs.

7 Sources

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Modèles

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Les chauffages

8 Modèles

Agent énergétiquechimique mazout, bois, charbon,gaz naturel, etc.

Type d’énergie: Gain de chaleur par

Combustion

En

erg

ie c

alo

rifi

qu

ep

ou

r le

ch

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age

des

loca

ux

et l’

alim

enta

tio

n e

n e

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de

Résistance électrique


au moyen d’une architecture adéquate

Utilisation active de l’énergie solaire

au moyen de collecteurs

Pompes à chaleur

Energie du rayonnementsolaire

Energie thermiqueeau de rivière, nappe phréatique, air, géothermie, etc.

Energie électrique

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Modèles

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Les chauffages

4.4 Dégagement de chaleur

4.3 Distribution de chaleur

4.2 Production de chaleur

4.5 Régulation

4.1 Alimentation en énergie

départ


retour

1 Production de chaleur2 Réglage de la température de départ d‘eau

(mélangeur)3 Surfaces de chauffage

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Les chauffages

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Les chauffages

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km alt.s.m.

–18°C

15°C

CO2, vapeur d’eau, résidus gazeux agissant

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Désignation

Gaz carbonique (CO2)

Chlorofluorocarbones (CFC) et halons Méthane (CH4)

Gaz hilarant (N2O)

Ozone troposphérique (O3)

Contribution àl’effet de serre

55%

8%

26%

2%

9%

100%

Sources principales

Combustion de combustibleset carburants fossiles,défrichage par le feu

Aérosols (sprays), réfrigérateurs, mousses synthétiques, extincteurs

Rizières, dépôts d’ordures, fermentation du contenu intestinal des ruminants

Engrais azotés, combustion decombustibles et carburants fossiles

Réaction photochimique entreNOx et VOC Total

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Gaz produits par l’homme

CFC

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Les chauffages

Ch

aleu

r d

e ch

auff

age

Ch

aleu

r en

viro

nn

ante

Énergie mécanique

Soupape de détente

Evaporateur Condenseur

Compresseur

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Les chauffages

+ =Chaleur environnante

Val

ence

de

l’én

erg

ie

éner

gie

méc

aniq

ue

chaleur de

chauffage

2/3 1/3 3/3

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Les chauffages

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Les chauffages

STEP = station d'épurationPàC = pompe à chaleurEC = échangeur de chaleurV = rejet dans les eaux publiques

Circuit fermé

Circuit ouvert

V

V

STEP

STEP

PàC

PàCEC

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1 Bloc central de chauffage2 Moteur à combustion3 Echangeur de chaleur4 Générateur5 Accumulateur de chaleur6 Chaudière complémentaire

à mazout/gazK Catalyseur

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départ


retour

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Chauffage par le sol combinéavec des corps de chauffe

Chauffage par le sol

La distribution centrale permet d’installer des compteurs calorifiques

Chauffage par corps de chauffeSystème à conduite unique (ces systèmes se composent deconduites formant des boucles)

Chauffage par corps de chauffeSystème à deux conduites(chaque corps de chauffe a son propre départ et son propre retour)

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PA PA

PA = purge d’air

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Les chauffages

2

1

43

5

4a

2

1

43

5

667

8

A: système dans le sol B: système sous le sol

Légende:

1 revêtement de sol2 chape 3 couche de séparation (feuille)4 isolation thermique (4a isolation phonique séparée)5 système porteur (dalle)6 tuyaux7 supports8 plaques de conduction de chaleur

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Les chauffages

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Les surfaces de chauffe devraient en principeêtre placées sur les murs extérieurs (entrée d’air froid au niveau des fenêtres), sauf si l’isolation thermique est très bonne(valeurs U des fenêtres < 1 W/m2K)

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Les chauffages

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Départ

Retour

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TDp Départ = courbe caractéristique de chauffeTm Température moyenne de la surface de chauffeTR Retour

Température extérieure [°C]

Tem

pér

atu

re d

u f

luid

e d

e ch

auff

age

[°C

] 65

60

55

50

45

40

35

30

25

20

–10 –8 –6 –4 –2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

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Sonde de température extérieure

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Horloge d’enclenchementpour le chauffage réduitpendant la nuit ou pouréteindre pendant la nuit

Courbe caractéristique de chauffe

Programmes de chauffage• JOUR normal NUIT réduit (usuel)• JOUR normal NUIT éteint• JOUR ET NUIT normal• JOUR ET NUIT abaissé• CHAUFFAGE ÉTEINT (été)

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1

2

3

4

1 vanne manuelle2 sonde de températire3 cheville de transmission4 plateau de la soupape

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Pièce 1 2 3

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1 Ventilateur d’extraction d’air2 Clapet d’air extérieur3 Clapet à by passe4 Echangeur thermique (ou de chaleur)5 Clapet d’air de circulation6 Ventilateur d’amenée d’air7 Distributeur d’air avec filtre d’extraction8 Corps de chauffe d’air9 Buse de distribution

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air extérieur ventilateur compact avec échangeur de chaleur

extraction d’air

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1 Collecteur de toit2 Sortie d’air été3 Clapet de fermeture4 Canaux de distribution5 Sol à accumulation6 Siphon7 Entrée d’air été8 Canal de façade9 Circuit solaire pour le

réchauffement d’eau chaude sanitaire

10 Postchauffage

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