Sortes de chauffages

par radiation ou par convection

Sortes

La chaleur d'un appareil de chauffage doit pouvoir réchauffer tout le local. Dans l'espace où il n'y a pas de pesanteur, on doit utiliser des ventilateurs pour envoyer l'air chaud partout dans la cabine des astronautes.

La chaleur peut être dispersée de plusieurs manières:

par conduction de la matière
par convection (déplacement de la matière)
par rayonnement thermique.

L'air est un très mauvais conducteur de la chaleur: on peut donc éliminer d'office cette possibilité. L'air est même un des meilleurs isolants thermiques: le polystyrène expansé qui contient de nombreuses bulles d'air emprisonnées dans du plastique est un des meilleurs isolants qui soient.

Il n'existe pas de convecteurs ou de radiateurs purs: chaque appareil diffuse de la chaleur selon les deux systèmes, mais avec un pourcentage différent.

Rayonnement

Le chauffage par rayonnement ne chauffe pas l'air, mais les personnes et les objets qui sont dans le rayonnement infra-rouge. Le plus grand radiateur infra-rouge est le soleil, et il n'a pas besoin d'air pour transmettre la chaleur.

Les radiateurs sont utilisés là où il y a une forte circulation d'air (pertes de chaleur par courants d'air), par exemple les ateliers et les garages.

Dans le cas de maisons mal isolées, il est un peu plus rentable de chausser par un chauffage à rayonnement. Mais les radiateurs ont également des inconvénients:

Chauffage localisé des objets touchés par le rayonnement
Température élevée du radiateur s'il est petit (radiateurs infra-rouge)
Grands radiateurs si sa température est relativement basse (panneaux radiants)

Convection

L'air chaud est moins dense que l'air froid et monte. Il se produit ainsi une circulation naturelle de l'air et tout le local est chauffé de façon équilibrée. La chaleur se répand partout. Mais le chauffage a également des inconvénients:

Le rendement est moindre, car l'air chaud est refroidi par les fenètres froides, par les plafonds
Pertes de chaleur par les fuite d'air chaud
Déplacement de poussière
Risque de stratification si les plafonds sont hauts (tête trop chaude et pieds au froid)

Les pertes par une aération unique sont faibles parce que la masse thermique de l'air est très faible. Il ne faut que peu d'énergie pour réchauffer l'air froid après une courte aération. Par contre, les pertes s'accumulent s'il y a continuellement des pertes de chaleur: vitrage simple, grenier non isolé, courants d'air, etc.

La stratification peut facilement être mesurée avec un thermomètre précis (Pt1000) où on mesure une différence de température de 1° par 30cm.

Le chauffage par convection produit une chaleur équilibrée et est donc utilisé principalement pour les habitations et les bureaux. Par contre, on dit souvent que le chauffage par convection rend l'air sec (c'est pour cela qu'on met généralement un évaporateur sur les convecteurs). Le chauffage ne peut pas rendre l'air sec (il en fait quoi, de l'eau qu'il a éliminé?), par contre un air plus chaud peut absorber plus d'eau et donne donc l'impression d'être plus sec. L'humidité se dépose sur les parties froides de la maison: murs extérieurs, vitrages,...

Les systèmes de chauffage qui sont basés sur une circulation forcée de l'air chaud ont environ les même caractéristiques: la chaleur est bien répartie dans tout le local. Dans l'espace où il n'y a pas de pesanteur, il faut utiliser des ventilateurs pour dissiper la chaleur. L'avantage de la circulation forcée est que la source de chaleur peut être plus petite et ne doit pas forcément être placée dans le bas du local. Il y a moins de stratification si on dirige le flot chaud vers le bas.

Exemple: chauffage central

Aucune source de chaleur n'est un radiateur ou un convecteur pur. Certains appareils peuvent être conçus de telle manière qu'ils fonctionnent principalement en radiateur ou en convecteur, l'exemple le plus typique sont les radiateurs du chauffage central:

Placés bas avec une grande surface de contact avec l'air (ailettes), ils fonctionnent en convecteur. Du point de vue esthétique, certains radiateurs sont même intégrés dans un meuble, ce qui fait que le rayonnement est très faible (c)
Placés en vue (souvent dans une teinte relativement foncée) ils agissent comme radiateur (a). Le terme "radiateur" est généralement utilisé pour le chauffage central, alors qu'on associe les radiateurs du chauffage central plutôt avec des convecteurs.

Le chauffage central est une solution idéale pour chauffer toute une habitation, mais il y a des pertes qui peuvent facilement atteindre 20%: pertes lors du transport de l'eau, chauffage de locaux qui ne sont pas occupés, chauffage non équilibré (pièces qui sont trop chaudes), etc. La température dans la cave (ou le local où se trouve la chaudière) peut monter de plusieurs degrés, alors qu'il n'est pas nécessaire que la cave soit chauffée (sauf en cas de gel). Cela est même le cas avec des tuyaux parfaitement isolés.

Liste des appareils de chauffage

La liste est établie dans l'odre rayonnement ---> convection.

Panneaux radiants
Ils diffusent une chaleur très agréable de façon équilibrée. Les panneaux radiants sont souvent électriques, mais les radiateurs du chauffage central peuvent également être conçus comme panneaux radiants.

Il y a peu de pertes, car l'air lui-même n'est que peu chauffé, ce qui rend le chauffage électrique interessant pour les pièces qui ne sont chauffées que de manière intermittente.

Les panneaux radiants sont chers, alors qu'ils ne coütent pas plus à la fabrication. C'est un investissement important s'ils sont utilisés dans les locaux qui ne sont utilisés que de temps en temps.

La chaleur est la plus agréable quand on utilise plusieurs panneaux. Ces panneaux donnent également de la chaleur par convection, ce qui est idéal pour un sentiment agréable.

Les panneaux radiants ont une inertie thermique moyenne et on les utilisera de préférence pas dans les locaux qui ne sont chauffés que sporadiquement.

Radiateurs infra-rouges
Les radiateurs infra-rouges peuvent être petits si la source de chaleur est très chaude (1000°C). Ils sont utilisés pour chauffer rapidement un petit local (par exemple salle de bains). L'effet est limité dans l'espace, mais les pertes sont également limitées. Pour obtenir la température élevée, il faut nécessairement utiliser l'électricité.

Il y a des radiateurs infra-rouge qui travaillent à une température plus basse (500°). Ces radiateurs peuvent être chauffés au gaz. La chaleur (rayonnement) est dirigée par une parabole. Ces radiateurs sont souvent utilisés dans les ateliers et garages, là où un chauffage localisé est recommandé et là où il y a beaucoup de dépertitions par courant d'air. Les courants d'air n'ont qu'un effet limité, car ces radiateurs ne chauffent que peu l'air.

Les radiateurs infra-rouge ont une inertie thermique très faible et peuvent donc être utilisés à des endroits qui ne sont occupés qu'occasionnellement.

Chauffage par le sol
Le chauffage par le sol se fait par radiation (le panneau chauffant est ici très grand). La source de chaleur ne doit pas être très chaude: le chauffage par le sol est idéal en combinaison avec une pompe à chaleur qui produit une température relativement basse. La basse température de l'eau est aussi interessante pour les chaudières à condensation.

Le chauffage par le sol peut obtenir un très bon rendement si l'installation est construite correctement (avec une isolation suffisante). On ne peut pas placer de tapis ou de grands meubles. Avec une installation moderne, on peut obtenir une amélioration du rendement de 20% par rapport à un chauffage par le sol de la première génération.

Il faut placer les boucles plus près les unes des autres aux endroits qui sont plus froids (par exemple sous les fenètres) pour bloquer l'arrivée de froid.

Un système combiné où on utilise l'eau en retour des radiateurs classiques pour le chauffage du sol a les avantages des deux systèmes: on peut chauffer rapidement un local, mais on a également un apport constant de chaleur via le sol.

Tous les systèmes à chauffage par le sol ont une très grande inertie thermique et ne sont interessants que pour les bâtiments qui sont continuellement utilisés.

Radiateurs à huile
C'est l'équivalent électrique du radiateur à eau chaude du chauffage central. Le radiateur fonctionne plutöt comme convecteur et moins comme radiateur. Le radiateur à huile est lent car il faut d'abord chauffer l'huile, mais il est particulièrement sûr. On peut l'utiliser dans une chambre pour enfants qui n'est utilisée que de temps en temps.

Les radiateurs à huile sont de préférence utilisés dans des locaux bien isolés où il n'y a pas de courants d'air, car l'électricité est chère. Ils ont une grande inertie thermique et sont pas vraiment recommandés pour les locaux qui ne sont pas souvent utilisés (salle de bain): ici on préfèrera un radiateur infra-rouge.

Convecteurs
Ce sont souvent des appareils chauffés au gaz. L'appareil est équipé de fentes pour permettre une circulation importante de l'air chaud. Les convecteurs produisent également un rayonnement, surtout s'ils sont pourvus d'une fenètre où on voit des briques réfractaires chauffées au rouge. Les convecteurs au gaz ont un bon rendement car la chaleur est produite localement et ne doit pas être transportée. L'inertie thermique est moyenne à élevée et dépend de la construction (tôles fines ou grosse taque de cuisson). On les utilisera comme chauffage principal dans un local.

Ventilo-convecteur et aérotherme
Les petits chauffages électriques à ventilateur sont utilisés pour chauffer rapidement un local. Ils ont une consommation élevée et ne peuvent être utilisés que pour chauffer des locaux qui ne sont utilisés que de façon intermittente. Ces chauffages ont une inertie thermique pratiquement nulle.

Les aérothermes fonctionnent au gaz ou à l'eau chaude et sont utilisés pour chauffer rapidement de grands locaux (halls de sport, etc). Ils ne sont efficaces que s'il n'y a pas de pertes par courant d'air, car c'est l'air qui est chauffé. Le rendement est mauvais s'il y a constamment des pertes d'air chaud.

Les unités internes des climatiseurs sont pratiquement toujours conçus comme aérotherme car elles permettent de chauffer un grand volume avec une source de chaleur tiède et ponctuelle. La production de chaleur est en effet limitée à une petite surface et la température maximale qui peut être atteinte ne dépasse pas les 50°C. Les systèmes de conditionnement d'air peuvent chauffer ou refroidir l'air. En cas de chauffage, ils ont un rendement trois fois plus élevé en comparaison d'un chauffage électrique direct, mais l'augmentation du prix de l'électricité rend ce système de moins en moins interessant.

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