CHAUFFAGE  
Install Magazine 939 – avril 2017

Du chauffage par le sol pour de grands bâtiments

Haut rendement et potentiel en matière d’énergies renouvelables

En raison de la durabilité, de l’aspect économique et des prescriptions légales, les architectes, concepteurs et maîtres de l’ouvrage attachent de plus en plus d’importance à l’utilisation efficace de l’énergie et à l’application des énergies renouvelables dans les bâtiments tertiaires. Les avantages connus du chauffage par le sol, comme les basses températures de départ, autorisent l’application de tels systèmes. Un régime standard, de par exemple 35/28°C, convient idéalement à une association avec une pompe à chaleur.

La directive BVF « Conception des systèmes de chauffage et de refroidissement par le sol dans les bâtiments tertiaires et dans l’industrie » décrit la fabrication et le fonctionnement de tels systèmes. On revient également sur les avantages clairs des systèmes de chauffage par le sol :

• Système d’avenir et écologique grâce à l’intégration d’énergies renouvelables ;
• Confort thermique élevé grâce à des températures de surface optimales ;
• Climat intérieur bénéfique ;
• Grande liberté d’aménagement architectural ;
• Système économiquement intéressant en termes de pose et d’utilisation.

Efficacité énergétique et économique

Dans les concepts de bâtiment orientés vers le futur, la consommation d’énergie joue un rôle central. Le chauffage par le sol est un système d’émission économique et efficace. Les frais de fonctionnement sont faciles à prévoir, et le système ne requiert quasiment pas d’entretien. La durée de vie des tubes de chauffage est comparable à celle du bâtiment. Dans le collecteur principal, la température est réglée à environ 40°C. À partir d’une température retour d’environ 30°C, le système fonctionne donc avec une différence de température de 10 Kelvin. La chaleur est localement restituée, là où c’est nécessaire.

La consommation d’énergie primaire peut encore être diminuée en utilisant par exemple la chaleur résiduelle, une technique qui bénéficie d’une attention croissante. Une combinaison de chauffage par le sol et de générateurs à basse température, comme la cogénération, les PAC ou les chaudières à condensation, constitue une manière très efficace d’assurer le confort thermique et de satisfaire aux règles de performance énergétique. Afin de pouvoir fournir encore suffisamment de puissance en cas de basses températures d’émission, la surface d’échange doit être suffisamment grande, ce qui est garanti avec le chauffage par le sol. Il n’y a pas ici de frais supplémentaires, comme l’entretien et le nettoyage des appareils individuels de chauffage. Si on parle de confort thermique estival, on pense avant tout au rafraîchissement.

Un système de chauffage par le sol peut également être utilisé comme système de rafraîchissement avec un minimum d’adaptation. Une éventuelle charge frigorifique peut ainsi être couverte, en recourant par exemple au free-cooling.

Confort thermique selon EN ISO 7730

La norme EN ISO 7730 décrit les critères relatifs au confort thermique. En bref, le confort thermique dépend de la température opérative, qui est la moyenne entre la température de l’air et la température moyenne des murs et surfaces environnants. Lorsque la température moyenne des surfaces et murs environnants augmente, la température de l’air peut être inférieure dans la pièce, sans perte de confort. C’est précisément l’avantage du chauffage par le sol.

Le Prof. Dr. Ole Fanger définit le confort thermique comme la situation dans laquelle on est satisfait de l’environnement thermique. Pour l’équilibre thermique de l’homme, il est nécessaire que le corps restitue autant de chaleur qu’il n’en produit. Le corps humain restitue de la chaleur par convection, conduction, rayonnement, évaporation et respiration. Les gens réagissent de manière très sensible aux changements de température, à la mauvaise qualité de l’air et surtout aux courants d’air. Afin d’éviter ces derniers, la vitesse de l’air moyenne doit être inférieure à environ 0,2 m/s. Dans le cas de chauffage de grandes pièces à l’aide de systèmes aérauliques, cette limite est difficile à tenir.

Étant donné que le confort thermique dépend surtout de l’émission de chaleur du corps, les facteurs suivants se révèlent importants :

• température de l’air ambiant ;
• température des surfaces environnantes ;
• vitesse de l’air ;
• humidité de l’air ;
• activité corporelle et habillement.

La figure 1 montre qu’outre la symétrie du rayonnement, la courbe de température verticale joue aussi un rôle. Comme le démontre l’expérience acquise, cette courbe est particulièrement favorable dans le cas du chauffage par le sol. La figure 2 montre le profil de température mesuré sur base d’une étude de 2013 du Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme. La température des surfaces environnantes, comme le sol, les parois ou le plafond, revêtent une importance déterminante pour l’émission de chaleur des gens dans la pièce, et donc aussi pour le confort thermique. La norme EN ISO 7730 comprend des procédures avec lesquelles on peut prédire statistiquement le degré d’insatisfaction des gens dans une pièce donnée, à l’aide de la sensibilité humaine générale à la chaleur. On peut ainsi déterminer le confort thermique au moyen de critères locaux.

Avantages du chauffage par le sol à grande échelle

Le chauffage par le sol industriel possède encore d’autres points forts que les atouts précédemment cités en termes d’économie, de rendement et de confort. Étant donné que le système fait surtout appel au rayonnement, il ne résulte de la convection que peu de mouvements d’air. On n’est dès lors pas confronté à la projection incontrôlée de diverses matières ou à d’autres émissions (par exemple des fumées de soudage dans un hall d’usine). Autre point fort : le chauffage par le sol est silencieux. Les systèmes décentralisés, comme les tubes radiants sombres ou les aérothermes avec un ventilateur, font pas mal de bruit lorsqu’ils sont en fonctionnement ; et ils forment ainsi une nuisance sonore supplémentaire. Dans le chauffage par le sol, l’eau s’écoule au contraire sans bruit à travers les conduites. Ce système ne nécessite en outre pas d’entretien, et son utilisation se révèle aisée. Il s’agit d’un système invisible, ce qui permet de répartir l’espace selon ses désirs.

Aspects économiques et architecturaux

On commence habituellement la conception d’un hall avec l’enveloppe du bâtiment. Dès que cet aspect est déterminé, on se tourne alors vers le concept énergétique. Dans le cadre des exigences actuelles de performance énergétique, cette approche doit toutefois être modifiée. On doit en effet tenir compte de l’interaction entre l’enveloppe du bâtiment et la technique d’installation. Avec du chauffage par le sol, il est ainsi possible d’utiliser de l’énergie renouvelable. En fonction des règles de performance énergétique, cela peut avoir de l’influence sur le niveau d’isolation de l’enveloppe du bâtiment.

On dispose par ailleurs de toute la liberté architecturale voulue dans l’aménagement de l’espace. L’utilisateur peut tout planifier librement (lignes de production, étagères, lieux de stockage…). Si une réorganisation ultérieure s’impose, cela ne pose pas non plus de problème. On peut modifier l’aménagement de l’espace ou bien encore opter pour une autre affectation, sans devoir adapter le système de chauffage. Les appareils de chauffage individuels, par contre, sont fixés au plafond, et ne peuvent dès lors pas être déplacés comme ça. Si à la suite d’un réaménagement, on est par exemple amené à placer des étagères sous un appareil de chauffage décentralisé, ce dernier ne pourra normalement plus fonctionner. Les appareils de chauffage décentralisés à convection, comme les aérothermes ou les radiants sombres, ont par ailleurs encore besoin d’un raccordement au gaz ou à l’électricité. Ces conduites doivent aussi être suspendues au plafond, ce qui limite les options d’aménagement de l’espace. Chaque appareil a enfin besoin de son propre système d’évacuation des gaz de fumée, ce qui nécessite le placement d’un passage de toiture. Ces installations exigent de l’entretien, et se trouvent souvent à 20 m de haut. À tout cela, il faut encore ajouter la durée de vie limitée de tels appareils.

Conclusion

Le chauffage par le sol possède des avantages non négligeables pour chauffer de grands espaces. Le système affiche de bonnes performances en termes de rendement et ne nécessite en outre quasiment pas d’entretien. La liberté d’aménagement est maximale, ce qui permet de profiter au maximum de l’espace. Le chauffage par le sol offre ensuite du confort. Il autorise enfin le recours aux énergies renouvelables, ce qui facilite le respect des exigences de performance énergétique. Pour toutes ces raisons, le chauffage par le sol représente une alternative intéressante aux appareils de chauffage individuels.

Par Jan Martens, Dietmar Wattenberg, Gerhard Lübke, Bernd Quiel et Joachim Plate (Bundesverband Flächenheizungen und Flächenkühlungen)

www.flaechenheizung.de