Chauffage collectif

Chauffage collectif

Chauffage

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 clos 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 d'un espace à vivre.

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

Capteur de chauffage solaire, toit de terrasse.

Sommaire

Besoins en chauffage

L'enveloppe isolante d'une habitation (c.f. l'isolation thermique), l'adaptation du comportement au climat (fermer les volets la nuit, s'habiller chaudement) ne suffit pas toujours à se protéger du froid. Le chauffage apporte alors une quantité de chaleur dans l'habitat, c'est-à-dire de l'énergie thermique. A l'échelle d'une habitation individuelle, on comptabilise habituellement les besoins en chauffage en kWh/an : c'est la quantité d'énergie calorifique apportée en un an pour obtenir le confort thermique désiré. A l'échelle d'une région ou d'un pays, on utilise aussi les Mtep (c.f. Tonne équivalent-pétrole).

Les besoins en chauffage sont satisfait par un système de chauffage qui consomme de l'énergie sous une forme et la transforme en chaleur. Cette énergie consommée et comptabilisée à la pompe (pompe à fioul, stère de bois, compteur d'électricité, compteur de gaz) s'appelle l'énergie finale (c.f. l'énergie).

Exemples :

  • Telle habitation a besoin de 10000 kWh/an en chauffage. Si son système de chauffage a un rendement global de 80%, alors elle consommera 10000/0,8 = 12500 kWh/an en énergie finale.
  • La consommation totale d'énergie finale, avant transformation, pour le chauffage des ménages en France est d'environ 35 Mtep en 2002[1]

Dans la notion de chauffage, on distingue le chauffage à des fins de confort (chauffage des locaux, chauffage de l'eau chaude sanitaire) et le chauffage à des fins industrielles (chauffage de process,...).

Le chauffage répond à des besoins de confort thermique pour l'individu dans ses différents lieux de vie : habitat, lieu de travail, commerces, loisirs, hôpitaux... Le confort thermique est assuré principalement par le chauffage des locaux et volumes de vie ainsi que par le chauffage de l'eau chaude sanitaire. Autre besoin courant, le chauffage d'eau de piscine qui complète les besoins propres à l'individu dans ses lieux de vie.

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.

Un système de chauffage fonctionne à partir d'un énergie primaire que celle-ci soit d'origine fossile (on parle d'énergie fossiles comme le fioul, charbon, gaz naturel, GPL ou gaz de pétrôle liquéfié) soit d'origine électrique (provenant de centrales nucléaires, de barrages hydrauliques, voire de centrales thermiques fonctionnant aux énergies fossiles, ...). Les énergies renouvelables comme l'énergie bois, le solaire, la géothermie, ..., sont également des sources utilisées pour le chauffage.

Contrôle de l'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 deux phénomènes :

  • L'augmentation de la température de l'air ambiant selon le principe physique, il y a augmentation de volume diminuant ainsi le pourcentage de vapeur d'eau contenue dans l'air;
  • 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 les impuretés se retrouveront inévitablement dans l'air ambiant.

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-vapeurs. Si un taux d'humidité trop élevé est maintenu, il se produira une condensation sur les 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 souvent la cause des ruissellements d'eau pris à tort comme ayant pour origine une fuite dans un toit, mais qui sont en réalité dû à la condensation qui se produit dans les combles à partir de l'humidité contenue dans l'atmosphère interne au bâtiment, de la même façon qu'il se produit parfois une condensation sur les vitres d'une pièce. L'apparition de champignons à la surface d'un mur extérieur peut être de la même façon causée par l'humidité interne au bâtiment observé. Ainsi, il est utile de prendre garde à réguler le taux d'humidité de l'air contenu dans un bâtiment si l'on veut se prémunir contre nombre des dommages observés dans des bâtiments (principalement rénovés) que leurs constructeurs n'ont pas traité suivant les précautions d'usages afin d'y maintenir un taux d'humidité adéquat.

Identification

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 :

Économie

Les coûts indiqués ci-dessous sont applicables en France.
Comparaison des coûts de l'énergie : aux tarifs domestiques courants, le prix du kWh utile varie beaucoup selon les sources d'énergie : (prix au 11 juillet 2008 en € TTC/kWh utile sur une base de 25 000 kWh/an, hors installation).

  • fuel : 0,14€/kWh (1,05€ TTC le litre[1], 10 kwh/l, 75% de rendement du système de chauffage[2] )
  • électricité : 0,11€/kWh (Prix observés pour 25000kWh/an par la DGEMP en 2007 [3])
  • gaz : 0,07€/kWh (tarif GDF particuliers réglementé B1 [4], rendement installation 75%)
  • bois : 0,043€/kWh (0,032 €/kWh PCI sur la base PEGASE de la DGEMP [3], rendement poële moderne 75%[5]

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 °C la température fait baisser la consommation de 7 à 10%.

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.

Bois sous forme de bûches pour chauffage. Le bois énergie est un type de bioénergie utilisant la biomasse.

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).

Le chauffage n'a pas un impact environnemental seulement sur les émissions de gaz à effet de serre. Il peut également avoir un impact sanitaire; c'est notamment le cas des émissions de particules par les modes de chauffage basés sur la combustion de combustibles fossiles ou renouvelables. En France métropolitaine, le chauffage au bois est le principal émetteur de particules fines (PM2,5) et l'émetteur majoritaire de particules très fines (PM1,0), les plus dangereuses pour la santé; il est également émetteur majoritaire de composés toxiques ou cancérigènes comme les HAP (hydrocarbures aromatiques polycycliques) et le benzène, eux-mêmes véhiculés par ces particules (source CITEPA) : voir bois énergie; il fait l'objet d'une attention toute particulière de la part du « Plan Particules », intégré dans la deuxième version du Plan National Santé Environnement (PNSE 2 )[6]. Le développement du bois énergie dans le cadre de la promotion des énergies renouvelables fait en effet craindre une aggravation de la pollution par les particules (et ce qu'elles véhiculent). Il est donc important de ne pas confondre énergie renouvelable et énergie propre.

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.

Historique

Depuis qu'il a domestiqué le feux : l'homme sait réchauffer son lieu de vie.

  • Il a d'abord utilisé le bois, les mousses et autres végétaux secs. En cas de pénurie de bois, les déjections d'animaux herbivores peut remplacer le bois.
  • Depuis l'antiquité, le charbon de bois et le charbon extrait de la terre, ont avantageusement remplacés le bois sec.
  • Sous la Révolution, Il existait des chauffages à crottin d'animaux ruraux (cheval, vache).
  • Le début du 20ème siècle est marqué par la maîtrise de la technologie vapeur et les premières chaudières vapeur viennent équiper les immeubles d'habitation. L'énergie primaire du bois puis du charbon plus industrialisé, est remplacée par les énergies fossiles comme le fioul et le gaz qui marqueront fortement le 20ème siècle.
  • Les systèmes de chauffage central (à eau chaude) remplaceront petit à petit les chauffages utilisant la vapeur.
  • La rareté des énergies fossiles font que des systèmes de chauffage intégrant les énergies gratuites ou renouvelables comme le solaire, la géothermie, font une apparition marquée au début de notre 21ème siècle. La nécessité de réduire la consommation d'énergie émettant des polluants et notamment du CO2, est reliée à la conservation des ressources de la planète pour les générations futures; la notion de développement durable [2] apparait alors.

Voir aussi

Notes et références

Consommations de chauffage bâtiment - livret technique de Roger Cadiergues - Mars 2009 - [3]

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