3. Les principaux équipements collectifs de chauffage, ceux utilisés pour controler le climat intérieur
3. Les principaux équipements collectifs de chauffage, ceux utilisés pour controler le climat intérieur
→ Le chauffage
Plusieurs équipements collectifs peuvent fournir du chauffage.
- Une chaudière dans l’immeuble
Elle peut fonctionner au gaz naturel, au fioul ou au bois. Les chaudières à bois à alimentation automatique, à plaquettes ou à granulés, sont aussi faciles d’utilisation que les chaudières au fioul ou au gaz naturel, mais nécessitent un espace de stockage du combustible conséquent. Elles équipent maintenant de nombreuses chaufferies collectives.
- Une pompe à chaleur
Cet équipement, moins fréquent qu’une chaudière classique, s’adapte de mieux en mieux au collectif.
Les matériels performants se signalent par leur COP (coefficient de performance) supérieur à 3,4 (condition nécessaire pour obtenir des aides financières telles que le crédit d’impôt développement durable).
La pompe à chaleur (PAC) puise l’énergie dans :
- l’air : on parle de PAC aérothermique
- l’eau d’une nappe phréatique ou le sol. On parle alors de PAC géothermique : la chaleur du sol ou d’une nappe d’eau peu profonde (on parle de géothermie de surface) est captée et transformée par une pompe à chaleur. On peut ainsi chauffer de petits immeubles.
- Le raccordement à un réseau de chaleur
Le chauffage urbain (ou réseau de chaleur) centralise la production de chaleur au niveau d’une grosse chaufferie, qui dessert un ou plusieurs quartiers. Ces réseaux existent dans des grandes villes (Paris, Grenoble, Strasbourg, Lyon, etc.) et se développent dans les villes moyennes, voire les zones plus rurales, qui s’équipent notamment de chaufferies collectives au bois.
Des canalisations souterraines transportent la chaleur jusqu’aux immeubles, sous forme de vapeur, d’eau surchauffée (180 °C) ou très chaude (100 à 110°C).
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU CHAUFFAGE URBAIN
Véritable chauffage central à l’échelle d’une ville ou d’un quartier alimentant tout type d’immeuble (logements, bureaux écoles, bâtiments communaux où usage industriel et commercial.
Il est composé de 4 éléments :
- l’unité de production de chaleur
Production de chaleur permettant d’alimenter en chauffage et en ECS tous les bâtiments.
Diverses possibilités de production de chaleur
Chaleur produite à partir d’énergies conventionnelles :
- charbon
- gaz
- fioul
Chaleur produite à partir d’énergies renouvelables :
- géothermie
- biomasse
Chaleur produite à partir d’énergies de récupération
- incinération d’ordures ménagères
2. le réseau primaire
Le réseau primaire transporte la chaleur par des canalisations sous forme d’eau chaude ou de vapeur (tuyau rouge), en retour l’eau refroidie (tuyau bleu) est acheminée vers l’unité de production de chaleur où elle sera à nouveau réchauffée. L’eau circule dans les canalisations à une température située entre 70° C et 180° C.
3. le point de livraison
C’est là qu’arrive la chaleur acheminée par la canalisation. C’est un local technique qui permet de transférer de l’énergie vers le réseau interne de l’immeuble au travers d’un échangeur de chaleur, d’adapter le débit et la température aux besoins des utilisateurs, et de compter la chaleur consommée.
4. Le réseau secondaire
C’est le réseau interne de l’immeuble. Grace aux échangeurs du point de livraison, l’eau chaude est transférée du point de livraison jusqu’aux logements ou aux bureaux.
La centrale à traitement d’air ( CTA )
Une CTA capte l’air des locaux, le fait passer à travers différents filtres et échangeurs froids ou chauds, puis le redistribue à travers un réseau de diffusion (gaines, grilles, etc.).
Les CTA double flux intègrent une fonction supplémentaire : elles récupèrent l’énergie thermique de l’air vicié avant de le rejeter. Ce renouvellement d’air, intéressant en théorie, peut se faire de trois manières :
- par recyclage intégral de l’air intérieur
- par recyclage d’une partie de l’air intérieur complété par de l’air extérieur
- par utilisation exclusive d’air neuf
La CTA chauffe ou climatise l’air grâce à des batteries à eau glacée ou électriques. La CTA assèche ou réhumidifie l’air grâce à sa batterie, avec des micro-pulvérisations. La CTA passe l’air puisé à l’extérieur au travers de multiples filtres.
La centrale de traitement d’air (CTA) est un équipement destiné à :
- Ventiler par l’introduction d’air neuf et l’extraction d’air vicié
- Filtrer l’air
- Chauffer par soufflage d’air chaud
- Rafraîchir par soufflage d’air froid
- Échanger les calories entre 2 flux d’air,
- Déshumidifier par condensation de la vapeur d’eau
- Humidifier par vaporisation d’eau
- Purifier à l’aide de lampe UV
L’air traité sera ensuite diffusé dans les locaux desservis grâce à des réseaux de conduits, de matières, formes et sections adaptées, avec des diffuseurs choisis en fonction des critères de confort recherchés (bouches à induction, à déplacement, gaines textiles, etc.).
La centrale de traitement d’air est un ensemble de modules additionnés les uns aux autres, permettant le traitement de l’air suivant des conditions requises.
Il y a 2 grandes familles de CTA :
- La simple flux, qui ne traite qu’un seul flux d’air (en extraction d’air vicié, en
recyclage ou en soufflage d’air neuf). - La double flux, qui traite à la fois l’extraction et le soufflage et qui permet toutes les combinaisons possibles entre les 2 flux d’air.
Dans cet exemple, la centrale de traitement d’air simple flux :- Aspire l’air à traiter
- Le filtre
- Le réchauffe ou le refroidi, suivant les besoins du local, en le faisant passer sur les batteries chaudes ou froides
- L’humidifie
- Et le souffle dans le local à traiter
- La simple flux, qui ne traite qu’un seul flux d’air (en extraction d’air vicié, en
Dans cet exemple, la centrale de traitement d’air double flux à récupération :
- Aspire l’air dans les locaux traités :
- Le filtre
- Récupère l’énergie qu’il contient grâce à un récupérateur à roue
- Le rejette à l’extérieur.
- Aspire l’air neuf :
- Le filtre
- Réinjecte l’énergie récupérée dans l’autre flux d’air
- Le réchauffe ou le refroidi, suivant les besoins du local, en le faisant passer sur les batteries chaudes ou froides
- Éventuellement, l’humidifie et le filtre à nouveau
- Le souffle dans les locaux à traiter
- Aspire l’air dans les locaux traités :
L’humidité :
Au phénomène de transfert de chaleur (conduction, convection, et rayonnement) il faut aussi appréhender les phénomènes liés aux changements de l’état de l’eau (évaporation, condensation).
Pour un logement avec des murs humides, il va falloir augmenter la température de chauffage pour évacuer l’eau (évaporation) mais aussi pour supprimer l’effet de paroi froide. De plus si l’air de l’isolant est remplacé par de l’eau, on va altérer considérablement la résistivité de l’isolant.
Pour comprendre les risques de condensation dans le bâtiment on utilise le diagramme de Mollier ou diagramme de l’air humide.
En effet lorsque l’humidité relative de l’air atteint 100 % (saturation) on passe de la vapeur d’eau à l’état liquide pour une température supérieure à 0°C et à l’état solide à partir de 0°C et en dessous.
L’humidité absolue est la vapeur d’eau contenu dans l’air, elle s’exprime en g/kg d’air sec. Sur le diagramme, on peut voir qu’à 20°C, 1 kg d’air sec peut contenir 14.7 g d’eau.
L’humidité relative est le % d’eau que contient l’air par rapport à cette valeur absolue à une température donnée.
Si un air à 20°C, contient 8.82 g d’eau on dit que son humidité relative est de 60%.
On peut donc en déduire à l’aide de notre diagramme de Mollier qu’un air à 60% d’humidité à une température de 20°C atteindra son point de rosée dès lors qu’il descendra à une température de 12°C au contact d’une paroi froide.
INSTALLATION DE CLIMATISATION CENTRALISEE
Introduction :
Une installation de climatisation centralisée est constituée d’un ensemble de matériels ayant les fonctions suivantes :
- préparation et distribution de l’air à des caractéristiques thermiques, aérauliques et acoustiques bien définies
- distribution de l’air traité dans les locaux à climatiser par l’intermédiaire de conduits et d’appareils terminaux.
Les fluides primaires (air ou eau) sont préparés dans des équipements centralisés qui peuvent être placés dans une salle de machine.
De plus, les installations sont équipées d’appareils de régulation et de sécurité (régulateur numérique, thermostat, pressostats, détecteurs d’incendie, trappe de désenfumage,…).
Centrale de Traitement d’air à débit constant :
La figure ci-contre présente le schéma de principe d’une centrale à débit d’air constant.
La centrale de traitement d’air souffle dans les locaux de l’air à basse vitesse (2 à 6 m/s) et à débit constant compris entre 1000 m³/h et 100 000 m³/h. L’air est généralement distribué par des bouches de soufflage de type mural ou plafonnier.
Centrale de Toiture à détente directe (Roof-Top) :
Les roof-top sont des centrales à détente directe installées à l’extérieur du bâtiment. La figure ci-contre présente le schéma de principe d’un roof-top.
Les roof-top sont fréquemment utilisés pour les applications suivantes :
- grandes salles de bureaux, salles d’ordinateurs et hall recevant du public
- climatisation des grands magasins, supermarchés, restaurants, ateliers,…
Ventilo-convecteurs :
a. Le principe :
Le ventilo-convecteur est un appareil terminal, l’air repris est filtré puis traverse une ou deux batteries à eau ou électrique avant d’être envoyé dans la pièce. Le ventilo-convecteur peut être placé au sol, fixé au mur ou au plafond ou intégré dans le plafond.
b. Principaux composants :
- Raccordements hydrauliques
- Emplacements batteries
- Filtres
- Carrosserie
- Châssis
- Bac récupération condensat
- Moteur et sa turbine
- Commande M/A , inversion été/hiver, thermostat, vitesses ventilation
c. Les différents types :
- 2 tubes :
Ici le ventilo-convecteur ne possède qu’une seule batterie qui peut être alimentée :
- en été et en hiver par une pompe à chaleur réversible
- en été en eau glacée par un groupe d’eau glacée
- en hiver par une chaudière gaz, fuel ou autres
2 tubes 2 fils :
Les ventilo-convecteurs « 2 tubes 2 fils » , possède un seul échangeur alimenté en eau glacée et pour assurer le chauffage une résistance électrique (le ventilateur pulsant l’air du local au travers de la résistance).
- 4 tubes :
Deux batteries sont incluses dans l’appareil délivrant soit du chaud soit du froid en fonction des besoins.
C’est certainement la configuration la plus viable au niveau confort, mais l’installation est plus lourde techniquement et financièrement, deux réseaux distincts, pompes ..etc.
d. Raccordement hydraulique
Une centrale de traitement d’air peut comporter :
Contrôler le climat intérieur
Pour qu’une installation de chauffage donne satisfaction, il faut qu’elle produise l’eau de chauffage à la bonne température – c’est le rôle de la régulation – et au moment propice – c’est le rôle de la programmation.
Une installation collective bien régulée et bien programmée est un gage de confort pour les résidents et une source d’économies d’énergie.
La régulation centrale
Elle consiste à ajuster la température de l’eau du circuit de chauffage en fonction de la température extérieure : plus il fait froid, plus l’eau distribuée est chaude.
Le régulateur est relié à deux sondes de mesure de température :
- l’une, extérieure, mesure la température du dehors
- l’autre, en chaufferie, mesure la température de l’eau envoyée dans le réseau de chauffage
L’appareil est réglé par un professionnel : à une température extérieure donnée doit correspondre une température de l’eau de chauffage au départ du réseau (loi d’eau). Il commande la vanne à trois voies qui assure ce réglage en mélangeant l’eau chaude en sortie de chaudière à l’eau qui revient des appartements.
Dans certains immeubles, la régulation peut être affinée. Le bâtiment est divisé en secteurs homogènes ayant des besoins en chauffage différents :
- façades ensoleillées ou très exposées au vent
- locaux associatifs ou commerciaux utilisés seulement à certaines périodes, etc.
Chaque secteur peut bénéficier d’une régulation adaptée, par zones ou par façades.
La programmation
La température est abaissée de 2 à 3°C pendant la nuit grâce à une horloge de programmation intégrée au régulateur :
Le fonctionnement en ralenti de nuit permet de faire des économies d’énergie, sans inconfort pour les résidents.
La régulation individuelle
Elle complète la régulation centrale. Elle permet d’adapter la chaleur fournie par le réseau de chauffage à l’usage et aux caractéristiques des pièces (on chauffe moins une pièce orientée au sud qu’une pièce au nord). Elle est indispensable dans certaines installations (chauffage individuel centralisé par exemple)
Les thermostats d’ambiance
Si vous êtes équipés d’un chauffage individuel centralisé (CIC), le thermostat d’ambiance vous permet de fixer la température de votre logement selon vos besoins : vous pouvez ainsi programmer une température moins élevée pendant la nuit, ou la journée quand vous êtes au travail et vos enfants à l’école.
Les robinets thermostatiques
Ils peuvent remplacer les robinets manuels des radiateurs. Ils régulent la température de la pièce en agissant sur le débit d’eau passant dans le radiateur. Ils sont obligatoires dans les bâtiments neufs (depuis 1982), sauf dans les pièces où il y a un thermostat d’ambiance et en cas de distribution monotube non dérivée.
Ils permettent de fixer pièce par pièce une consigne de température. En limitant voire en coupant l’arrivée d’eau au radiateur, ils évitent les surchauffes dans les pièces bénéficiant d’apports de chaleur (ensoleillement…). Ils assurent ainsi un confort accru et des économies d’énergie.
Attention ! Ils ne remplacent pas la régulation centrale et ne peuvent délivrer une température supérieure à celle fixée par le régulateur en chaufferie.
