Pratique Du Chauffage - Dunod
Pratique duchauffageEN 26 FICHES-OUTILSJack BossardJean HrabovskyPhilippe Ménard
Dunod, 20145 rue Laromiguière, 75005 Pariswww.dunod.comISBN 978-2-10-057799-6
PRÉFACEAu nom de l’AICVF, Association des ingénieurs en climatique, ventilation et froid, j’ai déjà eu l’honneur de vous présenter les dernièresversions françaises du Recknagel auxquelles plusieurs membres de l’association avaient apporté leur concours en validant la traduction. LeRecknagel avec ses quelque 2 000 pages est un ouvrage très complet etbien documenté, c’est la bible du chauffage.Aujourd’hui si le sujet est le même, il s’agit d’un document très simpleet concis constitué d’une vingtaine de fiches-outils, faciles à lire que jevoudrais vous présenter.Les éditions Dunod ont demandé à trois de nos membres de réaliserses fiches-outils destinées aux techniciens du chauffage. L’ouvrage n’estni un cours ni un traité sur le chauffage. À partir de leur expérienced’ingénieur dans les entreprises de génie climatique, les rédacteurs ontdégagé l’essentiel de ce qu’il faut savoir. Ils se sont limités aux installations de chauffage les plus répandues dans les bâtiments d’habitationet aux principes de base. Les fiches concernent les installations de génieclimatique sans aborder l’aspect de la réglementation thermique.Je suis certain que ces nouvelles fiches-outils viennent utilement compléter celles de la collection « Cahiers techniques » des éditions Dunodet qu’elles seront des outils précieux pour les techniciens du génie climatique.Bertrand MontmoreauPrésident de l’AICVF3
SOMMAIRELes cahiers techniques, mode d’emploi . 6Avant-propos. 8Dossier 1Fonctions, classification et réglementation . 10Fiche 1Fiche 2Fiche 3Fiche 4Fiche 5Dossier 2Dimensionnement des installations de chauffageet de prÉparation d’ECS .44Fiche 6Fiche 7Fiche 8Fiche 9Dossier 3Fonctions des installations de génie climatique.12Classification des installations de génie climatique .18Les sources d’énergie pour le chauffage .28Réglementation des installations de chauffage.32Normes et règles de l’art relatives au chauffage .40Calcul des déperditions de base .46détermination des puissances pour le chauffage :corps de chauffe et générateurs de chaleur .62Détermination des besoins en eau chaude sanitaire .70Estimation des consommations de chauffageet d’eau chaude sanitaire .72Production de chaleur .76Fiche 10Fiche 11Fiche 12Fiche 13Fiche 14Fiche 15La production de chaleur à partir de l’électricité.78Les combustibles .80Les chaudières à combustible.90Expansion et traitement de l’eau .112Production de chaleur à partir de la biomasse.116Production de chaleur à partir d’un Réseau urbainde chaleur (postes de livraison).122Fiche 16 Production de chaleur à partir d’unepompe à chaleur (PAC) .128Fiche 17 Production de chaleur pour l’eau chaude sanitaire (ECS).138Dossier 4Émission de la chaleur .148Fiche 18 Chauffage par radiateur par production-émission .150Fiche 19 Radiateurs et convecteurs de chauffage central à eau chaude 166Fiche 20 Chauffage par le sol et systèmes rayonnants .1764
Chauffage à eau chaudeDossier 5SommaireDistribution de la chaleur.186Fiche 21 Chauffage à eau chaude .188Fiche 22 Le chauffage aéraulique .216Fiche 23 Équilibrage des installations – accessoireset organes de sécurité .222Fiche 24 Régulation des installations de chauffage centralà eau chaude .228Dossier 6Aération, ventilation et climatisation .234Fiche 25 Aération et ventilation .236Fiche 26 Climatisation .256Annexes.270Annexe 1Annexe 2Annexe 3IndexLes symboles graphiques .272Glossaire .274Bibliographie et références .281.2845
LES CAHIERS TECHNIQUES,MODE D’EMPLOILes fiches sontclassées par dossierUne introduction reprenantles grandes thématiquesdu dossier6Un menu déroulant desfiches du dossier
Pratique du chauffageFICHEUne signalétiqueclaireUne partieSavoir-fairequi détaille lamise en œuvreMise en avantde l’objectif dela ficheUne partie Repèrespour définirles basesDes complémentsd’information pouraller plus loinUne partie En pratiquepour une applicationterrainDes schémasclairs et completsDes banques de données pour aider audimensionnement7
AVANT-PROPOSCes fiches de la collection « Cahiers techniques » sont consacrées auxinstallations de chauffage des bâtiments d’habitation. Elles ont pourbut de rassembler les principales données nécessaires à la conceptiondes installations de chauffage. Elles sont plus particulièrement destinées aux techniciens et ingénieurs du génie climatique.Ces fiches sont un mémento de chauffage et ne constituent pas uncours sur le chauffage. Des références de ces derniers sont donnéesdans la partie bibliographie. Il existe beaucoup de types d’installationsde chauffage. Seuls les équipements techniques les plus habituellementutilisés actuellement dans les bâtiments d’habitation neufs ou existantssont cités. Les installations de chauffage des bâtiments des secteurstertiaires sont exclues de même que celles de bâtiments industriels, dessalles de spectacle ou de réunion.Le recueil des 26 fiches qui suivent est constitué de 6 dossiers :f Fonctions, classification et réglementation,f Dimensionnement des installations de chauffage et d’eau chaudesanitairef Production de chaleurf Émission de la chaleurf Distribution de la chaleurf Aération, ventilation et climatisationDes annexes traitent du vocabulaire du chauffage, des abréviations etsigles utilisés. Une bibliographie et des références complètent le recueil.8
Avant-proposLes dossiers sont structurés sous la forme de fiches-outils qui sontdécoupées en plusieurs sections :f Objectif : précise l’objectif de la fiche ;f Repères : apporte les éléments techniques propres aux installations ;f Savoir-faire : détaille le dimensionnement des installations ;f En pratique : fournit des exemples.Ces fiches traitent des installations de génie climatique. Les aspectsrelevant de la réglementation thermique, c’est-à-dire des caractéristiques thermiques et des performances énergétiques des constructionsneuves (RT 2012) ou existantes (Arrêté élément par élément et arrêtéglobal), ne sont pas abordés.9
DOSSIER1FONCTIONS,CLASSIFICATION ETRÉGLEMENTATIONLes techniques de chauffage, de ventilation et de climatisation constituent le génie climatique que l’on désigne souvent par CVC (à l’imagede HVAC des pays anglo-saxons : Heating, Ventilation, Air Conditioning).D’autres techniques sont associées au CVC comme : conditionnementd’air, rafraîchissement, déshumidification, préparation d’eau chaudesanitaire.Les fiches que nous présentons dans cet ouvrage traitent du chauffage,c’est-à-dire de l’ensemble des techniques et des équipements de production de chaleur, de sa distribution et de son émission permettantd’assurer, en hiver, le confort thermique aux occupants des bâtimentset satisfaire leurs besoins d’eau chaude sanitaire.Les bâtiments, comme leurs installations, sont variés en taille et enoccupation. Pour une première approche du chauffage, nous nouslimitons aux logements et plus particulièrement au chauffage individuel, c’est-à-dire aux installations desservant un seul logement, celogement pouvant être une maison individuelle ou un appartementdans un immeuble collectif d’habitation. Nous aborderons aussi bienla réalisation d’installations dans une construction neuve que dans unbâtiment existant, sans oublier l’amélioration des installations existantes.Dans ce premier dossier, au fil des cinq fiches qui suivent, nous aborderons :❯ les fonctions des installations de génie climatique, sans nous limiter auxseules installations de chauffage. Cette analyse nous permettra d’expliciter la notion de confort thermique et de mieux comprendre les exigences auxquelles les installations de chauffage doivent satisfaire ;❯ la classification des installations de génie climatique. Une installation de CVC doit satisfaire aux besoins des occupants du logement.10
1DOSSIERLa connaissance des différents types d’installation permettra demieux guider l’utilisateur dans son choix ;❯ les sources d’énergie. Le choix d’une source d’énergie est devenu unaspect de premier ordre vis à vis de l’environnement, de sûreté d’approvisionnement, de la performance énergétique, des contraintes réglementaires, des conditions économiques. La connaissance de toutesles sources est nécessaire au choix d’une ou de plusieurs énergie ;❯ la réglementation. À toutes les époques les installations de chauffage ont fait l’objet de réglementation pour la santé des occupantset vis-à-vis des risques d’incendie. Depuis 1974, les aspects d’économies d’énergie interviennent également ;❯ Les normes et les règles de l’art existent afin de satisfaire au mieuxaux attentes des utilisateurs et d’avoir des installations fiables dansle temps.LES FICHESFiche 1 : Fonctions des installations de génie climatique . 12Fiche 2 : Classification des installations de génieclimatique . 18Fiche 3 : Les sources d’énergie pour le chauffage . 28Fiche 4 : Réglementation des installations de chauffage . 32Fiche 5 : Normes et règles de l’art relatives au chauffage . 4011
FonctionsdesINSTALLATIONSinstallations de génie climatiqueFONCTIONSDESDE GÉNIE CLIMATIQUEFICHE 1ObjectifLe chauffage, comme la ventilation et la climatisation, est l’une des fonctionsdes installations du génie climatique. Connaître ses fonctions et les exigencesà satisfaire permet de mieux choisir parmi les différents types d’installations etainsi de répondre aux besoins des utilisateurs.RepèresQualité des ambiances intérieuresLe confort thermique est l’un des paramètres de la qualité desambiances intérieures.Paroi froide : Trs 16 CTrs 18 C : Paroi chaudeTparoi 12 CSensationdeconfortExtérieurExtérieurTair 20 CSensationdefroidConfort thermique :f température de l’air et des parois ;f hygrométrie de l’air ;f vitesse de l’air.Tparoi 16 CIntérieurQualité de l’air intérieur :f renouvellement de l’air ;f teneur en polluants de l’air intérieur.(Source ADEME).12
Fonctions des installations de génie climatiqueFICHE 1Confort visuel :f niveaux d’éclairement ;f éblouissement ;f vue sur l’extérieur.Tissu protection solaireSans protectionLe confort thermiqueEn hiver, dans les locaux où l’on séjourne, les installations de chauffagedoivent apporter le confort thermique aux occupants des locaux.L’homme est un homéotherme, la température de son sang se réguleà 37 C. C’est une « machine thermique » qui échange chaleur et travail avec le milieu extérieur. Lorsque sa production de chaleur (métabolisme) équilibre ses pertes, il est en état de « bien-être », c’est le« confort thermique ». Dunod – Toute reproduction non autorisée est un délit.Paramètres duconfort thermiqueTempérature de l’air ambiantTempérature des paroisenvironnantes (effet de paroi froideou chaude)Échanges du corps humainavec l’ambianceÉchanges de chaleur du corpshumain avec l’ambiance se fait parConvection (avec l’air)Rayonnement (avec les parois)Conduction (par contact)Vitesse de l’air (courant d’air)Humidité de l’airÉchange de chaleur latente due à latranspiration et à la respirationMétabolisme du corps humain(L’activité s’exprime en met)Ingestion et digestion des alimentsHabillement vestimentaire(La résistance thermique desvêtements s’exprime en clo) équivalent du travail fourni par lecorps humain au milieu extérieur(de l’ordre de 5 %)Figure 1.1Avec protectionDOSSIER 1 : FONCTIONS, CLASSIFICATION ET RÉGLEMENTATIONConfort acoustique :f niveaux sonores des ambiances et des équipements ;f isolement acoustique aux bruits intérieurs et extérieurs.Échanges du corps humain avec l’extérieur13
FICHE 1Fonctions des installations de génie climatiquePour les ambiances intérieures, le confort thermique1 (ou bien-être) secaractérise principalement par :f une température satisfaisante des ambiances de séjour en hiver (encas de chauffage), ou en toute saison (en cas de climatisation) ;f une température et une humidité satisfaisantes tout au long del’année (en cas de conditionnement d’air) ;f un renouvellement d’air qui assure le maintien de la qualité de l’airintérieur sans créer de courant d’air ;f des températures de parois des constructions proches de celles desambiances (effet de paroi froide par exemple) ;f (et de l’eau chaude sanitaire [ECS] en quantité suffisante et à unetempérature correcte, au moins pendant les périodes d’occupation des logements ou des locaux concernés.)Savoir-Fair eFonctions des installations de chauffageLes installations doivent faire face aux objectifs de confort tout en respectant des objectifs de performance énergétique pour les installations,leur exploitation (la consommation d’énergie étant en général le poste leplus important) et en limitant les rejets de polluants (gaz à effet de serreen particulier). C’est un problème de gestion et d’exploitation.En ce qui concerne le chauffage, pour évaluer le confort thermique, onutilise habituellement la notion de température opérative (to). C’estsensiblement la moyenne entre la température de l’air (ta) au centre dela pièce à 1,50 m du sol et la température radiative moyenne (tr).to 0,5 u (ta tr)[ C] avec tr θ A AriiiPour l’hiver, la norme NF EN 7730 préconise une température dechauffage de to 22 C r 2 CVis-à-vis de la réglementation (articles R.131-20 et R.131-21), pendantles périodes d’occupation, la température de chauffage est fixée en141 Se reporter à la norme NF EN ISO 7730 : Ergonomie des ambiances thermiques.Détermination analytique et interprétation du confort thermique par le calcul desindices PMV et PPD et des critères de confort thermique (PMV predicted mean vote etPPD predicted percentage of dissatisfied).
FICHE 1AA11Fonctions des installations de génie climatiqueTTr1r1Figure 1.2TTr3r31,50mm1.50AA11TTr1r1TTr4r4tiMesure de la température dans le séjour d’un logementmoyenne à 19 C, et à 16 C lorsque la durée d’inoccupation est égaleou supérieure à 24 heures et inférieure à 48 heures. C’est 8 C au-delàde 48 heures.Fonction eau chaude sanitaire (ECS)De l’eau chaude en quantité suffisante est un élément du confort. Lafonction préparation de l’eau chaude sanitaire est souvent associée àcelle du chauffage. Si c’est le cas, on parle d’installation double usage :chauffage-eau chaude sanitaire. Dans les logements, pour les besoinsen eau chaude sanitaire, on se base souvent sur une valeur de 50 l d’eauà 60 C/personne. Dunod – Toute reproduction non autorisée est un délit.Fonctions des installations de ventilationChauffage et aération/ventilation sont étroitement liés. Il faut renouveler l’air des locaux où nous séjournons. L’air extérieur contient dudioxyde de carbone (CO2) et des polluants en plus ou moins grandesquantités. Chaque individu dégage environ 15 l/h de CO2 et de lavapeur d’eau (environ 80 g/h). De plus, les matériaux de constructionet la vie domestique émettent aussi des polluants. Compte tenu deces éléments, pour que les taux de dioxyde de carbone, de polluantset de vapeur d’eau restent à des teneurs qui ne nuisent pas à la santédes occupants tout en évitant une trop forte humidité, nuisible auxconstructions, pour les cas courants, les taux de renouvellement del’air intérieur doivent être au moins par occupant de 15 à 25 m3/h).Le diagramme de l’air humide ou diagramme psychrométrique(Figure 1.3) permet de visualiser les conditions de température et d’humidité des ambiances intérieures.DOSSIER 1 : FONCTIONS, CLASSIFICATION ET RÉGLEMENTATIONAA22TTr2r215
mentaires, des conditions économiques. La connaissance de toutes les sources est nécessaire au choix d’une ou de plusieurs énergie ; la réglementation. À toutes les époques les installations de chauf-fage ont fait l’objet de réglementation pour la santé des occupa
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