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Comprendre la sensation de froid liée à la régulation

Préalable : schéma de l’installation

Comme pour l’évaluation de l’efficacité énergétique de la régulation, la compréhension du fonctionnement de l’installation est indispensable pour orienter les recherches. Pour cela, il faut dresser le schéma hydraulique de l’installation ainsi que le schéma de sa régulation : comment se distribue la chaleur au départ de la chaufferie, et quel régulateur commande quelle partie de l’installation ?

Exemple : principe de régulation d’une installation existante

On reconnaît :

La température de l’eau (3) des circuits A, B, C est régulée par une vanne 3 voies en fonction de sondes extérieures (1) et (10).
La température du collecteur (5) est automatiquement calculée en fonction de la température du circuit secondaire le plus demandeur.
Les chaudières et leur circulateur sont commandés en cascade en fonction des besoins (6).
Un régulateur optimiseur (2) gère le ralenti nocturne du circuit A (circuit nord).
Un thermostat d’ambiance (12) permet une programmation séparée du circuit B.
Le ralenti nocturne du circuit C (circuit Sud) est géré par un régulateur optimiseur (11). Ce régulateur dispose d’une sonde solaire en complément de la température extérieure communiquée par le régulateur au Nord.
Un contact est utilisé pour la coupure de deux ventilateurs d’extraction situés dans la salle de sports située au Sud également.
Une vanne de zone deux voies (15a), commandée par un thermostat d’ambiance et par une horloge pour le circuit D (réfectoire à usage limité).
Une vanne de zone deux voies (15b) pour les circuits E et F (locaux administratifs), commandée par une simple horloge, étant entendu que la température de départ est régulée dès la sortie de chaudière. Des vannes thermostatiques sont présentes dans les locaux pour une régulation complémentaire.
À noter qu’une soupape différentielle stabilise la pression des réseaux D et E et que le circulateur est coupé si les deux vannes de zone sont fermées.

Techniques

Quelques schémas pour comprendre la régulation …

Vérification des paramètres de la régulation centrale

On entend par « paramètres de la régulation centrale » :

le réglage de la température de l’eau distribuée dans les différents circuits,
le réglage des périodes de marche et de ralenti.

Température de l’eau distribuée dans les différents circuits

Dans la plupart des installations de chauffage du secteur tertiaire, la température de l’eau distribuée dans les différents circuits est régulée en fonction de la température extérieure, suivant une correspondance appelée courbe de chauffe.

Courbe de chauffe standard : lorsque la température extérieure est de 3°C, la température de l’eau est réglée sur 70°C.

Un mauvais réglage des différentes courbes, c’est-à-dire une température d’eau trop basse, provoquera un inconfort dans certaines zones du bâtiment.

A priori, si la cause de l’inconfort est une température d’eau trop basse, le manque de chaleur se fera ressentir dans une bonne partie des locaux desservis par le circuit incriminé.

En principe, chaque bâtiment (ou zone de bâtiment) a une courbe de chauffe qui lui correspond (fonction de son degré d’isolation, de sa température de consigne et du surdimensionnement de ses corps de chauffe). C’est pourquoi, il est impossible pour un chauffagiste ne vivant pas dans le bâtiment de régler la bonne courbe. C’est aussi pourquoi il est impossible de dire ici quelle doit être la bonne température de l’eau. Tout au plus, peut-on comparer la courbe réelle à la courbe standard avec laquelle la température de l’eau équivaut à :

90°C lorsque la température extérieure est de – 10°C (température minimum de dimensionnement),

20°C lorsque la température extérieure est de 20°C (il n’y a plus de besoin de chauffage et donc plus de puissance à fournir).

Techniques

Régler une courbe de chauffe.

Attention cependant, le principe de la régulation centralisée est qu’elle fournit les mêmes conditions de fonctionnement à tous les locaux raccordés sur un même circuit. Elle ne donnera donc satisfaction à tout le monde que si tous ces locaux ont des besoins semblables : même orientation, mêmes apports internes, même degré de surdimensionnment des émetteurs. Si ce n’est pas le cas, la tendance sera d’augmenter la température de l’eau de manière à satisfaire les plus défavorisés. Il en résultera des surchauffes pour les autres et le plus souvent une régulation de leur température ambiante par ouverture des fenêtres. Parfois donc, la seule régulation de la température d’eau distribuée à partir d’une sonde extérieure n’est pas suffisante. Il faudra lui adjoindre une régulation locale complémentaire (vannes thermostatiques) ou une compensation par mesure de la température intérieure (thermostat d’ambiance dans un local témoin).

Périodes de marche et de ralenti

Lorsque l’installation ne comprend pas d’optimiseur, le gestionnaire de l’installation doit fixer le moment de la relance et de la coupure au niveau d’une horloge.

Ces moments sont peut-être mal choisis. Ceci est cependant rarement le cas, le gestionnaire prenant ses précautions pour satisfaire les locaux les plus défavorisés.

Par contre, il n’est pas rare de rencontrer en chaufferie, des horloges n’étant pas à l’heure, à la suite d’une coupure de courant ou à la suite d’un oubli du changement d’heure. Si l’horloge est à l’heure d’été, l’installation sera relancée une heure trop tôt en hiver (de novembre à mars), causant ainsi une certaine surconsommation; si l’horloge est à l’heure d’hiver, l’installation sera relancée une heure trop tard en mi-saison (d’avril à octobre). Cette situation n’aura généralement guère de conséquence car le gestionnaire aura défini le moment de la relance pour les conditions les plus rudes.

Emplacement des sondes extérieures

La plupart des régulations centralisées se basent sur une mesure de la température extérieure. Si la mesure réalisée n’est pas représentative des besoins réels, il en résultera un inconfort.

Il faut donc rechercher l’emplacement de la sonde extérieure et voir si sa position lui permet une mesure correcte des conditions extérieures communes à tous les locaux.

Les sondes extérieures doivent être placées :

À mi-hauteur de la zone dont elles doivent être témoins.

Sans être masquées (balcon, toiture, … ).

Éloignées de toute source de chaleur perturbatrice (soleil, corps de cheminée, grille de ventilation, … ) qui entraînerait une diminution non souhaitée de la température d’eau.

Emplacements recommandés et déconseillés d’une sonde extérieure.

Si la sonde extérieure doit être représentative pour l’ensemble du bâtiment, elle doit être positionnée au nord ou au nord-ouest. En effet, une sonde placée par exemple à l’est entraînera la coupure prématurée du chauffage le matin en cas d’ensoleillement, ce qui ne permettra jamais au bâtiment de se réchauffer suffisamment. Une sensation de froid sera donc ressentie durant toute la journée. Inversement si la sonde est placée vers l’ouest, la coupure du chauffage suite à l’ensoleillement de fin d’après-midi ne sera pas préjudiciable puisque le bâtiment aura emmagasiné de la chaleur durant toute la journée.

Améliorer

Un mauvais emplacement de la sonde ou la présence de perturbations extérieures importantes et non contrôlables peuvent être atténués en compensant le régulateur climatique.

N’oublions pas, en outre, qu’une sonde peut être défectueuse !

Emplacement des sondes intérieures

Comme pour les sondes extérieures, les mesures prises par un thermostat d’ambiance doivent être représentatives de la zone qu’il doit réguler :

Il ne doit pas être caché (derrière une armoire, une affiche, …). Si c’est le cas, cela conduira soit à des surchauffes et une surconsommation (thermostat situé dans une zone moins influencée par les sources de chaleur), soit à un manque de chaleur (thermostat situé dans une zone directement influencée par les sources de chaleur).

Il doit être situé dans un local représentatif des besoins des autres locaux situés sur le même circuit. S’il est dans un local bénéficiant d’apports de chaleur plus importants (nombre d’occupants élevés, ordinateurs, ensoleillement, …), il diminuera la fourniture de chaleur des autres locaux, y créant un inconfort.

Sonde d’ambiance cachée derrière un porte-manteau ou une affiche.

Emplacement des vannes thermostatiques

La régulation de la fourniture de chaleur dans chaque local peut être affinée au moyen de vannes thermostatiques Ici aussi, il est important que la sonde de la vanne thermostatique reflète fidèlement la température effective du local. Ainsi :

L’air doit pouvoir circuler aisément autour d’elle : il ne faut pas la masquer par une tenture, un cache-radiateur, …

Elle ne doit pas subir l’influence de la chaleur dégagée par le radiateur, par exemple en étant située dans le flux d’air chaud ascendant.

Emplacements recommandés et déconseillés d’une vanne thermostatique.

Le cas échéant, il faut recourir à l’emploi de bulbes à distance (télé sonde).

Vanne thermostatique avec bulbe séparé (pouvant être placé) à distance : la mesure de température est prise à distance de la vanne qui échapper à l’influence du corps de chauffe.

Posted By : 25 Sep, 2007

Comprendre la sensation de froid liée à la production

Sous-dimensionnement du générateur de chaleur

Cela est excessivement rare mais ça arrive !

En effet, il faut savoir que la plupart des installations de chauffage existantes sont surdimensionnées, même fortement surdimensionnées.

Évaluer

On peut vérifier le dimensionnement d’une chaudière en calculant le temps de fonctionnement annuel du brûleur et en comparant ce chiffre à un temps estimé correct en fonction du type de bâtiment. Cette estimation ne peut se faire qu’en connaissant la puissance du brûleur et la consommation annuelle de combustible. Pour approfondir cette méthode d’évaluation.

Encrassement de la chaudière

L’encrassement d’une chaudière diminue l’échange de chaleur entre les fumées et l’eau. Les fumées sont donc évacuées plus chaudes vers la cheminée (1 mm de suie dans la chaudière équivaut à une augmentation de 50°C de la température des fumées). Il en résulte :

une perte de rendement,
une perte de puissance de la chaudière.

En principe, l’encrassement étant un phénomène dynamique, l’inconfort qui y serait lié doit s’amplifier en attendant l’entretien des installations.

L’encrassement excessif des installations peut avoir comme cause :

des démarrages de brûleur trop fréquents liés à un surdimensionnement de l’installation ou un différentiel de régulateur trop faible,

l’encrassement de la chaufferie, le brûleur aspirant son air dans celle-ci. Nous avons, par exemple, rencontrés des brûleurs dont l’amenée d’air est partiellement obturée par les pluches issues de la buanderie voisine,

un manque de ventilation de la chaufferie, entraînant une mauvaise combustion,

un mauvais réglage de la combustion.

Évaluer	Pour en savoir plus sur les causes de démarrage trop fréquents du brûleur
Évaluer	Pour en savoir plus sur les causes d’une mauvaise combustion
Réglementations	Pour en savoir plus sur les exigences de ventilation des chaufferies

Cas particulier de la pompe à chaleur

Un défaut de puissance

Une pompe à chaleur sur l’air extérieur présente l’important défaut de produire d’autant moins de chaleur qu’il ne fait froid à l’extérieur… Or c’est précisément à ce moment que le bâtiment demande une forte puissance de chauffe.

Si cela apparaît fréquemment en période de très grands froids, ce problème ne peut se résoudre que par l’adjonction d’un appoint, appoint électrique direct (donc coûteux à l’exploitation) ou appoint thermique par une chaudière (en mode monovalent ou bivalent).

Concevoir

Pour en savoir plus sur la conception de l’appoint de la pompe à chaleure

Le problème du dégivrage

Si le froid apparaît plutôt pour des températures extérieures avoisinant les 5°C, on soupçonnera le phénomène de dégivrage :

le fluide frigorigène présente une température en dessous de 0°C
la vapeur d’eau contenue dans l’air ambiant condense et puis prend en glace, obstruant alors l’échangeur
le cycle est temporairement inversé pour faire fondre la glace
de l’air froid est pulsé dans les locaux.

À noter que ce phénomène est moins crucial en période de gel car l’air est plus sec et la glace apparaît sous forme de cristaux qui s’envolent avec l’air pulsé.

Si l’appareil est modulaire, une solution peut consister à décaler les périodes de dégivrage des différents modules de la PAC.

Améliorer

Pour en savoir plus sur l’amélioration du fonctionnement de la pompe à chaleur

Posted By : 25 Sep, 2007

Repérer l’origine de la surchauffe

Prédisposition du bâtiment à la surchauffe ?

En théorie

L’ensemble des apports thermiques ne contribue pas instantanément à l’élévation de la température ambiante d’un local.

Ainsi, par exemple, le flux solaire, est d’abord absorbé par les matériaux constituant le local. Ensuite, au fur et à mesure de l’accumulation, la capacité d’absorption des matériaux diminue. Au début, la chaleur réellement cédée au local est donc nettement inférieure aux apports instantanés par ensoleillement. La chaleur cédée au local augmente ensuite progressivement pour devenir maximale au bout d’un certain temps. Lorsque l’ensoleillement a cessé, toute la chaleur emmagasinée par les parois est progressivement restituée.

Plus le bâtiment aura une grande inertie thermique, c’est-à-dire une structure lourde, plus le maximum d’apports réels dus au soleil sera faible, et plus il sera retardé par rapport au flux instantané traversant le vitrage.

Comparaison entre la chaleur instantanée due à l’ensoleillement et la chaleur réellement restituée au local, pour des bâtiments à forte et faible inertie.

Exemple.

puissance calorifique maximum effectivement transmise à un local par une journée ensoleillée de juillet (en W/m² – vitrage simple clair)

Orientation	Puissance instantanée maximum transmise au travers du vitrage	Puissance maximum restituée au local
Orientation		Bâtiment léger	Bâtiment moyen	Bâtiment lourd
est	515	391	298	273
sud	187	182	151	143
ouest	515	396	309	288

En pratique

Les bâtiments à faible inertie thermique, c’est-à-dire légers, seront donc beaucoup plus sensibles aux surchauffes.

Bâtiment à forte inertie thermique ?

Bâtiment à faible inertie thermique ?

Exemple.

murs épais,
bâtiment moyennement vitré,
murs intérieurs lourds.

Exemple.

structure métallique,
vitrages importants,
cloisons intérieures légères,
faux plafonds,
sol recouvert de moquette ,
isolation par l’intérieur.

Une surchauffe est rare dans ce type de bâtiment. Il y a de fortes chances que ce soit l’installation de chauffage et sa régulation qui soient responsables du problème. La solution est souvent aisée.

Ce type de bâtiment est très sensible aux apports de chaleur, internes (ex : les personnes) ou externes (ex : le soleil). Il y fait vite froid en hiver et vite chaud en été. Il faudra analyser de près les solutions et jouer sur plusieurs facteurs simultanément. Il n’y a pas de solution miracle !

Circonstances d’apparition de la surchauffe

Si la surchauffe apparaît surtout en été, il faut passer en revue tous les apports de chaleur possibles (internes ou externes), pour en circonscrire les principaux.

Calculs

Pour comparer le poids relatif des différents apports de chaleur dans un local, accédez au calcul du bilan thermique d’été.

Si la surchauffe apparaît surtout durant la saison de chauffe, on soupçonne d’abord l’installation de chauffage de ne pas fonctionner adéquatement, soit parce qu’elle est mal conçue, soit parce qu’elle est mal régulée, notamment en fonction des apports de chaleur gratuits.

Pour affiner les recherches, nous vous proposons de passer en revue les différentes sources de surchauffe possibles :

Le soleil au travers des vitrages

L’énergie solaire transmise aux locaux par l’intermédiaire des vitrages peut entraîner la surchauffe de l’air par effet de serre.
Même sans cela, avec une température ambiante acceptable, le confort thermique des occupants peut être détérioré par le rayonnement direct du soleil et le rayonnement chaud du vitrage ensoleillé.

Les facteurs favorisant les apports solaires sont :

La taille et l’orientation des fenêtres

Voici la puissance calorifique transmise au travers d’un double vitrage clair en juin, par ciel serein :

Des fenêtres de grande taille auront un impact important sur la surchauffe si elles sont orientées :

> à l’est : les apports solaires sont maximum en matinée, parfois avant l’arrivée des occupants.

> au sud : les apports solaires sont plus importants en hiver, car le soleil est bas sur l’horizon. Cependant les apports d’été seront plus durement ressentis car ils s’ajoutent à une température de l’air plus importante.

> à l’ouest : les apports sont maximum en fin d’après-midi. Ce cas est le plus critique, car les apports importants dus à la faible hauteur du soleil se cumulent à la chaleur emmagasinée durant toute la journée.

Le facteur solaire du vitrage

Tous les vitrages ne laissent pas passer la même quantité de rayonnement solaire. Cette caractéristique se traduit par le facteur solaire du vitrage (FS). Plus le facteur solaire est élevé, plus le rayonnement pouvant traverser le vitrage est important.

Exemple.

vitrage simple clair : FS = 0,86
vitrage double clair : FS =0,76
vitrage réfléchissant : FS =de 0,10 à 0,63

Le soleil au travers de la toiture ?

Le rayonnement solaire frappe la surface de la toiture. Celle-ci s’échauffe progressivement. La chaleur ainsi accumulée est alors réémise en partie à l’intérieur du bâtiment, en partie à l’extérieur.

Pour les locaux situés sous une toiture, l’échauffement de celle-ci sous l’action du soleil, peut entraîner un apport important de chaleur si

la toiture a une structure légère et donc peu d’inertie thermique,
la toiture n’est pas isolée,
la toiture est recouverte d’un revêtement de couleur sombre.

Exemples.

Gains solaires transmis au travers d’une toiture plate ensoleillée.

Types de matériaux	Coefficient U	Couleur sombre	Couleur claire	Déphasage
Polystyrène (PS) 10 cm	0.33 W/m²K	9 W/m²	6 W/m²	1.7 h
Tôle d’acier 2 mm	4.61 W/m²K	121 W/m²	79 W/m²	0.2 h
Tôle d’acier 2 mm + PS 8 cm	0.41 W/m²K	11 W/m²	7 W/m²	2.9 h
Bois 2 cm + PS 8 cm	0.35 W/m²K	9 W/m²	6 W/m²	6.2 h
Béton 20 cm	3.41 W/m²K	68 W/m²	46 W/m²	7.2 h
Béton 20 cm + PS 6 cm	0.5 W/m²K	10 W/m²	7 W/m²	7.8 h

Les occupants ?

Alors qu’une occupation normale des locaux (par exemple 1 personne pour 15 m² de bureau) n’entraînera pas des apports excessifs, une densité d’occupation plus importante comme par exemple celle d’une salle de conférence, de réunion, de cours,… contribuera de façon significative à l’augmentation de la température ambiante.

La quantité de chaleur évacuée est fonction de l’individu et de son activité.

Le tableau suivant représente les gains internes dus aux occupants. Les valeurs sont données pour un homme adulte de taille moyenne. Ces valeurs peuvent être revues à la baisse pour une femme (- 20 %) et un enfant (- 20 à – 40 %).

Température de confort en fonction de l’activité.

Apports en chaleur sensible dus aux occupants en W/personne
Type d’activité	Température du local
Type d’activité	17°C	19°C	21°C	23°C	25°C	27°C	29°C
Assis au repos – salles de spectacle	93	86	79	73	67	59	45
Assis travail léger ou debout au repos – locaux scolaires	102	94	86	78	70	60	46
Assis, travail modéré – travail de bureau	109	100	90	82	72	61	46
Debout, travail léger – travail de montage – magasin, banque	119	108	95	84	73	61	48
Travail modéré – vendeur actif – marche réduite	143	117	103	89	75	63	48
Travail actif – marche – supermarchés	142	126	111	96	81	65	51
Travail intense – serveur très actif – salles de gymnastique	172	153	137	119	104	87	72
Travail pénible – marche rapide – effort de poussée	208	189	172	153	138	119	100

Les équipements ?

L’accumulation des équipements tels que ordinateurs, imprimantes, photocopieuses, machines à café,….(allumés en permanence), monitoring en tout genre dans les salles d’examen des hôpitaux peut à elle seule imposer un refroidissement. On peut considérer qu’un bureau devient fortement équipé lorsque chaque occupant possède son ordinateur et son imprimante ou plusieurs appareils médicaux de monitoring.

Les puissances liées à ces apports internes « gratuits » sont en première approximation de :

20 W/m² si occupants + éclairage général.
30 W/m² si occupants + éclairage + un PC par personne.
40 W/m² si occupants + éclairage + un PC et une imprimante laser par personne.

Évaluer

Pour évaluer la qualité énergétique des équipements de bureau.

L’éclairage artificiel ?

Un éclairage surabondant peut contribuer fortement aux surchauffes :

Si la puissance d’éclairage installée est importante. Dans certains immeubles, les anciennes installations peuvent atteindre une puissance de 25-30 W/m². La valeur que l’on peut atteindre dans les installations performantes est de l’ordre de 1,5 W/m²/100 Lux (dans des bureaux, cela correspond à 12 W/m²).
Si l’éclairage artificiel reste en permanence allumé durant la journée.

Évaluer

Pour évaluer la qualité énergétique de l’éclairage.

La ventilation ?

Lorsque la température extérieure diurne est plus élevée que la température intérieure, la ventilation des locaux augmente la charge thermique à éliminer. Il faut donc se limiter dans ce cas à assurer une ventilation hygiénique, soit par exemple 30 m³/h/personne dans un bureau.

Évaluer

Pour évaluer la qualité de la ventilation.

Le chauffage ?

En période de chauffe, une installation de chauffage correcte doit dispenser sa chaleur en fonction des besoins réels.
Un excédent par rapport à ceux-ci peut conduire à une surchauffe plus ou moins grande :

soit parce que les besoins ont diminué par suite d’apports de chaleur gratuits ou d’un réchauffement du climat et que la fourniture de chaleur ne s’est pas adaptée,
soit parce que le réglage hydraulique de l’installation est déficient,
soit la technologie des émetteurs est inadéquate au type d’occupation des locaux.

Circonscrire les recherches

Pour circonscrire les recherches, il convient d’examiner les circonstances dans lesquelles les surchauffes apparaissent :

Circonstances d’apparition de la surchauffe		Pistes
Dans tous les locaux alors que ceux-ci ont des orientations et des occupations différentes.		Mauvaise régulation centrale du chauffage.
Dans un ou quelques locaux et souvent liée à un manque de chaleur dans d’autres locaux.		Mauvais équilibrage de la distribution.
Liée à un mauvaise répartition des températures dans le local.		Technologie des émetteurs inadéquate.
Liée à l’apparition du soleil ou à la réunion de nombreuses personnes.		Piste 1 : régulation inadéquate. Piste 2 : technologie des émetteurs inadéquate. Piste 3 : apports gratuits trop importants. Si les deux premières pistes s’avèrent erronées (ex : présence de vannes thermostatiques et chauffage peu inerte), il est possible que les apports gratuits de chaleur (soleil, occupants) soient tels que la surchauffe persiste. Il faudra donc s’attacher à les limiter. Dans cette situation, la surchauffe se retrouvera inévitablement aussi en été.
Après une modification de la disposition ou de la taille des locaux.		Mauvais dimensionnement des émetteurs.
Après une modification du réseau de distribution du chauffage (ajout ou retrait d’un circuit de radiateurs sur une installation existante).		Mauvais équilibrage de la distribution
Accompagnée d’une fluctuation de la température intérieure.		Piste 1 : technologie des émetteurs inadéquate. Piste 2 : mauvaise régulation locale du chauffage. Piste 3 : mauvais dimensionnement des émetteurs.

L’absence de régulation en fonction des apports gratuits

Pour maintenir la température d’un local dans des limites acceptables, il est important que la puissance de chauffe émise dans ce dernier diminue lorsque des apports de chaleur gratuits apparaissent (soleil, personnes).

Exemple.

Par exemple, un local de bureau de 30 m² nécessite une puissance de chauffe maximum (par -10°C de température extérieure) de 1 000 W.
Le local est orienté au sud. Ayant peu d’inertie thermique, les apports solaires au travers des vitrages (6 m²) peuvent atteindre au mois de janvier 350 W/m² de vitrage ou 2 100 W. Si aucune régulation locale ne stoppe la fourniture de chaleur à ce moment, une surchauffe importante est inévitable.

Vanne thermostatique, sonde extérieure et sonde d’ensoleillement.

La régulation la plus souvent utilisée dans ce cas est la vanne thermostatique. Son rôle est de diminuer le débit d’eau chaude alimentant les émetteurs, en fonction des apports de chaleur externes ou internes, pour maintenir une température constante dans le local. La simple présence de telles vannes sur les émetteurs n’est cependant pas une garantie de fonctionnement correct. En effet celui-ci dépend d’une coopération des occupants, ce qui n’est pas une certitude dans des lieux publics !

La présence d’autres équipements dans l’installation de chauffage seront des indices permettant d’écarter l’hypothèse d’une absence de régulation en fonction des apports gratuits. Ainsi le réseau de distribution de chauffage peut être dissocié en fonction de l’orientation et de l’occupation des locaux. Une façade soumise à l’ensoleillement peut être équipée de son propre circuit de chauffage commandé par sa propre sonde extérieure associé éventuellement à une sonde d’ensoleillement.

Mauvais réglage de la régulation centrale

Une installation de chauffage est dimensionnée pour garantir le confort des occupants pour une température extérieure voisine de -10°C. Cette température n’est en fait atteinte que très rarement durant la saison de chauffe. La température moyenne régnant durant celle-ci est plutôt proche de 5°C.

La régulation de l’installation a donc pour objectif de diminuer la puissance de chauffe pour que la fourniture de chaleur corresponde aux besoins réels. Cette régulation est souvent réalisée à un niveau central, en modifiant la température de l’eau distribuée

soit au niveau de la chaudière,
soit au niveau des circuits de distribution.

Variation de puissance d’un radiateur avec la variation de sa température d’eau.

Si la surchauffe se fait ressentir un peu partout dans le bâtiment, sans circonstance particulière (comme l’ensoleillement), on peut soupçonner que la température de l’eau qui alimente les émetteurs soit trop élevée, suite à :

une défectuosité de la sonde de température extérieure,
une courbe de chauffe trop élevée,
une erreur de programmation des horaires ou des températures de consigne.

Si l’installation de chauffage est en outre équipée d’une régulation locale, telle que vannes thermostatiques, l’effet d’une température d’eau trop élevée sera diminué.

Le déséquilibre de l’installation

Un réseau de distribution de chauffage est dit équilibré lorsque la perte de charge du circuit hydraulique conduisant à chaque émetteur est identique.

Réseau de distribution équilibré :
la résistance hydraulique de chaque branche est identique.

Un des circuits présentant une résistance hydraulique moindre aura tendance à court-circuiter une partie du débit, privant les autres circuits. Il est dès lors possible que le débit nécessaire ne soit pas atteint dans certains corps de chauffe, la température ambiante souhaitée n’est alors pas obtenue. Le réseau de distribution est hydrauliquement déséquilibré.

Réseau de distribution déséquilibré :
le premier radiateur court-circuite la majorité du débit.

La tendance souvent remarquée dans cette situation est d’augmenter la consigne de température (au niveau de la courbe de chauffe ou du thermostat d’ambiance) pour assurer le confort dans le local le plus froid. Il est résultera une surchauffe dans les locaux jusqu’alors correctement chauffés.

Pour repérer un déséquilibre, on peut sentir la répartition des températures dans les radiateurs : un radiateur chaud dans sa partie supérieure, mais froid dans sa partie inférieure présente un débit d’alimentation insuffisant (au contraire, une partie supérieure froide traduit une présence d’air à purger).

Détecter la mauvaise irrigation d’un radiateur.

Un déséquilibre hydraulique chronique dans une installation, par exemple dans une installation neuve, est le résultat d’une installation mal dimensionnée ou mal réglée lors de sa mise en route.

Par contre, un déséquilibre peut apparaître subitement, à la suite de :

l’embouage d’une partie de l’installation ou le blocage d’un élément par des boues,
l’extension des circuits par des piquages sur les circuits existants,
le placement de vannes thermostatiques sur une partie seulement de l’installation, ayant pour conséquence l’augmentation des pertes de charge dans une partie du circuit,
la modification de la régulation (exemple : le placement d’un optimiseur) qui peut entraîner des interférences entre les circuits et un mauvais fonctionnement des vannes mélangeuses lorsque l’installation ne possède pas de collecteur bouclé.

La technologie des émetteurs

Certains types d’émetteurs seront plus susceptibles de conduire à des surchauffes :

les émetteurs très peu inertes tels que les convecteurs dynamiques,
les émetteurs très inertes tels que le chauffage par le sol.

Émetteurs peu inertes

Les convecteurs très peu inertes chauffent l’ambiance uniquement par convection.

Chaque demande de chauffage (généralement commandée par une sonde d’ambiance) entraîne une montée en température très rapide de l’air ambiant.

Inversement, la chute de la température sera rapide dès la commande d’arrêt du thermostat.

Cette situation conduit à des fluctuations de température (alternance de périodes fort chaudes et fort froides) qui sont d’autant plus importantes que

La puissance de l’émetteur est surdimensionnée par rapport aux besoins réels.
Le différentiel du thermostat (différence de température commandant l’enclenchement et le déclenchement de l’appareil) est grand.

Émetteurs inertes

Les émetteurs très inertes, c’est-à-dire comportant une masse chaude très importante (dalle pour le chauffage par le sol, grand volume d’eau et fonte pour certains radiateurs), ne peuvent diminuer suffisamment rapidement leur puissance d’émission lorsque des apports gratuits importants apparaissent (ensoleillement, occupants).

Exemple : le chauffage par le sol. La chaleur y est véhiculée par de l’eau à une température de 40 à 50°C. Par la circulation de cette eau, c’est l’entièreté de la masse du sol (dalle de béton, carrelage) qui est portée à température et qui rayonne sa chaleur vers l’ambiance, avec une température moyenne de surface variant entre 24° C et 29°C. Lorsque le soleil apparaît dans le local, il est impossible de refroidir immédiatement cette masse. La température dans le local va donc augmenter. Heureusement, l’émission de chaleur s’arrêtera automatiquement lorsque la température de l’air ambiant aura atteint la température de surface du sol. Cependant la masse du sol étant déjà chaude, sa capacité d’absorber une partie du rayonnement solaire incident est fortement amoindrie. L’impact direct du soleil sur la température ambiante en sera donc plus important.

Le surdimensionnement des émetteurs

Lorsque l’installation de chauffage est régulée de façon centrale (par exemple en fonction de la température extérieure ou en fonction d’un thermostat d’ambiance situé dans un local témoin), un confort identique sera atteint dans tous les locaux si les émetteurs possèdent un degré de surdimensionnement semblable par rapport aux besoins.

Exemples. Les radiateurs d’un bâtiment ont été dimensionnés suivant la méthode erronée des cubages. Lorsque le confort est atteint dans les locaux en bout d’aile ayant deux ou trois murs extérieurs, les locaux centraux, ayant une paroi extérieure seront surchauffés. De même, un changement de répartition des locaux, par déplacement des cloisons, peut entraîner une surpuissance de chauffage dans certains et un manque de puissance dans d’autres.

De plus, des émetteurs trop puissants permettent une montée rapide en température de l’air ambiant. S’ils sont régulés en fonction des conditions intérieures (vannes thermostatiques, sonde d’ambiance), leur temps d’action est donc très court et les fluctuations importantes (d’autant plus s’ils sont peu inertes).

Découvrez cet exemple de bâtiment dont les problèmes de surchauffage ont été pris en compte : la Maison de Repos et de Soins du CPAS de Tournai.

Posted By : 25 Sep, 2007

Identifier une surchauffe liée à l’installation de chauffage

En période de chauffe, une installation de chauffage correcte doit dispenser sa chaleur en fonction des besoins réels. Par exemple, si des apports de chaleur gratuits se manifestent, la pleine puissance du chauffage n’est plus nécessaire. Il faut donc veiller à ce qu’elle soit réduite en conséquence.

Un excédent de puissance par rapport aux besoins conduit inévitablement à une surchauffe source d’inconfort mais aussi de surconsommation. Il est difficile de chiffrer cette dernière. Elle n’est en tous cas nullement négligeable. Pour s’en convaincre, on peut retenir l’ordre de grandeur suivant :

dans un local dont la température de consigne est de 20°C,

un degré de trop = 7 .. 8 % de surconsommation !

Il est donc important de combattre toute surchauffe et d’éliminer la régulation par ouverture des fenêtres courante dans les institutions tertiaires.

En période de chauffe, on peut rechercher les causes de surchauffe imputables directement ou indirectement à l’installation de chauffage au niveau :

Évaluer	La distribution.
Évaluer	Les corps de chauffe.
Évaluer	La régulation.

Posted By : 25 Sep, 2007

Identifier une surchauffe liée aux corps de chauffe

Corps de chauffe très peu inertes

Les ventilo-convecteurs très peu inertes chauffent l’ambiance uniquement par convection.

Chaque demande de chauffage (généralement commandée par un thermostat d’ambiance) entraîne une montée en température très rapide de l’air ambiant. Inversement, la chute de la température sera rapide dès la commande d’arrêt du thermostat.

Cette situation conduit à des fluctuations de température (alternance de périodes fort chaudes et fort froides) qui sont d’autant plus importantes que :

la puissance de l’émetteur est surdimensionnée par rapport aux besoins réels (puissance à vérifier donc),
le différentiel du thermostat (différence de température commandant l’enclenchement et le déclenchement de l’appareil) est grand.

Evolution dans le temps de la température intérieure en fonction du différentiel de température du thermostat et du degré de surdimensionnement des émetteurs.

Une première amélioration peut ainsi consister en la diminution de la vitesse du ventilateur, ce qui aura pour effet de diminuer la puissance émise.

Corps de chauffe très inertes

Les émetteurs très inertes, c’est-à-dire comportant une masse chaude très importante (dalle pour le chauffage par le sol, grand volume d’eau et fonte pour certains radiateurs) ne peuvent diminuer suffisamment rapidement leur puissance d’émission lorsque des apports gratuits importants apparaissent (ensoleillement, occupants).

Exemple : le chauffage par le sol.

La chaleur y est véhiculée par de l’eau à une température de 40 à 50°C. Par la circulation de cette eau, c’est l’entièreté de la masse du sol (dalle de béton, carrelage) qui est portée à température et qui rayonne sa chaleur vers l’ambiance, avec une température moyenne de surface de l’ordre de 24° C.

Lorsque le soleil apparaît dans le local, il est impossible de refroidir immédiatement cette masse. La température dans le local va donc augmenter. Heureusement, l’émission de chaleur se réduit lorsque la température de l’air ambiant se rapproche de la température de surface du sol. Cependant la masse du sol étant déjà chaude, sa capacité d’absorber une partie du rayonnement solaire incident est fortement amoindrie. L’impact direct du soleil sur la température ambiante en sera donc plus important.

C’est pourquoi, le chauffage par le sol est déconseillé dans des locaux soumis à des apports de chaleur gratuits importants.

Le surdimensionnement des corps de chauffe

Exemple.

les radiateurs d’un bâtiment ont été dimensionnés suivant la méthode erronée des cubages. Lorsque le confort est atteint dans les locaux en bout d’aile ayant deux ou trois murs extérieurs, les locaux centraux ayant une paroi extérieure seront surchauffés.

De même, un changement de répartition des locaux, par déplacement des cloisons, peut entraîner une surpuissance de chauffage dans certains et un manque de puissance dans d’autres.

Évaluer

Cette problématique peut aussi être à la base d’un manque de chaleur dans les locaux comportant plus de parois extérieures.

Pour estimer le surdimensionnement ou le sous-dimensionnement d’un émetteur, cliquez ici !

Posted By : 25 Sep, 2007

Identifier une surchauffe liée à la distribution

Déséquilibre hydraulique

La conséquence d’un déséquilibre hydraulique est d’abord un manque de chaleur dans un local ou une zone du bâtiment.

Évaluer

Pour diagnostiquer un déséquilibre hydraulique, cliquez ici !

C’est la façon dont la plupart des gestionnaires de bâtiment corrigent le problème qui sera source de surchauffe et de surconsommation dans les autres locaux.

En effet, pour compenser le manque de chaleur dans le ou les locaux défavorisés, la tendance est d’augmenter la consigne de température d’eau ou la consigne du thermostat d’ambiance.

Pour éviter ce problème, il faut égaler la résistance hydraulique de chaque circuit, en « freinant » l’eau dans les circuits les plus favorisés. On parle alors d’équilibrage de l’installation.

Améliorer

Équilibrer l’installation.

Non-isolation des tuyauteries

En principe, lorsque des conduites non isolées traversent un local chauffé, on peut considérer que leurs déperditions ne sont pas des pertes, puisqu’elles participent au chauffage des locaux. Cependant parfois, ces pertes deviennent tellement importantes qu’elles conduisent à des surchauffes et donc à une surconsommation.

Exemple.

École dont les classes sont parcourues par d’importantes conduites de chauffage. L’absence d’isolation sur les conduites combinée à l’absence de vanne thermostatique sur les radiateurs entraîne une la surchauffe importante dans chaque classe.

Le bilan thermique d’une classe montre l’ampleur des pertes des conduites par rapport aux autres apports de chaleur.

Le bilan de cette même classe lorsque l’on place des vannes thermostatiques sur le radiateur, que l’on isole les conduites et que l’on place des protections solaires.

Évaluer

Pour évaluer les pertes par les tuyauteries, cliquez ici !

Posted By : 25 Sep, 2007

Identifier une surchauffe liée à la régulation

Absence de régulation en fonction des apports gratuits

Absence de vannes thermostatiques

Il est fréquent de rencontrer un ou plusieurs locaux situés sur le circuit distribution commun au bâtiment et qui présente des surchauffes dès :

l’apparition du soleil,
que plusieurs personnes se réunissent,
…

En gros, dès que des apports de chaleur gratuits viennent en supplément de l’installation de chauffage.

Pour profiter de ceux-ci et limiter les surchauffes, il faut que l’émission de chaleur locale puisse se réduire automatiquement. Pour cela la solution la plus simple est le placement de vannes thermostatiques, puisque celles-ci ont pour mission de réduire le débit du radiateur et de maintenir une température constante dans le local.

Radiateur ensoleillé sans vanne thermostatique.

Améliorer

Placer des vannes thermostatiques

Cette solution est souvent directement rejetée dans certaines institutions, principalement pour des raisons de résistance mécanique. Et pourtant des solutions existent, qui s’adaptent à ces situations.

Attention, cependant la présence de vannes thermostatiques ne permet pas d' »innocenter » la régulation locale dans les problèmes de surchauffe. Encore faut-il que ces vannes soient correctement utilisées (pour les vannes à réglage accessible) par les occupants.

Pour cela, il faut que ceux-ci soient informés du rôle et du fonctionnement des vannes.

Gérer

Pour télécharger des affiches de sensibilisation des occupants à l’utilisation des vannes thermostatiques, cliquez ici !

Exemple.

Les occupants ayant une sensation de manque de chaleur ont tendance à placer la consigne de la vanne sur 5.

Vanne thermostatique complètement ouverte.

La vanne sera ainsi maintenue en permanence en position ouverte. En gros, elle est devenue inutile.

Le bon comportement est d’augmenter légèrement la consigne pour que celle-ci corresponde aux besoins. Si ceux-ci ne sont jamais satisfaits, il faudra chercher la cause ailleurs.

Vanne thermostatique réglée sur une position plus ou moins correcte.

Absence de circuits propres avec leur sonde extérieure

Distribution du chauffage répartie par façade avec sonde extérieure propre.

Sonde extérieure et sonde d’ensoleillement.

Améliorer

Placer des vannes thermostatiques, placer une sonde d’ensoleillement.

Mauvais réglage des courbes de chauffe

Courbe de chauffe. Par exemple, quand la température extérieure est de 3°C, la température de l’eau de chauffage est réglée à 70°C.

Un mauvais réglage des différentes courbes, c’est-à-dire une température d’eau trop élevée, provoquera une surchauffe dans certaines zones du bâtiment.

A priori, si la cause de l’inconfort est une température d’eau trop élevée, la surchauffe se fera ressentir dans une bonne partie des locaux desservis par le circuit incriminé.

En principe, chaque bâtiment (ou zone de bâtiment) a une courbe de chauffe qui lui correspond (fonction de son degré d’isolation, de sa température de consigne et du surdimensionnement de ses corps de chauffe). C’est pourquoi, il est impossible à un chauffagiste ne vivant pas dans le bâtiment de régler la bonne courbe. C’est aussi pourquoi il est impossible de dire ici quelle doit être la bonne température de l’eau. Tout au plus, peut-on comparer la courbe réelle à une courbe standard avec laquelle la température de l’eau équivaut à environ :

80°C lorsque la température extérieure est de – 10°C (température minimum de dimensionnement),
20°C lorsque la température extérieure est de 20°C (il n’y a plus de besoin de chauffage et donc plus de puissance à fournir).

Améliorer

Régler une courbe de chauffe.

Attention cependant, le principe de la régulation centralisée est qu’elle fournit les mêmes conditions de fonctionnement à tous les locaux raccordés sur un même circuit. Elle ne donnera donc satisfaction à tout le monde que si tous ces locaux ont des besoins semblables : même orientation, mêmes apports internes, même degré de surdimensionnement des émetteurs. Si ce n’est pas le cas, la tendance sera d’augmenter la température de l’eau de manière à satisfaire les plus défavorisés. Il en résultera des surchauffes pour les autres et le plus souvent une régulation de leur température ambiante par ouverture des fenêtres. Parfois donc, la seule régulation de la température d’eau distribuée à partir d’une sonde extérieure n’est pas suffisante. Il faudra lui adjoindre une régulation locale complémentaire (vannes thermostatiques).

N’oublions pas, en outre, qu’une sonde extérieure peut être défectueuse !

Mauvais fonctionnement des sondes intérieures

Emplacement des thermostats d’ambiance

Les mesures prises par un thermostat d’ambiance doivent être représentatives de la zone qu’il doit réguler

Il ne doit pas être caché (derrière une armoire, une affiche, …). Si c’est le cas, cela conduira soit à des surchauffes et une surconsommation (thermostat situé dans une zone moins influencée par les sources de chaleur), soit à un manque de chaleur (thermostat situé dans une zone directement influencée par les sources de chaleur).
Il doit être situé dans un local représentatif des besoins des autres locaux situés sur le même circuit. S’il est dans un local bénéficiant de moins d’apports de chaleur (peu d’occupants, pas d’ordinateurs, pas d’ensoleillement, …), il fournira trop de chaleur aux autres locaux, y créant un inconfort. Cela doit être compensé par des vannes thermostatiques dans les autres locaux.

Sonde d’ambiance derrière un porte-manteau.

Incompatibilité entre thermostat d’ambiance et vannes thermostatiques

Le local abritant un thermostat d’ambiance ne peut jamais comporter de vanne thermostatique.

En effet, si la consigne du thermostat d’ambiance est plus élevée que la consigne des vannes, le thermostat ne sera jamais satisfait puisque les vannes thermostatiques se fermeront avant.

Dans le cas d’une installation dans laquelle le thermostat agit directement sur le brûleur, cette demande entraînera le fonctionnement permanent du brûleur jusqu’à ce que la température de la chaudière atteigne sa limite haute. En résumé, la chaudière fonctionnera en permanence à haute température, ce qui est énergétiquement moins efficace.

Si le thermostat agit sur une vanne mélangeuse, celle-ci restera en permanence en position ouverte, alimentant les circuits à température maximale.

Dans les deux cas, il peut en résulter une surconsommation et des surchauffes dans les autres locaux.

À l’inverse, si la consigne du thermostat est plus basse que la température de consigne des vannes thermostatiques, ces dernières resteront en permanence ouvertes en grand et deviennent donc inutiles.

Posted By : 25 Sep, 2007

Repérer l’origine de la sensation de froid

Règles de base de la recherche

Évaluer l’origine de ce problème n’est pas simple. Cela demande de recouper diverses informations comme :

les plaintes des occupants,
les moments d’apparition du problème,
les conditions climatiques correspondantes,
des mesures locales de l’ambiance thermique,
les indications des sondes de l’installation.

La confrontation de ces informations permet de circonscrire le problème sur base de trois hypothèses :

la régulation de la fourniture de chaleur n’est pas adaptée aux besoins,
la distribution hydraulique vers les locaux est mal équilibrée ou est à l’origine d’interférence entre les circuits,
la puissance locale ou totale est insuffisante.

Notons que l’ordre de présentation de ces trois phénomènes reflète dans la plupart des cas, l’ordre d’approche du problème lorsqu’un inconfort est ressenti.

Il existe deux règles de base à l’analyse et à la résolution de l’inconfort :

Un schéma détaillé de l’installation doit exister ou être dressé (comme pour « l’évaluation de l’efficacité énergétique de la régulation« ).
Une seule personne doit être habilitée à intervenir sur les réglages centraux de l’installation et un carnet de notes collationnera les modifications apportées pour en garder le fil conducteur.

Méthode et rigueur. Voici un moyen parmi d’autres de circonscrire l’inconfort.

Pistes de recherche

Le tableau suivant permet d’orienter les recherches, en fonction du lieu et du moment où apparaît l’inconfort.

Légende : P = production, D = distribution, E = émission, R = régulation
Moment	Lieu	Dans tout le bâtiment	Dans une zone spécifique du bâtiment	Dans un local particulier	À un endroit particulier du corps
Le matin à la relance		P1, P2 D2 R2, R3	D1, D2 R2, R3	D1 E1, E2, E3 R5	–
Lors d’un changement brutal de temps (ex : apparition/disparition du soleil)		R2, R3, R4	R3, R4	–	–
Par grand froid		P1, P2 D2 R1	D1, D2 R1	D1 E1, E2, E3 R5	E4
En tout temps (surtout en mi-saison)		D2	D2	–	–
Progressivement dans le temps ou apparition récente		P2	D1	D1 E3	–

Manque de chaleur lié à la production de chaleur

P1 : puissance des chaudières insuffisante
P2 : encrassement de la chaudière

Manque de chaleur lié à la distribution de chaleur

D1 : déséquilibrage hydraulique
D2 : incompatibilité des débits entre les circuits de distribution

Manque de chaleur lié à l’émission de chaleur

E1 : entraves à l’émission de chaleur
E2 : mauvaise circulation de l’eau dans les émetteurs
E3 : sous-dimensionnement des émetteurs (radiateurs)
E4 : parois extérieures froides non compensées

Manque de chaleur lié à la régulation

R1 : mauvais choix de la courbe de chauffe
R2 : mauvais paramètres de relance
R3 : mauvais emplacement des sondes extérieures ou intérieures
R4 : absence de sonde de compensation
R5 : mauvaise disposition des vannes thermostatiques

Un problème d’inconfort thermique ou lumineux ? N’hésitez pas à tester notre nouvel outil de diagnostic afin de trouver la solution à votre problématique.

Posted By : 25 Sep, 2007

Comprendre la sensation de froid liée aux corps de chauffe

Entraves à l’émission de chaleur

Désordres

Tout ce qui fait obstacle au transfert de chaleur entre le radiateur et le local rendra difficile le maintien de températures acceptables :

Un meuble, un rideau ou des objets quelconques (livres, …) peuvent nuire à la circulation naturelle de l’air autour de l’élément chauffant.

Les radiateurs peuvent être cachés par une boite décorative n’offrant pas assez d’ouvertures pour le passage de l’air. Il arrive aussi que le dessus de la boite soit obstrué par divers objets.

Le registre d’un convecteur peut être en position fermée.

Solutions

On enlève ce qui nuit à la libre circulation de l’air. Dans le cas des boites de recouvrement, celles-ci doivent être munies d’un maximum d’ouvertures surtout au bas et sur le dessus; elles ne doivent pas servir de tablettes.

En période froide, les registres des convecteurs doivent être ouverts au maximum. Il serait utile d’en expliquer le fonctionnement à l’occupant.

L’émission d’un radiateur ne sera guère altérée si les niches respectent les dimensions minimales suivantes :

Dimension minimales à respecter pour les cache-radiateurs :
3 [cm] < a1 < 5 [cm]
a2 > 2 [cm]
10 [cm] < b1 = c1
b2 = c3 = p et
6 [cm] < b2 = c3 = p < 12 [cm]
c2 = h

Mauvaise circulation de l’eau dans les émetteurs

Désordres

La vanne d’admission de l’eau chaude peut être fermée et même bloquée dans cette position. Le corps de chauffe est alors complètement froid, alors que la conduite d’alimentation sur laquelle il est raccordé est chaude.

De l’air peut s’être accumulé dans l’élément chauffant et empêche l’eau d’y circuler librement. Cela se caractérise par des bruits d’écoulement dans les radiateurs et par une répartition inégale des températures sur sa surface : un radiateur sera froid dans sa partie supérieure et chaud dans sa partie inférieure.

Solutions

Si une vanne d’admission (manuelle ou automatique) est fermée, il faut l’ouvrir et en expliquer le fonctionnement à l’utilisateur. Si la vanne d’admission d’eau est brisée ou difficile à utiliser, il est préférable de la remplacer.

On purge les éléments chauffants de l’air qu’ils contiennent. Attention cependant, si de l’air est présent dans de nombreux émetteurs, purger implique de compenser l’air évacué par un ajout d’eau pour maintenir une pression correcte. Si la présence d’air est un problème récurrent de l’installation, il faut absolument en chercher la cause et y remédier. En effet la présence d’air et l’ajout systématique d’eau (agressive car contenant de l’oxygène) est source de corrosion interne pour l’ensemble de l’installation.

Évaluer

Pour en savoir plus sur les causes de présence d’air dans une installation, cliquez ici !

Un sous-dimensionnement des émetteurs

Lorsque les émetteurs ont été dimensionnés suivant la même règle (par ailleurs erronée) des « W/m³ », il est possible que les émetteurs des locaux comprenant plus de parois (murs, plafond, plancher) en contact avec l’extérieur soient sous-dimensionnés.

Indice : température d’entrée et de sortie de l’émetteur

Si les températures d’entrée et de sortie des émetteurs du local incriminé (température d’eau que l’on peut mesurer sur les tuyaux au moyen d’un thermomètre de contact ou un thermomètre infra rouge) sont identiques que celles des émetteurs des autres locaux sans problème, alors il y a de fortes chances que l’on soit en présence d’un sous-dimensionnement des émetteurs. Attention cette mesure doit se faire avec toutes les vannes ouvertes (thermostatiques ou manuelles).

Mesure de la température d’entrée et de sortie d’un radiateur.

Si l’écart de température est nettement plus grand, cela indique plutôt un manque de débit (déséquilibre). Si l’écart est nettement plus petit, c’est du côté de la présence d’air dans l’émetteur qu’il faudra regarder.

Vérification de la puissance installée

Si on connaît la puissance nominale des radiateurs installés, on peut comparer celle-ci aux déperditions du local.

La meilleure solution est de recalculer ces déperditions suivant la norme NBN B62-003 et de comparer les résultats à la puissance installée.

Calculs

Pour évaluer la puissance de radiateurs existants

Calculs

Pour estimer les déperditions d’un local

Ces déperditions sont en fait les pertes de chaleur maximales au travers des parois (murs, plafond, plancher) en contact avec l’extérieur ou des locaux non chauffés auxquelles on ajoute les pertes par ventilation.

Attention aux mauvaises solutions

Si l’inconfort dans un local provient d’un manque de puissance des émetteurs. La seule solution est de remplacer le radiateur.

Il est peu utile et même dangereux d’augmenter le débit du circulateur dans l’espoir d’augmenter la puissance d’un radiateur. En effet, si le radiateur fonctionne déjà à sa puissance nominale, une augmentation de débit dans celui-ci n’augmentera la puissance que de façon minime (une augmentation de débit de 150 % n’entraîne qu’une augmentation de puissance de 7-8 %).

Émission d’un radiateur [en % de la puissance nominale], en fonction du débit [en % du débit nominal] lorsque le radiateur est alimenté à sa température nominale.

Par contre ceci risque de déséquilibrer l’installation et entraîner une diminution de débit et de puissance plus importante chez d’autres utilisateurs, ce qui peut s’accompagner de nouvelles plaintes.

La présence d’une paroi froide non compensée

La présence de parois froides dans un local sera source d’inconfort pour l’occupant, principalement par grands froids. Cet effet peut être marqué pour les places de travail situées près de simples vitrages, d’un mur non isolé, …

C’est pour compenser cet effet que l’on place généralement les émetteurs devant les murs extérieurs et en allège de fenêtre.

Si le manque de chaleur est accompagné de fluctuations de température

Les ventilo-convecteurs très peu inertes chauffent l’ambiance uniquement par convection.
Chaque demande de chauffage (généralement commandée par un thermostat d’ambiance placé dans le local) entraîne une montée en température très rapide de l’air ambiant. Inversement, la chute de la température sera rapide dès la commande d’arrêt du thermostat.

Cette situation conduit à des fluctuations de température (alternance de périodes fort chaudes et fort froides) qui sont d’autant plus importantes que :

la puissance de l’émetteur est surdimensionnée par rapport aux besoins réels (puissance à vérifier donc),

le différentiel du thermostat (différence de température commandant l’enclenchement et le déclenchement de l’appareil) est grand.

Évolution dans le temps de la température intérieure en fonction du différentiel de température du thermostat et du degré de surdimensionnement des émetteurs.

Un première amélioration peut ainsi consister en la diminution de la vitesse du ventilateur, ce qui aura pour effet de diminuer la puissance émise.

Posted By : 25 Sep, 2007

Comprendre la sensation de froid liée à la distribution

Déséquilibre de l’installation

« Il fait toujours froid dans le bureau situé au bout du couloir ».

Si on a vérifié que l’émetteur (radiateur, convecteur) de ce bureau était correctement dimensionné, il est fort à parier que le problème se situe au niveau du débit d’eau chaude qui parvient jusqu’à ce local.

Circulateur trop petit ?

Bien que cela puisse arriver, il est rare qu’un circulateur soit insuffisant ou que cette insuffisance soit la cause d’un inconfort. En effet :

Émission d’un radiateur (en % de la puissance nominale), en fonction du débit (en % du débit nominal) lorsque le radiateur est alimenté à sa température nominale. Par exemple, si le débit chute à 50 % du débit nominal, la puissance ne chute que de 20 %. Pour que le radiateur perde 50 % de sa puissance, il faut que le débit soit diminué de 80 %.

Un débit légèrement inférieur au débit nominal du corps de chauffe n’entraîne généralement pas une diminution importante de la puissance émise. Par exemple, une diminution de débit de 30 % n’entraîne une chute de puissance que de 5 %. Inversement, augmenter le débit de la pompe n’apportera qu’un très faible gain de chaleur aux utilisateurs concernés, tout en risquant de perturber les autres locaux jusqu’alors sans problème.

Dans les anciennes installations, les circulateurs sont presque toujours largement surdimensionnés (les pertes de charge dans les réseaux de chauffage ont été surestimées, une marge de sécurité a encore été prise sur la calcul, sans compter l’imprécision supplémentaire qui est de mise si l’on remplace un circulateur dont on ne connaît plus les caractéristiques de dimensionnement). Cela est confirmé par une étude Suisse sur plusieurs centaines de bâtiments qui a montré que le débit des installations de chauffage était en moyenne 2,5 fois surdimensionné par rapport aux besoins.

Ce n’est donc qu’en dernier recours que l’on redimensionnera le circulateur en recalculant les pertes de charge du circuit le plus défavorisé.

Déséquilibre ?

Nombreuses sont les installations de chauffage qui présentent des problèmes de manque de chaleur dans les locaux situés en bout de circuit.

Très souvent, la cause de cet inconfort réside dans un déséquilibre de l’installation : les premiers radiateurs « court-circuitent » le débit d’eau chaude, privant ainsi les derniers émetteurs d’un débit suffisant.

Lorsque l’installation est déséquilibrée, les premiers radiateurs court-circuitent le débit d’eau. Le manque de débit dans les derniers radiateurs entraîne un manque de chaleur.

La cause de cette mauvaise répartition des débits (appelée déséquilibre) est l’inégalité des pertes de charge entre les différents chemins que peut prendre l’eau dans l’installation : les circuits les plus éloignés de la chaufferie présentent généralement des pertes de charge plus importantes que les circuits proches de celle-ci. Or l’eau étant « fainéante », elle préférera prendre le chemin le plus facile, c’est-à-dire où la résistance hydraulique (ou les pertes de charge) est la plus faible.

Il en résulte un manque de débit dans les circuits éloignés suffisamment important pour créer un inconfort

Améliorer

Un indice pour diagnostiquer un déséquilibre

Pour repérer un déséquilibre hydraulique, on peut sentir la répartition des températures dans les radiateurs : un radiateur chaud dans sa partie supérieure mais froid dans sa partie inférieure présente un débit d’alimentation insuffisant (une partie supérieure froide traduit une présence d’air à purger).

Déséquilibre récent ?

Si l’apparition d’une insuffisance de chaleur dans une zone particulière du bâtiment est récente, il faut en rechercher les causes du côté d’une modification de l’installation :

embouage d’une partie de l’installation ou blocage d’un élément par des boues,

extension des circuits par des repiquages sur les circuits existants,

placement de vannes thermostatiques sur une partie seulement de l’installation, ce qui augmente les pertes de charge sur cette partie (si des vannes thermostatiques sont placées sur l’entièreté des corps de chauffe, l’augmentation générale des pertes de charge peut parfois imposer de changer le circulateur pour en augmenter la hauteur manométrique),

modification de la régulation (par exemple, placement d’un optimiseur) qui entraînerait des interférences entre les circuits et un mauvais fonctionnement des vannes mélangeuses.

Si on « repique » un nouveau circuit sur une installation existante et que celui-ci a une perte de charge plus faible que le reste du tronçon sur lequel il est raccordé, l’eau aura tendance à favoriser ce nouveau chemin au détriment du reste de l’installation. Il faut donc prévoir, dans le nouveau circuit, un élément de réglage pour y « freiner » le débit.

Incompatibilité des débits avec un circuit primaire bouclé

Le phénomène

Dans un circuit comprenant un circuit primaire en boucle fermée ou une bouteille casse-pression, ce phénomène apparaît lorsque le débit appelé par l’ensemble des circuits secondaires (qui alimentent le bâtiment) est supérieur au débit que fournit le circuit primaire.

Dans ce cas, une circulation inverse va se créer dans la boucle ou la bouteille casse-pression :

Dans le cas d’une boucle fermée, le circuit proche de la boucle va puiser de l’eau froide dans le circuit retour. Il n’atteindra donc jamais sa température de consigne. Et augmenter cette dernière ne servira à rien.

Dans le cas de la bouteille casse-pression, c’est l’entièreté du collecteur de départ qui puisera de l’eau froide de retour et aucun des circuits n’atteindra sa consigne.

Circulation inverse dans une boucle fermée lorsque le débit secondaire est supérieur au débit primaire.

Circulation inverse dans une bouteille casse-pression lorsque le débit secondaire est supérieur au débit primaire.

Quand cela se produit-il ?

Lors des fortes demandes de chaleur

Lors des fortes demandes de chaleur (par grand froid ou lors des relances), lorsque toutes les chaudières sont en fonctionnement, que toutes les vannes mélangeuses sont ouvertes et que les circulateurs des circuits secondaires ont été surdimensionnés par rapport aux besoins (ce qui est fréquent !).

Par exemple, cela a pour conséquence lors des relances que certaines zones de bâtiment n’atteindront jamais leur température de consigne. Le gestionnaire aura alors tendance d’avancer le moment de la relance ou d’augmenter les consignes de température d’eau, ce qui ne résoudra rien et entraînera une surconsommation. Cela peut également avoir un impact sur le fonctionnement des optimiseurs. En effet, si la température de confort n’est pas atteinte à temps, ceux-ci vont avancer le moment de la relance, peut-être, jusqu’à ce qu’il n’y ait plus du tout de ralenti.

Dans cet exemple, on aura tendance à incriminer l’optimiseur, alors que la cause du désordre est hydraulique.

En mi-saison

Imaginons le cas d’une installation dont la température du circuit primaire et des circuits secondaires est régulée en fonction de la température extérieure. En mi-saison, une ou plusieurs chaudières se mettent à l’arrêt, ce qui réduit le débit primaire. Par contre, si la température d’eau demandée à la sortie des chaudières est proche de la température demandée au niveau des circuits secondaires, les vannes mélangeuses sont ouvertes en grand, demandant le débit maximum.

Dans ce cas, le débit de la boucle primaire devient inférieur au débit secondaire. Pour compenser le manque de débit d’eau chaude qui en résulte, la pompe du (ou des) dernier(s) circuit(s) de la boucle va puiser de l’eau dans la partie « retour » du collecteur créant une circulation inverse dans la boucle (de B vers A). Ce (ou ces) circuit(s) ne sera(ont) alors pas alimenté(s) à la bonne température, ce qui créera un inconfort pour les occupants.

Le problème est semblable dans une installation avec bouteille casse-pression si la prise de température du circuit primaire est située avant la bouteille.

Circuit primaire avec bouteille casse-pression et régulation en cascade des chaudières en fonction d’une prise de température en amont de la bouteille casse-pression.

Détection du problème

La température au départ du ou des circuits incriminés (avant la vanne mélangeuse) est nettement inférieure que la température du collecteur à la sortie des chaudières. Cette différence de température peut être constatée par simple contact de la main ou grâce à un thermomètre (de contact ou sur la conduite).

Attention aux mauvaises solutions

Une chaudière supplémentaire

On pourrait avoir l’impression que la puissance des chaudières ne suffit pas lors des fortes demandes. Cependant, ceci est une fausse solution. En effet, bien que le problème soit résolu, il ne l’est pas par l’augmentation de la puissance de production mais par l’augmentation du débit primaire.

Un clapet anti-retour ou une vanne fermée dans le bypass

Pour le bon fonctionnement global de l’installation, il est interdit de fermer le bypass sous peine de perturbations et de déséquilibres importants.

Une pompe plus grosse pour le dernier circuit

Ici aussi, on pourrait imaginer que le problème vienne d’un sous-dimensionnement de la pompe du dernier circuit. Cependant, installer une pompe plus grosse ne ferait qu’accentuer le problème, puisqu’on ne ferait que puiser plus d’eau froide sur le retour.

Déconnection de la cascade de chaudières

Si la cascade est régulée en fonction des conditions extérieures, on aurait tendance à déconnecter la régulation en cascade pour permettre à toutes les chaudières de fonctionner en parallèle. Ceci est une très mauvaise solution car on perdrait tout l’intérêt de posséder une cascade.

Les solutions adéquates

Si le problème est lié à un surdimensionnement des pompes secondaires, c’est-à-dire si le problème persiste en mi-saison, même lorsque l’on force le fonctionnement en parallèle des chaudières (déconnection momentanée de la régulation en cascade, on améliorera la situation en « freinant » le débit puisé par les circuits secondaires :

soit idéalement par des pompes plus petites ou en diminuant la vitesse des pompes existantes,

soit en plaçant des vannes d’équilibrage à l’entrée des circuits, ce qui permettrait de diminuer les débits puisés dans les premiers circuits, augmentant ainsi la quantité d’eau chaude disponible pour le dernier circuit.

Améliorer

Réduire la vitesse des circulateurs ou équilibrer l’installation.

Si le problème est lié à la régulation atmosphérique des chaudières (en fonction de la température extérieure), c’est-à-dire s’il n’apparaît qu’en mi-saison lorsqu’une des chaudières est à l’arrêt (et isolée par l’arrêt de son circulateur et/ou d’une vanne d’isolement), on améliorera la situation :

soit en augmentant la température de consigne des chaudières (augmentation de la courbe de chauffe). 10 .. 15 °C d’écart entre la consigne des chaudières et la consigne des circuits secondaires peut être suffisant;

soit, dans le cas d’une bouteille casse-pression, en déplaçant la mesure de température commandant les chaudières, après la bouteille.

Dans les deux cas, cela aura malheureusement pour conséquence d’augmenter la température de départ des chaudières et donc leurs pertes.

Calculs

Pour visualiser la possibilité d’incompatibilité des débits qui apparaissent lorsque l’on est en présence d’une installation équipée d’un collecteur bouclé ou d’une bouteille casse-pression et de plusieurs chaudières régulées en cascade, cliquez ici !

Interférence entre les circuits avec des pompes de recyclage

Le phénomène

Souvent dans les circuits en boucle ouverte, une pompe de recirculation est installée en bypass sur la ou les chaudières pour garantir un débit et une température minimum de retour pour les chaudières.

Si la perte de charge dans la chaudière est plus importante que la hauteur manométrique à débit nul de la pompe de recyclage (chaudière à faible contenance en eau), il est possible que le sens de la circulation s’inverse dans le bypass malgré le fonctionnement de la pompe. Ceci peut arriver lorsque la demande de débit est importante (toutes les vannes 3 voies sont ouvertes, à la relance matinale, par grand froid, ou si en mi-saison, la température de la chaudière et identique à la température demandée par les circuits). Dans ce cas, il se produira un mélange d’eau chaude et froide à la sortie de la chaudière. La température de l’eau distribuée sera donc inférieure à la température espérée et le bâtiment n’atteindra jamais sa température de consigne.

Circulation inverse dans le by-pass, malgré le fonctionnement de la pompe de recyclage.

Attention, ce problème peut être inexistant avec des anciennes chaudières ayant des pertes de charge faibles (grand volume en eau) et apparaître subitement lors d’un remplacement de chaudières, si les nouvelles chaudières sont à faible contenance en eau.

Détection du problème

La température au début du circuit de distribution est inférieure à la température de la chaudière.

Attention aux mauvaises solutions

Le placement d’une vanne anti-retour sur le bypass est une mauvaise solution.

Le circulateur risque de tourner dans son jus au moment de l’inversion de débit, ce qui peut entraîner sa détérioration par cavitation.

Les solutions adéquates

Courbe caractéristique d’un circulateur.

Changer de circulateur pour que sa hauteur manométrique à débit nul soit supérieure à la perte de charge maximale de la chaudière (quand le débit est maximal).

Le circulateur de recirculation peut être mis en série sur le retour des chaudières.

Placement du circulateur de recyclage sur le retour des chaudières.

Calculs

Exemple de calcul d’une pompe de recyclage.

Mauvais fonctionnement des vannes de régulation : les vannes 2 ou 3 voies oscillent tout le temps

Si les vannes de régulation 2 ou 3 voies oscillent continuellement, le problème n’est pas à rechercher au niveau du régulateur mais au niveau de la disposition du circuit hydraulique.

Mauvais dimensionnement des vannes

Une première cause d’oscillation des vannes est leur mauvais dimensionnement. Un dimensionnement au « pif » d’une vanne de régulation conduit généralement la vanne à travailler dans des conditions limites (par exemple proche de sa fermeture) pour lesquelles seul un fonctionnement en tout ou rien lui sera possible.

Dans une nouvelle installation, il faut donc bien veiller à ce que le bureau d’études ou l’installateur dimensionne correctement les vannes en fonction du débit nominal du circuit et des pertes de charge.

Circuit primaire ouvert

Dans le cas d’un circuit sans pompe primaire, lors de l’ouverture d’une vanne 3 voies, la modification des caractéristiques hydrauliques de l’installation oblige les autres vannes 3 voies à réagir pour compenser cette modification.

Ce problème apparaît souvent lorsqu’on équipe une ancienne installation avec collecteur non bouclé, et sans régulation, d’une régulation par circuit avec vannes mélangeuses et sonde extérieure.

Solution

Il faut dissocier les circuits primaires et secondaires par l’installation, idéalement d’une bouteille casse pression ou d’un bypass, simple tuyau légèrement plus gros que les tuyauteries de distribution oi l’installation d’un ou plusieurs pompes primaires calculées en fonction du débit nominal des chaudières et de leur perte de charge.

Posted By : 25 Sep, 2007

Évaluer le confort thermique

Niveau de température : les valeurs recommandées

En hiver

La température de l’air est un des 6 paramètres qui influencent la sensation de confort thermique.

Le Règlement Général pour la Protection du Travail (RGPT), dans son article 64 du titre II, impose des températures de l’air minimum – maximum en fonction du travail effectué, c’est-à-dire du métabolisme, pour une humidité relative comprise entre 40 et 70 %.

Les valeurs de référence minimum admises pour les températures de l’air sont données dans le tableau ci-dessous. Celles-ci sont calculées pour une température moyenne de surface des parois inférieure de 2°C à la température de l’air. Ces valeurs peuvent être minorées si la différence est plus petite et doivent être majorées si la différence est plus grande.

Locaux	Temp. de l’air (°C)
Locaux où des gens habillés normalement sont au repos ou exercent une activité physique très légère. Par ex : bureaux, salles de cours, salles d’attente, restaurants, salles de réunion ou de conférence.	21
Locaux où des gens peu ou pas habillés sont au repos ou exercent une activité physique très légère. Par ex : salles d’examens ou soins médicaux, vestiaires.	23 – 25
Locaux où des gens habillés normalement exercent une activité physique légère. Par ex : ateliers, laboratoires, cuisine.	17
Locaux où des gens peu habillés exercent une grande activité physique. par ex : salles de gymnastique, salles de sport.	17
Locaux qui ne servent que de passage pour des gens habillés normalement. Par ex : corridors, cages d’escalier, vestiaires, sanitaires.	17
Locaux uniquement gardés à l’abri du gel. Par ex : garages, archives.	5

Si la température des parois est citée par le RGPT, c’est parce que celle-ci influence la sensation de confort thermique à parts égales avec la température de l’air (voir notion de « température opérative » ou « température de confort »). Il est normal de devoir rehausser la température de l’air si des parois froides sont présentes dans le bâtiment (simples vitrages, par exemple).

Il faut remarquer que les valeurs de référence données par le RGPT, bien qu’elles se trouvent dans la zone de confort, ne sont pas les températures d’ambiance optimales de confort. Elles sont plus basses que celles-ci et sont acceptées dans le cadre d’une politique d’Utilisation Rationnelle de l’Énergie.

C’est dans le cadre de celle-ci que fut prise la décision de limiter la température résultante sèche dans les bureaux des bâtiments public :

t_rs= T°_opérative= (T°_air+ T°_parois) / 2 < 19°C

(décision du C.M.C.E.S. du 03-07-80 – circulaire 06-01 -81 du Ministre DEHOUSSE, Région Wallonne, MB du 21-01-81)

On remarque que ce n’est pas la température de l’air qui est limitée à 19°C. Celle-ci dépend des conditions d’isolation des parois et doit être définie au cas par cas.

La norme européenne NBN EN 13779 (2007) préconise une température de fonctionnement (ou température opérative) dans une plage de 19 à 24°C avec une valeur par défaut de 21°C.

En été

La réglementation concerne essentiellement les travailleurs soumis à des contraintes thermiques élevées en milieu industriel (norme ISO 7243 pour le calcul de l’indice WBGT et norme ISO 7933 pour le calcul de l’indice de Sudation Requise).

Pour plus d’information, on consultera la brochure Ambiances thermiques de travail – Stratégie d’évaluation et de prévention des risques disponible au Ministère fédéral de l’Emploi et du Travail.

Un bureau en été, même avec une température de 30°C, est encore largement en dessous des seuils de ces normes.

La motivation à limiter la température des locaux est liée au souhait de favoriser la qualité du travail. À ce sujet, certains constructeurs diffusent des courbes montrant l’évolution de la performance d’un homme au travail en fonction de la température ambiante. Généralement, celle-ci est optimale entre 20 et 24°, passe à 95 % à 26°, 90 % à 28°C, etc… Nous ne connaissons pas de courbe qui serait « officielle » en la matière.

La norme européenne NBN EN 13779 (2007) préconise une température de fonctionnement (ou température opérative) dans une plage de 23 à 26°C avec une valeur par défaut de 26°C.

Dans les salles propres et environnements maîtrisés apparentés (hôpitaux), la norme AFNOR NF S90-351 : 2003 propose des valeurs de température dans les zones à risque comprises entre 19 et 26 °C (zone en activité).

L’ADEME (Association De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie) dans son guide Bâtiments à haute performance énergétique (secteur de la SANTE) préconise aussi des valeurs de température et d’humidité en fonction de la typologie des locaux :

Locaux	Hiver Température [°C]
Administratif, logistique, … Hospitalisation Bloc opératoire Bloc obstetrical Radiologie USI Urgence Laboratoire Rééducation fonctionnelle Consultations	18 à 20 19 à 24 20 à 25 18 à 25 18 à 22 20 à 28 19 à 25 18 à 22 20 à 24 18 à 20

Améliorer

adapter la consigne de température de l’air ambiant.

Taux d’humidité : les valeurs recommandées

L’humidité a relativement peu d’impact sur la sensation de confort d’un individu dans un bâtiment.

AR 2012-10-10/05 fixant les exigences de base générales auxquelles les lieux de travail doivent répondre

en matière d’humidité, il précise que :

l’aération est conçue de façon à ce que l’humidité relative moyenne de l’air pour une journée de travail soit comprise entre 40 et 60 %, à moins que cela ne soit impossible pour des raisons techniques;

l’humidité relative de l’air peut se situer entre 35 et 70 % si l’employeur démontre que l’air ne contient aucun agent chimique ou biologique qui puisse constituer un risque pour la santé et la sécurité des personnes présentes sur le lieu de travail.

Norme européenne NBN EN 13779 (2007)

Dans la plage de température de 20-26°C, la norme préconise une plage d’humidité relative de 30-70 %.

Norme européenne NBN EN 15251 (2007)

Cette norme recommande de limiter l’humidité absolue à 12g/kg.

ASHRAE

La norme américaine ASHRAE 55 – 1992 définit les plages de confort hiver-été comme indiqué sur le schéma ci-dessous :

Ainsi, par exemple :

pour une humidité relative de 30 %, les températures opératives recommandées pour l’hiver sont de 20°C à 24°C, et pour l’été de 23°C à 26°C (lorsque la vitesse de l’air est inférieure à 0,2 m/s, la température opérative est égale à la moyenne arithmétique de la température de l’air et de la température des parois).

Cas particulier des salles informatiques

Si les ordinateurs actuels libèrent moins d’énergie calorifique que les précédents, il semble qu’ils restent sensibles aux effets de l’électricité statique. Or celle-ci augmente fortement avec la sécheresse de l’air. Vu les conséquences financières que peut entraîner une perturbation de fonctionnement, certains auteurs recommandent de ne pas descendre en dessous de 50 % d’humidité relative.

Attention à la qualité de l’humidification

Dans le cas des humidificateurs à pulvérisation d’aérosols, une fois la goutte d’eau froide évaporée, les sels contenus dans l’eau se retrouvent pulvérisés dans l’atmosphère et forment des dépôts (calcium, sodium) sur les appareils (fine poussière). Dès lors, il est préférable d’utiliser soit un humidificateur à vapeur, soit un humidificateur à eau totalement déminéralisée.

Spécifiquement pour les salles propres et environnements maîtrisés apparentés (secteurs des soins de santé) :

Les critères de confort tournent essentiellement autour du patient et au personnel hospitalier. Les grandeurs qui déterminent leur confort sont la température opératoire et l’importance de leur habillement.

AFNOR

NF S90-351 : 2003 Cette norme propose des valeurs de taux d’humidité dans les zones à risque comprises entre 45 et 65 % (pour les zones en activité).

ISO 7730

Cette norme recommande de réaliser une classification par zones climatiques :

Zones 1 : secteurs externes à l’hospitalisation (halls, couloirs, salle d’attente, bureaux, …) où les températures opératives recommandées en hiver sont comprises entre 20 et 24 °C, en été entre 23 et 26 °C. Dans cette zone, la norme insiste sur le respect des vitesses de l’air et des températures de rayonnement. Enfin, elle considère que l’humidification est inutile.

Zones 2 : secteurs d’hospitalisation courante (médecine interne, pédiatrie, …) où les températures opératives recommandées été sont comprises entre 23 et 26 °C avec une humidification tolérée si le risque de biocontamination est faible.

Zones 3 : secteurs des soins intensifs où les patients sont nu avec un métabolisme faible et où la température de neutralité thermique corporelle est de 28 °C. Il ne faut pas en déduire directement que la température d’ambiance doit être de 28 °C; ce serait impossible pour le personnel soignant de travailler de manière optimale dans ces conditions. En ce qui concerne le taux d’humidité, il risque d’être fortement variable suivant la thérapie. On peut interpréter qu’il serait nécessaire de contrôler l’humidité et par conséquent d’équiper le système de traitement d’air d’humidificateur.

Zones 4 : secteurs particuliers tels les grands brûlés et trouble grave de la thermorégulation où le patient nécessite une assistance contrôlée de la température et du taux d’humidité.

Vitesse de l’air : les valeurs recommandées

RGPT

Le Règlement Général pour la Protection du Travail (RGPT) impose une vitesse inférieure à 0,5 m/s.

DIN 1946

La norme DIN 1946 propose une variation des vitesses maximales en fonction de la température intérieure :

T° local	20 à 22°C	23°C	24°C	25°C	26°C	27°C
V [m/s]	0,18	0,20	0.22	0,24	0,27	0,32

En matière de sensation de confort thermique liée à la vitesse de l’air, un mouvement d’air n’est en moyenne ressenti par une personne que si sa vitesse est supérieure à 0,2 m/s en hiver et 0,25 m/s en été : à ce moment, il est considéré comme un courant d’air.
Exemple.

Température optimale de l’air nécessaire pour garantir le confort dans un bureau en fonction de la vitesse de l’air (température des parois = 19°C)
0,15 m/s	21°C
0,4 m/s	23°C
1 m/s	25°C
Pourcentage probable de personnes ressentant un inconfort en fonction de la vitesse de l’air (température de l’air = 19°C)
0,15 m/s	6 %
0,4 m/s	12 %
1 m/s	25 %

La norme européenne NBN EN 13779 (2007)

Cette norme propose une plage de variation de vitesse avec une valeur par défaut en fonction de la température intérieure.

Paramètres	Situation	Plage type	Valeur par défaut
Vitesse de l’air [m/s]	Température d’air locale = 20°C	0,1 à 0,16	< 0,13
	Température d’air locale = 21°C	0,1 à 0,17	< 0,14
	Température d’air locale = 22°C	0,11 à 0,18	< 0,15
	Température d’air locale = 24°C	0,13 à 0,21	< 0,17
	Température d’air locale = 26°C	0,15 à 0,25	< 0,20

Dans les salles propres et environnements maîtrisés apparentés (secteur des soins de santé) :

La norme AFNOR NF S90-351: 2003 introduit le principe de déplacement d’air (différence de pression faible, débit élevé). Une pression différentielle est nécessaire pour séparer des zones voisines propres et moins propres. Il en résulte un déplacement d’air au travers de grilles de transfert ou interstices calibrés avec un écoulement de faible turbulence dont la vitesse doit être supérieure à 0.2 m/s.

Comment évaluer sa situation ?

Méthode simplifiée

Une bonne image du confort thermique est donnée par la température de confort (ou T°opérative), moyenne arithmétique entre la température de l’air et la température des parois.

T_confort= (T_air + T_parois) / 2

La mesure de la température de l’air se fait à l’aide d’un thermomètre protégé du rayonnement solaire et du rayonnement des parois du local.

La température de surface d’une paroi se fait à l’aide d’une sonde de contact ou sonde à rayonnement infrarouge.

Malheureusement, la température de rayonnement des parois est celle ressentie par l’occupant à l’endroit où il se trouve. Elle doit en principe être « individualisée » sur base de la position de l’occupant et de sa relation avec l’ensemble des parois. Ainsi, dans un même local, la personne qui est assise juste à côté de la surface vitrée n’aura pas la même température de rayonnement que celle qui est au fond du local. La température moyenne des parois est donc à adapter en fonction de l’angle solide sous lequel chaque paroi est « vue » par l’occupant…

De plus, en conditionnement d’air, le confort thermique est également influencé par l’humidité relative et la vitesse de l’air.

la mesure de l’humidité relative se fait à l’aide d’un hygromètre,
la mesure de la vitesse de l’air est évaluée à l’aide d’un anémomètre à fil chaud.

Mesure directe du confort

Aussi, existe-t-il sur le marché des instruments qui mesurent l’ensemble des facteurs simultanément : ce sont des analyseurs d’ambiances climatiques intérieures.

La surface du capteur est chauffée à une température similaire à celle d’un homme dont on a présélectionné l’habillement. Le niveau de chaleur nécessaire pour maintenir cette température est utilisé comme mesure des conditions environnementales.

Certains appareils peuvent, en tenant compte de l’habillement et de l’activité, calculer directement la température opérative, l’indice PMV, le pourcentage de personnes insatisfaites (PPD) ainsi que la température d’ambiance optimale.

Leur coût limite cependant l’usage de ces appareils aux laboratoires spécialisés.

Si nécessaire, une mesure peut être demandée au CSTC qui dispose de cet équipement.

Évaluation de sa situation par rapport à la température d’ambiance optimale

Si les mesures ci-dessus permettent de se situer par rapport aux exigences réglementaires, il est également possible de situer une ambiance par rapport à l’ambiance optimale telle que définie par la norme NBN X 10-005.

Cette méthode permet d’estimer le pourcentage de personnes insatisfaites par une ambiance donnée. En général, on se donne pour objectif de ne pas dépasser 10 % d’insatisfaits.

Remarque : les locaux ne sont-ils pas en dépression ?

Un facteur d’inconfort est parfois lié à la mise en dépression des locaux. Si le groupe d’extraction extrait davantage que celui de pulsion, il est possible que de l’air s’infiltre par les interstices, créant des courants d’air inconfortables pour les occupants.

Cas vécu : c’est le fait que le filtre était bouché au groupe de pulsion qui a entraîné la mise en dépression des locaux.

On s’assurera donc que le local est bien mis au contraire en légère surpression.

L’inconfort des bouches de pulsion d’air

Lorsque l’air pulsé entre dans la zone d’occupation du local et que la différence de température entre cet air et l’air ambiant dépasse encore 1,5°C en pulsion chaude et 1°C en pulsion froide, on risque de ressentir une sensation de « masse d’air » lorsque l’on se déplace dans le local.

La zone d’occupation est souvent représentée par la surface du local de laquelle on a soustrait une bande de 50 cm le long des murs intérieurs et de 1 m le long des murs extérieurs, ce sur une hauteur de 1,8 m. Cette hauteur peut être plus faible si de toute façon les occupants sont toujours assis (dans un auditoire, …).

Dans cette zone, la vitesse de l’air ne peut dépasser 0,2 m/s (0,28 dans les locaux de passage) et le long des murs, à 1,8 m, elle ne peut dépasser 0,4 m/s :

L’inconfort éventuel est lié au choix des bouches de pulsion ou à la température de pulsion :

diffuseurs trop proches l’un de l’autre entraînant une retombée rapide du jet d’air vers le sol, avant son brassage correct avec l’air ambiant,

diffuseurs ne présentant pas assez d’induction par rapport à la hauteur du local (pas assez de brassage avec l’air ambiant),

différence entre la température de consigne de l’air pulsé et la température ambiante trop grande.

Inconfort par effet Coanda rompu
Lorsque l’air est soufflé à proximité d’une surface (ex : soufflage horizontal à proximité du plafond), il se produit un effet d’adhérence du jet à la paroi : c’est l’effet « COANDA ».

L’effet Coanda est très utile quand on pulse de l’air froid car il facilite la bonne pénétration du jet dans le local (augmentation de 30 % de la portée).

> problème 1 : la présence d’un obstacle perpendiculaire au jet d’air (poutre, luminaire) peut faire dévier prématurément le jet vers la zone occupée et engendrer un courant d’air désagréable.

En conséquence :

il faut souffler soit à partir de l’obstacle, soit parallèlement à celui-ci et diviser le local en zones correspondantes,

l’éclairage au plafond doit être soit encastré, soit suspendu avec une longueur de suspension de 0,3 m minimum,

on tiendra compte de la présence éventuelle de colonnes qui ne pourront se situer dans la trajectoire du jet.

> problème 2 : lorsqu’une bouche plafonnière pulsant de l’air froid est surdimensionnée, la vitesse de sortie de l’air risque d’être trop faible (< 2 m/s) pour créer un effet Coanda. Le jet d’air tombera alors directement vers le sol, risquant de provoquer un courant d’air froid sous la bouche. Paradoxalement, pour éviter le courant d’air, il faudra augmenter la vitesse de l’air en réduisant la taille du diffuseur.

> Problème 3 : les diffuseurs utilisés dans les systèmes de climatisation à débit d’air variable (VAV ou climatiseurs à plusieurs vitesses) doivent être spécifiquement dimensionnés pour conserver l’effet Coanda même aux faibles débits.

Concevoir

Pour plus d’infos : choix des bouches de pulsion et d’extraction.

L’inconfort lié aux parois trop froides ou trop chaudes

On distingue 4 sources d’inconfort local :

une asymétrie dans la température de rayonnement,
une vitesse d’air trop importante,
une température du sol trop basse ou trop haute,
une stratification verticale des températures.

Voici dans ces domaines les critères à respecter suivant la norme NBN X 10-005/ISO 7730 :

L’ asymétrie de température de rayonnement de fenêtres (ou d’autres surfaces verticales) doit être inférieure à 10°C (mesure à 0,6 m du sol).
Cette mesure consiste donc à comparer comment la chaleur est échangée par rayonnement de chaque côté du corps vers l’environnement. Si le déséquilibre dépasse 10°C entre la T°moyenne des parois vers la fenêtre et la T°moyenne des parois vers le fond du local, la personne est en état d’inconfort.
L’asymétrie de température de rayonnement d’un plafond tiède (chauffé) doit être inférieure à 5°C (mesure à 0,6 m du sol).
Au delà de cette valeur, davantage de personnes sont insatisfaites par l’excédent de chaleur autour de leur tête.
La température de surface du sol doit normalement être comprise entre 19 et 26°C, mais les systèmes de chauffage par le sol peuvent être conçus pour 29°C par période de grands froids.
La stratification verticale des températures doit être limitée à 3°C entre 0,1 et 1,1 m au-dessus du sol.

Cas particulier des piscines

Dans une piscine, le baigneur qui sort de l’eau est dans une situation de « faiblesse thermique » : son corps est mouillé et l’eau qui s’évapore prend sa chaleur de vaporisation sur sa peau. Une sensation de refroidissement importante apparaît.
Le gestionnaire peut donc agir :

soit en augmentant la température de l’air, ce qui est coûteux,
soit en augmentant le taux d’humidité intérieur de la piscine : l’évaporation de l’eau sera ralentie et le confort du baigneur en sera augmenté.

Cette dernière solution est avantageuse mais elle a ses limites : le risque de condensation superficielle augmente sur les vitrages et le risque de condensation interne dans les parois (murs, toiture) également.

Pour le cas particulier des piscines, on recommande généralement les valeurs ci-dessous :

Température d’air	28°C pour les halls des bassins 24°C pour les vestiaires et les douches 20°C pour les locaux administratifs
Humidité de l’air	50 % en hiver (limite basse qui peut être augmentée si l’isolation des parois est protégée par un pare-vapeur efficace) 60 à 70 % en mi-saison ou en été
Température d’eau des bassins	27°C pour les bassins d’initiation et d’apprentissage 24°C pour les bassins sportifs 22°C pour les bassins en plein air
Température d’eau des douches	37°C

Un problème d’inconfort thermique ou lumineux ? N’hésitez pas à tester notre nouvel outil de diagnostic afin de trouver la solution à votre problématique.

Category Archives: Confort thermique

Préalable : schéma de l’installation

Vérification des paramètres de la régulation centrale

Température de l’eau distribuée dans les différents circuits

Périodes de marche et de ralenti

Emplacement des sondes extérieures

Emplacement des sondes intérieures

Emplacement des vannes thermostatiques

Sous-dimensionnement du générateur de chaleur

Encrassement de la chaudière

Cas particulier de la pompe à chaleur

Un défaut de puissance

Le problème du dégivrage

Prédisposition du bâtiment à la surchauffe ?

En théorie

En pratique

Circonstances d’apparition de la surchauffe

Le soleil au travers des vitrages

La taille et l’orientation des fenêtres

Le facteur solaire du vitrage

Le soleil au travers de la toiture ?

Les occupants ?

Les équipements ?

L’éclairage artificiel ?

La ventilation ?

Le chauffage ?

Circonscrire les recherches

L’absence de régulation en fonction des apports gratuits

Mauvais réglage de la régulation centrale

Le déséquilibre de l’installation

La technologie des émetteurs

Émetteurs peu inertes

Émetteurs inertes

Le surdimensionnement des émetteurs

Corps de chauffe très peu inertes

Corps de chauffe très inertes

Le surdimensionnement des corps de chauffe

Déséquilibre hydraulique

Non-isolation des tuyauteries

Absence de régulation en fonction des apports gratuits

Absence de vannes thermostatiques

Absence de circuits propres avec leur sonde extérieure

Mauvais réglage des courbes de chauffe

Mauvais fonctionnement des sondes intérieures

Emplacement des thermostats d’ambiance

Incompatibilité entre thermostat d’ambiance et vannes thermostatiques

Règles de base de la recherche

Pistes de recherche

Manque de chaleur lié à la production de chaleur

Manque de chaleur lié à la distribution de chaleur

Manque de chaleur lié à l’émission de chaleur

Manque de chaleur lié à la régulation

Entraves à l’émission de chaleur

Désordres

Solutions

Mauvaise circulation de l’eau dans les émetteurs

Désordres

Solutions

Un sous-dimensionnement des émetteurs

Indice : température d’entrée et de sortie de l’émetteur

Vérification de la puissance installée

Attention aux mauvaises solutions

La présence d’une paroi froide non compensée

Si le manque de chaleur est accompagné de fluctuations de température

Déséquilibre de l’installation

Circulateur trop petit ?

Déséquilibre ?

Un indice pour diagnostiquer un déséquilibre

Déséquilibre récent ?

Incompatibilité des débits avec un circuit primaire bouclé

Le phénomène

Quand cela se produit-il ?

Lors des fortes demandes de chaleur

En mi-saison

Détection du problème

Attention aux mauvaises solutions

Une chaudière supplémentaire

Un clapet anti-retour ou une vanne fermée dans le bypass

Une pompe plus grosse pour le dernier circuit

Déconnection de la cascade de chaudières