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Guide de dimensionnement des radiateurs à eau chaude pour accompagner les profe

Guide de dimensionnement des radiateurs à eau chaude pour accompagner les professionnels de la filière Le système à eau chaude : polyvalent, évolutif et multi-énergies Le système de chauffage basé sur la boucle à eau chaude fait circuler de l’eau chauffée de 30°C à 60°C distribuée vers des émetteurs de chaleur (radiateurs ou planchers chauffants) qui diffusent la chaleur de l’eau dans les pièces. Le chauffage de l’eau est assuré par un générateur qui peut être une chaudière, des panneaux solaires, une pompe à chaleur, une cogénération, etc. L’ensemble est piloté par une régulation centralisée, de préférence programmable. Ce système peut également assurer la production d’eau chaude sanitaire tout au long de l’année. > Le chauffage à eau chaude est le système le mieux adapté à la mise en place de systèmes durables à la fois multi-énergies, substituables et réservant une part croissante à la chaleur d’origine renouvelable. Il est donc indispensable de les maintenir dans le bâtiment existant et de les développer dans le bâtiment neuf. > Chauffage multi-énergies et substituable, ce système est, par nature, le plus à même d’accompagner la transition énergétique en changeant d’énergie sans changer d’équipement. Il permet d’équilibrer le mix énergétique, en y favorisant l’intégration des énergies renouvelables. > C’est également un système qui permet d’utiliser des matériels innovants économes en énergie ; chaudière basse température ou condensation ; pompe à chaleur, raccordement aux réseaux de chaleur ou co-génération. Les réductions d’émissions de CO2 sont directement proportionnelles aux économies d’énergie. L’intégration d’un capteur solaire dans le système de la boucle à eau chaude permet d’obtenir 30% de réduction de CO2, alors que l’utilisation d’une pompe à chaleur réduit de 50% les émissions de CO2 par rapport à une chaudière standard. Géothermie Solaire Bois - Biomasse Agrocombustibles Biocombustibles Les énergies renouvelables Basse température Condensation Pompe à chaleur Cogénération Les matériels innovants économes Micro-cogénération Pile à combustible Hydrogène et demain... 25 à 30% 30 à 40% > à 50% 35 à 40% Gain CO2/énergie Le système à eau chaude, support du chauffage durable Introduction....................................................................................................................................................................................................................................................2 1. Domaine d’application........................................................................................................................................................................................................3 2. Description des installations de chauffage.......................................................................................................................................4 2.1 Le générateur ..............................................................................................................................................................................................................................4 2.2 La distribution..............................................................................................................................................................................................................................8 2.3 La régulation..............................................................................................................................................................................................................................10 3. Les radiateurs.................................................................................................................................................................................................................................12 3.1 Les caractéristiques ..........................................................................................................................................................................................................12 3.2 Les différents types...........................................................................................................................................................................................................13 3.3 Exemple de variation .....................................................................................................................................................................................................19 4. Évaluation de l’installation existante......................................................................................................................................................20 4.1 Présentation générale de l’outil pour les installations bitube...................................................................................20 4.2 Présentation générale de l’outil pour les installations monotube .......................................................................28 5. Conseils et préconisations pour la nouvelle installation........................................................................................34 5.1 Dimensionnement des radiateurs sans changement de générateur de chauffage.......................34 5.2 Dimensionnement des radiateurs avec changement de générateur de chauffage ......................35 5.3 Création d’une installation à eau chaude dans un bâtiment existant.............................................................43 Annexes Tableau présentant les principaux critères influençant la puissance émise des radiateurs........................................................................................................................................................................44 Rendements des chaudières gaz, fioul et bois...............................................................................................................................46 Performances des générateurs pour le calcul des consommations annuelles normalisées de chauffage ...........................................................................................47 Bibliographie............................................................................................................................................................................................................................................48 sommaire introduction Le Grenelle de l’Environnement et certaines directives européennes*, portant sur la performance énergé- tique des bâtiments et sur l’éco-conception des produits consommateurs d’énergie, s’inscrivent dans une approche ambitieuse et contraignante d’économie d’énergie et de protection de l’environnement. Dans ce contexte, la France s’est fixée l’objectif de réduire ses émissions de CO2 d’au moins 38% d’ici à 2020. La rénovation énergétique des bâtiments est donc au cœur de la mise en œuvre du Grenelle et des direc- tives européennes. D’autres dispositions réglementaires comme l’entretien obligatoire des chaudières ou des incitations financières (éco-prêt à taux zéro, crédit d’impôt…) constituent autant d’aides et de soutiens contribuant à l’atteinte de cet objectif. Aujourd’hui, le niveau moyen de consommation énergétique du parc est de 240 kWhep/m².an. La régle- mentation thermique 2012 prévoit des exigences dans la construction neuve de 50 kWhep/m².an pour les cinq usages : chauffage, eau chaude sanitaire (ECS), climatisation, éclairage et consommation des auxiliaires. De même, deux labels de performance énergétique ont été mis en place pour la rénovation : le label HPE rénovation à 150 kWhep/m².an et le label BBC rénovation à 80 kWhep/m².an. Dans cette perspective, un logement équipé d’une boucle à eau chaude bénéficie d’un large éventail de solutions permettant d’améliorer son efficacité énergétique. En effet, l’entretien ou le remplacement du générateur de chaleur, l’intégration des énergies renouvelables, le remplacement des émetteurs et la modernisation de la régulation permettent, associés à une isolation des combles, murs, plancher et vitrages, les réductions de consommation d’énergie les plus significatives. Afin d’optimiser ces performances, il est essentiel, lors de la rénovation du système de chauffage et de pro- duction d’eau chaude sanitaire, de s’assurer que l’ensemble de l’installation envisagée est en adéquation avec le niveau de déperditions thermiques du bâtiment. Pour définir les étapes d’un dimensionnement réussi des radiateurs, ce Guide a été élaboré avec l’appui technique du CETIAT, le Centre technique des industries aérauliques et thermiques, et le réseau d’experts des membres d’Energies et Avenir. Des outils informatiques professionnels peuvent le compléter, car le bon dimensionnement des radiateurs dépend d’un diagnostic complet du bâti et de l’installation. Par conséquent, l’objectif du Guide est de donner aux professionnels des règles simples leur permettant tout d’abord, de vérifier et de mettre en adéquation le cas échéant le dimensionnement des radiateurs, le type de générateur et les besoins de chauffage des locaux. De dimensionner les radiateurs lors de leur rem- placement, de choisir une régulation adaptée au système de chauffage et de s’assurer du bon équilibrage de l’installation. Dans la continuité de son Guide sur l’entretien annuel des chaudières, Energies et Avenir édite aujourd’hui ce Guide sur le dimensionnement des radiateurs afin de fournir aux professionnels un éclairage pertinent et méthodique. Cette notion était connue et mise en pratique sans qu’une méthode “pas à pas” soit vraiment définie. Ce Guide répond à cette attente. Car maîtriser et améliorer le savoir-faire de notre filière est une façon de s’assurer de la pertinence et de l’avenir du système de la boucle à eau chaude tout en répondant aux défis de demain. *Directive 2010/31/UE portant sur la performance énergétique des bâtiments et directive 2005/32/CE sur l’éco-conception des produits consommateurs d’énergie. 2 domaine d’application Le présent Guide traite du dimensionnement des radiateurs lors de rénovations des locaux d’habitation, individuels et collectifs avec un chauffage individuel, dans les cas suivants : > Travaux d’amélioration thermique de l’habitat et/ou d’extension de locaux ; > Premier équipement avec une boucle à eau chaude ; > Remplacement du générateur par une chaudière basse température ou à condensation ou bien encore par une pompe à chaleur (PAC) ou un système solaire combiné (SSC) ; > Remplacement des radiateurs pour cause de vétusté. Il concerne les installations de chauffage de type monotube et bitube. 3 1 description des différentes 4 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 110% T=33°C T=33°C T=40°C T=50°C T=70°C 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% T=70°C Rendement sur PCI (Pouvoir Calorifique Inférieur) Charge thermique en % de la Puissance Nominale Rendement à charge partielle Rendement à charge nominale Chaudière d’avant 1990 Chaudière standard Chaudière basse température Chaudière à condensation Chaudière à condensation moyenne actuelle A puissance nominale, les chaudières fonctionnent avec un écart de température départ/retour de l’ordre de 15K. Figure 1 : Evolution du rendement des 3 catégories de chaudières et d’une chaudière ancienne en fonction de la puissance. T représente la température moyenne de l’eau. 2 2.1. Le gé nérateur Cette partie décrit les différents composants d’une installation : générateur de chaleur, distribution, régulation, émetteurs… Y sont abordées les notions de base, les caractéristiques de chaque élément et les critères d’une performance optimale, comme l’équilibrage, le rendement, le COP (Coefficient de performance), la variation temporelle, etc. Compte tenu du sujet de ce Guide, le descriptif des radiateurs fait l’objet d’un chapitre entièrement dédié à cet élément (page 12). 2.1.1. Les chaudières Les chaudières gaz et fioul domestique sont classées en 3 catégories selon la directive rendement 92/42/CE en fonction de leur niveau de rendement et de leur niveau de température de fonctionnement. > Chaudière standard ; > Chaudière basse température ; > Chaudière à condensation. Afin d’optimiser le rendement des chaudières, il convient de privilégier une chaudière basse température ou à condensation et de la faire fonctionner avec un niveau de température de l’eau aussi faible que po ssible : • de l’ordre de 40°C pour une chaudière basse température ; • de l’ordre de 30 à 35°C pour une chaudière à condensation. A noter pour les chaudières à condensation : plus la température de retour d’eau à la chaudière est faible, plus la chaleur récupérée par la condensation sera importante et le rendement de la chaudière sera élevé. installations de chauffage 2.1.2. Les pompes à chaleur Les pompes à chaleur (PAC) raccordées sur le circuit de chauffage peuvent utiliser différentes sources extérieures de chaleur : l’air, une boucle d’eau de nappe, de l’eau glycolée circulant dans le sol, ou encore une évaporation directe du fluide frigorigène dans le sol (détente directe). Les pompes à chaleur sont classées selon quatre niveaux de température de sortie d’eau : > Basse Température : 35°C > Moyenne Température : 45°C > Haute Température : uploads/Ingenierie_Lourd/ guide-dimensionnement-radiateur.pdf