Redimensionnement des radiateurs dans le système

Les systèmes de services dans le bâtiment, tels que les systèmes de chauffage, d’eau et de ventilation, ainsi que les systèmes électriques et de télécommunications, seront également modernisés afin de pouvoir être plus efficaces sur le plan fonctionnel et écoénergétique. Il a été démontré que même avec des bâtiments anciens, la consommation d’énergie annuelle peut être réduite à moins de 75 kWh/( m2a).

Lors de la rénovation d’anciens bâtiments, les besoins en chaleur des pièces diminuent considérablement. Il est courant que le rapport des besoins thermiques entre les différentes pièces change également, par exemple, lorsque l’isolation thermique supplémentaire ne peut pas toujours être appliquée uniformément dans toutes les pièces. L’amélioration de la ventilation modifie également souvent le rapport du besoin thermique entre les pièces. C’est pourquoi un nouveau calcul correct de la demande de chauffage doit être effectué pour le bâtiment à rénover.

À titre d’exemple, nous examinons la situation dans un bâtiment de faible hauteur typique des années 50 et 60, où la consommation d’énergie d’un bâtiment est généralement supérieure à 250 kWh/( m2a).
La comparaison se compose de pièces de dimensions similaires aux trois étages du bâtiment.

Figure 1. Pièces similaires sur trois étages superposés.

Le calcul de besoin thermique est basé sur les instructions de la section Efficacité énergétique 2018 du Code du bâtiment finlandais. Les valeurs initiales de l’ancien bâtiment sont reprises dans l’annexe du Guide 2018 du certificat énergétique du ministère de l’environnement – valeurs de conception par défaut pour les anciens bâtiments existants.

Remarque: Dans l’exemple de calcul, un système de ventilation bidirectionnelle a été sélectionné comme nouveau système de ventilation. La ventilation peut également être réalisée avec un système de ventilation unidirectionnel, dans lequel la chaleur de l’air évacué est transférée au chauffage et à l’eau chaude sanitaire au moyen d’une pompe à chaleur d’air évacué. Dans ce cas, les anciens radiateurs sont remplacés par des radiateurs d’air soufflé.

 

Valeurs de calcul Surface, m2	Ancienne condition de démarrage	État après rénovation
Surface au sol	20	20
Mur extérieur	7	7
Fenêtre 2,0x1,5	3	3
Étages supérieurs, intermédiaires et inférieurs	20	20
Hauteur de la pièce, m	2.5	2.5

 

 

Valeurs U, W/(m2K)
Murs extérieurs	0.8	0,17 (+15 cm d’isolation supplémentaire)
Fenêtres et portes extérieures	3.0	1.0
Étage supérieur	0.5	0,1 (+25 cm d’isolation supplémentaire)
Étage inférieur	0.5	0,5 (pas d’isolation supplémentaire, terre)
Ventilation, 1/h	0,5 (gravité)	0,5 (récupération de chaleur κ = 80 %)

 

Autres données de saisie

• Ponts thermiques et infiltration d’air selon les instructions de calcul.
• Températures nominales à l’intérieur 21°C et à l’extérieur -26°C
  
  

Demande de chauffage, W	Ancienne condition de démarrage	État après rénovation	Par rapport à l’ancien
1er étage	1304	429	33%
2ème étage	1119	244	22%
3ème étage	1604	353	22%

Conclusions

- Si les anciens radiateurs étaient conservés, la pièce du 1er étage (rez-de-chaussée) nécessiterait une puissance relative supérieure à 50 % (33 %/22 % = 1,50) par rapport aux pièces des autres étages. La régulation de la température de départ, la courbe de chauffe, est réglée en fonction de la demande de température la plus élevée, c’est-à-dire selon les exigences de la salle du 1er étage. Dans ce cas, les autres pièces reçoivent de l’eau surchauffée, ce qui entraîne un fonctionnement ouvert-fermé continu des thermostats, la fluctuation des températures ambiantes et le déséquilibre du réseau de chauffage.

- En termes d’efficacité énergétique, et en particulier lors de l’utilisation d’une pompe à chaleur pour la production de chaleur, il est recommandé de remplacer le 1er radiateur de plancher sous-dimensionné par des radiateurs de 50% plus grands et donc plus efficaces, afin que la température de départ puisse être régulée à un niveau de courbe de chauffe inférieur et uniformément pour tous les radiateurs.

Préconisation

Le réseau de chauffage doit être redimensionné et les vannes du système modernisées lorsque le bâtiment est rénové avec comme objectif d’obtenir un niveau de bâtiment à consommation d’énergie quasi nulle. Plusieurs facteurs ont changé : la demande thermique, la distribution de chaleur, les niveaux de température et les débits d’eau, et peut-être une nouvelle façon de produire de la chaleur. Généralement, les colonnes montantes et les tuyaux de transfert sont entretenus, les vannes de régulation de la conduite statique sont remplacées par des régulateurs de pression différentielle automatiques selon le nouveau dimensionnement et les radiateurs sont équipés de nouvelles vannes thermostatiques préréglées.

Illustration 2 : Un radiateur correctement dimensionné possède une large surface rayonnant la chaleur. Le remplacement du radiateur est simplifié lorsque les tuyaux de raccordement entre les colonnes montantes et les robinets de radiateurs sont remplacés.

Dans de nombreux cas, les anciens radiateurs sont remplacés par des neufs. Les températures de calcul peuvent ainsi être sélectionnées de manière optimale pour le système de chauffage et la production de chaleur. Le remplacement simultané de tous les émetteurs de chaleur du bâtiment permet de réduire les futurs besoins de remplacement des radiateurs individuels. Il s’agit d’une solution macroéconomique. Les nouveaux radiateurs améliorent également l’esthétique des pièces.

Températures de conception recommandées pour le réseau de radiateurs

• Pompes à chaleur 45/35/21°C
• Chaudières à combustion 55/45/21°C
• Chauffage urbain 60/30/21°C

Quelques données liées à la comparaison de la puissance du radiateur.

Fig. 3 : Dépendance du rapport de puissance du radiateur k par rapport à la température ΔT. Par exemple, la puissance thermique d’un radiateur dans un ancien bâtiment est de 1304 W à des températures Tdébit/Trtn/Tin = 80/60/21oC1 où ΔT = 48,3K. Après la rénovation, la demande de chauffage à la condition de référence est de 429 W, soit 33 % par rapport à l’ancienne. Selon l’exemple de la figure, points 1 à 4, la nouvelle surtempérature est ΔT20,5K, avec laquelle la puissance requise de 429 W est atteinte. Les températures appropriées sont, par exemple, 50/35/21 oC (ΔT20,6 K) et 45/39/21 oC (ΔT20,9 K).
La valeur de référence k = 1,0 pour ΔT50K dans le diagramme fait référence à la puissance calorifique du radiateur rapportée conformément à la norme EN 442.

Type	10	11	20	21	22	30	33
Taux de service	1.00	1.59	1.75	2.12	2.64	2.40	3.63

Illustration 4 : Taux de puissance des radiateurs panneaux en fonction du type de radiateur. La désignation du type décrit le nombre de panneaux et de plaques de convection. Par exemple, le type 21 signifie que le radiateur a deux panneaux de circulation d’eau et une plaque de convection en plus. Par exemple, la sortie de type 22 est 2,64/1,59 = 1,67 fois supérieure à la sortie de type 11 pour les mêmes dimensions de largeur/hauteur.

Hauteur	300	400	450	500	600	900
Taux de service	1.00	1.25	1.37	1.45	1.70	2.31

Illustration 5 : Rapports de puissance des radiateurs panneaux en fonction de la hauteur. Par exemple, un radiateur de 600 mm de hauteur du même type et de la même largeur est 1,70/1,25 = 1,36 fois plus haut qu’un radiateur de 400 mm de hauteur. La puissance des radiateurs panneaux est linéaire par rapport à leur largeur.

Les valeurs indiquées dans les figures 3, 4 et 5 peuvent être utilisées pour les premières estimations . Il est toutefois conseillé d’utiliser des programmes de calcul de puissance plus précis, publiés par les fabricants de radiateurs, par exemple.
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1. Informations sur la courbe de chauffe et l’expérience de fonctionnement, par exemple.