Chauffage domestique par rayonnement – un vieux bien oublié

Points d’article



Dans cet article: Chauffage radiant – 10 000 ans d’histoire; les premiers systèmes de chauffage par rayonnement; Poêle russe – générateur de rayons infrarouges; chaleur de rayonnement du corps humain; types de systèmes de chauffage radiant domestiques modernes; à la fin – les conditions dans lesquelles le chauffage radiant sera plus rentable que la convection.

Chauffage domestique par rayonnement - un vieux bien oublié

Il y a environ 200 ans, les systèmes de chauffage de nos maisons ont commencé à renaître, les poêles et les cheminées, populaires depuis des milliers d’années, s’appelaient des archaïsmes, ils ont été remplacés par un système de chauffage à eau qui donne de la chaleur par convection. Au cours d’un siècle, une croix a été mise sur la chaleur radiante, elle a été radiée pour ferraille, cependant, les études de scientifiques menées au cours du dernier demi-siècle montrent tout le contraire: la chaleur radiante dépasse la chaleur convective dans ses caractéristiques et dans un certain nombre de caractéristiques. Nous proposons de comprendre ce problème et de découvrir pourquoi le chauffage par rayonnement est meilleur que la convection.

L’histoire du chauffage – du radiant à la convection et … encore au radiant?

Pendant des milliers d’années, la première et seule source de chauffage dans une habitation humaine était un incendie, et la méthode de chauffage elle-même était le faisceau convectif. Lors de la combustion d’un feu dans un poêle primitif, et après cela, lorsque le feu couvait, des rayons infrarouges émanaient du portail en pierre et, à la suite de la convection, l’air de la pièce était chauffé. L’inconvénient évident de cette méthode de chauffage est que lorsqu’un feu brûlait, l’habitation était remplie de gaz de combustion, créant une atmosphère insupportable. Par conséquent, au sommet du toit des maisons, un trou de cheminée a été fait, à travers lequel la fumée chaude s’est échappée avec l’air chauffé, l’enjeu principal a été fait sur le chauffage radiant, car son intensité ne dépendait pas du degré de chauffage de l’air..

Il y a deux mille ans, de nouveaux systèmes de chauffage ont été créés, basés sur des canaux sous la surface des sols en pierre, le long desquels les gaz de combustion des poêles fondus se déplaçaient, chauffant les sols avec leur chaleur (hypocauste (Dr Rome), gloria (Espagne), ondol (Corée), dikan (Chine), etc.). La population européenne, quant à elle, a utilisé une version partiellement modifiée du feu – un foyer pavé chauffé en noir. Ce n’est qu’au 15ème siècle que les Européens ont amélioré le foyer en pierre en y apportant un tuyau d’échappement en bois..

Système de chauffage hypocausteSystème de chauffage hypocauste

Au 17ème siècle, le «système russe» de chauffage était populaire dans les complexes de châteaux et de palais de Russie et d’Europe – le conduit d’admission d’air passait près de la paroi du four et le long de celle-ci, où l’air était chauffé et, en raison de la convection, montait à travers des canaux de briques ramifiés vers les pièces à chauffer. Après avoir dégagé de la chaleur, l’air des locaux est sorti par les conduits d’évacuation à l’extérieur du bâtiment. Un système de chauffage de cette conception excluait complètement la possibilité que des gaz de combustion pénètrent dans les locaux d’habitation, ce qui était un savoir-faire étonnant à l’époque. Ce système de chauffage, appelé «système air-feu», a connu une popularité croissante jusqu’au milieu du XIXe siècle, mais à la fin, il n’était plus en demande, ce qui a été facilité par le bourdonnement constant à basse fréquence dans les conduits d’air, un air sec excessif, une combustion de poussière avec le dépôt de poussière de suie sur les murs et les éléments intérieurs.

À la fin du XVIIIe siècle, l’ingénieur français Jean-Simon Bonneman invente et construit le premier système de chauffage à eau chaude, dans lequel la circulation du liquide de refroidissement se fait de manière naturelle. Un demi-siècle plus tard, un système de chauffage avec circulation naturelle du liquide de refroidissement, développé par le professeur Petr Grigorievich Sobolevsky, est apparu en Russie. Les types de chauffage à convection à eau, vapeur et air-feu gagnent en popularité d’année en année, en grande partie grâce aux progrès techniques, à l’émergence et au développement de sources centralisées de chauffage du liquide de refroidissement et de systèmes pour sa livraison aux objets de consommation. La construction à grande échelle d’immeubles de grande hauteur typiques avec une isolation minimale des façades, un chevauchement de faible qualité des ouvertures de fenêtres et de portes a joué en faveur du chauffage par convection de l’eau – le chauffage par rayonnement n’est efficace que dans un bâtiment bien isolé.

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Cependant, 150 ans plus tard, les scientifiques ont découvert que la perception du chauffage par rayonnement est beaucoup plus proche de l’homme que le chauffage par convection de l’air. Et pas seulement pour une personne, mais aussi pour les articles ménagers, ainsi que les matériaux utilisés dans la décoration intérieure des locaux.

Chauffage à la maison – réalité

Avez-vous déjà été dans une pièce non chauffée ou mal chauffée en hiver – une salle de classe, un public d’institut ou une salle de réunion dans une institution? En réponse au mécontentement du public, l’enseignant (conférencier) se calme – rien, respirons et dans une demi-heure, il fera chaud. Et en effet, après un certain temps, il fait plus chaud, mais la raison en n’est pas du tout liée au terme «respiré» – les personnes présentes ont réchauffé l’atmosphère de la pièce avec un rayonnement thermique généré par leur propre corps. Les rayons infrarouges émanant des corps des personnes présentes dans le public réchauffent les objets situés à proximité, qui, à leur tour, génèrent leur propre rayonnement, le transférant aux objets voisins, et la chaleur de leurs surfaces à l’air..

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Tout objet dont la température est supérieure à zéro absolu Kelvin (ou –273,15 ° C) émet des rayons infrarouges. Plus la température de l’objet est élevée, plus le rayonnement est intense – par exemple, le corps humain à sa température normale (de 36,6 à 37 ° C) génère des rayons infrarouges de la gamme de longueurs d’onde moyenne, avec une longueur d’onde de 5 à 25 microns. La consommation d’énergie humaine pour le rayonnement infrarouge est réduite si la température de l’environnement augmente, mais pas de l’air, mais des structures enveloppantes (murs, plafond et sol) et du mobilier. Le fait est que l’environnement de l’air est transparent et perméable aux rayons infrarouges, respectivement, les murs et les sols froids tireront la chaleur infrarouge des corps humains même à une température ambiante de 25 degrés – il s’agit d’un échange de chaleur radiante, expliqué par les lois de Planck et Stefan-Boltzmann.

Des générations de citadins se sont habitués aux conditions de vie dans les maisons en briques et en panneaux, essayant de compenser la dépense d’énergie infrarouge du corps, qui va au chauffage des structures enveloppantes, à l’aide de divers types de convecteurs électriques. Dans la mémoire des citadins, il y avait une vague conviction sur l’importance des murs en bois dans la maison, qui sont capables de « respirer », compensant l’humidité de l’air – en effet, une telle capacité est présente dans les murs en bois non peints et en rondins, mais le rôle principal dans les maisons en bois n’a pas été joué par eux, mais par les Russes. four.

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La construction massive du poêle russe a eu une place importante dans la maison, elle a parfaitement gardé la chaleur et a chauffé toute la maison avec un rayonnement infrarouge. Aucun système de chauffage à eau ou à air ne peut comparer ses capacités de chauffage à un poêle russe! D’ailleurs, c’est précisément à cause de la méthode de chauffage radial que les produits de boulangerie dans le four russe se révèlent beaucoup plus appétissants et plus savoureux que dans le four le plus moderne, le principe de cuisson étant basé sur l’air chaud (système feu-air).

Chauffage domestique par rayonnement - un vieux bien oublié

Les propriétés de l’énergie radiante du point de vue du chauffage ont été étudiées par un laboratoire de l’Université de Yale, financé par la Fondation John Bartlett Pearce – les résultats d’une expérience menée avec la participation de volontaires ont été très révélateurs. Au premier stade, les sujets ont été placés dans une petite pièce aux murs artificiellement refroidis, la température de l’air y était maintenue à l’aide de radiateurs soufflants à 50 ° C – des volontaires vêtus de vêtements légers, après avoir séjourné dans cette pièce, se sont plaints d’un froid extrême. Au cours de la deuxième étape, la température de l’air a été volontairement abaissée à 10 ° C, et les murs ont été chauffés à l’aide de tuyaux intégrés à l’intérieur, à travers lesquels de l’eau chaude circulait – les sujets, tout de même légèrement vêtus, transpiraient abondamment lorsqu’ils étaient dans cette pièce, ils avaient chaud..

Cependant, chacun de nous peut vérifier et expérimenter personnellement le «vampirisme» du froid et du «don» de murs chauffés à tout moment – il vous suffit de monter et de vous tenir devant le mur. En hiver, vous en ressentirez le froid, puisque le matériau formant la paroi absorbera les rayons infrarouges émanant de vous, en été vous ressentirez la chaleur, c’est-à-dire que votre corps absorbera déjà le rayonnement infrarouge reçu par la paroi du Soleil pendant la journée.

Description des systèmes de chauffage rayonnant

Un poêle massif était et reste une source idéale de chauffage par rayonnement, cependant, dans un appartement ou un bureau, et dans de nombreuses maisons privées, il n’est pas réaliste d’aménager un tel poêle. Pensez à des systèmes de chauffage radiant modernes qui permettent de se passer d’un tel poêle – panneaux radiants «plancher chaud», murs et plafonds.

Les systèmes de chauffage par le sol diffèrent par leur conception et leur principe de chauffage:

  • les systèmes convectifs comprennent tous les systèmes avec un caloporteur à eau, ainsi que des câbles, des câbles posés dans des plaques et des films calorifuges (les tapis chauffants sont un câble mince placé dans une base en treillis);

Chauffage domestique par rayonnement - un vieux bien oublié

  • la chaleur de rayonnement est générée par un film de carbone (élément chauffant – bandes de graphite, scellé dans un film de polyester) et des planchers de noyau (leurs éléments chauffants sont également en graphite).

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Les panneaux installés sur les murs sont des blocs modulaires constitués de tuyaux en cuivre, le caloporteur en eux étant de l’eau chaude. Le transfert de chaleur de la chaleur rayonnante à partir de panneaux muraux avec circulation d’eau chaude à une température de 40 ° C est d’environ 80%, les 20% restants sont attribués à la convection – cela est dû à la température élevée autorisée du liquide de refroidissement, dépassant le maximum fixé par les normes européennes de 30 ° C pour un « plancher chaud ».

Les blocs modulaires en cuivre sont installés sur la surface du mur à l’aide de supports de tige horizontaux ou verticaux, avant qu’une couche d’isolation avec une feuille d’aluminium soit montée sur la surface du mur. Après l’installation, les panneaux muraux sont scellés avec une couche de plâtre de 350 mm, recouverte de plaques de plâtre ou d’autres revêtements durs. En plus de l’installation externe, des blocs modulaires pour chauffage radiant peuvent être installés à l’intérieur de murs en béton – ils sont fixés à un cadre de renforcement avec un coulage ultérieur avec du béton.

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L’avantage des panneaux muraux est une inertie thermique plus faible, par rapport aux «sols chauds», ce qui est particulièrement pratique pour les bâtiments à chauffage intermittent. Il convient de noter que pour un chauffage efficace, les panneaux muraux ont besoin d’espace libre autour du périmètre des murs dans lesquels ils sont installés – avec un grand nombre de meubles d’armoire, il est irrationnel de les utiliser..

Les premiers modèles de panneaux de plafond rayonnants ont été créés bien avant les «planchers chauds» et les panneaux muraux, l’intérêt des fabricants pour eux a été expliqué simplement – le plafond, et donc les panneaux de plafond, était situé le plus loin des ménages, ce qui permettait de chauffer les panneaux à des températures élevées sans aucun dommages aux humains. La température maximale des panneaux de plafond modernes dépend de la hauteur des plafonds – la différence optimale entre la température de l’air dans la pièce et la température de surface du panneau de poutre est de 10 ° C. Les panneaux de plafond modernes ne sont pas intégrés aux plafonds – ils sont installés à la surface du plafond, ce qui simplifie leur installation et leur entretien.

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À la fin

La popularité du chauffage par convection aujourd’hui est uniquement liée au fait que la plupart des maisons ont des caractéristiques minimales de rétention de la chaleur – auparavant, cela n’intéressait pas les concepteurs et les constructeurs, car leurs tâches étaient axées sur la réduction du coût des projets. Par conséquent, les maisons brillent la nuit dans les détecteurs infrarouges, les coûts de chauffage colossaux et les réparations cosmétiques fréquentes. Et précisément en raison des pertes de chaleur élevées à travers les ouvertures des fenêtres, des radiateurs de chauffage ont été installés directement sous eux – pour couper l’air froid de la rue passant par les fentes des cadres de fenêtres et à travers leur vitrage.

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Le chauffage par convection vous permet de chauffer rapidement et à peu de frais des pièces non isolées, mais il ne vous permet pas d’éviter le dessèchement de l’air, l’air froid au niveau du sol (la couche d’air la plus chaude s’accumule au plafond), la formation constante de moisissure des murs pendant la saison froide (en raison du dépôt d’humidité sur leurs surfaces froides) et la nécessité de réparations cosmétiques fréquentes – les faits ci-dessus sont indéniables.

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Si les structures de clôture de la maison sont en bois, en brique ou en béton armé, l’isolation (panneaux sandwich, matériaux d’isolation thermique suivis de plâtrage, etc.) est réalisée du côté extérieur (rue), et des portes et fenêtres modernes sont installées dans les ouvertures de fenêtres et de portes avec suffisamment de faibles taux de conductivité thermique, puis résoudre le problème du chauffage à l’aide d’un système de chauffage par rayonnement se justifiera. D’autre part, lors de l’isolation des structures enveloppantes de l’intérieur d’une pièce, ce qui est particulièrement souvent réalisé dans les bâtiments à plusieurs étages de construction soviétique, il n’a aucun sens de construire un système de chauffage sur chauffage infrarouge, car le matériau à partir duquel les murs sont fabriqués ne chauffera pas et dégagera de la chaleur sous forme de rayonnement, car les surfaces murales sont isolées thermiquement avec des matériaux d’isolation thermique.

Chauffage domestique par rayonnement - un vieux bien oublié

Compte tenu des nouvelles exigences en matière de protection thermique des bâtiments, énoncées dans le SNiP 23-02-2003, les systèmes de chauffage radiant pourraient bien prendre la tête du chauffage par convection. Il sera beaucoup plus agréable et utile pour les ménages de tout âge de percevoir des rayons infrarouges d’une certaine longueur d’onde que d’être dans un «aquarium» à air aux parois constamment froides, rempli d’air chauffé par convection et poussières en suspension.

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