HYDRONIQUES MULTICHARGES

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1 SECTION 9 CONCEPTION DE SYSTÈMES HYDRONIQUES MULTICHARGES 9-1 Introduction Il fut un temps où un système de chauffage hydronique de maison comprenait simplement de une à trois zones équipées de plinthes raccordées à une seule chaudière. La charge principale correspondait au chauffage de locaux. L'eau chaude à usage domestique était parfois produite au moyen d'un serpentin de tuyauterie sans réservoir, suspendu dans une chaudière qu'il fallait maintenir chaude 24 heures sur 24, 365 jours par an. De nos jours, un système de chauffage hydronique destiné à une maison d'habitation ou à une petite installation commerciale, est souvent plus sophistiqué que ceux utilisés dans un bâtiment de plus grandes dimensions. En plus du chauffage de locaux par diverses méthodes, ces systèmes fournissent aussi presque toujours de l'eau chaude à usage domestique. Avec certains systèmes, on va encore plus loin en assurant la fonte de neige, le chauffage intermittent d'un garage et même parfois le réchauffage de l'eau de la piscine située au fond de la propriété. Cette section montre comment construire un système hydronique intégré multicharge. On examine ainsi comment choisir la source de chaleur, raccorder la tuyauterie et même sélectionner une stratégie de régulation pour un fonctionnement optimal de toutes les parties du système de chauffage. 9-2 Avantages d'un système intégré multicharge De par sa capacité à combiner plusieurs charges en un «système intégré» unique, dans lequel une seule «chaufferie» répond à tous les besoins, un système hydronique reste sans égal. Cette approche permet d'allonger la durée du cycle de service de la chaufferie, par rapport à celle des cycles de services de plusieurs appareils de chauffage. En allongeant la durée du cycle de service, on augmente le rendement saisonnier et on réduit la consommation de combustible. En installant une seule chaufferie, il n'y a plus besoin de sources de chaleur multiples, avec chacune son en combustible, sa ventilation, sa cheminée ou son évacuation, ses appareils électriques, ainsi que ses besoins en espace et en entretien. Comme tous les équipements reliés à la source de chaleur se trouvent au même endroit, le personnel d'entretien n'a pas à se déplacer dans tout le bâtiment pour y accéder. Il est possible de ventiler adéquatement la salle de mécani- 99

2 MANUEL D HYDRONIQUE MODERNE DE IPEX que. Il y a moins de risques de dispersion de monoxyde de carbone. En cas de formation de ce gaz, il est plus facile de le détecter avant qu'il ne se répande dans tout le bâtiment. Dans la plupart des systèmes hydroniques intégrés multicharges, on installe une chaufferie comprenant une ou plusieurs chaudières à gaz ou à mazout. Ces chaudières fournissent une eau dont la température varie de 82 à 93 C (180 à 200 F) en vue d'alimenter des convecteurs à tubes à ailettes et des chauffe-eau à usage domestique. L'eau à moyenne et basse température destinée à d'autres émetteurs de chaleur s'obtient par mélange de l'eau chaude et de l'eau de plus froide, par l'une des méthodes présentées dans la section 6. Un système hydronique intégré multicharge permet également de tirer parti de la diversité des charges de chauffage. En principe, dans un système à charge multiple, les diverses demandes de chauffage n'atteignent pratiquement jamais leur valeur maximale en même temps. Il n'est donc pratiquement jamais obligatoire de calculer la puissance totale de la chaufferie comme étant la somme des puissances maximales de tous les émetteurs de chaleur fonctionnant simultanément. Dans le cas peu probable où toutes les demandes de chauffage seraient maximales en même temps, il serait possible d'effectuer un délestage des charges avec priorité, par le biais des commandes du système. Il est en effet possible de couper temporairement l'apport de chaleur dans les zones à faible priorité, comme le plancher du garage et la piscine, afin d'utiliser l'énergie pour des besoins à haute priorité, comme l'eau chaude à usage domestique et le chauffage de locaux. Une fois les demandes de chauffage à priorité élevée satisfaites, on utilise la puissance de chauffage pour combler les besoins correspondant aux charges à faible priorité. Comme les dalles de plancher et les piscines ont une masse thermique élevée, on doit dimensionner une chaudière en tenant compte de l'énergie à fournir sur une période de plusieurs heures, plutôt qu'en se basant sur une puissance instantanée. 9-3 Systèmes à chaudières multiples Dans certains systèmes multicharges, il suffit d'une seule chaudière pour obtenir la puissance de chauffage désirée. Par contre, pour une installation de plus grande capacité (ou dans laquelle il peut y avoir de très grandes variations de charge d'un instant à l'autre), la solution idéale consiste à prévoir des chaudières multiples. Le meilleur rendement d'une chaudière s'obtient en fonctionnement continu. Lorsque, dans un système à chaudières multiples, on commande chacune des chaudières comme étant un «étage» de puissance, il est possible d'allonger la durée des cycles de fonctionnement et ainsi d'augmenter le rendement global de la chaufferie. Ce rendement plus élevé permettra également au propriétaire d'économiser des milliers de dollars sur la durée de vie utile du système. Un allongement de la durée du cycle de fonctionnement se traduit également par un prolongement de la durée de vie utile et une réduction de la maintenance pour certains RÉGULATION À ÉTAGES sonde d' boucle primaire CHAUDIÈRE CHAUDIÈRE Figure

3 SECTION 9 DESIGNING MULTIPLE-LOAD HYDRONIC SYSTEMS composants, comme les allumeurs à surface chaude, les brûleurs à ma-zout et les relais. Un système à chaudières multiples comporte également d'autres avantages : Possibilité d'assurer un chauffage partiel, lorsque l'une des chaudières est arrêtée pour entretien. Utilisation de chaudières de plus petite taille et plus légères, d'installation facile, en particulier pour un projet de rénovation. Possibilité de regrouper les équipements de production de chaleur au même endroit, ce qui évite d'avoir à installer plusieurs appareils de chauffage répartis dans tout le bâtiment. Pour un rendement maximal, un système de chaudières multiples doit être conçu de sorte qu'il n'y ait AUCUNE recirculation d'eau chaude dans une chaudière à l'arrêt. En cas de recirculation, une chaudière à l'arrêt se comporte en effet comme un radiateur. Bien qu'on puisse éliminer cette recirculation de plusieurs façons, le schéma de tuyauterie illustré par la figure 9-1 est habituellement considéré comme la solution la plus simple et la plus efficace. Dans cette installation, une pompe de circulation ne fonctionne que lorsque la chaudière correspondante est en service. Des clapets de non empêchent toute circulation par gravité ou tout écoulement inverse, lorsque les pompes de circulation sont à l'arrêt. Cette solution permet également d'obtenir la même température de (la plus basse possible) à chacune des chaudières. Le rendement d'une chaudière est d'autant plus élevé qu'elle fonctionne à une température plus basse. La régulation du système est conçue pour empêcher les chaudières de fonctionner à une température suffisamment faible pour qu'il y ait condensation des gaz de combustion. Un système à chaudières multiples fait souvent l'objet d'une régulation par étage. Avec une telle régulation, il est possible de déterminer la température d'eau convenant à une charge en service à tout moment, puis d'amener à cette «valeur cible» la température d'eau d' du système de distribution. Pour le chauffage de locaux, la température de l'eau fait souvent l'objet d'une régulation en fonction de la température extérieure, suivant la méthode présentée dans la section 6. Lorsque la puissance de chauffage est fournie par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur (comme c'est le cas pour la fonte de neige, le chauffage d'une piscine ou la production d'eau chaude à usage domestique), la régulation est habituellement conçue pour fournir une eau à température élevée (mais fixe), indépendamment de la température extérieure. La figure 9-2 montre comment on peut raccorder un chauffage dans le plancher chauffage par plinthes boucle de chauffe-eau sortie d'eau chaude chauffe-eau indirect sortie d'eau froide sonde d' boucle primaire chaudière 1 chaudière 2 chaudière 3 RÉGULATION À ÉTAGES Figure

4 MANUEL D HYDRONIQUE MODERNE DE IPEX système de trois chaudières pour produire de l'eau chaude à usage domestique et chauffer des locaux. Remarquer la présence de tés rapprochés servant à raccorder la tuyauterie de manifold de chaudières au système de distribution. Cette disposition permet aux chaudières «d'alimenter» en chaleur le système de distribution, sans interférence entre les différentes pompes de circulation. Noter également l'emplacement de la sonde de température d'eau d' servant à la régulation par étage des chaudières. Cet emplacement se justifie par le fait que les pompes de circulation ne fonctionnent que lorsque les chaudières sont «mises en service» par le système de régulation à étage. Ne pas installer la sonde d' sur la tuyauterie de manifold des chaudières car, dans certains cas, les pompes de circulation peuvent être à l'arrêt, alors que le système de distribution doit continuer à fournir un apport de chaleur. Comme il n'y a pas d'écoulement dans les chaudières, la tuyauterie de manifold ne peut fournir de chaleur au système de distribution. 9-4 Production d'eau chaude à usage domestique La plupart des systèmes hydroniques intégrés multicharges fournissent de l'eau chaude à usage domestique par l'intermédiaire d'un chauffe-eau indirect. En cas de demande d'eau chaude à usage domestique, il y a circulation d'eau chaude de la chaudière dans un échangeur de chaleur installé dans le réservoir de stockage. La tuyauterie d'un chauffe-eau indirect peut être raccordée comme circuit secondaire sur une boucle primaire, comme l'illustre la figure 9-3A. Dans ce cas, installer le réservoir de chauffe-eau dans le premier circuit secondaire raccordé à la boucle primaire. On fournit à l'échangeur de chaleur l'eau la plus chaude possible, pour une récupération rapide. Toujours installer un clapet de non muni d un contrepoids sur la conduite d' de l'échangeur de chaleur du réservoir. On empêche ainsi toute migration de chaleur, due aux forces engendrées par les différences de densité de l'eau, et/ou aux légères pressions différentielles entre les tés rapprochés servant à raccorder l'échangeur de réservoir à la boucle primaire. On évite également que l'eau chaude dans le réservoir n'engendre une boucle de refroidissement par convection, lorsque les pompes de circulation sont à l'arrêt. En installant la tuyauterie de chauffe-eau comme circuit secondaire, on oblige l'eau à parcourir toute la boucle primaire, en cas de demande d'eau chaude à usage domestique. Afin de minimiser les pertes thermiques par la tuyauterie, n'utiliser cette disposition qu'avec une boucle primaire de faible longueur, installée dans la salle de mécanique. Il est également préférable, afin de réduire un peu plus les pertes thermiques par la tuyauterie, d'isoler la tuyauterie de la boucle primaire, ainsi que la tuyauterie de la boucle secondaire du chauffe-eau. Le concepteur du système doit également noter que, lorsque le réservoir de chauffe-eau est traité comme charge non prioritaire et qu'il est en service, les circuits secondaires en aval sont alimentés à une température d'eau réduite. Les émetteurs de chaleur installés sur les circuits secondaires situés en aval doivent être dimensionnés en tenant compte de cette température d'eau réduite, lorsqu'on s'attend à une demande prolongée d'eau chaude à usage domestique, en même temps chauffage par plinthes boucle de chauffe-eau boucle primaire chauffage par rayonnement sortie d'eau chaude régulation à vitesse variable chauffe-eau indirect sortie d'eau froide chaudière à haute résistance à l'écoulement descente min. de 450 mm (18") 102 Figure 9-3A

5 SECTION 9 CONCEPTION DE SYSTÈMES HYDRONAIQUES MULTICHARGES circuit secondaire de chauffage de locaux boucle primaire sortie d'eau chaude chauffe-eau indirect sortie d'eau froide boucle de chauffe-eau Figure 9-3B qu'une demande de chauffage maximale des locaux. La figure 9-3B illustre une autre méthode de raccordement de la tuyauterie d'un chauffe-eau indirect au système. Le chauffe-eau indirect se trouve alors raccordé sur un circuit parallèle à la boucle primaire. Ce circuit peut fonctionner indépendamment de la boucle primaire. Si on installe le chauffe-eau près de la chaudière et que le circuit de tuyauterie entre les deux est court, on a un minimum de pertes thermiques dans la tuyauterie lors du fonctionnement du chauffe-eau. Par ailleurs, cette disposition permet de ne pas réduire la température d' en eau de la boucle primaire, lorsque cette dernière est utilisée en même temps que le chauffe-eau. Ces avantages conduisent souvent à retenir cette installation de tuyauterie en parallèle, plutôt que de monter un chauffe-eau indirect dans un circuit secondaire. 9-5 Addition de charges de chauffage de locaux La plupart des systèmes hydroniques modernes intégrés multicharge sont basés sur une installation de tuyauterie primaire/secondaire. Les détails et variantes d'une telle installation ont été présentés dans la section 8. Le cœur du système, c'est la boucle primaire. Cette boucle achemine l'eau chaude vers un ou plusieurs circuits secondaires qui, à leur tour, transmettent cette eau aux émetteurs de chaleur. On peut considérer chacun des circuits secondaires comme un sous-ensemble en quelque sorte «branché» sur la boucle primaire. Lorsqu'un système dessert plusieurs charges de chauffage dont les températures sont réparties sur une vaste plage, raccorder les charges exigeant les plus hautes températures d'eau au début d'une boucle primaire de type série, les charges à plus faible température étant raccordées vers l'extrémité de cette boucle. On peut ainsi choisir les charges en fonction de la diminution de température de l'eau le long de la boucle primaire. 103

6 MANUEL D HYDRONIQUE MODERNE DE IPEX Le concepteur doit considérer une chute de température de 30 à 40 F dans une boucle primaire fonctionnant à la charge nominale de conception (plutôt que la chute habituelle de 20 F). Plus cette chute de température est grande, plus le débit dans la boucle primaire nécessaire au transfert de la puissance produite par la source de chaleur peut être faible. Dans de nombreux cas, lorsqu'on prévoit une chute de température élevée dans la boucle primaire, il est possible de réduire à la fois le diamètre de la tuyauterie et la taille de la pompe de circulation. Avec une pompe plus petite, on peut réduire de façon substantielle l'énergie électrique consommée sur la durée de vie du système. Lors de la conception d'une boucle primaire série, il faut tenir compte de la chute de température correspondant à chacun des circuits secondaires en service. À cet effet, on peut utiliser la formule 8-1, reproduite ci-dessous. Formule 8-1 DT = Q 500 x f Où : DT = chute de température dans la boucle primaire, entre les tés d un circuit secondaire en service ( F) Q = puissance thermique fournie au circuit secondaire (Btu/h) f = débit dans les circuits primaires (en gpm) 500 est une constante pour l'eau (utiliser une valeur de 479 pour une solution de glycol à 30 % et une valeur de 450 pour une solution à 50 %) Les émetteurs de chaleur installés dans les divers circuits secondaires doivent être dimensionnés en fonction de la température de l'eau au point de raccordement sur la boucle primaire. Plus un circuit secondaire se raccorde loin en aval sur une boucle primaire, plus la température de l'eau est faible (en supposant que les circuits secondaires situés en amont sont en service). Lorsqu'une chaudière conventionnelle a été prévue comme source de chaleur, le concepteur doit également vérifier que la température de l'eau à l'extrémité de la boucle primaire (lorsque toutes les charges sont en service) est suffisamment élevée pour empêcher toute condensation des gaz de combustion dans la chaudière ou dans sa tuyauterie d'évacuation. Se reporter à la section 5, où l'on traite en détails de ce sujet. La figure 9-4 illustre un système à une seule chaudière alimentant une tuyauterie de chauffage par rayonnement dans le plancher, ainsi qu'un chauffe-eau indirect. La tuyauterie de chauffage dans le plancher comprend trois postes de manifolds raccordés en parallèle. Cette disposition permet d'alimenter chacun des postes de manifolds à la même température (voir la section 8). Un système de mélange par injection à vitesse variable assure la régulation de la température d'eau d' des circuits dans le plancher. Noter que le chauffe-eau à usage domestique est raccordé boucle de chauffe-eau boucle primaire RÉGULATION PAR MÉLANGE sortie d'eau chaude chauffe-eau indirect sortie d'eau froide sonde sur à la chaudière sonde d' Figure

7 SECTION 9 CONCEPTION DE SYSTÈMES HYDRONAIQUES MULTICHARGES circuit secondaire série boucle de chauffe-eau boucle primaire RÉGULATION PAR MÉLANGE sortie d'eau chaude chauffe-eau indirect sortie d'eau froide sonde sur à la chaudière sonde d' Figure 9-5 dans un circuit parallèle au circuit primaire. Noter également l'emplacement des sondes de température fournissant une rétroaction au module d'injection. La figure 9-5 illustre un système identique à celui de la figure 9-4, et auquel on a ajouté une série de circuits secondaires alimentant des plinthes chauffantes à tubes à ailettes. Comme les plinthes chauffantes doivent fonctionner à une température d'eau plus élevée que les circuits de chauffage dans le plancher, le circuit secondaire alimentant ces plinthes est raccordé à la boucle primaire en amont du système de mélange par injection. La figure 9-6 illustre le système de distribution agrandi par addition d'un échangeur de chaleur alimentant un sous-système de chauffage de plancher de garage, rempli d'une solution d'eau et de glycol, ce qui permet de l'arrêter complètement lorsqu'on le désire. Une pompe d'injection à vitesse variable assure la régulation et de température de la solution de glycol, en faisant varier le débit d'eau chaude du côté «chaud» de l'échangeur de chaleur. Le module de commande de la pompe d'injection utilise sa propre sonde de température de, située près de l'entrée de la chaudière. En cas de besoin, ce module de commandes réduit le débit d'eau chaude dans l'échangeur de chaleur du garage, afin d'empêcher la dalle du plancher de garage encore trop froide de soutirer la chaleur du système plus vite que la chaufferie ne peut la produire. L'échangeur de chaleur, tout comme le chauffe-eau à usage domestique, est raccordé dans un circuit parallèle (plutôt que secondaire). Lorsque le système de régulation permet un fonctionnement simultané de l'échangeur de chaleur et du chauffe-eau à usage domestique, il est possible, grâce à cette disposition, d'alimenter ces deux charges à la plus haute température d'eau possible. En cas de demande de chauffage provenant du chauffeeau ou de l'échangeur de plancher de garage (sur fermeture d'un contact, soit d'un thermostat soit d'un aquastat), le système de régulation à étage de la chaudière reçoit une «demande de point de consigne». Dans ce mode de fonctionnement, la température de l'eau à la sortie de la tuyauterie de manifold de la chaudière se trouve aux alentours de 93 C (200 F). En cas de demande de chauffage provenant d'un des locaux, le module de commande de chaudière reçoit une «demande de chauffage». Dans ce mode de fonctionnement, la température de l'eau à atteindre est calculée par le module de commande de chaudière, à partir de la 105

8 MANUEL D HYDRONIQUE MODERNE DE IPEX circuit secondaire série poste de chauffage par rayonnement dans le plancher boucle de chauffe-eau boucle primaire sortie d'eau chaude RÉGULATION PAR MÉLANGE sonde d' chauffe-eau indirect sortie d'eau froide sondes sur à la chaudière chauffage de plancher de garage sonde d' RÉGULATION PAR MÉLANGE robinet d'équilibrage température extérieure actuelle (régulation en fonction de la température extérieure). La figure 9-7 représente le même système, auquel on a ajouté un sous-ensemble. Il s'agit d'un circuit secondaire comprenant une petite pompe de circulation et un poste de manifolds avec circuits secondaires alimentant plusieurs petits émetteurs de chaleur installés dans le bâtiment. Parmi ces émetteurs, on peut par exemple trouver des chauffe-serviettes. Certains autres peuvent servir d'appareils de chauffage d'appoint pour des planchers situés dans les zones du bâtiment à forte demande de chauffage. En choisissant une installation avec circuits particuliers, comme ceux présentés dans la section 6, on peut réduire le diamètre des tuyauteries Kitec ou PER et les faire passer dans la structure du bâtiment de la même façon que des câbles électriques. On peut également assurer une régulation circuit par circuit et fournir la même température d'eau à chacun de ces circuits. La figure 9-7 illustre une autre modification : l'emploi d'un échangeur de chaleur externe en acier inoxydable entre le système et le réservoir de stockage d'eau chaude conventionnel. Il faut alors prévoir une pompe de circulation en acier inoxydable ou en bronze entre le réservoir de stockage et l'échangeur de chaleur. 106 Figure 9-6 On peut avoir recours à cette disposition lorsque la capacité de transfert thermique d'un chauffe-eau indirect (muni de son propre échangeur de chaleur interne) n'est pas suffisante pour transférer toute la puissance reçue de la chaufferie à l'eau chaude correspondant à la demande. Lorsqu'il y a «étranglement» du transfert thermique entre la chaufferie et les circuits d'eau chaude à usage domestique, la chaudière atteint sa limite de haute température avant que la demande en eau chaude ne soit satisfaite et s'arrête en cours de cycle. En conséquence, la chaufferie ne fournit pas toute la puissance qu'elle devrait fournir pour répondre à la demande de chauffage. Il est important d'éviter une telle situation dans un système d' en eau chaude domestique d'une maison équipée de plusieurs salles de bain, et en particulier de salles de bain munies d'appareils à haute consommation d'eau. 9-6 Résumé des différents concepts Voici un résumé des différents principes à retenir, en vue de la conception d'un système hydronique multicharge : prévoir une seule «chaufferie» pour répondre aux différents besoins en chauffage, plutôt que plusieurs sources de chaleur séparées; tenir compte de la diversité des charges lors du

9 SECTION 9 CONCEPTION DE SYSTÈMES HYDRONAIQUES MULTICHARGES circuit secondaire série sous-système à circuits particuliers Postes de chauffage par rayonnement dans le plancher boucle primaire système à chaudières multiples boucle de chauffe-eau sondes sur à la chaudière RÉGULATION PAR MÉLANGE chauffage de plancher de garage sonde d' RÉGULATION PAR MÉLANGE robinet d'équilibrage sonde d' Figure 9-7 dimensionnement de la chaufferie. Évaluer la demande totale de chauffage probable correspondant aux différentes charges sur une période de plusieurs heures. Au besoin, envisager un délestage des charges avec priorité, pour pouvoir fournir des puissances de chauffage inhabituellement élevées; prévoir une installation à chaudières multiples, plutôt qu'à une seule chaudière, lorsque le système alimente des charges dont les variations sont très importantes (par exemple lorsqu'il y a une forte demande intermittente de chauffage d'eau à usage domestique); lorsqu'on utilise plusieurs chaudières, concevoir la tuyauterie et les commandes de telle sorte qu'il n'y ait pas de circulation d'eau chaude dans les chaudières arrêtées; dans une installation à chaudières multiples, raccorder le manifold de chaudière au système de distribution par l'intermédiaire d'une paire de tés rapprochés, afin d'éviter toute interférence entre les pompes de circulation de chau-dière et les pompes de circulation du système de distribution; prévoir une boucle primaire série lorsque les températures d' d'eau correspondant aux charges secondaires varient dans une large plage; raccorder les circuits secondaires à haute température au début d'une boucle primaire série et les circuits à basse température vers la fin de cette boucle; prévoir une tuyauterie primaire/secondaire en parallèle, lorsque les températures d'eau d' des circuits secondaires sont les mêmes; minimiser les pertes thermiques dans la tuyauterie en raccordant un chauffe-eau indirect dans un circuit parallèle (plutôt qu'un circuit secondaire); réduire le diamètre de la tuyauterie, la taille de la pompe et les coûts d'exploitation en calculant les boucles primai-res série pour une chute de température de 30 à 40 F à la charge maximale; pour un taux de récupération maximal, s'assurer que la chaufferie peut fournir la puissance maximale au chauffe-eau sans que les chaudières n'atteignent leur limite de température haute. Utiliser au besoin un échangeur de chaleur externe pour garantir un transfert thermique total au réservoir de stockage d'eau chaude à usage domestique. 107

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11 SECTION 10 TUYAUX DE CHAUFFAGE PAR RAYONNEMENT IPEX est à l'avant-garde des fournisseurs de systèmes de tuyauteries thermoplastiques, offrant à ses clients l'une des gammes de produits des plus vastes et des plus complètes au monde. La gamme offerte comprend notamment les deux produits de pointe utilisés en chauffage hydronique par rayonnement : les tuyaux Kitec XPA et les tuyaux PER à barrière de diffusion d'oxygène. Les tuyaux Kitec XPA et PER ont tous deux joué un rôle essentiel dans l'extraordinaire développement des systèmes de chauffage hydronique par rayonnement utilisés en Amérique du Nord. Que ce soit pour un système de chauffage par rayonnement dans le plancher destiné à une habitation, à une installation industrielle ou à un établissement public, un circuit alimentant des radiateurs et des plinthes chauffantes, un système de fonte de neige et bien plus encore, les produits XPA et PER servent à transporter les liquides de la source de chaleur à la zone à chauffer puis les ramènent au point de départ. Pour une installation de chauffage par rayonnement donnée, pourquoi devrait-on choisir des tuyaux PER plutôt que des tuyaux XPA? C'est en fait une question de préférence personnelle. Certains entrepreneurs préfèrent les tuyaux PER pour des installations avec agrafage par le haut entre les solives d'un plancher, en se basant sur le fait qu'un tuyau PER est plus souple et comporte moins de risques de pincement qu'un tuyau XPA. D'autres entrepreneurs trouvent par contre que les tuyaux PER de petit diamètre 9 mm (3/8 po) conviennent parfaitement aux installations avec dalles de finition, lorsque la hauteur entre le plancher et le plafond est limitée ou lorsqu'il est difficile de modifier l'élévation du plancher. Certains estiment qu'il n'y a pas de différence appréciable entre les deux produits et que tout est une question de coût. Enfin, d'autres personnes pensent que les tuyaux XPA sont de loin les meilleurs tuyaux à utiliser dans une installation hydronique. Il est en fait démontré que les tuyaux PER, aussi bien que les tuyaux XPA, sont des produits valables dont la fiabilité est éprouvée depuis des décennies dans toutes sortes d'installations hydroniques. En tant que premier fournisseur au monde de systèmes de tuyauteries thermoplastiques, IPEX offre ces deux options d'avant-garde dans le domaine de la tuyauterie hydronique. Quant à la question de savoir lequel des deux produits, XPA ou PER, est le meilleur, le temps apportera sans doute une réponse. 109

12 MANUEL D HYDRONIQUE MODERNE DE IPEX Tuyaux Kitec XPA C'est de la combinaison des forces de produits existants que naissent souvent les idées brillantes aboutissant à la création d'un nouveau produit. Les tuyaux Kitec XPA (en aluminium et polyéthylène réticulé) sont le fruit de l'une de ces idées brillantes. Ces tuyaux combinent en effet la résistance du métal et la longévité de la matière plastique, offrant certains avantages uniques en matière de chauffage hydronique par rayonnement. Les produits XPA possèdent une partie centrale en aluminium, ce qui les place nettement au-dessus des autres tuyauteries de chauffage. Combinée avec des couches de polyéthylène réticulé et d'adhésif servant à l'assemblage des composants, cette couche centrale en aluminium confère aux tuyaux XPA leurs caractéristiques et avantages uniques. De par sa partie centrale en aluminium, un tuyau XPA est plus résistant qu'un tuyau de chauffage PER ordinaire. Les tuyaux XPA se caractérisent par une pression nominale à long terme supérieure (pression de service supérieure de 25 % à celle d'un tuyau PER), une pression d'éclatement plus élevée, une plus grande contrainte circonférentielle admissible, pour une meilleure résistance à l'écrasement, ainsi qu'une plus grande contrainte en flexion, pour un fléchissement moindre. Tuyaux PER avec barrière de diffusion d oxygène Les tuyaux PER sont universellement reconnus comme étant les plus utilisés en chauffage par rayonnement. De par leur légèreté, leur flexibilité et le fait qu'on peut se les procurer facilement, ces tuyaux représentent un choix logique pour une installation de chauffage par rayonnement. IPEX offre une gamme complète de diamètres de tuyaux PER avec barrière de diffusion d'oxygène, en complément des composants de chauffage hydronique par rayonnement Ambio-Confort, à l'avant-garde de l'industrie. Des raccords de manifolds PER ont été conçus pour un raccordement rapide et facile des tuyaux PER à toute une gamme de manifolds standards en chrome Ambio-Confort. Les coffrets de commande préfabriqués Ambio-Confort peuvent également recevoir des tuyaux PER. Afin de faciliter la comparaison technique entre les tuyaux XPA et les tuyaux PER, nous présentons ci-dessous, côte à côte, des informations détaillées sur les produits XPA et les produits PER. Tuyaux Kitec XPA Diamètres en po Tuyaux PER Diamètres en po Diamètre nominal Dia. int. moyen Dia. ext. moyen Poids lb / 100 pi Volume gal U.S. / pi Diamètre nominal Dia. int. moyen Dia. ext. moyen Poids lb / 100 pi Volume gal U.S. / pi 3/8 0,346 0,48 4,7 0,005 3/8 0,346 0,500 4,1 0,005 1/2 0,500 0,63 6,8 0,009 1/2 0,485 0,625 5,4 0,009 5/8 0,631 0,79 10,1 0,016 5/8 0,584 0,750 8,1 0,014 3/4 0,806 0,98 13,7 0,025 3/4 0,681 0,875 10,2 0, ,032 1,26 23,0 0, ,875 1,125 16,9 0,030 Diamètre en mm Diamètre en mm Diamètre nominal Dia. int. moyen Dia. ext. moyen Poids g / m Volume l / m Diamètre nominal Dia. int. moyen Dia. ext. moyen Poids g / m Volume l / m 9 8,8 12,2 69 0, ,8 12,7 61 1, ,5 16, , ,3 15,9 81 0, ,0 20, , ,8 19, , ,5 25, , ,3 22, , ,0 32, , ,2 28, ,

13 SECTION 10 TUYAUX DE CHAUFFAGE PAR RAYONNEMENT Les tuyaux XPA se cintrent facilement à la main et ils conservent leur forme. Il est facile de former à la main une boucle de tuyauterie XPA à un rayon de cinq fois le D ext de la tuyauterie. Grâce à sa partie centrale en aluminium, un tuyau XPA conserve sa forme après cintrage - c'est là un avantage intéressant par rapport à une tuyauterie PER, lorsqu'on installe des boucles de chauffage par rayonnement. Dans les plus grands diamètres, il peut être nécessaire d'utiliser un outil de cintrage pour obtenir le rayon minimal indiqué cidessous. Une fois déroulé, un tuyau PER a tendance à reprendre la forme originale qu'il avait dans le rouleau. La tuyauterie PER s'installe alors plus difficilement et, pour pouvoir la maintenir en place, il faut la fixer à des intervalles plus courts. Par ailleurs, un tuyau PER se déforme moins facilement qu'un tuyau XPA et par conséquent se cintre selon un rayon plus grand. Dia. nominal de tuyau PER po mm 3/8 9 1/2 12 5/8 16 3/ Perméation de l oxygène Rayon de cintrage min. du tuyau XPA po mm 2,5 64 3,2 81 4, , ,5 165 Rayon de cintrage min. du tuyau PER po mm 3,0 76 3,8 97 4, , ,0 229 Contrairement à un tuyau PER, dont la barrière de diffusion d'oxygène est appliquée par l'extérieur, un tuyau XPA comprend une barrière de diffusion d'oxygène en aluminium installée de façon permanente entre deux couches de matière plastique. Cette barrière se trouve donc à l'abri des dommages éventuels en cours d'installation, ce qui en fait un composant permanent et fiable de vos systèmes de chauffage. Un tuyau XPA limite la perméation de l'oxygène à une valeur de 0,006 g/m3/ C/d, soit 25 fois moins que la norme acceptable. Dans le cas d'un tuyau PER, la barrière de diffusion d'oxygène en éthylène alcool de vinyle (EVOH) se situe à l'extérieur. Cette couche limite la perméation de l'oxygène à la valeur minimale acceptable de 0,10 g/m3/ C/d. Tuyaux XPA - protection intégrée contre les contaminants provenant du sol Cette couche d'aluminium, qui se comporte déjà comme une excellente barrière permanente contre la diffusion d'oxygène, agit également comme première ligne de défense contre les contaminants provenant du sol comme les produits de traitement contre les termites. On peut donc enterrer une tuyauterie IPEX XPA directement dans le sol et l'encastrer dans une dalle, sans se soucier des contaminants provenant du sol. De par sa perméabilité, une tuyauterie PER doit être considérée comme une tuyauterie thermoplastique. Ne pas utiliser de système PER en thermoplastique, en cas de risque de contamination par le sol. Faible coefficient de dilatation et de contraction Le coefficient de dilatation linéaire d'un tuyau XPA est très voisin de celui du cuivre - 1,3 x 10-5 po./po./ F (0,23 mm/10 m/ C). À titre d'exemple, une longueur de 100 pieds d'une tuyauterie XPA soumise à une élévation de température de 10 F ne se dilate que de 0,156 po. Par ailleurs, le coefficient de dilatation/contraction linéaire d'un tuyau PER est 7 fois plus grand que celui d'un tuyau XPA. Une longueur de 100 pi de tuyauterie se dilate et se contracte de 1,1 po pour une variation de température de 10 F. En consultant les tableaux suivants, on peut obtenir facilement la dilatation/contraction d'une longueur de 100 pi (30,5 m) de tuyauterie Kitec XPA et de tuyauterie PER. Dilatation/contraction linéaire approximative de 100 pi de tuyauterie XPA ºF ºC 20ºF (-7 C) 40ºF (4 C) 60ºF (15 C) 70ºF (21 C) 80ºF (27 C) 100ºF (38 C) 120ºF (49 C) 140ºF (60 C) 160ºF (71 C) 180ºF (82 C) 200ºF (93 C) po -0,80-0,48-0,16 100,0' +0,16 +0,48 +0,80 +1,12 +1,44 +1,76 +2,08 mm ,5m Dilatation/contraction linéaire approximative de 100 pi de tuyauterie PER ºF ºC 20ºF (-7 C) 40ºF (4 C) 660ºF (15 C) 70ºF (21 C) 80ºF (27 C) 100ºF (38 C) 120ºF (49 C) 140ºF (60 C) 160ºF (71 C) 180ºF (82 C) 200ºF (93 C) po -5,5-3,3-1,1 100,0' +1,1 +3,3 +5,5 +7,7 +9,9 +12,1 +14,3 mm ,5m

14 MANUEL D HYDRONIQUE MODERNE DE IPEX Moins de perte de charge que dans une tuyauterie PER équivalente Le tableau ci-dessous permet de comparer la perte de charge dans une tuyauterie Kitec XPA et dans une tuyauterie PER. Ce tableau montre nettement que les produits XPA ont un D int supérieur. Les annexes comprennent des tableaux détaillés indiquant le débit pour différents fluides de chauffage et diverses températures. Débit GPM 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 0,11 0,45 0,92 1,52 2,24 3,08 3,61 4,58 5,66 6,84 9,48 12,50 15,90 19,60 23,70 35,50 49, Tuyau XPA Perte de charge par 100 pi - psi 0,02 0,05 0,16 0,26 0,39 0,54 0,70 0,89 0,97 1,17 1,62 2,14 2,72 3,36 4,06 6,06 8,41 11,10 14,10 0,01 0,02 0,03 0,09 0,13 0,17 0,23 0,29 1,36 0,43 0,52 0,69 0,88 1,08 1,31 1,96 2,71 3,58 4,55 0,00 0,01 0,01 0,01 0,04 0,06 0,07 0,09 0,11 0,14 0,19 0,24 0,28 0,34 0,41 0,61 0,85 1,12 1,43 0,00 0,00 0,00 0,01 0,01 0,02 0,02 0,03 0,03 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,13 0,19 0,26 0,34 0,44 0,11 0,45 0,92 1,52 2,24 3,08 3,61 4,58 5,66 6,84 9,48 12,50 15,90 19,60 23,70 35,50 49, Tuyau PER Perte de charge par 100 pi - psi 3/8" 1/2" 5/8" 3/4" 1" 3/8" 1/2" 5/8" 3/4" 1" 0,03 0,06 0,18 0,30 0,45 0,62 0,81 1,03 1,15 1,39 1,92 2,54 3,22 3,98 4,81 7,18 9,96 13,10 16,70 0,01 0,03 0,04 0,13 0,19 0,26 0,34 0,42 0,52 0,63 0,77 1,02 1,29 1,60 1,93 2,88 3,99 5,27 6,70 0,01 0,01 0,02 0,06 0,09 0,12 0,16 0,20 0,25 0,30 0,42 0,49 0,62 0,76 0,92 1,38 1,91 2,52 3,20 0,00 0,01 0,01 0,01 0,03 0,04 0,05 0,06 0,08 0,09 0,13 0,17 0,19 0,23 0,28 0,41 0,57 0,76 0,96 Débit L / min 0,39 0,78 1,17 1,56 1,95 2,33 2,72 3,11 3,50 3,89 4,67 5,45 6,22 7,00 7,78 9,73 11,70 13,60 15,60 2,41 10,2 20,7 34,3 50,7 69,7 81, Tuyau XPA Perte de charge par 100 m - kpa 0,55 1,11 3,61 5,97 8,82 12,1 15,9 20,1 21,9 26,5 36,7 48,4 61,5 76,0 91, ,22 0,43 0,65 1,95 2,88 3,96 5,18 6,55 8,05 9,68 11,9 15,6 19,9 24,5 29,6 44,2 61,4 81, ,08 0,16 0,25 0,33 0,91 1,26 1,65 2,08 2,55 3,07 4,22 5,53 6,24 7,71 9,31 13,90 19,30 25,40 32,30 0,03 0,06 0,09 0,12 0,15 0,39 0,51 0,64 0,79 0,95 1,31 1,71 2,16 2,66 3,19 4,25 5,89 7,77 9,87 2,41 10,2 20,7 34,3 50,7 69,7 81, Tuyau PER Perte de charge par 100 m - kpa 9mm 12mm 16mm 20mm 25mm 9mm 12mm 16mm 20mm 25mm 0,97 1,93 2,90 7,74 11,4 15,7 20,6 26,0 32,0 38,5 52,9 63,3 80,4 99, ,30 0,59 0,89 2,85 4,22 5,8 7,6 9,6 11,8 14,2 17,5 23,0 29,2 36,1 43,6 65,1 90, ,16 0,32 0,48 1,38 2,03 2,80 3,66 4,63 5,69 6,84 9,41 11,0 14,0 17,3 20,9 31,2 43,2 57,0 72,5 0,06 0,12 0,18 0,24 0,62 0,85 1,11 1,41 1,73 2,08 2,86 3,75 4,21 5,20 6,28 9,37 13,0 17,1 21,8 112

15 SECTION 10 TUYAUX DE CHAUFFAGE PAR RAYONNEMENT Diamètres intérieurs supérieurs Pour un diamètre nominal donné, un tuyau XPA a un diamètre intérieur plus grand qu un tuyau PER. Diamètre nominal po mm 3/8 9 1/2 12 5/8 16 3/ Conductivité thermique De par sa fabrication en aluminium et en matière plastique, un tuyau XPA possède une conductivité thermique plus élevée qu'un tuyau PER. Le tableau cidessous indique les valeurs de la conductivité pour les tuyaux XPA et les tuyaux PER. Dia. nominal de tuyau po mm 3/8 9 1/2 12 5/8 16 3/ Pressions nominales élevées La pression nominale à long terme d'un tuyau IPEX XPA est supérieure de 25 % à celle d'un tuyau PER ordinaire. Les produits XPA ont en effet une pression nominale de service continue de 200 psi à 23 C (73 F) et de 125 psi à 82 C (180 F). Un tuyau PER est conçu pour une pression nominale de service continue de 160 psi à 23 C (73 F) et de 100 psi à 82 C (180 F). Les tuyaux XPA possèdent également une excellente résistance à l'éclatement à très court terme, comme le montre le tableau ci-après. Pressions d'éclatement à très court terme - Tuyau XPA 73ºF (23ºC) 180ºF (82ºC) 3/8" (9mm) 1160 psi (8004kPa) 750 psi (5175kPa) Tuyau XPA D int réel in mm 0,346 8,8 0,500 12,7 0,637 16,2 0,806 20,5 1,032 26,2 Tuyau XPA BTU/h/pi/ºF W(m.ºC) ºF ºC 0,329 0,570 0,457 0,791 0,578 1,000 0,725 1,255 0,927 1,605 1/2" (12mm) 1015 psi (7003kPa) 685 psi (4724kPa) 5/8" (16mm) 1005 psi (6935kPa) 655 psi (4520kPa) Tuyau PER D int réel in mm 0,346 8,8 0,485 12,3 0,584 14,8 0,681 17,3 0,875 22,2 Tuyau PER BTU/h/pi/ºF W(m.ºC) ºF 0,290 0,377 0,454 0,530 0,681 3/4" (20mm) 825 psi (5693kPa) 550 psi (3795kPa) ºC 0,502 0,653 0,785 0,917 1,179 1" (25mm) 790 psi (5451kPa) 535 psi (3692kPa) Résistance à l'endommagement causé par le gel Dans toute bonne installation de tuyauterie, on doit prévoir une protection contre le gel. Cependant, en cas de gel, une tuyauterie XPA installée à l'extérieur, sans protection, assure un certain niveau de sécurité contre l'éclatement. Des tests ont en effet montré qu'une tuyauterie XPA de IPEX pouvait être soumise à un maximum de cinq cycles de gel/dégel avant rupture. Par rapport à une tuyauterie métallique, une tuyauterie XPA vous offre naturellement une certaine tranquillité d'esprit. Par contre, toute tuyauterie encastrée dans le béton a peu de chance de résister en cas de gel, à cause des forces énormes engendrées par le phénomène de congélation contre le béton durci; cela vaut également pour une tuyauterie XPA. C'est pourquoi il faut toujours éviter qu'une tuyauterie hydronique installée dans une dalle de béton ne gèle. Indices de propagation de la flamme et de dégagement des fumées Un tuyau XPA possède un indice de propagation de la flamme de 5 et un indice de dégagement des fumées de 5, les essais étant effectués par tierce partie suivant la norme ULC-S On peut donc utiliser les produits XPA dans les immeubles de grande hauteur ainsi que dans les plénums de d'air et les puits verticaux. Vérifier ce point auprès des autorités locales compétentes. Les tuyauteries PER satisfont également à certaines exigences du code du bâtiment concernant les installations combustibles - contacter votre représentant IPEX pour de plus amples informations. Tuyaux XPA et matériaux résistant au feu Les tuyaux XPA ont fait l'objet d'essais et d'enregistrements avec divers matériaux résistant au feu, en conformité avec les normes CAN/ULC S115-M95, ASTM E81 et UL 479. Des matériaux résistant au feu approuvés et enregistrés sont offerts par 3M (CP 25WP ou Silicone 2000), PFP Partners (4800 DW) et Johns Manville (Firetemp CI). Lorsqu'une tuyauterie XPA passe dans un mur coupe-feu, ces matériaux résistant au feu doivent être utilisés pour conserver la résistance de l'ensemble. Installer la tuyauterie XPA de IPEX et les produits résistant au feu selon les directives contenues dans l'enregistrement du produit, pour un comportement en service approprié. Contacter IPEX pour de plus amples informations. Caractéristiques électriques Bien qu'une tuyauterie XPA comporte une partie centrale en aluminium, les raccords utilisés ne sont pas conducteurs du courant électrique. Du point de vue électrique, une tuyauterie XPA doit être considérée comme une tuyauterie thermoplastique et on ne doit jamais l'utiliser pour une mise à la terre. De la même manière, une tuyauterie PER doit être traitée comme une tuyauterie thermoplastique et ne doit jamais servir de mise à la terre. 113

16 MANUEL D HYDRONIQUE MODERNE DE IPEX Normes sur les tuyaux et raccords XPA Les tuyaux XPA sont fabriqués par IPEX et font l'objet d'une certification par tierce partie selon les normes suivantes : CAN / CSA B137.9 Standard for Crosslinked Polyethylene / Aluminum / Crosslinked Polyethylene Composite Pressure Pipe Systems ANSI/ASTM F1281 Standard Specification for Crosslinked Polyethylene / Aluminum / Crosslinked Polyethylene (PEX-AL-PEX) Pressure Pipe Ces normes définissent des exigences concernant les diamètres des tuyaux, leurs dimensions, la fabrication, le contrôle de qualité, la pression d'éclatement et en service, ainsi que de nombreux autres éléments. ANSI / ASTM F1974 Standard Specifications for Metal Insert Fittings for Polyethylene / Aluminum / Polyethylene and Crosslinked Polyethylene / Aluminum / Crosslinked Polyethylene Composite Pressure Pipe Cette norme définit les exigences concernant les raccords à compression IPEX K1 et les raccords à sertir K2. Cette norme définit pour ces raccords les matériaux acceptables, les exigences dimensionnelles, la pression d'éclatement à court terme et la pression de service à long terme, etc. Conformité aux codes de mécanique et du bâtiment L'usage des tuyaux et raccords Kitec est approuvé selon le code national de la plomberie du Canada et le code national du bâtiment du Canada ainsi que le code national des systèmes de chauffage à eau chaude du Canada. Aux États-Unis, les tuyaux et raccords XPA sont approuvés selon le Uniform Mechanical Code et les codes internationaux sur la plomberie, la mécanique et les maisons d'habitation. PPI TR-4 Enregistrement PPI concernant les contraintes de calcul hydrostatique et les contraintes hydrostatiques de calcul maximales recommandées pour les matériaux de tuyauterie thermoplastique. Les tuyaux XPA de IPEX sont enregistrés selon PPI pour les pression et température suivantes : 200psi à 23 C (73ºF) 125psi à 82 C (180ºF) ANSI / NSF 14 Plastics Piping System Components and Related Materials Product Certification Listing Les tuyaux XPA de IPEX sont certifiés selon NSF pour utilisation dans les systèmes d'eau potable et de chauffage par rayonnement dans le plancher des habitations et des bâtiments commerciaux, y compris les maisons industrialisées. Normes concernant les tuyaux PER IPEX offre des tuyaux PER CTS DR-9 fabriqués et certifiés par tierce partie selon les normes ci-après : CAN/CSA B137.5 Standard for Crosslinked Polyethylene Pressure Tubing Systems ASTM F876 Standard Specification for Crosslinked Polyethylene (PEX) Tubing ASTM F877 Standard Specification for Crosslinked Polyethylene (PEX) Plastic Hot and Cold Water Distribution Systems PPI TR-4 Enregistrement PPI concernant les contraintes de calcul hydrostatique et les contraintes hydrostatiques de calcul maximales recommandées pour les matériaux de tuyauterie thermoplastique. Les tuyaux PER de IPEX sont enregistrés selon PPI pour les pression et températures suivantes : 160psi à 23 C (73 F) 100psi à 82 C ( 180 F) ANSI / NSF 14 Plastics Piping System Components and Related Materials Product Certification Listing Les tuyaux PER de IPEX sont certifiés selon NSF pour utilisation dans les systèmes d'eau potable et de chauffage par rayonnement dans le plancher des habitations et des bâtiments commerciaux, y compris les maisons industrialisées. Conformité aux codes de mécanique et du bâtiment L'usage des tuyaux PER est approuvé selon les codes les plus importants d'amérique du Nord, dont le code national de plomberie du Canada, le code national des systèmes de chauffage à eau chaude du Canada, le Uniform Mechanical Code, ainsi que les codes internationaux sur la plomberie, la mécanique et les habitations, sans oublier les organismes BOCA et SBCCI. 114

17 SECTION 11 FONTE DE NEIGE ET DE GLACE PAR CHAUFFAGE HYDRONIQUE 11-1 Introduction: Les produits de chauffage hydronique de IPEX peuvent s'utiliser pour faire fondre la neige et la glace sur toutes sortes de surfaces extérieures : entrées de garage allées parcs de stationnement escaliers rampes d accès pour fauteuil roulant patios terrasses toits On a déjà utilisé le chauffage hydronique pour fonte de neige dans les installations commerciales et industrielles suivantes : lave-autos entrées d urgence d hôpitaux postes de péage plate-formes de chargement plate-formes d atterrissage pour hélicoptère barrières de sécurité tout autre surface qui doit rester exempte de neige et de glace 115

18 MANUEL D HYDRONIQUE MODERNE DE IPEX 11-2 Avantages Le chauffage hydronique pour fonte de neige et de glace offre de nombreux avantages par rapport aux méthodes traditionnelles d'enlèvement de la neige. Citons-en quelques-uns : Enlèvement de neige entièrement automatisé, sans surveillance et au moment voulu. Enlèvement de neige sans créer d'amoncellement ni de banc susceptibles d'endommager les plantes et arbustes situés à proximité. Aucun épandage de sable. Aucun épandage de sel, d'où élimination des risques d'endommagement de l'aménagement paysager situé à proximité. Revêtements de sol s également moins endommagés sous l'effet du gel, des produits chimiques utilisés pour le salage et du passage des chasse-neige. Ces derniers représentent un danger particulier lorsque le revêtement de sol est composé de briques ou de pavés. Les planchers intérieurs restent plus propres, du fait qu'on n'y transporte pas de sable ni de sel. Enlèvement total de la neige et de la glace, réduisant grandement le risque de chutes ou d'accidents de véhicules, particulièrement sur un revêtement en pente. Le risque de poursuites diminue également, surtout dans les endroits publics. En hiver, la propriété a une meilleure apparence. Possibilité de fournir l'énergie nécessaire à la fonte en utilisant pratiquement n'importe quelle sorte de combustible ou de source de chaleur Classification des systèmes Il est possible de concevoir un système de fonte de neige et de glace de plusieurs manières. Un tel système se caractérise en effet par divers paramètres, dont la puissance de chauffage transmise à la surface à dégager ainsi que le genre de commande utilisée pour déclencher et arrêter l'opération de fonte. Au cours des dernières décennies, la conception des systèmes de fonte de neige et de glace a toujours été classée en gros de la manière suivante : Systèmes de classe 1: Les systèmes de cette classe suffisent généralement au dégagement de la plupart des entrées de garage et des allées des maisons d'habitation. La puissance de chauffage transmise à la surface se situe généralement entre 80 et 125 BTU/h/pi 2 selon l'endroit considéré. Avec un système de classe 1, il y a quand même accumulation d'une couche de neige lors d'une forte précipitation, surtout lorsque le système est à commande manuelle et qu'on le met en route alors que la surface est encore froide. Cette couche de neige est en fait utile, car elle agit comme isolant entre la surface chauffée et l'air extérieur, réduisant à la fois l'évaporation et les pertes par convection. L'évaporation de l'eau de fonte exige en effet une puissance beaucoup plus élevée. Systèmes de classe 2: Ces systèmes sont généralement suffisants dans le cas des revêtements de sol que l'on retrouve aux alentours des commerces de détail et des centres commerciaux, les surfaces devant rester entièrement dégagées lors d'une forte chute de neige, même si la plupart du temps elles restent humides. La puissance de chauffage transmise se situe généralement entre 125 et 250 BTU/h/pi 2, selon l'endroit considéré. Systèmes de classe 3: Les systèmes de cette classe sont destinés aux zones à haute priorité, comme les plates-formes d'atterrissage d'hélicoptère, les postes de péage, les revêtements de sol en pente dans les parcs de stationnement, ainsi que les Puissance nominale, Btu/h/pi 2 Ville Albuquerque, NM Amarillo, TX Boston, MA Buffalo Niagara Falls, NY Burlington, VT Caribou Limestone, ME Cheyenne, WY Chicago, IL Colorado Springs, CO Columbus, OH Detroit, MI Duluth, MN Falmouth, MA Great Falls, MT Hartford, CN Lincoln, NB Memphis, TN Minneapolis St. Paul, MN Mt. Home, ID New York, NY Ogden, UT Oklahoma City, OK Philadelphia, PA Pittsburgh, PA Portland, OR Rapid City, SD Reno, NV St. Louis, MO Salina, KS Sault Ste. Marie, MI Seattle Tacoma, WA Spokane, WA Washington, D.C. Système classe Système classe Système classe (Données reproduites avec l autorisation de l ASHRAE) 116

19 SECTION 11 FONTE DE NEIGE / GLACE PAR CHAUFFAGE HYDRONIQUE zones adjacentes aux salles d'urgence d'hôpitaux. Un système de classe 3 est conçu pour faire fondre la neige au fur et à mesure qu'elle tombe et assurer une évaporation rapide de l'eau de fonte. La puissance exigée varie alors généralement de 250 à 450 BTU/h/pi 2. Ces différentes classes se distinguent surtout par la puissance de chauffage transmise à la zone à dégager. Le tableau ci-dessus indique les puissances de chauffage recommandées pour les trois classes de systèmes de fonte de neige dans plusieurs régions Directives d'installation de la tuyauterie Dans cette section, on traite des détails de mise en place d'une tuyauterie Kitec dans diverses installations de fonte de neige. Ces détails ont été soigneusement élaborés, en vue d'un bon fonctionnement du système. Dans certains cas, on peut être amené à modifier ces détails, afin de tenir compte des pratiques de conception et des exigences des codes locaux. Drainage Il est de la plus haute importance qu'une surface sur laquelle on veut dégager la neige en la faisant fondre, soit pourvue d'un bon système de drainage. La puissance d'un système de classe 1 ou de classe 2 a été établie en supposant qu'on évacue l'eau de fonte de la surface par drainage (sous forme liquide), et non par évaporation. L'évaporation de l'humidité exige en effet une puissance beaucoup plus élevée. Lorsque le drainage n'est pas suffisant, l'eau de fonte peut s'accumuler au point bas de la surface à dégager ou au point de rencontre de cette surface avec une zone non dégagée. À l'arrêt du système, l'eau accumulée peut constituer un danger en se transformant rapidement en glace. Un revêtement de sol doit avoir une pente suffisante pour drainer l'eau de fonte vers un puisard, un égout pluvial ou autre dispositif d'évacuation (vérifier les codes locaux), sans que cette eau gèle. Ne pas installer la tuyauterie d'évacuation dans la masse à chauffer, car l'eau froide drainée absorberait une partie de la chaleur transmise par le système. Il faut plutôt faire passer la tuyauterie d'évacuation à un niveau inférieur à l'isolation prévue en dessous, à l'abri du gel. Ne pas oublier qu'une tuyauterie d'évacuation de trop petit diamètre, installée dans un sol non chauffé, peut se remplir rapidement de glace, qu'il sera ensuite très difficile de faire fondre. Pour empêcher le système de drainage de geler, une méthode consiste à installer un circuit de chauffage particulier, constitué d'une tuyauterie Kitec, le long du caniveau de drainage, autour du puisard et de la tuyauterie. On prévoit souvent un caniveau de drainage au point bas d'une surface sur laquelle on veut faire fondre la neige. Lorsque cette surface est en pente vers un bâtiment, s'assurer de recueillir l'eau de fonte avant qu'elle ne s'écoule dans ce bâtiment. De la même manière, s'assurer que l'eau de fonte formée sur la surface à dégager et s'écoulant vers la rue soit évacuée par un drain avant qu'elle n'arrive sur un revêtement de sol non chauffé. La figure 11-2 illustre quelques exemples de principes de drainage. porte basculante produit d'étanchéité grille revêtement à dégager caniveau de drainage au point bas isolation par en-dessous vers le puisard revêtement à dégager drain de caniveau revêtement de la rue (non dégagé par le chauffage) isolation par en-dessous vers le puisard Figure

20 MANUEL D HYDRONIQUE MODERNE DE IPEX Ne pas oublier de discuter de l'installation de drainage avec les responsables concernés, dès le début des études du projet. Étude du sol sous-jacent : Lorsqu'il étudie un système de fonte de neige, le concepteur doit toujours évaluer l'état du sol situé sous la zone à dégager. Autrement, et pour des raisons imprévues, il peut y avoir des dégâts importants, non seulement au revêtement de sol mais également à la tuyauterie. Lorsque la nappe phréatique locale se trouve à moins de trois pieds de la surface à chauffer, il peut y avoir une très forte augmentation des pertes thermiques vers le bas. Il faut alors faire baisser le niveau de cette nappe phréatique par un drainage adéquat du sol sous-jacent. Une solution courante consiste à installer un «drain français» tout autour de la zone à chauffer. Lorsqu'il y a du roc sous la zone à dégager, il est indispensable de prévoir une pente ou un caniveau sur la surface rocheuse, afin d'évacuer l'eau de fonte qui descend par percolation. Autrement, le roc peut emprisonner cette eau sous la surface chauffée. Il est également important de prévoir un minimum de 25 mm (1") d'isolation en polystyrène extrudé, pour réduire la conduction thermique dans le roc. Un sol à faible percolation, contenant beaucoup d'argile ou de limon, retient l'humidité en hiver. Lorsque ce genre de sol (saturé d'eau) gèle, la dilatation des cristaux de glace engendre d'énormes forces, susceptibles de fissurer et de soulever le revêtement de sol situé au-dessus. Dans ce cas, prévoir sous le revêtement de sol une couche de base constituée de 150 à 225 mm (6" à 9") de pierre concassée n 2. La surface du sol sous la couche de pierre doit être en pente, de sorte que l'eau traversant cette couche puisse s'évacuer. Aplanir par damage la surface de la couche de pierre pour pouvoir ensuite installer les panneaux d'isolation. Lorsqu'on installe un revêtement sur un sol remué ou instable, poser un géotextile sur la couche de base. Ce matériau tissé très résistant assure une répartition des charges trop élevées sur une plus grande surface, empêchant la formation de dépressions dans le revêtement de sol. En effet, de telles dépressions pourraient finir par endommager la tuyauterie encastrée. Ne pas oublier qu'aucun système de fonte de neige ne peut compenser une mauvaise conception de revêtement de sol. Faire appel à des professionnels compétents pour l'étude et la planification d'un tel revêtement. Procédure d'installation dans le cas d'un revêtement de sol en béton La figure 11-3 illustre un système de fonte de neige de type courant installé dans une entrée de garage ou une allée en béton. Lorsque le sol se draine bien, la couche de base comprend généralement une épaisseur de 150 à 225 mm (6" à 9") de gravier compacté. L'humidité traversant cette couche par percolation passe ensuite dans le sol sous-jacent. Dans certains cas, on pose une membrane géotextile dans cette couche de base, pour une meilleure stabilisation. Dans un endroit au climat froid ou une installation, dans lesquels on maintient en «attente chaude» le revêtement de sol, à une température voisine du point de congélation, il est plus économique d'installer une couche d'isolation en polystyrène extrudé sur la couche de base en gravier compacté. Cette isolation réduit grandement les pertes thermiques vers le bas. Elle permet également de réduire le temps de réponse du système de fonte, lorsqu'on en a besoin, particulièrement dans un endroit au climat froid et dans lequel il n'est pas prévu de maintenir la dalle en attente chaude. Une épaisseur de 25 mm (1") (résistance R-5) suffit généralement. S'assurer que les panneaux d'isolation soient posés bien à plat sur la couche de base en gravier compacté, de sorte que le revêtement de sol soit correctement soutenu une fois chargé. Choisir la contrainte de compression de l'isolation en fonction des charges prévues sur le revêtement de sol. Dans le cas d'un revêtement de sol conçu pour une circulation modérée, choisir des panneaux d'isolation dont la contrainte nominale est de 25 psi au minimum. Lorsqu'on prévoit une circulation intensive, avec camions, installer une isolation dont la contrainte en compression nominale varie de 40 à 60 psi. On peut obtenir des recommandations auprès des fabricants sur le choix de la contrainte en compression nominale en fonction de l'utilisation prévue pour le revêtement de sol. On installe ensuite un treillis métallique ou une grille formée par des barres d'armature au-dessus de l'isolation. Prévoir un chevauchement d'au moins 150 m (6") entre les feuilles de treillis métallique, puis les fixer au moyen d'attaches en fil torsadé. On peut alors fixer la tuyauterie Kitec à l'armature en acier au moyen d'attaches en fil torsadé espacées de 1200 à 1500 mm (48" à 60"). L'espacement des tronçons de tuyauterie ne doit jamais dépasser 300 mm (12"). Avec un espacement plus grand, la neige peut ne pas fondre uniformément et le revêtement de sol ne pas être entièrement dégagé avant l'arrêt du système. Dans la plupart des cas, on recommande un espacement de 225 mm (9"). Dans un endroit où les chutes de neige sont importantes, les vents sont forts ou lorsqu'on doit réchauffer rapidement une dalle froide (non maintenue en «attente chaude»), prévoir un espacement de 150 mm (6") entre les tronçons de tuyauterie. Dans la section 11-6, on traite plus en détail de cet espacement. Prévoir des circuits de tuyauterie dont la longueur ne dépasse pas les valeurs maximales indiquées dans la section On installe généralement la partie la plus chaude du circuit dans les endroits à dégager en priorité. Dans le cas d'une entrée de garage par exemple, il faut commencer par faire fondre la neige dans la zone de roulement de l'auto, avant de la faire fondre sur les bords. Ne pas installer de tuyauterie à moins de 150 mm (6") périmètre de la surface de fonte. 118