Systèmes de surfaces chauffantes et rafraîchissantes hydrauliques encastrées

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1 Systèmes de surfaces chauffantes et rafraîchissantes hydrauliques encastrées NBN EN à 5 ( ) Christophe Delmotte, ir Laboratoire Qualité de l Air et Ventilation CSTC - Centre Scientifique et Technique de la Construction Domaine d'application Norme applicable aux systèmes hydrauliques de chauffage et rafraîchissement Intégrés aux cloisons des pièces à chauffer ou à rafraîchir Installés dans des habitations, bureaux et autres constructions dont l'usage correspond ou est similaire à celui des bâtiments d'habitation Applicable aussi aux systèmes utilisant d'autres fluides caloporteurs que l'eau 2 1

2 NBN EN 1264 Partie 1: Définitions et symboles Partie 2 : Chauffage par le sol : Méthodes de démonstration pour la détermination de l'émission thermique utilisant des méthodes par le calcul et à l'aide de méthodes d essai Partie 3 : Dimensionnement Partie 4 : Installation Partie 5 : Surfaces de refroidissement et de chauffage intégrés dans les sols, aux plafonds et aux murs Détermination de la puissance thermique 3 NBN EN Définitions 4 2

3 Système de chauffage et rafraîchissement intégré Système de chauffage ou de rafraîchissement intégré dans les cloisons d'une pièce, comprenant des circuits de tubes, des circuits de distribution et un équipement de régulation Par souci de simplicité on parlera uniquement du chauffage dans la suite de l exposé 5 Système de chauffage par le sol, les murs et le plafond Système dans lequel des tubes transportant de l'eau, avec ou sans additif, comme fluide caloporteur pour le chauffage sont encastrés dans le sol, les murs ou le plafond 6 3

4 Systèmes de type A 7 Systèmes de type C 8 4

5 Systèmes de type B 9 Systèmes de type D Systèmes à plaques présentant des sections creuses se comportant comme des canaux hydrauliques 10 5

6 NBN EN Installation des systèmes de planchers chauffants 11 Conditions préalables sur la structure La mise en œuvre d un système de chauffage par le sol à eau chaude doit intervenir quand le bâtiment est hors d eau et muni de ses portes et fenêtres après l installation de toutes les autres canalisations, électriques et sanitaires sur la dalle 12 6

7 Plancher porteur Toutes les canalisations ou conduits doivent être fixés et enrobés pour constituer un support sur lequel l'isolation thermique et/ou l'isolation acoustique est mise en place avant pose des serpentins chauffants. 13 Sous-couche isolante 14 7

8 Sous-couche isolante Lors de la mise en place de la sous-couche isolante, les panneaux doivent être placés bout à bout et maintenus jointifs. La superposition de plusieurs couches se fera de manière à décaler une couche par rapport à l autre évitant ainsi la superposition des joints 15 Bande isolante périphérique Avant la réalisation de la dalle, une bande isolante périphérique (joint de bordure) doit être fermement fixée le long des murs et autres parties de bâtiments pénétrant dans la dalle comme par exemple les huisseries, piliers et colonnes montantes 16 8

9 Bande isolante périphérique La bande isolante doit aller du support jusqu à la hauteur de sol fini et permettre un mouvement de la dalle d au moins 5 mm Dans le cas de plusieurs couches isolantes, la bande isolante peut être placée avant application de la sous-couche isolante supérieure La partie haute de la bande périphérique qui dépasse au dessus du niveau du sol fini ne doit pas être coupée avant la pose du revêtement de sol et, dans le cas de revêtement de sol textile et plastique, le durcissement de la colle 17 Couche de protection Avant la réalisation de la dalle, la sous-couche isolante doit être recouverte d une couche de protection composée d un film polyéthylène d une épaisseur d au moins 0,15 mm, avec un chevauchement d au moins 80 mm, ou de tout autre moyen assurant une fonction équivalente la couche de protection doit remonter au-dessus de la bande isolante périphérique si cette dernière n incorpore pas cette fonction de protection 18 9

10 Joints Pour les dalles chauffantes destinées à recevoir un revêtement de pierre ou de carrelage, Les surfaces entre joints ne doivent pas dépasser 40 m² avec un maximum de 8 m pour la plus grande longueur. Dans le cas de pièces rectangulaires, les surfaces peuvent dépasser ces dimensions mais avec un rapport maximum de 2 sur 1 sur la longueur. Les zones irrégulières doivent être munies de joints afin d obtenir uniquement des zones rectangulaires présentant les dimensions indiquées ci-dessus. 19 Joints Il convient que les joints partent des angles, par exemple de piliers et les cheminées, c'est à dire des endroits où ont lieu des élargissements ou des rétrécissements de la dalle. Des joints de dilatations ou de fractionnement doivent être placés au niveau des passages de portes et dans les couloirs

11 Joints Un plan spécifiant l'emplacement des joints doit être fourni à l entreprise de chauffage comme élément du cahier des charges. 21 Joints Dans le cas de dalles chauffantes de type A et C les joints de dilatation et les bandes périphériques peuvent être traversés uniquement par des tubes de raccordement (tubes aller et retour du circuit) et sur un seul niveau les tubes de raccordement doivent être protégés par un manchon isolant souple d environ 0,3 m de longueur 22 11

12 Canalisations en plastique Matériaux acceptables PE-X, PB, PP, PVC-C, PE-RT, PE-MDX Systèmes de canalisations multicouches Conditions requises : conditions de service : Classe 4 conformément à l ISO ; pression de service : 4 bar ; Durée de vie = 50 ans. Il est recommandé d utiliser des tubes avec barrière anti-oxygène 23 Distributeurs - collecteurs Le distributeur-collecteur des circuits de plancher chauffant doit être placé de telle manière à obtenir des longueurs de distributions les plus courtes possibles 24 12

13 Vannes d'arrêt et dispositifs d'équilibrage Chaque circuit doit comporter deux vannes d'arrêt et un organe d'équilibrage Les fonctions d équilibrage et d arrêt doivent être indépendantes Afin de permettre le contrôle automatique ou manuel de la température, un circuit au moins doit être installé par pièce 25 Sécurité En mode chauffage, un dispositif de sécurité, indépendant du système de régulation, fonctionnant même en l'absence de courant, doit couper impérativement la fourniture de chaleur dans le circuit du plancher chauffant de telle sorte que la température autour des éléments chauffants ne dépasse jamais 55 C dans le cas de dalles de ciment ou de sulfate de calcium 26 13

14 Zone de garde Les tubes sont placés à plus de : 50 mm des structures verticales ; 200 mm des conduits de fumées et des foyers à feu ouvert, trémies ouvertes ou maçonnées, cages d'ascenseur. 27 Rayon de courbure & Assemblages Utiliser uniquement un rayon de courbure égal au rayon de courbure des tubes recommandés par le fournisseur du système. Tous les assemblages intégrés dans la dalle d'enrobage du plancher chauffant doivent être reportés sur les plans des ouvrages

15 Fixation des tubes Les tubes et leurs systèmes d attache doivent être fixés de manière à ce qu ils conservent leur position verticale et horizontale prévue Le fabricant doit spécifier la distance maximale autorisée entre les fixations L'expérience a montré que des systèmes avec attaches individuelles nécessitent un espacement d'environ 50 cm 29 Essai d étanchéité Avant coulage de la dalle d'enrobage, l'étanchéité des circuits de chauffage doit être vérifiée par une pression d'épreuve La pression d épreuve doit être au minimum de 4 bar et au maximum de 6 bar pour les systèmes standards L absence de fuite et la pression d essai doivent être spécifiées dans un rapport d essai 30 15

16 Mise en chauffe initiale Cette opération est réalisée 21 jours après le coulage d une dalle béton 7 jours après le coulage d une chape à base de sulfate de calcium 1 jour après le coulage d une dalle d asphalte. 31 Mise en chauffe initiale La première mise en chauffe commence avec un fluide à une température comprise entre 20 C et 25 C doit être maintenue pendant au moins trois jours. Ensuite, la température maximale de service doit être maintenue pendant au moins 4 jours supplémentaires La procédure de mise en chauffe doit faire l'objet d'un rapport 32 16

17 NBN EN Installation des systèmes de surfaces chauffantes hydrauliques intégrées aux plafonds et aux murs 33 Conditions spécifiques Les spécifications relatives aux systèmes de planchers chauffants peuvent s'appliquer Les paragraphes spécifiques contiennent uniquement des exigences supplémentaires ou modifiées lorsque nécessaire 34 17

18 Conditions préalables sur la structure Les systèmes chauffants peuvent être mis en œuvre sur ou dans les murs ou les plafonds réalisés dans des matériaux légers de maçonnerie, béton ou préfabriqués. 35 Exigences les murs ou les plafonds doivent être structurellement capables de supporter le système, tous les câbles électriques, les conduits ou les tubes de distribution doivent être installés et soumis à essais avant la mise en service du système chauffant si les murs ou les plafonds comportent des joints de construction, les mesures appropriées doivent être identifiées et mises en œuvre avant la mise en service du système chauffant, dans tous les cas, les fenêtres et les portes extérieures doivent être installées avant la poursuite des travaux 36 18

19 Isolation thermique L'isolation peut être divisée en plusieurs couches Par exemple, une couche directement derrière le système et une couche en isolation extérieure du mur 37 Température maximale de l eau de chauffage Températures recommandées plâtre à base de gypse ou de chaux : 50 C plâtre en mortier de terre crue : 50 C plâtre à base de ciment et de chaux : 70 C élément préfabriqué en plâtre dur : 50 C 38 19

20 NBN EN Chauffage par le sol Détermination des courbes caractéristiques et des courbes limites 39 Comme pour les radiateurs Les fabricants de systèmes de chauffage par le sol doivent fournir les courbes d émission calorifique de leurs produits Courbes caractéristiques Courbes limites Selon la norme NBN EN Par calcul (types A, B, C et D) Par essai (autres types) 40 20

21 Courbe caractéristique de base Relation entre l émission surfacique et la différence de température entre la surface et l ambiance indépendante du système de chauffage applicable à toutes les surfaces chauffantes 41 Calcul de l émission surfacique L émission surfacique q (W/m²) est proportionnelle à la différence H (K) entre la température (moyenne) du fluide chauffant et celle de la pièce q K H n H V R H V i ln R i V Température de départ de l eau R Température de retour de l eau i Température ambiante K H Coefficient de transmission thermique équivalent n =

22 Parallèle avec les radiateurs - EN 442 Émission calorifique a m n 1 2 m 1 a ln 2 a L exposant n quantifie la part convective de l émission du corps de chauffe plus la part convective est grande, plus n est élevé n est généralement compris entre 1.20 et Formule simplifiée Une formule simplifiée pourra être utilisée, sous certaines conditions, lors du dimensionnement H V R 2 i 44 22

23 Coefficient de transmission thermique équivalent K H Dépend de différents paramètres type de système (A, B, C ou D) résistance thermique R,B du revêtement de sol couche située au-dessus du tube épaisseur et conductivité thermique tube diamètre extérieur et conductivité thermique pas du tube (entraxe) diffuseurs de chaleur contact entre les tubes et les diffuseurs de chaleur ou la dalle Formules de calcul dans la norme NBN EN Courbes caractéristiques Pour chaque système il convient de fournir les courbes caractéristiques Pour chaque pas T Pour chaque épaisseur s U au-dessus du tube Pour 4 résistances thermiques R,B du revêtement de sol m².k/w 46 23

24 Courbes caractéristiques exemple pour un pas et une épaisseur donnée arctan K H (R,B = 0.15) 47 Limites de l émission surfacique Différence maximale admissible entre la température de surface et la température ambiante Zone de séjour 9 K Zone périphérique 15 K 48 24

25 Limites de l émission surfacique Valeurs maximales possibles de l émission surfacique q G,max pour une distribution isotherme de température de surface courbe caractéristique de base q G,max = 8.92 (29 20) 1.1 = Limites de l émission surfacique 50 25

26 Limites de l émission surfacique En réalité, la température de surface n est pas parfaitement homogène (isotherme) Les limites de l émission surfaciques q G sont un peu plus basses que les valeurs maximales possibles q G,max Formules de calcul dans la norme NBN EN Limites de l émission surfacique 52 26

27 Valeurs normalisées Émission surfacique normalisée q N Différence de température normalisée entre le fluide chauffant et la pièce N 53 Exemple de courbes 54 27

28 Exemple de tableau 55 Influence de la résistance thermique du revêtement de sol R,B Pour une même émission surfacique une résistance thermique plus élevée nécessite une température d eau plus élevée 56 28

29 Influence du pas du tube T Pas plus grand Émission surfacique limite plus faible Même émission surfacique Pas plus grand Température d eau plus élevée 57 Emission surfacique vers le bas q U 1 R U R O q q U émission surfacique vers le bas q émission surfacique du chauffage par le sol R U résistance thermique partielle basse du plancher chauffant R O résistance thermique partielle haute du plancher chauffant i température ambiante de la pièce chauffée par le sol u température ambiante sous la pièce chauffée par le sol i u 58 29

30 R O 1 R, B su U 1/ = m².k/w R U R, ins R, ceiling R, plaster Ra, ceiling R a,ceiling = 0.17 m².k/w R,ins = s ins / ins (insulation)

31 NBN EN Dimensionnement Chauffage par le sol 61 Calcul de l émission surfacique Pour chaque pièce desservie par le chauffage par le sol Q N,f Déperdition calorifique (NBN EN 12831) A F Surface du plancher chauffant q des Émission surfacique de calcul q des Q A N, f f 62 31

32 Température de départ de l eau Déterminée pour la pièce ayant la plus haute valeur d émission surfacique q des On ne tient pas compte de la salle de bain q max = max [q des ] Compte tenu du système choisi et de l épaisseur au-dessus du tube Choisir un pas pour lequel q max q G Pour le revêtement de sol des pièces de séjour on considère R,B = 0.1 À défaut d information plus précise 63 Température de départ de l eau 64 32

33 Température de départ maximale de l eau Différence de température maximale autorisée entre le départ et la pièce V,des H,G + Température de départ maximale autorisée V,des H,G i Tenir compte des possibilités techniques du générateur de chaleur et des limites de sécurité 65 Température de départ maximale de l eau 66 33

34 Température de départ minimale de l eau La température de départ ne saurait être inférieure à la température moyenne nécessaire Il faut garder une chute de température minimum entre le départ et le retour V,des H,des Température de départ de l eau Pour la pièce avec q max Choix de V,des H,G Température de départ V,des = V,des + i Chute de température de l eau de chauffage V,des - H,des = des /2 des = 2 ( V,des - H,des ) Vérifier que des / H,des < 0.5 Sinon formules un peu plus complexes 68 34

35 Température de départ de l eau 69 Température de départ de l eau Pour les autres pièces Température de départ = V,des Chute de température de l eau de chauffage j = 2 ( V,des H,j ) Vérifier que j / H,des < 0.5 Sinon formules un peu plus complexes 70 35

36 Température de départ de l eau 71 Détermination du débit d eau Puissance thermique totale d'un système de chauffage par le sol Émission surfacique vers le haut q Émission surfacique vers le bas q U Débit d eau [kg/s] m H A c w F q qu V R A F q q c w U q U 1 R U R O q i u 72 36

37 Détermination du débit d eau Débit d eau [kg/s] c w = 4190 J/(kg.K) m H Débit d eau [kg/h] m H AF q qu AF q qu V R AF q qu AF q qu V R 73 Zone périphérique Si la valeur q max ne peut être obtenue avec le système choisi, il est recommandé d inclure une zone périphérique avec une température de surface plus élevée (jusqu'à un maximum de 35 C) située généralement le long des parois externes d'une pièce avec une largeur maximale de 1 m ou de prévoir des équipements de chauffage supplémentaire 74 37

38 Exemple Local 1 20 C 20 m² 1400 W 70 w/m² 75 Exemple Local 1 20 C 20 m² 1400 W 70 w/m² T = 200 mm H,des = 22 C H,G = 25 C V,des = 27.5 C V,des = 47.5 C V,des = 24.5 C V,des = 44.5 C V,des = 46 C 76 38

39 Exemple Local 1 20 C 20 m² 1400 W 70 w/m² T = 200 mm H,des = 22 C V,des = 46 C V,des = = 26 C des = 2 (26-22) = 8 C R,des = 45 8 = 37 C 77 Exemple Local 1 20 C 20 m² 1400 W 70 w/m² 140 W (vers le bas) Débit d eau [kg/h] = ( ) / (46-38) = 165 kg/h Longueur du tuyau 20 m² / 0.2 m = 100 m 78 39

40 NBN EN Chauffage par le plafond ou les murs 79 Chauffage par le plafond ou les murs Les courbes caractéristiques établies pour le chauffage par le sol (NBN EN ) q K H n H doivent être adaptées au chauffage par le plafond ou les murs (NBN EN ) 80 40

41 Adaptation des courbes K H Coefficient de transmission thermique équivalent adapté en fonction de R résistance de transfert de chaleur supplémentaire R,B résistance thermique du revêtement de sol K H,Floor Coefficient K H pour le chauffage par le sol avec R,B = 0 K * H,Floor R,B = Adaptation des courbes 82 41

42 Adaptation des courbes q Chauffage par le sol H q Chauffage par le plafond H 83 Chauffage par le plafond Dans les conditions habituelles Température moyenne maximale du plafond F,m = 29 C Limite de puissance spécifique q G = 59 W/m² Prise en compte de la position inversée de la structure Résistances de transfert sur les surfaces 1/ = m².k/w R a,ceiling = 0.10 m².k/w 84 42

43 Chauffage par les murs Température moyenne maximale des murs F,m = 40 C Limite de puissance spécifique q G = 160 W/m² Prise en compte de la position inversée de la structure Résistances de transfert sur les surfaces 1/ = m².k/w R a,arrière = 0.13 m².k/w (pièces adjacente) R a,arrière = 0.04 m².k/w (extérieur) 85 Guidance Technologique Éco Construction et Développement Durable en Région de Bruxelles Capitale Thèmes prioritaires : Énergie et bâtiments Rénovation et entretien des murs et façades Confort acoustique Accessibilité des bâtiments Utilisation durable des matériaux Prospection d innovations Technology watch (en coopération avec le SIRRIS) Mobilité durable (en coopération avec le CRR) Mission : Soutiens techniques directs et multidisciplinaires Information et formation collective Prospection, diffusion et stimulation à l'innovation Bénéficiaires : L'ensemble des entreprises bruxelloises du secteur de la construction Boulevard Poincaré, Bruxelles En collaboration avec la Confédération de la Construction Bruxelles-Capitale Subsidiée par la Région de Bruxelles-Capitale via InnovIRIS info@bbri.be (0) (0)