Transmission de chaleur : des émetteurs adaptés aux 3 modes de chauffage

Comment la chaleur est-elle transmise dans toutes vos pièces de vie ?

Pour faire de votre maison un endroit agréable même en plein hiver, vous devez disposer des éléments suivants :

• Une source de chaleur : il s'agit, par exemple, d'une chaudière à condensation ou d'une pompe à chaleur ;

• Des émetteurs de chaleur : ce sont les radiateurs ou les planchers chauffants. Ils récupèrent l'énergie thermique générée par la source et la diffusent dans vos pièces de vie ;

• Une bonne isolation : sinon tous vos efforts seraient vains et vous jetteriez votre argent par les fenêtres, en même temps que les calories produites !

Les émetteurs sont parfois capables de faire du deux-en-un en produisant eux-mêmes la chaleur nécessaire (poêles ou radiateurs électriques par exemple).

Dans les autres cas, la chaleur doit être transférée de la source aux émetteurs par un système fermé spécifique, tel que le réseau de tuyauteries reliant une chaudière aux différents radiateurs hydrauliques de la maison. On parle alors de chauffage central.

En résumé, les transferts de chaleur sont partout ! Entre la source et le circuit de chauffage, entre les tuyaux et les différents émetteurs, entre les émetteurs et l'air ambiant.

Nous examinons les dispositifs de transmission d'énergie thermique dans la suite de cet article.

Quels sont les 3 types de transfert thermique ?

Quel est le principe des échanges de chaleur entre la source et l'émetteur ?

Quels sont les émetteurs compatibles avec chaque mode de transmission de la chaleur ?

Quels critères faut-il prendre en compte pour bien choisir vos émetteurs ?

Comment optimiser le fonctionnement de vos radiateurs et autres émetteurs de chaleur ?

Quels sont les trois principaux types de transfert thermique ?

Flux de chaleur, température, transfert d'énergie : définitions

Voici une explication simple des concepts importants pour mieux comprendre la suite de cet article.

La température, vous connaissez, n'est-ce pas ? C'est un premier indicateur de votre confort thermique, qui vous indique s'il fait chaud ou froid dans la pièce où vous vous trouvez.

• D'un point de vue physique, la température témoigne de l'agitation qui anime les molécules composant l'air ambiant.

La chaleur est un concept un peu différent : elle représente l'énergie thermique en mouvement, d'une zone chaude vers une zone plus froide, jusqu'au point d'équilibre, atteint quand les deux zones se stabilisent à la même température.

• C'est ainsi que vous vous réchauffez les doigts en les serrant autour de votre mug de café lorsque vous avez froid : la chaleur passe de la tasse à votre peau pour rétablir l'équilibre.

Ce transfert d'énergie thermique (ou transmission de chaleur) s'opère selon 3 modes : la conduction, la convection et le rayonnement.

La conduction thermique : transmission par contact

La conduction désigne un transfert de chaleur s’opérant par contact entre deux matériaux. Vos doigts se réchauffent au contact d'un objet chaud, un radiateur par exemple.

Certains matériaux sont plus conducteurs que d'autres. Les métaux (également bons conducteurs d'électricité) ou la pierre transmettent la chaleur de manière plus efficace que le bois ou le plastique.

C'est pourquoi vous utilisez une spatule en bois plutôt qu'une cuillère en métal lorsque vous mélangez le contenu d'une casserole très chaude.

La convection : propagation par mouvement

La convection repose sur le déplacement d'un fluide, souvent de l'air ou de l'eau.

Dans vos pièces de vie, l'air se réchauffe à proximité des radiateurs, ce qui a pour effet de l'élever. Il redescend ensuite en se refroidissant, créant une circulation qui homogénéise la température ambiante. Le phénomène est similaire dans le cas d'une casserole d'eau portée à ébullition.

Convection par rayonnement : transfert direct

L'expression désigne la diffusion de chaleur sous forme d'ondes infrarouges, sans qu'elle ne nécessite de contact direct ou de déplacement de matière.

Vous pouvez en ressentir les effets à proximité d'un poêle à bois.

Mais l'exemple le plus caractéristique de rayonnement reste celui du soleil, sans qui la Terre ne serait qu'une boule glacée : il amène la chaleur vers vos panneaux solaires ou, plus simplement, jusqu'à vos baies vitrées !

Des procédés complémentaires

Ces 3 modes de transfert de chaleur sont à l’œuvre dans votre installation de chauffage.

Prenons l'exemple d'un système de chauffage central équipé d'une chaudière gaz à condensation.

La flamme du brûleur émet de la chaleur par rayonnement. Les gaz chauds la transportent par convection vers les zones situées plus haut. Les parois métalliques transmettent l'énergie thermique par conduction vers l'eau de chauffage, qui elle-même l'achemine vers les radiateurs par convection, etc.

Quel est le principe des échanges de chaleur entre la source et l'émetteur ?

Le système de chauffage central précédemment décrit repose sur le transfert de chaleur entre la source (chaudière ou pompe à chaleur ) et les émetteurs (radiateurs à eau, plancher chauffant). L'échangeur de chaleur joue un rôle clé dans ce processus. Arrêtons-nous un instant sur son fonctionnement.

Comment fonctionne un échangeur de chaleur ?

Un échangeur de chaleur est un dispositif conçu pour transmettre l'énergie thermique entre deux fluides en système fermé sans que ceux-ci ne se mélangent. La chaleur passe d'un milieu à l'autre à travers une surface d'échange conductrice.

• Cas de la chaudière gaz à condensation

L'échangeur prend la forme d'un circuit dans lequel passe l'eau de chauffage des radiateurs. Situé dans la chambre de combustion, ses parois sont chauffées par l'action du brûleur. Le flux de chaleur est transmis à l'eau qui s'achemine vers les émetteurs (convection forcée), où elle est ensuite diffusée dans l'atmosphère ambiante (convection naturelle).

Refroidie, l'eau de chauffage revient vers la chaudière. Dans la majorité des cas, elle passe d'abord par une chambre de condensation baignée par les fumées de combustion. Ces dernières lui transmettent leur chaleur résiduelle avant d'être évacuées vers l'extérieur du logement. C'est une étape de préchauffage avant le retour vers la chambre de combustion. Cette phase aide à maximiser le rendement de la chaudière.

• Cas de la pompe à chaleur air-eau

Elle fonctionne selon les principes de la thermodynamique.

Le premier transfert de chaleur a lieu dans une unité située en dehors du logement : un échangeur y capte les calories du milieu extérieur (air, sol, eau) pour les transférer au fluide frigorigène qui circule dans ses canaux.

Ce dernier a la propriété de se vaporiser à faible température. Il est alors compressé, l'agitation des molécules augmente, de même que la quantité de chaleur transportée.

Le gaz formé parvient à un deuxième échangeur de chaleur (appelé condenseur) au niveau duquel il transmet son énergie thermique à l'eau du circuit de chauffage. Il se refroidit, retrouve sa forme liquide dans la dernière partie du cycle puis entame une nouvelle boucle.

• Cas des panneaux solaires thermiques

Les panneaux solaires thermiques intègrent un circuit contenant un fluide caloporteur possédant des propriétés adaptées (capacité à stocker et transporter une grande quantité de chaleur, stabilité thermique, résistance au gel et à l'ébullition, faible viscosité).

Le fluide est chauffé lorsqu'il circule dans les capteurs exposés aux rayons du soleil. Il est ensuite acheminé vers un échangeur de chaleur situé, le plus souvent à l'intérieur du ballon d'eau chaude de la maison (l'énergie solaire est généralement utilisée pour la production d'eau chaude sanitaire).

Après avoir transmis son énergie thermique, le fluide caloporteur peut repartir vers les panneaux solaires pour y être réchauffé.

L'importance d'un échange de chaleur optimal

Un transfert de chaleur ne se produit jamais sans pertes thermiques. Une partie de l'énergie s'enfuit toujours vers le milieu extérieur.

L'échangeur est donc étudié pour garantir une utilisation optimale du flux de chaleur produit par la source : la surface d'échange est maximisée et les matériaux sélectionnés pour leurs propriétés de conduction.

Cela vous garantit une installation de chauffage plus performante sans gaspillage d'énergie. Un bon point pour l'environnement comme pour votre budget.

Quels sont les émetteurs compatibles avec chaque mode de transmission de la chaleur ?

Si l'ensemble d'une installation de chauffage fonctionne selon une combinaison de plusieurs modes de transfert, il est intéressant de considérer celui qui caractérise en grande partie l'action des émetteurs choisis.

Chaque technologie utilisée pour diffuser la chaleur dans vos pièces fournit un confort thermique spécifique. À vous de vous orienter vers celui qui vous convient le mieux.

Chauffage par conduction

Le chauffage par conduction se base sur le contact entre un objet chaud et celui qu'il convient de réchauffer.

L'exemple le plus typique est le plancher chauffant : un serpentin d'eau chaude circule sous le revêtement et transfère l'énergie thermique sur le même principe que le radiateur hydraulique (système de chauffage central comprenant une chaudière ou une pompe à chaleur).

Mais à la différence d'un radiateur classique, il permet un contact direct entre vos pieds et les dalles chauffées du sol, vous procurant ainsi une sensation de chaleur immédiate. Vous vous sentez mieux, même si l'air de la pièce n'a pas encore atteint (par convection) la température souhaitée.

Le chauffage par le sol s'avère économique : comme la surface d'échange est importante, elle n'exige pas une température d'eau trop élevée. Idéal pour les logements bien isolés, il offre une chaleur homogène très appréciable.

Chauffage par convection

Il s'agit ici de chauffer l'air de la pièce dans son ensemble : c'est le rôle des radiateurs hydrauliques et des appareils soufflants.

Ils sont en général capables d'agir de manière naturelle : les molécules d'air s'échauffent à leur périphérie et se mettent en mouvement. La circulation ainsi créée finit par réchauffer toute l'atmosphère.

Mais le mouvement peut également être initié artificiellement, par l'intermédiaire d'un ventilateur. On parle alors de convection forcée.

Voici les émetteurs les plus courants.

• Les radiateurs à eau chaude

Nous les avons déjà plusieurs fois évoqués, ils sont très couramment utilisés et compatibles avec la plupart des systèmes fermés de chauffage central. Ils fournissent une chaleur homogène et présentent généralement une bonne inertie, permettant de conserver un flux de chaleur pendant un certain temps après arrêt de la chaudière ou de la pompe à chaleur.

• Les convecteurs électriques

Ils chauffent directement l'air qui les traverse à l'aide d'une résistance électrique. La montée en température est très rapide mais l'air est un peu sec et la chaleur disparaît dès que l'appareil est coupé. Attention également à l'envolée des factures en cas d'utilisation massive. Les convecteurs électriques constituent, en revanche, une bonne solution pour un chauffage d'appoint ou un logement de petite taille.

• Les splits avec ventilo-convecteurs

Ce sont les unités intérieures d'une pompe à chaleur de type air/air. Comme le modèle air/eau, celle-ci récupère les calories du milieu extérieur. Mais au lieu de les transmettre à une eau de chauffage, elle les envoie vers les splits qui les soufflent directement dans l'air de la pièce par ventilo-convection.

Ce système est plus économique et écologique qu'un appareil basé uniquement sur l'électricité.

Chauffage par rayonnement

Le rayonnement thermique est un type particulier de rayonnement électromagnétique, émis par tout corps dont la température est supérieure au zéro absolu (-273,15 degrés Celsius).

Bien sûr, un objet chaud sera plus efficace pour chauffer vos pièces !

Le rayonnement thermique se situe dans la gamme des infrarouges, mais à très haute température, peuvent s'ajouter d'autres longueurs d'onde : lorsqu'un métal chauffé se met à rougir, il émet, par exemple, de la lumière visible.

Ce mode de transmission offre une chaleur douce et agréable (pensez aux rayons du soleil qui vous réchauffent doucement le dos au printemps), particulièrement appréciée dans les espaces bien isolés.

Nous avons déjà cité le poêle à bois mais il existe également des radiateurs à panneaux rayonnants. Les panneaux sont des plaques métalliques chauffées par une série de résistances électriques.

Quels critères faut-il prendre en compte pour bien choisir vos émetteurs ?

Vous hésitez ? Voici les éléments à considérer avant de choisir les émetteurs de chaleur.

Adaptation au système de chauffage existant

Si vous disposez déjà d'un générateur de chaleur et que vous souhaitez le conserver, vous devez bien sûr opter pour des émetteurs compatibles :

• Chaudière : elle fonctionne avec un réseau de radiateurs à eau chaude ou un plancher chauffant hydraulique ;

• Pompe à chaleur air-eau : elle se connecte idéalement à des émetteurs basse température comme le plancher chauffant ou les radiateurs possédant une surface d'échange suffisante pour se contenter d'une eau de chauffage à 45 degrés Celsius environ. Cette association maximise l’efficacité énergétique de l'installation ;

• Pompe à chaleur air-air : elle intègre ses propres émetteurs de chaleur (les splits), dont vous pouvez choisir le nombre et la forme (murale, console, cassette plafond) en fonction de vos besoins. À privilégier si vous voulez également un mode climatisation pour l'été ;

• Chauffage électrique : Les convecteurs, panneaux rayonnants ou planchers chauffants électriques génèrent leur propre chaleur et peuvent être une bonne solution si votre logement ne possède ni chaudière ni pompe à chaleur ;

• Systèmes hybrides : vous pouvez également combiner plusieurs sources d’énergie (par exemple, une chaudière en soutien d'une pompe à chaleur dans les régions froides). Demandez alors conseil à un professionnel qui vous indiquera quels radiateurs choisir.

Isolation et configuration du logement

Les caractéristiques de votre logement influencent directement le choix des émetteurs.

• Niveau d’isolation

Dans une maison bien isolée, des émetteurs basse température comme un plancher chauffant ou des radiateurs modernes suffisent pour maintenir une chaleur homogène. Dans le cas contraire, il faudra vous orienter vers des émetteurs plus puissants (radiateurs fonctionnant avec une eau à environ 70 degrés Celsius) associés à une chaudière ou une pompe à chaleur haute température.

• Types de pièces

Dans les grandes pièces (salons, salles à manger), privilégiez des émetteurs capables de chauffer uniformément par convection, comme un plancher chauffant ou des radiateurs grande surface.

Si la hauteur sous plafond est importante, considérez également les systèmes à rayonnement pour éviter les pertes de chaleur en hauteur.

Dans les petites pièces n'exigeant pas un chauffage permanent (chambres, salles de bains), des radiateurs électriques ou sèche-serviettes peuvent être plus appropriés.

Vos priorités

Vos besoins et objectifs personnels orienteront également votre choix :

• Confort thermique

Si vous recherchez une chaleur douce et homogène, optez pour des émetteurs rayonnants ou un plancher chauffant ;

• Économies d’énergie

Les radiateurs basse consommation ou les systèmes basés sur les principes de la thermodynamique plutôt que sur la combustion (pompes à chaleur) permettent de réduire vos factures énergétiques tout en limitant votre impact environnemental ;

• Budget initial

Certains équipements, comme le plancher chauffant, nécessitent un investissement initial plus élevé, mais offrent des économies importantes à long terme. Si votre budget de départ est limité, les radiateurs hydrauliques ou électriques seront plus abordables ;

• Entretien

Les radiateurs électriques demandent peu d’entretien, tandis que les poêles ou les chaudières nécessitent des vérifications régulières.

Comme souvent, tout est affaire de compromis !

Comment optimiser le fonctionnement de vos radiateurs et autres émetteurs de chaleur ?

Vos émetteurs ne donneront leur pleine mesure qu'avec un entretien régulier et quelques optimisations simples.

Réaliser une étude de la consommation en énergie par rapport à la quantité de chaleur nécessaire

Avant d’envisager des ajustements ou des remplacements, assurez-vous de connaître l’état global de votre installation et de l'isolation du logement.

Un bilan énergétique permet de repérer les pertes de chaleur, les surconsommations et les équipements inefficaces.

C'est une étape indispensable pour évaluer précisément vos besoins en chauffage et identifier les travaux ou les réglages à effectuer.

Faire appel à un professionnel pour une pose précise

N'improvisez pas la pose des émetteurs !

Une installation mal réalisée peut provoquer d'importantes pertes d'énergie, des dysfonctionnements récurrents ou une répartition inégale de la chaleur.

Un professionnel saura positionner vos émetteurs au bon endroit (loin des courants d’air, à proximité des zones à chauffer) et veillera à ce qu’ils soient correctement raccordés.

Isoler les tuyaux

Dans un système de chauffage central, une partie de la chaleur s'échappe lors du transport entre la source et les émetteurs.

En isolant vos tuyaux avec des matériaux adaptés, vous réduirez ces pertes et augmenterez l’efficacité globale du système.

Il s'agit d'une intervention simple et peu coûteuse, mais qui peut faire une réelle différence sur le montant de vos factures.

Soigner l'entretien de l'installation

Pour garantir leur bon fonctionnement sur le long terme, un entretien régulier est recommandé.

• Purge des radiateurs : Éliminez l’air qui peut s’accumuler dans les circuits pour maintenir une diffusion homogène de la chaleur ;
• Nettoyage : l'état de surface des radiateurs et panneaux rayonnants joue un grand rôle dans leur efficacité. Pensez à les débarrasser de la poussière accumulée comme de tout objet indésirable ;
• Vérifications techniques : Pour les émetteurs spécifiques comme les planchers chauffants, un contrôle par un professionnel reste indispensable.

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