CHAUFFAGE PAR AIR CHAUD

PRINCIPE DU CHAUFFAGE PAR AIR CHAUD

Le chauffage d'ambiance peut avoir différents objectifs. Il s'agit parfois de maintenir des machines, des stocks ou des équipements à une certaine température. Plus généralement, c'est le confort des occupants du local qui est recherché.

Pour une personne, la sensation de confort thermique est fonction non seulement de la température de l'air ambiant, mais également de son humidité, de sa pureté, de son mouvement, ainsi que de la température des parois du local occupé. Ce sont donc ces caractéristiques qu'il faudra contrôler pour obtenir le confort désiré.

Le principe du chauffage à air chaud consiste à porter et à maintenir l'air ambiant à la température souhaitée, en le mélangeant avec l'air chaud produit par un générateur. Le chauffage par air chaud agit sur le facteur qui conditionne le plus le confort : la température de l'air.

Il permet, par nature, d'assurer un confort incontestable. Par la variété des procédés qu'il offre, il apporte une solution à de nombreuses situations de chauffage et de ventilation et s'applique à une grande variété de configurations : locaux plus ou moins isolés ou étanches, de hauteur variable, de destinations variées (ateliers, salles de sports, grandes surfaces, halls de foires, expositions), dans des conditions d'économie répondant à toutes les exigences d'occupation ou d'activité.

Pour bien utiliser l'énergie dans les installations de chauffage par air chaud, il convient tout d'abord de limiter les déperditions thermiques, en particulier les déperditions par transmission en soignant l'isolation du bâtiment, son étanchéité à l'air, et en dimensionnant correctement le renouvellement d'air (air hygiénique, besoin pour le process).

En général, il est relativement facile de renforcer l'étanchéité des bâtiments tertiaires. Cette amélioration de l'isolation doit être une préoccupation importante pour les utilisateurs d'un matériel de chauffage par air chaud. En effet, il y a lieu de veiller à limiter au maximum les fuites d'air chaud  notamment dans les parties élevées des bâtiments où des phénomènes de tirage peuvent générer des déperditions importantes (tout se passe comme si l'air chaud était extrait directement vers l'extérieur sans avoir été utilisé pleinement). Le but est de limiter les renouvellements d'air au minimum compatible, tout en maintenant le niveau désiré d'hygiène des locaux.

Il faut de plus éviter, particulièrement dans les bâtiments de hauteur importante, la stratification des températures qui a tendance à se produire naturellement.

L'écart de température de l'air entre les niveaux du sol et de la toiture pourrait atteindre une dizaine de degrés voir plus dans les cas les plus défavorables. Dans le cas où rien ne serait mis en œuvre pour pallier ce défaut, les surconsommations résultantes pourraient être très importantes.

Les constructeurs de générateurs et de diffuseurs d'air chaud connaissant bien ce problème, ont conçu des matériels qui offrent les moyens de réduire de façon considérable cet inconvénient (tels que les déstratificateurs et la modulation du débit de soufflage). Pour tous les systèmes convectifs, le mode de distribution de l'air est déterminant de la qualité d'une installation.

Le générateur d'air chaud crée, par construction, des mouvements d'air par le jeu de la reprise et du soufflage, ce qui est indispensable pour homogénéiser les températures. La portée d'air verticale de l'appareil est un élément important dans la conception de l'installation.

Une bonne diffusion de l'air chaud et un brassage augmenté permettent de réduire le phénomène de stratification. Un autre moyen disponible pour limiter les effets de la stratification est de diminuer la température de soufflage (rendu possible par la diminution des déperditions  et/ou la modulation de la puissance des appareils).

Une nouvelle génération d'appareils, prenant en compte ces nécessités est apparue ces dernières années. Leurs caractéristiques sont les suivantes:

• température de soufflage relativement basse,
• débit de soufflage augmenté, permettant un rebrassage important,
• brûleurs modulants
• appareils à condensation

L'évolution des matériels montre que cette technique, qui bénéficie déjà de l'expérience accumulée par les constructeurs, fera encore l'objet de nouveaux progrès.

AÉROTHERME A GAZ

Description de l'installation

Le chauffage et la diffusion de l'air sont assurés par des aérothermes à gaz suspendus soit sur le pourtour du bâtiment, soit en partie centrale. Il s'agit d'une solution décentralisée.

L'aérotherme à gaz est destiné à chauffer uniquement le local où il est installé. L'air à réchauffer provient de l'intérieur du local, ou directement de l'extérieur s'il s'agit également d’assurer le renouvellement d'air.

En période d'été, le seul fonctionnement des ventilateurs peut procurer un brassage d'air agréable.

Réglementation dans les locaux recevant du public (ERP)

Les installations de chauffage par aérotherme à gaz doivent être conformes aux dispositions de l'arrêté du 23 juin 1978 concernant les installations de chauffage, et de plus, respecter les articles CH et GZ du règlement de sécurité contre l'incendie relatif aux établissements recevant du public.

Spécifications techniques

FONCTIONNEMENT

Le fonctionnement de l'appareil est pris en charge par la régulation. L'allumage peut être commandé à distance, à partir d'un tableau contrôlant tous les appareils d'un même bâtiment, mais chacun possède sa propre régulation.

Cette régulation de la température de soufflage est assurée par un thermostat. Une temporisation ou un thermostat de ventilateur fait démarrer celui-ci uniquement lorsque l'échangeur atteint une certaine température et l'arrête après refroidissement (post-ventilation de l'échangeur). Les aérothermes à gaz fonctionnent en recyclage, en mélange air neuf / air repris, ou en tout air neuf.

CARACTÉRISTIQUES TECHNIQUES DU MATÉRIEL

Un aérotherme à gaz comprend essentiellement trois parties, correspondant aux trois fonctions primaires :

• production de chaleur,
• échange de chaleur,
• soufflage d'air chaud (diffusion de chaleur).

Ces trois parties sont :

• Le brûleur, monorampe ou à flammes multiples. Il peut être de type atmosphérique, à pré-mélange partiel ou total. Le brûleur et ses accessoires forment un ensemble facilement amovible.
• L'échangeur comprend plusieurs éléments assemblés entre eux. Il est réalisé en acier aluminé ou en acier inoxydable. L'acier inoxydable peut être obligatoire selon les caractéristiques de l'air repris (températures basses, humidité, ambiance agressive....)..
• Le ventilateur, situé généralement en partie arrière de l'appareil, est hélicoïde dans le cas ou l'air chaud est soufflé directement dans l'ambiance et centrifuge dans le cas d'une distribution ou d'une reprise par gaines (pression statique nécessaire de 5 à 40 mm CE, soit 0,5 à 4 mbar).

Ces différents éléments sont habillés par une jaquette en tôle d'acier peinte ou en acier inoxydable.

Au soufflage de l'aérotherme, un système de volets directionnels horizontaux et éventuellement verticaux permet d'orienter le soufflage. Un thermostat de sécurité assure la limite haute de température par fermeture de la vanne gaz (insuffisance de débit d'air ou autre cause de surchauffe).

En partie haute, le système d'évacuation des produits de combustion permet une sortie verticale en toiture, ou horizontale au travers des murs.

Les aérothermes à circuit de combustion étanche (à ventouse) disposent de deux conduits séparés (système bi-tubes) ou concentriques (les produits de la combustion sont évacués par le conduit central, tandis que l'air comburant est amené par le conduit concentrique externe).

Rendement utile avec évacuation des produits de combustion à l'extérieur du local :

• classique à tirage naturel de 80 à 85 % PCI,
• classique à tirage forcé de 88 à 92 % PCI,
• modulation de 92 à 94%
• à condensation jusqu'à 105 % PCI.

Comme tous les appareils décentralisés, le rendement effectif est supérieur au rendement de combustion car les conduits d'évacuation des produits de combustion continuent à échanger à l'intérieur du volume à chauffer jusqu'à la pénétration en toiture.

L'élévation de température est comprise entre 10 et 55 K suivant les modèles et le débit d'air.

• de 10 à 120 kW (la puissance unitaire utile est limitée à 35 kW pour les ERP).

Implantation, mise en œuvre

L'aérotherme à gaz, avec sa faible température de soufflage, son taux de brassage important, sa vitesse de soufflage modérée, est une technique de chauffage permettant d'obtenir un bon niveau de confort dans des bâtiments de faible ou moyenne hauteur, étanches et bien isolés.

Ces appareils de petite et moyenne puissance peuvent être utilisés à la demande dans des locaux divisés où chaque utilisateur peut fixer les conditions de fonctionnement et de confort qu'il souhaite.

Les aérothermes à gaz sont généralement accrochés à une hauteur de 3 à 4 m du sol, selon les modèles. La diffusion de l'air chaud se fait le plus souvent par soufflage direct.

La portée d'air horizontale augmente proportionnellement à la vitesse de soufflage et à la puissance de l'appareil. Elle est de 12 à 45 m pour des vitesses de 4 à 6 m/s pour une hauteur de suspension de 2,50 à 5 mètres.

Les aérothermes sont le plus souvent installés selon trois dispositions au choix :

• sur le pourtour, en dirigeant le soufflage de chaque appareil vers le suivant
• sur le pourtour, en dirigeant le soufflage vers le mur opposé, en disposant les aérothermes en quinconce
• en partie centrale, en dirigeant le soufflage vers les murs

Le chauffage par aérothermes gaz des entrepôts couverts soumis à déclaration ou à autorisation servant au stockage de matières combustibles est interdit. Il en est de même pour certains types d'établissement recevant du public comme par exemple les stockages et réserves des centres commerciaux, les structures gonflables, etc.

De même, il n'est pas recommandé d'installer des aérothermes dans des locaux non soumis à déclaration mais contenant cependant des matières inflammables et en particulier :

• dans des locaux contenant des vapeurs de produits volatiles chlorés, tels que trichloréthylène, perchlor, tétra, etc.
• dans des locaux où règnent en forte teneur, des poussières combustibles,
• dans des locaux exagérément humides et présentant de ce fait, des dangers électriques.

Cependant, les aérothermes à circuit étanche dit à «ventouse» sont plus adaptés aux ambiances polluées et peuvent être installés dans des locaux à risques, l'air comburant est pris à l'extérieur du local.

L'entreprise prendra soin à la fin du chantier de régler les volets directionnels pour orienter le soufflage. Dans le cas d'aérothermes avec ventilateur centrifuge pour soufflage par gaines, les règles à respecter sont celles de la diffusion d'air. On vérifiera cependant que la pression statique disponible au ventilateur est suffisante. L'aérotherme est prévu pour être raccordé à un conduit d'évacuation des produits de combustion.

Les distances à respecter pour la mise en place d'un aérotherme à gaz sont en général les suivantes (à confirmer avec le constructeur) :

• hauteur du bas de l'appareil par rapport au sol à partir de 2,50 mètres,
• distance entre les parois de l'appareil et le mur : 0,70 mètres,
• distance entre la partie arrière de l'appareil et le mur : 0,50 mètres minimum.

Toutes ces dimensions ne constituent que des minima. En fait, plus l'aérotherme se trouvera éloigné des murs, mieux il assurera la circulation de l'air destiné au chauffage.

D'autre part, la place disponible entre l'arrière de l'appareil et le mur, doit permettre un accès facile pour les raccordements et les opérations de réglage et d'entretien.

L'installateur devra placer un robinet de commande pour chaque appareil et une vanne générale à l'entrée du local. La pression minimum de gaz est de 20 mbar.

Il est vivement recommandé d'installer, à l'entrée de l'appareil, un filtre à gaz qui évitera les inconvénients d'une obstruction de l'alimentation de l’électrovanne.

Le raccordement doit être réalisé en matériau spécifique gaz (aluminium, acier inox,...) et doit respecter les préconisations du constructeur. Si le conduit d'évacuation des produits de combustion traverse une zone froide, il faut veiller à le calorifuger pour éviter les condensations. Ne jamais réduire la section de l'évacuation des produits de la combustion par rapport au diamètre de sortie de l'appareil.

Le raccordement comporte, en principe, l'amenée du courant en 230 VAC monophasé (sauf appareils spéciaux conçus pour courant triphasé 230/400 VAC) avec l'amenée obligatoire d'un fil de terre à l'appareil. Le régime de neutre sera de type TT (0 Volt permanent entre neutre et terre), ou équipé d'un transformateur d'isolement (s’il n’est pas prévu par le fabricant).

Sélection du matériel

Pour une bonne homogénéité de la température dans le local à chauffer ou pour obtenir la température de confort dans une zone déterminée, le nombre et l'emplacement des aérothermes seront choisis en fonction de leurs portées.

Le nombre final d'aérothermes installés dépend  principalement de la qualité du confort demandé en terme d'acoustique et de thermique.

Plus ces exigences de confort seront fortes et plus la puissance / débit unitaire des aérothermes sera faible (appareils de petite puissance avec des vitesses d'air faibles).

Exploitation

Les aérothermes gaz ne nécessitent qu'un entretien réduit. Toutefois, dans un souci de sécurité, de bon fonctionnement et de rendement optimal, un entretien annuel est nécessaire. Il présente un caractère règlementaire dans les locaux recevant du public.  Les  polices d'assurances en font, en général, une obligation contractuelle pour l'ensemble des bâtiments.

Cet entretien consiste à vérifier, nettoyer et contrôler. Il doit être confié à des professionnels qualifiés et exécuté suivant les prescriptions décrites dans les notices d'utilisation et d'entretien. Il consiste pour l'essentiel à effectuer les opérations suivantes :

ENTRETIEN CONCERNANT LA STRUCTURE DE L'APPAREIL

• vérification des points de fixation et des systèmes d'accrochage sur l'appareil,
• dépoussiérage général de l'appareil,
• nettoyage des faces interne et externe du déflecteur,
• nettoyage de (des) l'orifice(s) d'admission d'air primaire,
• contrôle de l'état des tubes, nettoyage.

ENTRETIEN CONCERNANT LE BRÛLEUR

• contrôle de la pression du gaz,
• nettoyage du filtre à gaz,
• nettoyage, réglage (ou remplacement si nécessaire) des électrodes d'allumage et d'ionisation,
• contrôle du fonctionnement du boîtier de sécurité,
  • contrôle d'étanchéité de la ligne gaz (entre la vanne d'arrêt individuelle et l'électrovanne).

ENTRETIEN CONCERNANT L’EXTRACTEUR

• nettoyage,
• vérification du dispositif de contrôle du système de ventilation,
• ramonage obligatoire du conduit de cheminée.

ESSAIS

Vérification du bon fonctionnement:

• contrôle de la tension d'alimentation et de la polarité phase/neutre,
• de la sonde d'ambiance, du régulateur et du thermostat d'ambiance,
• de l'horloge de programmation,
• de l'armoire électrique de commande,
• de l'électrovanne,
• de l'allumage,
• des sécurités.