CHAUFFAGE par RAYONNEMENT GAZ

PRINCIPE DU CHAUFFAGE par RAYONNEMENT

A une température supérieure au zéro absolu, tout objet émet de l'énergie sous forme d'un rayonnement électromagnétique. Cette émission prend naissance du fait de la vibration des atomes de ce corps, provoquée par l'excitation thermique à laquelle ils sont soumis.

Ce rayonnement infrarouge se propage sans support matériel, en ligne droite, à la vitesse de la lumière (300 000 km à la seconde), dans le vide. Lorsqu'il atteint un corps, une partie du rayonnement est réfléchie, l'autre partie est absorbée et transformée en chaleur. Un bon exemple est celui du skieur sur la neige qui, par une température extérieure très basse, a une sensation de chaleur et de confort sous les rayons du soleil. L'exemple le plus classique de ce mode de transmission de chaleur est celui du flux énergétique considérable que la terre reçoit du soleil de cette façon.

Le chauffage par rayonnement procure le confort nécessaire aux occupants d'un local, tout en laissant les parois, ainsi que l'air ambiant, à une température plus basse que dans le cas d'un chauffage traditionnel. C'est l'origine des économies d'exploitation que procure ce mode de chauffage.

L'énergie rayonnée, émise sous forme d'ondes électromagnétiques, se répartit en intensité variable en fonction des longueurs d'ondes : plus la longueur d'onde est faible, plus le
rayonnement est pénétrant :

λ ≥ 5μ                        absorption de la chaleur en surface

1,5μ ≤ λ ≤ 5μ          absorption par l'épiderme et le derme

0,76 μ ≤ λ ≤ 1,5μ   absorption en profondeur

En pratique, l'émission se fait avec les longueurs d'onde comprises entre 2 et 8 microns, ce qui correspond à des températures d'émetteur de 100 à 1000 °C : plus la température de l'élément rayonnant est élevée, plus est élevé le rapport :

Quantité de chaleur rayonnée

Quantité de chaleur totale.

Ce rapport est appelé : « facteur de rayonnement ». Avec ce type de chauffage, ce sont donc les occupants d'un local, ou les matériaux qui y sont entreposés qui sont seuls chauffés. L'augmentation de la température de l'air n'est qu'un phénomène secondaire de restitution de l'énergie par convection.

Ce type de chauffage, par rayonnement infrarouge, est adapté au chauffage généralisé des grands volumes, au chauffage partiel de zone et au chauffage de poste de travail.

PANNEAUX RADIANTS LUMINEUX

Description de l'installation

L'émission de chaleur est assurée par panneaux radiants gaz. Les panneaux sont suspendus horizontalement ou inclinés en sous-face de la toiture ou fixés en applique sur les parois.

Spécifications techniques

FONCTIONNEMENT

A la mise en route de l'appareil, la dépression créée par l'injection du gaz dans un tube venturi entraîne la quantité d'air nécessaire à la combustion.

Le gaz et l'air de combustion, bien répartis à l'intérieur d'une chambre de mélange, traversent des céramiques percées de canaux calibrés. Simultanément, un train d'étincelles provoque l'allumage du mélange air/gaz permettant ainsi la montée en température des  céramiques, (matériau réfractaire) qui diffusent le rayonnement infrarouge perpendiculairement à sa surface émettrice.

La surface de plaquettes de céramique atteint sa température nominale en quelques minutes. Le contrôle de flamme s'effectue en permanence, soit par thermocouple, soit par ionisation.

Les appareils fonctionnent automatiquement soit en groupe (pilotés par des systèmes de régulation centralisés), soit individuellement .Certains modèles peuvent fonctionner en double allure.

CARACTÉRISTIQUES TECHNIQUES DU MATÉRIEL

Les panneaux radiants sont des émetteurs lumineux caractérisés par une combustion externe s'effectuant sur une surface céramique portée à environ 900 °C.

Ils sont constitués de :

• un injecteur(s) avec un orifice calibré permettant de débiter la quantité de gaz nécessaire à la puissance nominale.
• un système venturi permettant par sa forme étudiée, une admission naturelle d'air comburant.
• une chambre de mélange permettant une bonne homogénéité du mélange air/gaz.
• des plaquettes de céramique juxtaposées.
• un écran anti-convection.
• les systèmes d'allumage et de sécurité de flamme.
• un réflecteur.
• un système d'accrochage.

GAMME DE PUISSANCE

• panneaux lumineux : de 4 à 45 kW

PERFORMANCE

• rendement de 100 % PCI avec émission des produits de combustion à l'intérieur du local,
• Facteur de rayonnement de 55 à 80% (le reste d'émission en convection).

Implantation, mise en œuvre

La puissance unitaire des panneaux n'est pas limitée, il conviendra cependant en ERP de ne pas dépasser 400 Watts de puissance calorifique par mètre carré de surface du local. Les panneaux radiants lumineux sont le plus souvent utilisés dans des bâtiments tels que :

• ateliers de réparation automobile, et poids lourds
• halls de sport,
• entrepôts d’usines,
• bâtiments militaires,
• ateliers construction et de réparation navals, ferroviaire
• halls de production
• ateliers d’usinage et d’entretien
• établissements de cultes.
• terrasses de brasseries et restaurants
• etc.

Les panneaux radiants lumineux doivent être installés à une hauteur supérieure à 3 mètres, (hors terrasse). Ils sont généralement disposés entre 5 et 20 mètres de hauteur. La puissance unitaire de chaque radiant sera définie en adéquation à la hauteur possible de fixation. Les panneaux seront suspendus sur les parois des bâtiments par chaînes ou par supports rigides.

Les panneaux sont surmontés de réflecteurs qui renvoient le rayonnement vers le bas. Le chauffage est donc directif. Seules les surfaces "éclairées", c'est-à-dire situées dans l'angle du rayonnement sont chauffées.

Les émetteurs peuvent être disposés pour assurer le chauffage d'une ou plusieurs zones. Dans le cas d'un chauffage général du local, les zones "éclairées " se recoupent, pour obtenir un éclairement homogène au niveau du sol. Les angles et les positionnements préconisés par le constructeur et le bureau d'études doivent être impérativement respectés.

La température ambiante est mesurée par une sonde de température positionnée idéalement à une hauteur de 1,5 mètre.

Les parties susceptibles d'être détériorées par la chaleur  se doivent d être protégées thermiquement.

Pour être certain de réaliser une installation présentant toutes les garanties de sécurité, il convient de suivre les distances de sécurité inscrites dans les notices du fabricant et pour les établissements recevant du public celles indiquées dans l'article CH 53 du règlement de sécurité contre l'incendie seront à respecter.

Ventilation  et évacuation des produits de la combustion

En règle générale, les produits de la combustion sont mélangés à l'air ambiant et participent au chauffage des locaux (rendement de 100 % PCI). Ils sont extraits par le système de ventilation.

La ventilation des locaux peut être naturelle ou mécanique, selon les spécifications de la norme NF EN 13410.

Raccordement gaz

L'installation doit disposer d'un robinet de commande de l'alimentation en gaz par brûleur et d'une vanne manuelle placée à l'entrée du local. Il est conseillé, pour faciliter la mise en service de l'installation, de placer une vanne en extrémité du réseau gaz intérieur de manière à purger les canalisations à l'air libre. Les panneaux radiants sont alimentés par une canalisation rigide, toutefois, ils peuvent être également raccordés à l'aide de tuyaux flexibles métalliques conformes à la norme NFD36-123 pour les établissements recevant du public et à NFD 36-121 pour tous  autres locaux.

Les panneaux radiants sont réglés pour fonctionner en basse pression 18-25 mbar. Dans le cas d'une pré-détente (4 bar/300mbar), une détente secondaire est admise dans les locaux d'utilisation. On évitera de faire passer la canalisation dans la zone d’échauffement à proximité des radiants. Si elle doit longer ceux-ci, l’espacement ne doit pas être inférieur aux prescriptions des constructeurs ou à défaut à 0,20 mètre.

Raccordement électrique

Les appareils doivent être alimentés en 230 VAC monophasé avec terre.

Il est souhaitable de prévoir le passage des canalisations électriques sur chemin de câbles. Les montées verticales des câbles ainsi que les organes de commande vers les appareils seront protégés mécaniquement par des fourreaux acier ou plastique homologués sur 2m environ. Les dérivations des câbles principaux vers les appareils seront réalisées à l'aide de "boîtes de dérivation". Il est rappelé que les câbles électriques ne doivent pas être fixés sur une canalisation. Aucun câble électrique ne doit se trouver dans une zone où la chaleur pourrait le détériorer.

Les coffrets ou armoires de commande sont à fixer aux emplacements définis. Ils doivent être alimentés sous une tension électrique de 230 VAC monophasé 50 Hz + terre. Pour certains matériels et en cas de neutre impédant ou d'absence de neutre, un transformateur d'isolement (avec neutre à la terre) sur les deux conducteurs est à prévoir.

Sélection du matériel

La sélection du matériel repose sur le choix de la puissance à installer et du nombre d'appareils à prévoir. Le nombre d'appareils est déterminé afin que toutes les zones à chauffer soient correctement « éclairées » suivant la théorie des champs croisés.

Pour être efficace (neutralité thermique obtenue au niveau des personnes chauffées quelle que soit leur position dans le local), un chauffage par panneaux radiants doit répondre aux impératifs suivants :

-   tout point doit être chauffé par des rayonnements issus de multiples directions (au moins quatre), à l'exception des postes de travail individuels qui peuvent être éclairés par deux sources,

-   aucun point ne doit être chauffé à plus de 25 % par un même panneau radiant ou par un même groupe de panneaux situés dans une même direction.

Exploitation

Le panneau radiant ne nécessite qu’un entretien réduit. Un entretien annuel est obligatoire pour les établissements recevant du public et fortement conseillé par les fabricants  pour tous autres locaux.

Cet entretien consiste principalement 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,
• dépoussiérage général de l'appareil,

ENTRETIEN CONCERNANT LE BRÛLEUR

• dépoussiérage à l'air comprimé par l'entrée d'air primaire, en direction de l'intérieur du corps radiant,
• dépoussiérage à l'air comprimé des plaquettes de céramique (face extérieure) ; le soufflage devant s'effectuer lorsque les plaquettes sont froides et à une pression maximum de 2 bars,
  • contrôle de la pression du gaz,
  • nettoyage du ou des filtre à gaz (y compris à l’entrée du détendeur),
  • 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 et l'électrovanne).

ESSAIS

Contrôle :

• de la tension d'alimentation et de la polarité phase/neutre,
• des sondes résultantes, 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,
  • de la température et de l'état des plaquettes céramique  allumage ; celles-ci ne doivent présenter de fissures visibles.