Le plancher chauffant ou encore chauffage par le sol est un système de chauffage invisible, de plus en plus utilisé car il garantit un excellent confort et permet souvent une économie d’énergie remarquable. Il s’agit de plus d’un système particulièrement performant pouvant s’adapter à toutes les sources d’énergies renouvelables.
- Comment fonctionne le système de chauffage au sol ?
- Quel revêtement de sol pour un rendement optimal de l’installation du plancher chauffant ?
- La conductivité thermique du grès cérame et des autres matériaux de revêtement de sol
- Conclusion
Comment fonctionne le système de plancher chauffant ?
Le système est basé essentiellement sur un circuit fermé de tubes en matière synthétique, à l’intérieur duquel circule l’eau chaude et sur lequel la chape est coulée. Le circuit est disposé (en spirale ou serpentine) de façon à couvrir la totalité de la surface du sol disponible : en pratique, il fonctionne comme une sorte de grand radiateur placé sous le plancher…
Comparé aux radiateurs traditionnels, puisque la surface rayonnante est beaucoup plus étendue, la température nécessaire pour chauffer suffisamment la pièce est nettement plus basse: la température de départ de l’eau est normalement comprise entre 30° C et 40° C, par rapport aux plus de 70 ° C requis pour les radiateurs traditionnels.
Un bon choix du revêtement de sol optimise le rendement de l’installation du plancher au sol !
Le choix d’un plancher peut-il affecter le rendement du système de chauffage? Dans le cas du plancher chauffant, comme on le verra, oui : le type de sol a en effet un impact sur le rendement de l’installation du chauffage au sol.
Étant donné que les tubes de chauffage sont noyés dans la chape, afin d’éviter les pertes de chaleur vers le bas, ceux-ci reposent sur une couche isolante: sans cette barrière, la moitié de la chaleur générée par la chaudière (et donc l’argent dépensé en énergie pour la faire fonctionner…) serait en fait perdue.
D’autre part, la chape elle-même et le sol, sont susceptibles de constituer une barrière à la diffusion de la chaleur vers le haut (dans la pièce) : plus grande sera la capacité des matériaux constituant la chape et le plancher de conduire la chaleur, plus minime sera la quantité de chaleur produite par la chaudière (et donc payé …) qui restera emprisonnée sous le plancher sans contribuer au chauffage de la pièce.
Si vous souhaitez installer un parquet pour plancher chauffant, un carrelage pour chauffage au sol ou utiliser d’autres matériaux, si vous voulez installer un chauffage au sol lors d’une rénovation, avant de faire votre choix, il sera essentiel de prendre en considération certains paramètres clés que nous verrons par la suite.
La conductivité thermique est exprimée en watt par mètre-kelvin. En pratique (alerte technicisme! Si ça vous intéresse, continuez à lire, sinon passez tranquillement ce paragraphe):
La conductivité thermique du grès cérame et des autres matériaux de revêtement de sol
- prenez 1 m2 de matière
- d’une épaisseur de 1m
- mettez les deux cotés à une température différente d’1 Kelvin
- mesurez le flux de chaleur qui passe (en Watt)
Le grès cérame a une conductivité thermique de 1,3 W/(mK) environ. En comparaison, les valeurs d’autres matériaux sont les suivantes :
- Terre cuite : 0,9 W/(mK) – la différence par rapport au grès cérame est principalement la porosité : au niveau microscopique, il y a plus d’espaces vides isolants.
- Paquet stratifié (collé) : 0,16 W/(mK) environ. Dans le cas d’un parquet en pose flottante, la conductivité serait sensiblement plus basse, et il est fortement déconseillé d’utiliser cette technique de pose pour un plancher chauffant.
- Marbre : 3,4 W/(mK)
- Linoleum : 0,18 W/(mK)
- Moquette : 0,09 W(mK)
Ils existent aussi d’autres matériaux qui ont une conductivité thermique bien supérieure, mais qui ne sont normalement pas utilisés pour le revêtement de sols : la fonte (employée pour la fabrication des radiateurs traditionnelles) a une conductivité de 50 W/(mK), le cuivre 390 W/(mK) !
Et donc ?
Ces valeurs, en tant que telles, ne sont pas très significatives. Il est bien plus intéressant d’essayer d’estimer quelle est la différence de rendement du système de chauffage au sol en fonction du type de revêtement de sol utilisé.
Cela n’est pas évident du tout! Le dimensionnement et la conception d’un système de chauffage au sol dépendent de plusieurs facteurs. En limitant l’analyse à l’estimation du flux de chaleur émis, cela dépend (1):
- de la surface du sol
- d’un facteur qui dépend de la température de départ et de retour (en plus de la température d’ambiance)
- d’un facteur relatif aux caractéristiques des tubes (matériau, diamètre externe, diamètre interne)
- d’un facteur relatif à l’entraxe des tubes qui composent le réseau
- d’un facteur qui dépend de l‘épaisseur de la chape au dessus des tubes
- et, naturellement, d’un facteur qui dépend de la résistance thermique du revêtement du sol (qui est le contraire de la conductivité)
Dans la pratique, une fois établi le pic de chaleur nécessaire et relatif à la pièce à chauffer – valeur qui dépend de plusieurs facteurs : la surface, la hauteur, la typologie et l’orientation du bâtiment, la température de pièces contiguës, la position géographique, etc. – il faut la diviser par la surface en trouvant de cette façon la demande de chaleur spécifique (en autres mots, le flux de chaleur nécessaire par m2). Le système de chauffage devra être dimensionné pour répondre à cette demande d’une façon la plus efficiente possible.
Le tableau suivant illustre les résultats d’une recherche dans laquelle la température de départ de l’eau du système a été calculée en fonction de différents niveaux de puissance thermique spécifique avec un sol en carreaux et en parquet. Les paramètres qui ont été fixés sont les suivants:
- température d’ambiance: 20°C
- écart thermique, c’est à dire la différence de température entre l’eau de départ et de retour, fixé à 5 K
- l’épaisseur de la chape au-dessus des tubes: 45 mm
- l’analyse a été conduite pour trois niveaux d’entraxe entre le tubes: 10, 15 et 20 cm
On remarque que, pour des puissances thermiques supérieures à 50 W/m2 (les valeurs de pics inférieures ne sont adaptées que pour des bâtiments avec une efficience thermique très élevée ou dans des conditions climatiques particulièrement favorables) il est nécessaire de prévoir une température de départ de l’eau majeure de 4-5 K dans le cas du parquet (en considérant 0,085 m2K/W de résistance thermique) par rapport au grès cérame (0,010 m2K/W de résistance thermique, entre autre surestimée par rapport aux carreaux produits au jour d’aujourd’hui).
Concrètement, le tableau montre de combien il faut augmenter la température de départ de l’eau pour compenser la perte d’efficience du système due à la résistance thermique majeure du parquet par rapport à la céramique.
En d’autres termes, moins rigoureux, mais peut-être plus facilement compréhensibles, on peut imaginer de dimensionner le système pour le grès cérame, supposer de le substituer avec du parquet et estimer la réduction du flux de chaleur spécifique, en laissant inchangées toutes les autres conditions (en particulier, la température de départ de l’eau).
En dimensionnant le système pour qu’il produise un flux de chaleur spécifique supérieur à 70 W/m2 en utilisant un revêtement de sol en grès cérame (avec les mêmes paramètres vus ci-dessus et en utilisant un entraxe de 15 cm entre les tubes) et en supposant de modifier seulement ce revêtement avec un parquet collé (épaisseur 12 mm, résistance thermique 0,0850 m2K/W), on peut calculer que le flux de chaleur vers le haut se réduit jusqu’à 47 W/m2 (2): le 30% environ de rendement en moins (attention technicisme 2: dans la réalité, cette différence serait mineure, car la température de la pièce se réduirait, en faisant augmenter le flux de chaleur et réduisant cette différence).
NOTE :
1 ) La norme relative aux panneaux radiants est la UNI EN 1264 à laquelle nous vous renvoyons pour plus d’information.
Selon cette norme, la puissance thermique d’un système se calcule d’après une équation qui tient compte de plusieurs paramètres : q= B* ab* at* au* ad* ΔΘH, où :
- Q est la puissance thermique (in W/m²)
- B est un paramètre dont la valeur est de 6,7 W/m² pour un tube ayant une conductivité λ= 0,35 W/(m*K) et une épaisseur s=2 mm
- ab est le paramètre relatif au type de sol (en fonction de la résistance thermique du revêtement de sol et de la conductivité thermique de la couche du support)
- at est le paramètre lié à l’écartement entre les tubes (en fonction de la résistance thermique du revêtement de sol)
- au est le paramètre relatif à la superposition (en fonction de la hauteur des tubes et la résistance thermique du revêtement de sol )
- ad est le paramètre lié au diamètre extérieur du tube (en fonction de la hauteur et de la résistance thermique du revêtement de sol)
- ΔΘH est la différence moyenne de température entre les températures de l’eau et de l’air.
2) Le flux de chaleur est calculée en appliquant le modèle analytique de calcul mentionné dans la note (1)
