Heat Transmitter, Chapter 3a

February 23, 2014 • Boiler Heating System, Radiant Heating • Views: 210

Le Code d’installation des systèmes de chauffage hydronique CAN/CSA 8-214 a pour but d’assurer que les équipement, et en particulier les émetteurs de chaleur, soient intégrés aux systèmes de chauffage hydronique, de telle sorte que les critères de conception soient respectés, tout en satisfaisant aux exigences et en répondant aux spécifications des fabricants des produits et des codes applicables.

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Le Code d’installation des systèmes de chauffage hydronique CAN/CSA B-214, section 13 Chauffage hydronique des locaux, article 13.1 Généralités, définit les exigences relatives au chauffage de locaux.

L’article 13.1.1 Sélection précise, à titre d’exemple, que les émetteurs de chaleur doivent être sélectionnés en conformité avec les critères de conception du système, ainsi que les directives du fabricant du produit. On doit également s’assurer que la température d’alimentation des émetteurs de chaleur sélectionnée soit compatible avec ces derniers.

Comme le mentionne l’article 13.1.2 Installation, les émetteurs de chaleur doivent être installes selon les exigences de ce code, afin d’assurer un fonctionnement sécuritaire du système. Les équipements doivent être utilisés dans le but pour lequel ils ont été conçus, selon les directives du fabricant. Le fait de ne pas satisfaire aux exigences et de ne pas suivre les directives peut se traduire par un comportement inadéquat ou une défaillance du produit, entrainant des blessures ou des dommages matériels.

L’article 13.2 Emplacement précise que les émetteurs doivent être installés sur les murs extérieurs, là où les pertes thermiques sont maximales. Bien que préférable, cette pratique peut parfois ne pas être adoptée et, dans cet article, il est permis de placer les émetteurs ailleurs, sous réserve de satisfaire aux exigences de la conception.

Les articles 12.5.1.2 Équilibrage et 13.4 Équilibrage indiquent la nécessite d’un équilibrage concernant les émetteurs de chaleur. Cela peut être réalisé grâce à l’agencement même des tuyauteries ou au moyen d’appareils, comme des vannes de régulation/robinets d’équilibrage conçus à cet effet.

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Émission de chaleur par convection forcée

Ventilo-convecteurs – S’utilisent habituellement sur un système d’alimentation en eau à haute température. II est possible de dimensionner un ventilo-convecteur pour une source de chaleur à plus basse température (chaudière à condensation), à condition que l’émetteur soit calculé en conséquence. La température de l’eau d’alimentation doit être suffisante pour satisfaire aux exigences de puissance, tel que mentionné dans l’article 13.1.1 Sélection. Utiliser un tableau de dimensionnement différent, afin d’assurer que la surface du ventilo-convecteur soit suffisante pour un fonctionnement à une température d’eau d’alimentation réduite,

Un ventilo-convecteur s’utilise avantageusement lors de la rénovation d’un système de chauffage à air pulse, de conditionnement d’air (refroidissement) et de ventilation (air extérieur), à condition que les critères cote air soient respectés.

Les inconvénients sont les suivants : stratification de l’air, plus grande quantité de poussière dans l’air et bruit.

 

L’article 17.5 Réchauffeurs d’air d’appoint hydroniques exige une protection des serpentins des appareils contre le gel, au moyen d’une solution antigel ou d’une stratégie de commande pour prévenir le gel.

Important : Un calcul correct du débit d’air et une bonne conception du système de distribution d’air sont essentiels. L’obtention du ∆T spécifié par le fabricant et dans la conception du système nécessite un débit et une vitesse d’écoulement de l’air adéquate à travers le serpentin. Les vitesses et les pressions statiques nécessaires à L’alimentation en air d’un local et à l’obtention du débit d’air global voulu passent par un dimensionnement adéquat des conduits. La conception, l’installation et l’équilibrage d’un système d’air ne sont pas traites dans le cadre de ce manuel; ils doivent être confiés uniquement à des personnes dument formées et certifiées, selon les exigences des autorités compétentes.

 

Ventilo-convecteurs

Les ventilo-convecteurs peuvent satisfaire aux exigences combinées de ventilation et de refroidissement grâce au réseau de distribution de L’air chaud, bien que les calculs de chauffage et de refroidissement soient entièrement différents. Un système de chauffage à air pulse peut se transformer en une source de chaleur hydronique. Un ventilo-convecteur va du simple appareil de chauffage de local d’appoint, utilise en complément des autres types d’appareils de chauffage hydronique, jusqu’à l’appareil de grande puissance servant de source de chaleur primaire pour L’ensemble du bâtiment. La conception doit prendre en compte les deux aspects suivants : Le débit d’eau dans le serpentin et le débit d’air traversant le serpentine les renseignements contenus dans ce manuel se rapportent au cote fluide de ces émetteurs,

Les exigences ci-après, définies par le Code d’installation des systèmes de chauffage hydronique CAN/CSA 8-214 doivent être satisfaites, en plus de celles indiquées au début de ce chapitre, lors de la mise en application, de la conception et de l’installation d’un ventilo-convecteur.

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L’article 4.1 Sélection des composants précise que les composants utilisés dans un système hydronique doivent être sélectionnés en fonction de la conception du système, doivent être approuvés et convenir à (‘application envisagée. L’installation doit être conforme aux directives du fabricant et au code de chauffage hydronique. On assure ainsi que les produits soient utilisés en sécurité dans Le but pour lequel ils ont été conçus.

L’article 4.3.3 Qualité d’exécution énoncé les normes minimales et les exigences de qualité des travaux à respecter. Une installation qui ne satisfait pas aux exigences indiquées dans Le Code d’installation des systèmes de chauffage hydronique CAN/CSA 8-214 ou tout autre code connexe au spécification d’un fabricant, peut être considérée comme étant non conforme, à la discrétion des autorités compétentes.

L’article 4.3.4 Accessibilité indique que les équipements doivent pouvoir être entretenus après installation; un accès facile et un dégagement adéquat doivent être prévus à cet effet. En l’absence d’accès approprie pour réparations et entretien, les équipements peuvent devenir dangereux à utiliser, avec risque de blessures et/ou dommages matériels. On trouvera plus de renseignements à ce sujet aux articles 6.2.1.8 (1) et 9.33.4.2 (1) du Code national du bâtiment du Canada.

L’article 4.3.5 Matériel et câbles électriques énonce que L’installation doit satisfaire aux exigences du Code canadien de l’électricité, chapitre 1.

Pour éviter toute situation dangereuse, L’article 4.3.7 Pièces de rechange exige que les pièces de rechange relatives aux composants d’un système hydronique aient des caractéristiques identiques à celles des pièces originales. L’utilisation de pièces non interchangeables peut remettre en cause l’approbation CSA d’un composant.

Les installateurs sont liés par “article 4.6.1 installation afin d’assurer que le système fonctionne adéquatèrent et en sécurité, et que les exigences du code soient respectées, ainsi que les critères de la conception. L’article 4.6.2 Instructions opérationnelles exige également que l’installateur remette à L’utilisateur les instructions d’utilisation pour un fonctionnement sécuritaire du système.

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Orientation des serpentins

Les serpentins s’installent en position verticale ou horizontale, selon l’orientation du conduit / du plenum et les exigences du fabricant. L’isolation, l’équilibrage et l’entretien doivent être pris en compte.

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Les serpentins multi-passes doivent être raccordes selon les directives du fabricant. L’écoulement du fluide dans un serpentin s’effectue généralement en sens contraire de celui de l’air. Le fluide de retour entre d’abord en contact avec l’air le plus froid, ce qui permet de le préchauffer. A mesure que l’air circule à travers le serpentin et se réchauffe, il entre en contact avec de l’eau dont la température augmente à chaque passe du serpentin. On obtient de cette manière la plus grande valeur possible de ∆T entre l’air et le fluide, ce qui maximise le transfert de chaleur.

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L’article 11 Appareils de robinetterie décrit l’utilisation des robinets dans un système de chauffage hydronique.

L’article 11.1.1 Robinets d’isolement exige l’installation de robinets d’isolement sur les composants principaux d’un système. En plus de ceux servant à isoler la source de chaleur durant les essais, afin d’éviter tout dommage, des robinets d’isolement doivent être prévus pour L’entretien et les réparations. Installer des robinets près de l’entrée et de la sortie pour isoler un composant individuel ou, lorsque c’est commode et acceptable, isoler un groupe de composants.

L’article 11.1.2 Robinets d’isolement stipule que les robinets d’isolement doivent offrir une étanchéité parfaite et ne pas être soumis à une température ou à une pression supérieure à leur température ou pression nominale. L’article 11.1.3 stipule que les robinets à compression ne peuvent être utilisés comme robinet d’isolement.

L’article 11.2 Robinets d’équilibrage du débit et d’étranglement exige que les robinets d’équilibrage soient conçus et utilises à cette fin. Lorsque les conditions indiquées dans l’article 11.1.2 Robinets d’isolement sont remplies, les robinets d’équilibrage installes à cette fin peuvent aussi servir de robinets d’isolement. Les robinets d’équilibrage doivent toujours être installes sur les conduites de retour.

 

 

Considérations sur la mise en application

  •  Les systèmes d’air doivent être correctement dimensionnés selon les directives du fabricant et satisfaire aux exigences des autorités compétentes.
  • Les joints et les interfaces avec le réseau de conduits doivent être rendus étanches, car les fuites d’air diminuent la quantité de chaleur distribuée dans un local. Aucun embranchement ne doit être raccorde à moins de 1 pied de l’extrémité obturée d’une gaine principale. Cela permet de maintenir la pression voulue dans le réseau, pour une distribution adéquate dans le système.
  • Vérifier les recommandations du fabricant avant d’installer un serpentin de chauffage en amont d’un moteur de ventilateur; une trop haute température d’air pourrait en effet réduire la durée de vie de ce dernier.
  • Les serpentins multi-passes doivent être raccordes selon les directives du fabricant. L’écoulèrent de l’eau dans un serpentin s’effectue généralement en sens contraire de celui de l’air.
  • Des moyens d’isolement sur L’alimentation et d’équilibrage/d’isolement sur le retour doivent être prévus sur les raccordements cote fluide. Sur Le retour, il est possible d’utiliser des robinets d’équilibrage à étanchéité positive à la fermeture. Des raccords unions facilitent l’entretien et la réparation d’un serpentin.
  • Les serpentins doivent être munis de dispositifs d’évacuation d’air aux points hauts et de vidange aux points bas. Le type de réservoir d’expansion permet de déterminer si Le dispositif d’évacuation d’air doit être manuel ou automatique (purgeur d’air).
  • Lorsque c’est nécessaire, les serpentins doivent être protèges contre Le gel au moyen d’une solution glycol / eau appropriée,
  • Lorsque le fabricant l’exige, des drains de condensat provenant des serpentins doivent être instaurés. Il peut être nécessaire de prévoir un siphon pour empêcher toute fuite d’air par le drain. La profondeur du siphon doit être établie en fonction de la pression différentielle entre le système et la conduite d’évacuation.
  • Le siphon doit être situe plus bas que le bac d’égouttement du serpentin, afin d’éviter une accumulation d’eau ainsi que les moisissures, les champignons et les bactéries. Le siphon doit se vider dans un endroit approprié, tel un avaloir de sol ; avec une conduite ayant une pente négative d’au moins 1/4 de po par pied (1 %).

 

 Dimensionnement d’un ventilo-convecteur

Note: la conception d’un système d’air doit être confiée uniquement a des personnes dument formées, selon les exigences des autorités compétentes,

L’exemple de tableau ci-après illustre le dimensionnement d’un ventilo-convecteur :

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Le dimensionnement d’un ventilo-convecteur doit satisfaire aux exigences définies dans les articles 13.1.1 Sélection et 13.1.2 Installation du Code d’installation des systèmes de chauffage hydronique CAN/CSA 8-214.

 

Étapes du dimensionnement à l’aide de l’exemple de tableau ci-dessus :

  1. Repérer le débit d’air exige dans la conception du système et la puissance en BTU correspondant à la charge de chauffage.
  2. Sélectionner ensuite la température du fluide à atteindre. Cette valeur dépend des exigences relatives à la source de chaleur ou de la capacité du dispositif de mélange.
  3. On peut alors déterminer le débit nécessaire pour satisfaire aux exigences de charge de chauffage en BTU. Les renseignements fournis peuvent comprendre la chute de pression dans le fluide circulant dans le serpentin et le ∆T de l’air et du fluide dans le serpentine

Exemple de dimensionnement : soit un débit d’air de calcul de 950 PCM et des pertes thermiques de 46 000 BTU/h; la température de service recommandée de la chaudière est de 120 F à 140 F.

En se basant sur un débit d’air de 950 PCM et en se reportant au tableau, pour une température d’eau a l’entrée de 60 C (140 F), la puissance à obtenir dans cet exemple est atteinte a un débit de 5 gpm.

 

Émetteurs de chaleur à convection naturelle

Plinthes chauffantes – Nécessitent une température d’eau d’alimentation élevée, bien que L’on puisse combiner certains émetteurs constitues par des plinthes chauffantes et utiliser une basse température d’eau d’alimentation, à condition de respecter les recommandations du fabricant.

Radiateurs – La chaleur qu’ils émettent se répartit à peu près également entre la convection et le rayonnement; ce sont des sources de chaleur à moyenne température. II est possible d’utiliser une température d’eau d’alimentation plus faible. Les critères définis dans les articles 13.1.1 Sélection et 13.1.2 Installation ainsi que 13.2 Emplacement des émetteurs du Code d’installation des systèmes de chauffage hydronique CAN/CSA 8-214 doivent être respectés.

  •  Ils offrent les avantages suivants : réduction du bruit et de la circulation de l’air; source de chaleur concentrée pour les zones à fortes pertes thermiques.
  •  Ils présentent les inconvénients suivants : possibilité limitée dans la disposition des meubles et surfaces risquant d’être trop chaudes.

L’article 4.1 Exigences générales stipule que les composants d’un systèmes hydronique doivent être sélectionnés en fonction de la conception du système, sont approuves et conviennent à L’application envisagée, l’installation doit être conforme aux directives du fabricant et au code de chauffage hydronique. On assure ainsi que les produits soient utilisés en sécurité dans le but pour lequel ils ont été conçus,

L’article 4.3.3 Qualité d’exécution énonce les normes minimales et les exigences de qualité des travaux à respecter. Une installation qui ne satisfait pas aux exigences indiquées dans Le Code d’installation des systèmes de chauffage hydronique CAN/CSA 8-214 ou tout autre code connexe ou spécification d’un fabricant, peut être considérée comme étant non conforme, à la discrétion des autorités compétentes. L’article 11.1.1 Robinets d’isolement exige L’installation de robinets d’isolement sur les composants principaux d’un system. Installer des robinets près de l’entrée et de la sortie pour isoler un composant individuel ou, lorsque c’est commode et acceptable, isoler un groupe de composants.

L’article 11.1.2 Robinets d’isolement stipule que les robinets d’isolement utilises doivent offrir une étanchéité parfaite et ne pas être soumis à une température ou à une pression supérieure à leur température ou pression nominale. Dans l’article 11.1.3 Robinets d’isolement, les robinets raccordes par compression sont considérés comme inacceptables pour une fonction d’isolement.

L’article 11.2 Robinets d’équilibrage du débit et d’étranglement exige que les robinets d’équilibrage soient conçus et utilises à cette fin. Lorsque les  conditions     indiquées dans L’article 11.1.2 Robinets d’isolement sont remplies, les robinets d’équilibrage installés à cette fin peuvent aussi servir de robinets d’isolement.

 

Plinthes chauffantes

Le dimensionnement d’une pllnthe chauffante doit satisfaire aux exigences définies dans les articles 13.1.2 Installation et 13.2 Emplacement de la section 13

Chauffage hydronique des locaux du Code d’installation des systèmes de chauffage hydronique CAN/CSA 8·214. Par ailleurs, L’ASHRAE recommande d’utiliser une plinthe chauffante de grande longueur et de faible puissance linéique, plutôt qu’une plinthe chauffante courte et de forte puissance linéique, La chaleur se trouve ainsi mieux répartie, d’où un confort accru.

 

Dimensionnement et considérations sur la mise en application d’une plinthe chauffante.

  1. Déterminer le ∆T à utiliser et la température moyenne de l’eau.
  2.  Déterminer ensuite le débit. Lorsqu’il est inconnu, utiliser les puissances nominales correspondant à 1 gpm (débit le plus faible). Un débit supérieur, de 4 gpm, est indiqué pour les systèmes à boucle périmétrique, dans lesquels L’eau ‘circule successivement dans chacun des émetteurs de chaleur. Les émetteurs situés à l’extrémité de la boucle risquent alors de recevoir de L’eau plus froide et ainsi de manquer de puissance. Lorsqu’on accélère la circulation de l’eau, les derniers émetteurs de la boucle reçoivent une eau plus chaude. En installant des plinthes chauffantes de plus grande longueur (10 %) à l’extrémité de la boucle périmétrique, on compense également la réduction de puissance, lorsqu’il n’est pas possible d’augmenter le débit. La tuyauterie de liaison entre les émetteurs doit être calculée pour une vitesse d’écoulement de L’eau comprise entre 2 et 4 pieds par seconde. II faut éviter d’avoir une vitesse d’écoulement supérieure à 4 pieds par seconde dans la tuyauterie du système, car il pourrait y avoir cavitation. Éviter également d’avoir une vitesse inférieure à 2 pieds par seconde, car l’air entrainé ne circule pas en solution et risque de s’accumuler en formant des poches.
  3.  Les plinthes chauffantes à rayonnement s’installent habituellement sur les murs extérieurs, au niveau du plancher et sous les fenêtres, le cas échéant. Lorsque l’espace destine aux meubles ou l’espace utilisable est limité, il est permis d’installer les plinthes sur les murs intérieurs du local à chauffer, comme l’indique l’article 13.2 Emplacement. Dans certaines installations, les plinthes chauffantes sont situées à la partie supérieure des murs, près du plafond. Le chauffage du local pourra s’effectuer à certaines conditions. Du fait qu’une plinthe chauffante chauffe l’air, il se produit une certaine stratification (L’air chaud s’accumule à la partie supérieure d’une pièce, tandis que L’air froid demeure pres du plancher). Lorsqu’on installe une plinthe chauffante en hauteur, on en réduit quelque peu la puissance, car la température de l’air entrant est supérieure à 18°C (65 F), valeur pour laquelle la puissance nominale en Btu par pied à été établie.

 

Voici un exemple de tableau de dimensionnement de plinthes chauffantes, qui indique les renseignements fournis par Le fabricant sur la puissance de chauffage:

 

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Dimensionnement d’une plinthe chauffante

  1. En premier lieu, on effectue un calcul des pertes thermiques pièce par pièce, selon les indications du chapitre 1.
  2. On détermine ensuite la température moyenne de l’eau dans le système. Cette      valeur dépend du type de chaudière sélectionnée et des recommandations du fabricant pour un bon fonctionnement de L’appareil.
  3. Choisir le débit approprie: lorsqu’il n’est pas connu, utiliser le débit le plus faible indiqué dans le tableau, afin d’assurer une puissance de chauffage adéquate.
  4. Diviser les pertes thermiques en Btu/h par la puissance de la plinthe en Btu/h, à la température moyenne de l’eau voulue.

 

Exemple de dimensionnement: soit une pièce dans laquelle les pertes thermiques sont de 3 400 Btu/h, et une chaudière dont la température de service recommandée est de 160 F à 180 F.

Dans cet exemple, la température moyenne de l’eau d’alimentation est de 77 C (170 F). Se reporter ensuite au tableau s’appliquant au modèle de plinthe utilise;  dans cet exemple, on se sert du tableau illustré ci-dessus. Déterminer ensuite le débit nécessaire; s’il n’est pas connu, utiliser 1 gpm. La puissance de la plinthe chauffante choisie dans L’exemple est de 575 Btu par pied à 77 C (170 F). L’étape suivante consiste à diviser les pertes thermiques totales dans la pièce par la puissance de l’émetteur en Btu par pied.

Exemple: 3400 + 575 = 5.91 pieds. Arrondir à la valeur supérieure, correspondant à un produit disponible. On arrondit ainsi 5.91 pieds à 6 pieds. Il s’agit de la longueur de L’élément nécessaire, mais Le coffret peut avoir une plus grande longueur, pour tenir compte de la tuyauterie, etc.

 

Considérations relatives à l’emplacement d’une plinthe

Selon les indications des articles 13.1.2 Installation et 13.2 Emplacement, installer les émetteurs de chaleur sur les murs extérieurs et à proximité des zones dans lesquelles les pertes thermiques sont concentrées, comme les fenêtres ou les portes. En cas d’impossibilité, une installation sur les murs intérieurs est permise, dans la mesure où les critères de conception sont respectés, Un tel choix d’emplacement assure la répartition de chaleur la plus uniforme. Lorsque les meubles constituent un obstacle à la circulation de l’air par convection et réduisent ainsi la puissance de chauffage, l’installateur à la possibilité d’augmenter cette puissance en raccordant les émetteurs entre eux par des tuyauteries non isolées, logées dans des coffrets. Les valeurs d’émission de chaleur d’une tuyauterie non isolée sont indiquées dans la suite de cette section. Une comparaison est à faire entre Le cout des coffrets supplémentaires et celui de la main-d’œuvre, ainsi que des dispositifs de purge de l’air, lorsque les tuyauteries doivent passer sous le plancher ou monter au-dessus du plafond; ne pas oublier non plus la solution considérée comme acceptable par le cllent.

 

Plinthe chauffante installée dans une boucle périmétrique

II n’est pas recommandé d’augmenter la puissance de chauffage en augmentant la vitesse d’écoulement de l’eau. Dans un système à boucle périmétrique, une augmentation de la vitesse d’écoulèrent permet de fournir une eau plus chaude aux émetteurs situes à l’extrémité de la boucle, mais il faut aussi tenir compte des pertes de charge qui en résultent et du dimensionnement de la pompe. Lorsqu’on examine le débit, les pertes de charge et la puissance de chauffage dans le tableau de puissance choisi comme exemple, on s’aperçoit qu’une augmentation du débit de 1 à 4 gpm (400 %) entraine une augmentation de pertes de charge de 10 fois (1000 %), pour une augmentation de rémission de chaleur par la plinthe chauffante d’environ 5 %. Un débit élevé dans un système comprenant de longs tronçons de tuyauterie accroit les pertes de charge, ce qui entraine une augmentation de la taille des pompes et donc de la consommation d’énergie électrique.

 

Utilisation d’une eau à basse température dans une installation de plinthes chauffantes

Les tableaux de dimensionnement se rapportant aux émetteurs de chaleur à haute température, comme les ventilo-convecteurs, les plinthes et les panneaux rayonnants préfabriqués, indiquent rarement des valeurs de puissance à une température moyenne de l’eau inférieure à 60°C (140 F). Une chaudière à condensation doit fonctionner à une température inférieure à 60°C (140 F) pour un rendement maximal. Pour combiner dans une même installation une chaudière à condensation et des émetteurs de chaleur à haute température, il est possible de faire fonctionner la chaudière à la limite supérieure de la gamme de condensation, à une température inférieure à 60°C (140 F), les émetteurs fonctionnant alors juste en dessous de la valeur nominale indiquée, soit 60°C (140 F). A mesure que la température de l’eau d’alimentation d’une plinthe chauffante diminue, la puissance de chauffage chute considérablement. Cette solution, qui montre ses limites, doit faire L’objet d’une étude soigneuse tenant compte de L’article 13.1.1 Sélection. Le tableau suivant illustre la réduction de plus en plus importante de la puissance de chauffage, à mesure que la température de L’eau d’alimentation d’une plinthe chauffante diminue.

 

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Tableau illustrant la réduction de puissance d’une plinthe chauffante, résultant d’une diminution de la température de l’eau d’alimentation :

Exemple: dans l’exemple ci-dessus, la puissance maximale des émetteurs de chaleur est de 835 Btu par pied linéaire à 220 F. à une température de service de 100 F, la température moyenne de L’eau est réduite de 54 % par rapport à 120 F. La puissance de chauffage de 100 Btu/pi est inférieure de 88 %.

Lorsque ces types d’émetteurs de chaleur fonctionnent à une température d’eau trop basse, leur puissance s’en trouve grandement réduite. Lors de la conception, se reporter à l’article 13.1.1 Sélection pour une application adéquate.

  • Lorsque la température de L’eau dans un plancher radiant est basse, comme ce serait Le cas pour un système à faibles pertes thermiques et un revêtement de plancher qui ne restreint pas Le flux thermique, il peut être nécessaire de prévoir un système à 2 températures: un circuit à haute température pour la plinthe chauffante et une alimentation en eau mélangée à plus basse température pour le systèmes de chauffage par rayonnement. II est aussi possible de prévoir un thermostat à 2 phases pour mettre en fonction Le circuit de la plinthe chauffante lorsque Le système dans Le plancher ne suffit plus.
  • Lorsque la température de L’eau dans un plancher radiant est élevée, comme dans Le cas d’un système ou les pertes thermiques sont fortes au lorsqu’on utilise un revêtement de plancher résistant au passage de la chaleur, comme un tapis, combine à un système installé par agrafage vers le haut, il est commode de combiner les 2 systèmes. En commençant par faire circuler l’eau mélangée la plus chaude dans les plinthes chauffantes, puis dans la tuyauterie installée dans le plancher, on arrive à une solution acceptable a condition de tenir compte de la réduction de la puissance des plinthes lors de la détermination de la quantité à installer.

 

Pertes thermiques par une tuyauterie non isolée (pertes par transmission) et tuyauterie non isolée utilisée comme émetteur de chaleur

Pertes thermiques par une tuyauterie non isolée (pertes par transmission)

Traditionnellement, la charge imposée à une source de chaleur utilisée dans une résidence ou une petite installation commerciale par suite des pertes thermiques par transmission de la tuyauterie associée, se calcule en pourcentage de la charge de chauffage totale. De nos jours, compte tenu des efforts visant à améliorer l’efficacité énergétique et à réduire les émissions de gaz à effet de serre, il est préférable de calculer ces pertes thermiques avec plus de précision, afin d’éviter un surdimensionnement de la source de chaleur.

 

Tuyauterie non isolée utilisée comme émetteur de chaleur

Dans certaines installations, comme les étables et les serres, on utilise des tuyauteries non isolées comme émetteurs de chaleur. Elles présentent l’avantage de ne pas comporter de pièces mobiles, ni de serpentins ou d’ailettes susceptibles de s’encrasser sous l’effet de la poussière et de la saleté que l’on retrouve dans de tels milieux. Lors de la conception d’émetteurs de chaleur constitués de tuyauteries non isolées pour ces applications, il est prudent de prévoir une réduction de la puissance de chauffage de 5 % par suite de l’accumulation de poussière.

Le tableau suivant sert à estimer la puissance de chauffage ou les pertes thermiques par transmission d’une tuyauterie non isolée en acier et en cuivre. Les deux paramètres à considérer sont le diamètre de la tuyauterie (aire de la surface) et la différence de température (∆T) entre L’air ambiant et Le fluide à l’intérieur de la

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Émission de chaleur – Puissance en Btu par pied pour une tuyauterie en acier ou en cuivre

Important! Les occupants doivent être protèges centre un contact éventuel avec les surfaces chaudes, à 60°C (140 F) ou plus.

 

Émetteurs de chaleur comprenant des panneaux rayonnants à basse température

Dans les tuyauteries encastrées dans un plancher, un mur ou un plafond, la température de L’eau d’alimentation est généralement basse et varie selon l’installation. Les panneaux de plafond fonctionnent à une température plus élevée que des panneaux installés dans un plancher, compte tenu des directives concernant la température de contact pour un plancher, définies dans la suite de cette section. Les panneaux de plancher à rayonnement s’associent anisèrent a une source de chaleur à basse température (chaudière à condensation) ou à une chaudière conventionnelle, complètes par des dispositifs de mélange permettant de réduire la température de L’eau d’alimentation des panneaux servant d’émetteurs.

Parmi les avantages offerts, citons Le peu de déplacèrent d’air et une réduction de la poussière dans l’air. II n’y a plus cette sensation de «froid 70 », un refroidissement cause par les surfaces environnantes à basse température.  Lorsque bien installés, ces systèmes sont silencieux. II n’y a pas non plus de restrictions sur l’emplacement des meubles et il y a généralement une augmentation du niveau de confort.

Des inconvénients peuvent résulter de tapis trop épais, nécessitant une augmentation de la température de l’eau ou causent une réduction de la puissance de chauffage par le plancher.

Important! – La protection d’une chaudière conventionnelle contre une trop basse température de l’eau de retour, susceptible de provoquer une condensation des gaz de combustion, doit rester présente à l’esprit. Ce point, mentionné dans l’article 12.4 Commandes du système, doit être considéré lorsqu’on utilise des panneaux à basse température et une chaudière conventionnelle. Les exigences du fabricant de la chaudière se rapportant à la température minimale de l’eau de retour doivent être satisfaites durant les cycles de fonctionnement normal. Selon L’article 4.5.3.2 Essai des commandes, l’installateur doit s’assurer que la méthode de protection contre une basse température fonctionne convenablement durant la première mise en service.

Important! – La perméation à l’oxygène doit être maitrisée dans les panneaux rayonnants. L’article 4.2.3 Perméation à l’oxygène limite la valeur maximale à 0,1 g/m3/j (0,04 grains par pied cube) à 40°C (104 F). Cette quantité correspond approximativement à la quantité d’oxygène libérée durant la saison de chauffage par le volume d’eau potable brut remplissant Le système. Les deux méthodes permettant de réduire la perméation à l’oxygène sont les suivantes:

Utilisation de tuyauterie avec barrières contre la diffusion d’oxygène (se reporter aux spécifications des fabricants).

Utilisation de composants et de tuyauterie non ferreux en contact avec le fluide dans un panneau rayonnant ou séparation à l’aide d’un échangeur de chaleur entre le fluide d’un panneau rayonnant et la tuyauterie ainsi que les composants non ferreux.

 

Panneaux rayonnants à basse température

En utilisant une surface plus grande, il est possible de réduire la puissance calorifique requise. Les émetteurs de chaleur de ce type s’installent habituellement dans les planchers, mais on peut également les monter dans les murs ou marne dans les plafonds. II faut éviter de les installer dans un garde-manger et sous un comptoir, à cause du risque de dégradation accélérée de la nourriture et des déchets, Éviter également de les installer sous un réfrigérateur, un congélateur et une toilette.

Pour une conception et une installation adéquates, ainsi qu’un fonctionnement sécuritaire des panneaux rayonnants, les critères définis par le Code d’installation des systèmes de chauffage hydronique CAN/CSA 8·214 doivent être respectés,

L’article 12.1.2 Panneaux de chauffage par rayonnement comporte une exigence de protection des panneaux rayonnants à L’aide d’un dispositif de commande à maximum. Le point de consigne de haute température de ce dispositif est réglé à 11°C (20 F) au-dessus de la température maximale d’eau d’alimentation, nécessaire pour assurer Le chauffage à la température extérieure la plus basse (température de calcul). Cependant, en aucun cas cette température ne doit être plus élevée que la température nominale du matériau des tuyaux/raccords, définie par le fabricant, ou des matériaux du plancher.

L’article 14.1 Installation précise que les panneaux rayonnants doivent être installés conformèrent à la conception du système. II s’agit de s’assurer que les changements éventuels ne nuisent pas à la sécurité ou au confort de l’utilisateur. Cela permet également de faire en sorte que les systèmes et les matériaux soient utilisés en conformité avec les critères de conception approuves,

L’article 14.2.2 Chauffage par rayonnement sous le plancher traite de la compatibilité des matériaux: il est exigé une protection des panneaux au moyen d’un dispositif de régulation de température à maximum, de sorte que les limites de température définies par le fabricant ne soient pas dépassées, selon les indications de L’article 12.1.2 Panneaux de chauffage par rayonnement. Cela s’applique à tous les matériaux utilisés dans la fabrication d’un panneau rayonnant, et pas seulement aux composants utilisés pour le chauffage.

L’article 14.3.1 Mise en œuvre des tubes précise que l’installation des tuyauteries doit être conforme aux directives du fabricant ainsi qu’aux critères de disposition et d’espacement définis lors de la conception. La valeur de l’entraxe après installation ne doit pas différer de plus de 10 % de la valeur indiquée dans la conception. Lorsque les conditions sur place entrent en contradiction avec les indications de la conception, l’espacement ne doit pas être modifie de plus de 20 %. Dans les cas extrêmes, il est nécessaire de modifier la conception.

L’article 14.3.2 Mise en œuvre des tubes exige que la longueur de tuyauterie soit déterminée en fonction de l’espacement, du débit, du AT, des pertes de charge et des caractéristiques de la pompe, conformèrent à la conception du système. La longueur de tuyauterie utilisée pour chaque boucle entre les nourrices d’alimentation et de retour ne doit jamais dépasser la valeur maximale indiquée par le fabricant pour le diamètre prévu. Lorsque le fabricant n’indique pas de longueur maximale, utiliser le tableau 1 du Code d’installation des systèmes de chauffage hydronique CAN/CSA 8·214. II s’agit d’éviter l’utilisation de trop grandes longueurs de tuyauteries dans les systèmes de panneaux.

L’article 14.3.3 Mise en œuvre des tubes définit les exigences relatives aux informations servant à identifier les collecteurs utilises avec des panneaux rayonnants. Un collecteur doit porter une étiquette solidement fixée, indiquant la longueur de la tuyauterie entre les nourrices, ainsi que les zones ou les pièces desservies par la boucle de chauffage. Ces informations sont essentielles à un équilibrage adéquat du système et à la réalisation de travaux futurs.

L’article 14.3.4 Mise en œuvre des tubes définit les exigences d’équilibrage concernant les systèmes à zone unique et comprenant des nourrices multiples. L’article 13.4 Équilibrage indique qu’il est possible d’obtenir le débit équilibré en concevant un système de tuyauteries qui correspond au débit de calcul exige dans chacune des boucles ou en utilisant des moyens mécaniques, comme des robinets ou des appareils d’équilibrage de débit. Les moyens mécaniques utilises doivent être conçus pour l’étranglement et l’équilibrage selon les indications de l’article 11.2 Robinets d’équilibrage du débit et d’étranglement. Même si ces dispositions s’appliquent à une installation spécifique (zone unique avec nourrices multiples), toutes les boucles de distribution et tous les émetteurs de chaleur doivent faire L’objet d’un équilibrage selon les prescriptions des articles 12.5.1.1 et 12.5.1.2 Équilibrage.

L’article 14.6 Panneaux muraux et de plafond – Note: L’article 13.2 Emplacement précise que les émetteurs de chaleur doivent être situés sur les murs extérieurs, Cependant, il n’est pas recommandé d’installer des tuyauteries dissimulées dans les murs extérieurs dans une région au climat froid.

L’article 14.6.1 Panneaux muraux et de plafond précise que, si la tuyauterie est installée dans l’espace entre les montants d’un mur ou les solives d’un plafond, cet espace doit être isolé à l’aide d’un matériau ayant une valeur R minimale de 2,1 m2.kW (12 h.pi2• F/Btu). La face arrière de l’isolant doit être placée de façon à diriger la chaleur vers L’espace à chauffer.

L’article 14.6.2 Panneaux muraux et de plafond précise qu’un espace d’air de 50 mm (2 po) doit être maintenu entre L’isolant de L’espace et la surface intérieure du panneau ou se trouvent les tuyauteries. Lorsqu’on utilise des plaques de transfert thermique, cet espace d’air n’est pas nécessaire.

 

 Panneau rayonnant avec masse thermique selon la section 14.4 Planchers coulés (masse thermique)

Dalle de béton (système humide): Le plancher à une masse importante et réagit lentement. La résistance à la transmission du flux thermique provenant du plancher (sans tenir compte du revêtement) est faible. Le réseau de tubes s’installe facilement, selon différentes dispositions.

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Dalle de finition (système humide): Le plancher à une masse modérée et réagit plus rapidement qu’une dalle épaisse. La résistance à la transmission du flux thermique provenant du plancher (sans tenir compte du revêtement) est faible. Le réseau de tubes s’installe facilement, selon différentes dispositions. II est également possible d’ajouter des lattes et/ou des panneaux en bois pour installer un plancher en bois dur.

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L’article 14.4 Planchers coules (masse thermique) définit les exigences a respecter, dans les articles suivants :

L’article 14.4.1 Espacement précise que l’espacement d’une tuyauterie installée à l’intérieur ou en dessous d’un plancher coule (masse thermique) doit être conforme à la conception.

L’article 14.4.2 Protection des tubes aux points de pénétration d’une dalle exige que, dans ces applications (masse thermique), un tube doit être protège aux points de pénétration dans la dalle. Un support de coude préfabriqué ou un manchon entourant Le tube doit être prévu à chaque point de pénétration.

L’article 14.4.3 Protection des tubes aux joints des dalles précise qu’un tube de chauffage traversant un joint de retrait, de dilatation ou de construction dans un plancher, doit être protégé; à cette fin, il existe deux méthodes. Soit un manchon qui enveloppe le tube sur une longueur minimale de 300 mm (12 po) de chaque cote du joint, soit par un décalage du tube en dessous de la dalle à l’emplacement du joint.

L’article 14.4.4 Isolation du Code d’installation des systèmes de chauffage hydronique CAN/CSA 8·214 énonce les exigences relatives aux panneaux rayonnants, de la manière suivante :

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L’article 14.4.4.1 Isolation indique une valeur minimale RSI de 0,9 m2 x °C/kW (valeur R de 5 Btu/(pi2 x h x °F» pour une dalle chauffante avec tuyauterie située en dessous ou encastrée dedans, et en contact avec le sol. L’isolant est installé sur la face arrière, avant installation de la tuyauterie et du plancher; le matériau choisi doit convenir à l’application envisagée. Par exemple, il doit résister à l’humidité et à la compression due au poids du plancher.

Lorsqu’une dalle est posée sur le sol, l’article 14.4.4.2 Isolation exige la même valeur de résistance thermique, soit 0,9 m2 x °C/kW (valeur R de 5 Btu/(pi2 x h x °F», sur tous les bords de la dalle, en plus de l’isolation sous la face arrière. Dans une dalle posse sur le sol, comme c’est le cas pour un plancher de garage, une entrée de garage, etc. les pertes thermiques les plus fortes se produisent par les bords (périmètre) ainsi que sur la face arrière. L’isolation, comme intentionné ci-dessus, doit convenir à l’application envisagée.

L’article 14.4.4.3 Isolation traite des dalles recouvrant des locaux occupes. Dans de tels cas, la valeur R des composants du plancher et de L’isolant doit être en aucun cas inférieure à 0,5 m2 x °C/kW (valeur R de3 Btu/(pi2 x h x °F»).

 

Panneaux rayonnants installes entre les solives et sur un faux plancher selon l’article 14.5 Solives et faux planchers

Panneaux de surface (à sec): les panneaux de plancher ont une faible masse; ils réagissent rapidement lors d’un chauffage dans le plancher. La résistance au flux thermique provenant du plancher (sans les revêtements de plancher) est faible. Facilité d’installation lors d’une construction neuve ou d’une rénovation; la plupart des dispositions de tubes sont envisageables. L’isolation et les plaques de transfert thermique sont comprises dans les panneaux préfabriqués.

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Sandwich (à sec): la masse du plancher est modérée: la réaction est plus lente que pour des panneaux de surface. La résistance au flux thermique provenant du plancher (sans les revêtements de plancher) est modérée. Facilité d’installation lors d’une construction neuve au d’une rénovation; la plupart des dispositions de tubes sont envisageables. Les clous de fixation du revêtement de plancher risquent d’endommager les tubes, plus proche de la surface.

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Les systèmes de chauffage ci-dessus ont en commun Le fait de comparer des tubes près de la surface du plancher. II faut prendre soin d’éviter un phénomène connu sous le nom de « chauffage par bandes » (alternance de bandes chaudes et froides). Ce phénomène s’accentue lorsque le plancher est revêtu de carreaux en céramique (par exemple) par rapport à un plancher revêtu de tapis. Cet effet doit être minimise lors de la conception et de l’installation du plancher; c’est la raison pour laquelle il est recommandé de choisir un entraxe entre les tubes de 230 mm (9 po) au maximum, la température de surface étant alors beaucoup plus uniforme.

Selon L’article 14.5.2 Solives et faux planchers, les tuyauteries dans ou au-dessus d’un faux plancher doivent être installées, dans les zones habitées, 8 un entraxe maximal de 300 mm (12 po), à moins qu’une autre valeur permette quand même de satisfaire aux exigences de la conception. Lorsque les matériaux du revêtement du plancher ont une très faible valeur R et que les tuyauteries sont rapprochées de la surface, il risque d’y avoir un effet de « chauffage par bandes », un désagrément perceptible par les occupants du local. Pour ce type d’installation, les critères de conception doivent permettre d’éviter ce phénomène.

 

Sauf lorsque les tubes sont encastres dans du bâton, l’article 14.5.5 Solives et faux planchers exige que la valeur minimale R du plancher soit de 2,1 m2.kW (12 h.pi2• °F/Btu) en dessous des tubes, lorsque celle-ci est installée dans ou au-dessus du faux plancher.

 

Agrafage vers le haut (8 sec): la réaction du plancher est plus lente. La résistance au flux thermique provenant du plancher (sans les revêtements de plancher) est élevée, ce qui nécessite une eau 8 plus haute température. Les clous de fixation du revêtement de plancher risquent d’endommager les tubes, proche de la surface. II est possible d’augmenter le transfert de chaleur entre les tubes et le plancher et ainsi de diminuer Le temps de réponse en installant des plaques de transfert thermique.

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Supports suspendus (à sec): la réaction du plancher est plus lente. La résistance au flux thermique provenant du plancher (sans les revêtements de plancher) est élevée, ce qui nécessite une eau à plus haute température. Le risque d’endommagement des tubes par des clous est moindre. II est possible d’augmenter le transfert de chaleur entre les tubes et l’espace d’air en dessous .du plancher en installant des plaques de transfert thermique.

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L’article 14.5.1 Solives et faux planchers indique que L’espacement des tronçons de tubes installés en dessous d’un faux plancher doit être conforme 8 la disposition des tubes prévue lors de la conception. Cependant, il est possible de modifier cet espacement lorsque la distance entre les solives ne permet pas de l’obtenir, à condition que les critères de conception soient toujours respectés.

L’article 14.5.3 Solives et faux planchers indique une valeur minimale R de 2,1 m2.kW (12 h.pi2• °F/Btu), lorsque les tubes sont installés dans l’espace entre les solives. Cette disposition est nécessaire pour diriger la chaleur vers le haut, dans le local à chauffer.

L’article 14.5.4 Solives et faux planchers précise que, lorsqu’on n’utilise pas de plaques conductrices (transfert thermique), un espace d’air de 50 mm (2 po) doit être prévu entre le dessous du plancher et l’isolation. Dans une installation avec des supports suspendus, il est obligatoire de prévoir un espace d’air même lorsqu’on utilise des plaques de transfert thermique.

L’article 9.1.3 Support de la tuyauterie précise la distance à respecter entre les supports, en renvoyant à L’article 9.5.1 Tuyaux en PEX qui, sauf indications contraires de la part du fabricant, prescrit un maximum de 800 mm (32 po) entre supports et à L’article 9.5.2 Tuyauterie composite en métal et plastique, formes de tuyaux composites, qui préconise une distance maximale de 1,0 m (40 po), sauf indications contraires de la part du fabricant.

 

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Source : Système de chauffage hydronique
Un guide de conception et d’installation à l’usage du concepteur, de l’entrepreneur, de l’ingénieur, de l’architecte et de l’inspecteur

CMMTQICPC, 2009

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