Thermique du bâtiment - Définition

Diffusion de la chaleur dans le bâtiment

Radiateur : son principe repose sur l'émission d'un rayonnement thermique. L'eau chaude porte les ailettes du radiateur à une température supérieure à celle de la pièce. Ces ailettes émettent ensuite un rayonnement, essentiellement dans l'infra-rouge, qui en première approximation peut-être étudié comme celui du corps noir.

• Conduction lorsque la chaleur s'évacue par les parois du radiateur en contact avec un autre corps (mur, personne, ameublement).
• Convection lorsque l'air extérieur en contact avec le radiateur se réchauffe.

Sources de chaleur

Différents types d'énergies et différents systèmes de diffusion de chaleur sont utilisées pour chauffer les bâtiments. Ces choix sont réalisés selon les spécificités locales : dimensions du bâtiment, énergies disponibles sur place. On peut distinguer les agents énergétiques utilisés pour le chauffage selon qu'ils soient des énergies de réseau ou non.

Énergies de réseaux

Les énergies de réseaux sont celles qui sont disponibles via un réseau installé à proximité du bâtiment. Les énergies de réseau sont :

• le gaz, le chauffage est réalisé par la combustion du gaz dans une chaudière, un fluide caloporteur (généralement de l'eau) permet de diffuser la chaleur dans un réseau dédié à l'intérieur du bâtiment ;
• les réseaux de chaleur à distance. La chaleur est produite dans une usine proche, généralement par la combustion d'un agent énergétique (fioul, gaz, bois ...), elle dessert la zone environnante par une fluide caloporteur transporté dans des conduites souterraines. Un échangeur thermique fournit la chaleur à un réseau secondaire propre au bâtiment et la chaleur est ensuite diffusée dans les locaux ;
• l'électricité, le chauffage est réalisé par des convecteurs électriques disposés dans chaque pièce. L'effet joule permet de créer de la chaleur qui se propage par convection et rayonnement dans la pièce.

Autres

Les bâtiments n'utilisant pas une énergie de réseau sont tous chauffés par un réseau basé sur un fluide caloporteur (généralement de l'eau). Différents solutions sont utilisées pour chauffer ce fluide à la température nécessaire.

Les panneaux solaires thermiques

L'énergie provient du Soleil. Ce dernier émet un rayonnement thermique qui, au contact du panneau solaire, fait monter en température le fluide caloporteur. Un panneau solaire thermique est constitué d'un tube dans lequel circule un fluide. Ce tube est situé dans entre une paroi noire qui absorbe l'énergie thermique et une paroi de verre. La paroi de verre est transparente au rayonnement solaire (principalement situé dans le visible) mais est opaque au rayonnement infrarouge (rayonnement du panneau). Il se constitue un effet de serre dans le panneau solaire.

L'utilisation de panneaux solaires thermiques convient à des bâtiments pour lesquels l'indice énergétique est faible. Cependant si les besoins énergétiques du bâtiment sont élevés, le solaire thermique peut-être utilisé en parallèle à une autre solution.

Chaudière à combustible

Une chaudière permet, par la combustion d'un agent énergétique, la production de chaleur. Le fluide caloporteur diffuse ensuite la chaleur à travers un réseau dédié, propre au bâtiment. Les différents combustibles qui sont utilisés par une chaudière pour le chauffage d'un bâtiment sont :

• le fioul ;
• le bois ;
• le gaz (dans des sites ne disposant pas du gaz comme d'une énergie de réseau des réservoirs individuels peuvent être utilisés).

Pompe à chaleur

Les pompes à chaleur, ou PAC, se basent sur le principe du cycle frigorifique que l'on trouve également dans les réfrigérateurs. La chaleur fournie par l'environnement extérieur permet de vaporiser le fluide de la pompe à chaleur, un compresseur généralement alimenté électriquement permet d'augmenter la pression du fluide alors à l'état gazeux. Le fluide circule ensuite dans un condenseur, libérant ainsi de l'énergie captée par le système de chauffage du bâtiment. Le fluide rejoint ensuite l'évaporateur par une soupape de détente.

On distingue trois types de pompes à chaleur pour la thermique du bâtiment, selon le type d'environnement extérieur utilisé pour l'évaporateur :

• air ;
• sol ;
• eau.

Couplage chaleur-force

Le couplage chaleur-force est un système basé sur un moteur à combustion. La combustion de gaz ou de fioul par le moteur entraîne la production d'électricité par un alternateur, la chaleur émise par le moteur et par les gaz d'échappement est utilisée pour produire de la chaleur (fluide caloporteur). Ce système produit de l'électricité pour les besoins du bâtiment et de la chaleur pour le chauffage. Le rendement énergétique d'un tel système est compris entre 90 et 95 %.

La cheminée

La production de chaleur est due à la combustion du bois dans le foyer de la cheminée. Les transferts thermiques sont les suivants :

• Conduction : la paroi de la cheminée est chaude et la chaleur est diffusée vers l'extérieur.
• Convection : l'air réchauffé à proximité du foyer est mis en mouvement et remplacé par de l'air frais.
• Rayonnement : devant la cheminée la chaleur est émise sous forme de rayonnement.