Il est encore assez universellement admis que seule une température déterminée et considérée comme confortable serait le sésame permettant d’accéder au confort, est-ce vrai ? Partant du principe qu’il faudrait atteindre une certaine température, il apparaît nécessaire, l’hiver, qu’il faille prévoir un système de chauffage.
Les besoins seront très différents selon le niveau de fuites du bâti car on ne chauffe que pour compenser les pertes. Ils seront aussi dépendants de la température à laquelle le confort sera atteint. Cette cible à déterminer peut être extrêmement variable tant elle dépend de multiples critères, lesquels ont déjà été développés ici.
Selon l’individu qui l’habite, selon les matériaux utilisés, selon les techniques de construction et d’isolation retenues, selon la qualité de la réalisation, une même architecture pourra nécessiter peu ou beaucoup de chauffage.
Cet article a pour objectif de faire le point sur les possibilités disponibles sur le marché afin de répondre à tous les besoins, petits comme grands. Pour bien appréhender les systèmes qui, possiblement, répondront aux attentes des utilisateurs, il est important, préalablement, de comprendre comment l’organisme lui-même fonctionne. C’est pour cette raison que nous n’aborderons le cœur des modes de chauffage qu’après avoir expliqué les règles physiques auxquelles ils devront répondre.
Préalable
La majeure partie des calories que nous perdons sont échangées avec notre environnement via le rayonnement (vidéo). Dans l’idéal, il nous faudrait re-capter l’équivalent de ces calories également par rayonnement. Ces échanges par rayonnement sont le premier critère de ressenti de confort ou d’inconfort. En terme de chauffage, il est possible d’opérer des choix qui permettront d’y répondre, ceci est développé plus avant.
Le second critère de ressenti de confort est lié à l’Humidité Relative (HR) de l’air ambiant. L’idéal est variable selon les individus, mais toujours proche de 55% d’HR. Le chauffage, seul, ne permet d’y répondre qu’indirectement.
Comme expliqué ci-avant, il est possible que les occupants perdent beaucoup de calories. Afin de ne pas nous mettre en danger, notre organisme est équipé de capteurs divers qui analysent en permanence toutes les informations collectées.
Si l’air est trop humide, si le rayonnement est trop faible, il faudra mettre en place rapidement une stratégie adaptée.
Nous pouvons, le plus généralement, agir de deux façons : soit s’habiller plus pour limiter les échanges thermiques avec l’environnement, soit chauffer plus !
Une troisième stratégie serait possible, mais avec un temps de réponse beaucoup plus long : travailler l’effusivité des parois avec des matériaux adaptés.
Qu’est-ce que la chaleur ?
Extrait du site Science.lu : “La chaleur est une forme d’énergie, à savoir l’énergie de mouvement des petites particules (les molécules, les atomes) qui composent un corps. Plus les petites particules se déplacent rapidement, plus le corps est chaud”.
Tout corps physique (solide, liquide ou gazeux) est composé de molécules agglomérées entre elles par des liaisons. Elles sont de 3 types : ioniques (vidéo), prévalentes (vidéo) et métalliques (vidéo). Chacune de ces liaisons permet aux particules de bouger (vidéo) les unes par rapport aux autres.
Au-delà du zéro absolu (-273 °C), les particules qui constituent un matériau sont en mouvement plus ou moins rapide.
Il est souvent dit ou écrit que la chaleur s’échange de 3 façons, à savoir le rayonnement (vidéo), la convection (vidéo) et la conduction (vidéo). C’est faire un oubli grave : le changement de phase. La chaleur s’échange donc bien de 4 façons différentes.
Principes généraux du chauffage
Les éléments ci-avant, justifiant éventuellement d’interventions, étant posés, comment appréhender les choix et l’organisation de celles-ci ?
Afin d’œuvrer de façon pertinente, il est important d’opérer des choix qui soient les mieux adaptés à la production d’effets facilement et directement ressentis par l’organisme.
Sachant que nous perdons 60 % de nos calories par rayonnement, pour les récupérer de la façon la plus efficace pour le ressenti de confort, il faut privilégier la compensation de cette perte par un gain utilisant le même vecteur : le rayonnement.
Le deuxième type d’échange qui nous fait perdre nos calories est la présence d’eau dans l’air. En privilégier un bon niveau d’équilibre l’hiver est une base incontournable. Cet élément ne devrait pas être dépendant du mode de chauffage, mais du traitement de l’ensemble de la maison : gestion de l’air et gestion des parois. Une fois encore, le bon sens impose de ne pas sortir un élément du contexte général, un habitat correct est dépendant d’un tout et a une action sur ce tout.
Sont également très importants, les objectifs recherchés et les contraintes qu’il faudra traiter pour y parvenir.
On ne gère pas une résidence secondaire de la même manière qu’une résidence principale. On ne pourra peut-être pas, non plus, opérer les mêmes choix pour une maison en projet ou une maison ancienne. Il sera possible de concevoir une maison à construire en prenant en compte la diminution des besoins de compensation au strict minimum (conception bioclimatique, techniques constructives pertinentes…).
Une maison ancienne apporte ses contraintes propres, à la fois sur le plan architectural (orientation, structure, ouvertures, …) , et sur le plan des types de parois extérieures (leurs composants, les techniques de construction…)
Production des calories pour le chauffage et production de l’Eau Chaude Sanitaire (ECS)
Trop souvent, lorsque le sujet du chauffage est abordé, les réflexions et les questions s’orientent exclusivement sur le moyen de production de la chaleur : poêle de masse, poêle à granulés, fourneau bouilleur, chaudière, radiateur électrique, équipement solaire…
Bien évidemment ce point est important, mais est-il prépondérant ? Non, il n’est que le moyen de produire les calories destinées à compenser les pertes pour amener au niveau de confort requis.
A noter que chaque type d’appareil, présente des avantages et des inconvénients ; aucun n’est totalement parfait.
Pour choisir l’un ou l’autre, plusieurs critères sont à prendre en compte :
- La puissance nécessaire
- Un équipement unique ou des appareils multiples : selon la configuration de l’habitat, concentré ou « étalé » (longère), selon la présence d’un mur massif de refend.
- L’espace pour installer l’équipement.
- Les équipements annexes (prises d’air extérieur)
- Le type d’énergie.
Les différentes énergies pour le chauffage
Il est possible de capter ou produire de l’énergie de multiples façons. Certaines sources sont moins chères que d’autres et peuvent avoir un impact plus ou moins important sur le dérèglement climatique.
Le soleil étant bien sûr le champion toutes catégories, opter pour des capteurs directs, en capacité de chauffer un liquide caloporteur et de restituer les calories ainsi captées soit à un réservoir qui fera office de stock tampon, soit en distribution directe, sera, à l’exploitation, la solution la plus économique.
Opter pour du bois bûche dans une région où il est facile d’en acheter ou, mieux encore, pour qui en produit est probablement un choix très cohérent.
Récupérer la chaleur de l’air ou de l’eau évacués dans le cadre du renouvellement d’air ou sur d’autres sources d’énergie peut sembler évident et pertinent.
La géothermie et les pompes à chaleur peuvent aussi, dans certains cas, être très pertinentes. Le sont-elles toujours ? A étudier au cas par cas !
Choisir une énergie fossile ne serait pas, en général, très pertinent. Par contre, en cas de faible besoin, le choix du gaz, peut s’avérer un choix gagnant. En effet, d’une part, certains équipements alimentés au gaz peuvent être de très faible puissance, inférieure à 2 kW, ce qu’aucun équipement autre, si ce n’est à l’électricité ou au solaire, ne peut offrir. D’autre part, il sera produit de plus en plus de gaz d’origine renouvelable (par méthanisation notamment).
L’électricité, énergie de chauffage très décriée, peut pourtant, en cas de très faible besoin et même sans passer par une pompe à chaleur, représenter une alternative très pertinente !
Le transport de la chaleur
Une fois l’énergie captée ou produite, il faut ensuite la transporter jusqu’au lieu à chauffer.
Une exception cependant à cette nécessité : les appareils qui, tels que les poêles, les fourneaux bouilleurs ou les inserts dans les foyers, à la fois produisent la chaleur et la restituent.
Le transfert des calories peut s’opérer via divers produits caloporteurs. Les plus utilisés, et quasiment les seuls d’ailleurs, sont l’air et l’eau. Autrefois on transportait les calories via du stockage dans des matériaux (briques en terre cuite, bouillottes) ou directement dans des appareils, sous la forme de braises, par exemple dans les bassinoires ou dans les chaufferettes … autres temps, autres équipements !
L’air
C’est, par exemple, le mode de transfert des calories dans le cadre des VMC double flux thermodynamiques. Ce support de transfert piège ou capte la chaleur au-dessus de systèmes de chauffage puissants afin de la transférer dans d’autres pièces. Il est rarement utilisé dans la maison individuelle, cependant certains systèmes proposent de chauffer l’air en un point fixe et de le distribuer chaud ailleurs. Pour deux raisons, ce vecteur de transfert est le moins performant. En effet, l’air a une très faible capacité de chaleur massique, il faut donc, souvent, en déplacer de grosses quantités pour transférer suffisamment de chaleur pour atteindre le niveau de confort souhaité. Or, c’est une certitude, la stabilité de l’air est une source de confort. A contrario, les mouvements d’air sont une source d’inconfort (vidéo) !
L’eau
La grande capacité de chaleur massique de l’eau lui confère d’excellentes qualités de transporteur de calories. C’est un liquide facile à se procurer, pas cher, simple et non toxique. C’est donc tout naturellement qu’elle a depuis fort longtemps été très majoritairement choisie en tant que vecteur de transfert de chaleur (ce qu’on appelle communément le chauffage central).
La distribution de la chaleur
C’est du(des) moyen(s) de la distribution de la chaleur dont va dépendre le confort engendré par le chauffage.
La chaleur peut se dissiper de plusieurs façons : par contact direct, la conduction (vidéo) ; par convection (vidéo) et par rayonnement (vidéo). Deux situations globales permettent à un corps d’émettre des rayonnements.
La première consiste à recouvrir les parois froides d’un revêtement qui ne capte pas (ou très peu et très mal) les rayonnements qu’il reçoit mais qui, par contre, renvoie tant les rayonnements auxquels il est exposé que sa propre énergie. On dit que ce revêtement dispose d’une bonne effusivité. Cette situation est à privilégier pour les parois. Son rapport avec le chauffage est que, même à température modérée, le rayonnement émis nous permet de ressentir du confort. Attendu que ces matériaux captent moins de chaleur et qu’ils ont moins besoin d’être chauds pour être confortables… il y a moins besoin de les chauffer !
La deuxième situation consiste à doter les parois d’un revêtement dense, lourd et à forte capacité de chaleur spécifique. Ce système permet de stocker beaucoup de calories, donc d’être chaud. Cette chaleur se dissipera en partie par rayonnement. Le rapport est alors direct avec le chauffage. Dès lors qu’il dispose de ces capacités, tout corps chaud sera en mesure d’émettre beaucoup de rayonnement, doucement et dans la durée. Ces conditions sont plus favorables au ressenti de confort.
Conclusion
Beaucoup claironnent que, “l’hiver, c’est simple d’avoir chaud, il suffit de chauffer !” Quelques uns, plus sages, disent “pour ne pas dépenser trop, il faut isoler”. Cette seconde affirmation est un début de sagesse, mais est-ce suffisant ? Nous ajoutons quelques questions, à commencer par : “Pourquoi faudrait-il chauffer ?” Viennent de suite quelques autres questions : “De combien faudrait-il faire monter la température ?”; “Comment éviter de devoir chauffer beaucoup ?” …
Ce qui, a priori, semble simple ne l’est pas vraiment, voire est très complexe. Heureusement complexe ne veut pas dire impossible à résoudre ! Par contre, ce qui apparaît très nettement, c’est qu’il faut bien analyser et réfléchir en amont de la décision de chauffer.
Il faut se poser la question des conditions requises pour ressentir du confort. Puis, ceci fait, analyser les besoins, les contraintes et, ensuite seulement, se poser les questions du type d’équipement pour produire la chaleur, de l’énergie qui sera retenue, du mode de transfert et de distribution des calories… Toutes ces questions bien posées, bien pesées, amèneront à des solutions pertinentes, ce qui est l’objectif global !
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