LE CHAUFFAGE À ÉLECTRICITÉ

2.   RUDIMENTS DES SYSTÈMES
      DE CHAUFFAGE ÉLECTRIQUE

Ce chapitre porte sur les différents systèmes de chauffage électrique et le matériel qui les compose.

Systèmes de chauffage à air pulsé

CONCEPTION ET FONCTIONNEMENT

Dans un système à air pulsé, un ventilateur distribue par un réseau de conduits la chaleur produite par le générateur d'air chaud électrique. Comme le ventilateur pousse l'air chaud dans chaque pièce de la maison, le système ne dépend pas de la convection naturelle pour assurer une répartition égale de la chaleur.

La capacité de ces systèmes, qui varie considérablement, se situe en général entre 10 et 50 kW. Les éléments chauffants, le ventilateur, le filtre à air et les dispositifs de commande forment un tout compact. Le matériel est très différent de celui des thermopompes (voir les pages 32 et suivantes).

Figure 2 : Générateur d'un système électrique à air pulsé

Si vous chauffez uniquement à l'électricité, vous pouvez boucher, sceller et isoler les conduits de cheminée puisqu'ils ne servent plus. Cela peut influer sur les courants d'air et le taux d'humidité dans la maison et réduira les pertes de chaleur.

Trois types de générateurs d'air chaud permettent de répondre aux besoins des divers modèles de maison. De conception différente, ils sont nommés d'après la façon dont l'air circule dans le système.

• Les générateurs à sortie par le haut se prêtent mieux à une installation au sous-sol.
• Les générateurs à sortie latérale conviennent bien à une installation dans un vide sanitaire.
• Les générateurs à sortie par le bas sont tout indiqués pour les maisons mobiles ou le rez-de-chaussée des maisons construites sur dalles de béton.

Si vous remplacez votre générateur à air pulsé par un appareil de chauffage électrique neuf, vous pouvez habituellement utiliser à peu près tel quel le réseau actuel de conduits de distribution de la chaleur.

Des éléments chauffants peuvent être ajoutés aux systèmes à air pulsé pour en augmenter la capacité ou créer des systèmes biénergétiques. L'élément chauffant, qui consiste en un ou plusieurs serpentins de chauffage, est placé dans la chambre de distribution de l'air chaud. La chambre de distribution de l'air chaud est la partie des conduits immédiatement en aval du générateur d'air chaud.

NOTA : Tout ajout ou toute modification à un générateur existant qui consiste à installer des éléments chauffants dans la chambre de distribution de l'air chaud doit être effectué par des entrepreneurs qualifiés. L'appareil doit alors être inspecté, habituellement par le service public d'électricité local.

OPTIMISER L'EFFICACITÉ DES SYSTÈMES À AIR PULSÉ

Il y a différentes façons d'améliorer l'efficacité d'un système de chauffage à air pulsé.

Régler le ventilateur

Il est souvent possible d'augmenter la chaleur produite par un système à air pulsé en changeant le réglage des commandes de démarrage et d'arrêt automatiques du ventilateur de circulation. Ces commandes sont généralement placées dans un boîtier métallique à l'avant et au haut de l'appareil. à l'intérieur (pour enlever le couvercle, il faut le comprimer de la main ou desserrer quelques vis à métaux) se trouve un cadran de température avec trois aiguilles (figure 3). L'aiguille d'arrêt du ventilateur (OFF) correspond à la température la plus basse alors que l'aiguille suivante (ON) commande la mise en marche du ventilateur. La troisième aiguille, qui indique la température la plus élevée, est le limiteur de sécurité (généralement réglé en usine), qui arrête l'appareil en cas de surchauffe. Il ne faut pas toucher ce réglage.

Figure 3:   Commande du ventilateur de circulation

Les aiguilles commandant la marche et l'arrêt du ventilateur sont habituellement réglées pour que celui-ci se mette en marche à; 66 oC (150 oF) et s'arrête à; 49 oC (120 oF). Pour tirer le plus de chaleur possible de l'appareil, la plupart des spécialistes du chauffage recommandent maintenant qu'on les règle respectivement à; 49 oC (120 oF) et à; 32 oC (90 oF). De cette façon, le ventilateur se mettra en marche plus rapidement après l'allumage des éléments et fonctionnera plus longtemps après qu'ils seront éteints. Cette circulation de l'air permet de tirer plus de chaleur du générateur d'air chaud.

Le cadran de commande du ventilateur est monté sur ressort : il faut donc le tenir fermement d'une main pendant que vous réglez l'aiguille de l'autre main. Assurez-vous de régler la commande « Auto/Manuel » à; « Auto » avant de replacer le boîtier métallique. Si vous ne savez trop comment changer ces réglages, demandez au technicien de le faire lors de sa prochaine visite.

En modifiant ainsi les réglages, l'air sortant des bouches de chaleur sera peut-être un peu moins chaud au début et à; la fin du cycle de fonctionnement du ventilateur. Si cet air plus frais rend la maison trop inconfortable, réglez la mise en marche (ON) du ventilateur à; 54 oC (130 oF) ou encore la température d'arrêt (OFF) à; 38 oC (100 oF) ou, si vous le préférez, les deux à; la fois.

Un ventilateur à; deux vitesses vous permettra de tirer encore plus de chaleur de votre générateur d'air chaud tout en assurant une circulation d'air et moins d'écarts de température dans l'ensemble de la maison en tout temps. La facture d'électricité sera toutefois plus élevée avec ce type de ventilateur.

Certains des nouveaux générateurs d'air chaud à; haut rendement sont équipés d'un moteur à; collecteur, plus efficace, à; vitesse variable et à; entraînement direct, qui fait tourner le ventilateur de circulation. La vitesse du ventilateur varie selon la demande de chaleur. Pour un fonctionnement prolongé ou continu du ventilateur, un appareil de ce type peut vous faire économiser beaucoup d'électricité tout en vous assurant une chaleur plus uniforme et un confort accru.

Améliorer la distribution de chaleur

La répartition de la chaleur pose parfois problème et il est souvent difficile de chauffer adéquatement certaines pièces de la maison, les chambres à; coucher situées à; l'étage, par exemple. Ce problème peut être le résultat de fuites d'air chaud par les joints des conduits de chauffage ou encore par la perte de chaleur lorsque des conduits traversent un sous-sol ou, pire encore, des espaces non chauffés comme un vide sanitaire, le grenier ou un garage.

Calfeutrez tous les joints de conduits à l'aide d'un scellant spécial au latex pour conduits afin d'éliminer les pertes d'air chaud. Consultez les Pages JaunesMC sous les rubriques « Fournaises – Chauffage » ou « Fournaises – Réparation et nettoyage ». (Du ruban à conduits à haute température peut convenir, mais il perd de son étanchéité et se détériore avec le temps.)

Lorsque le ventilateur de circulation fonctionne, les pertes de chaleur seront d'autant plus grandes si des conduits non étanches passent dans un mur extérieur, un entretoit ou un vide sanitaire et laissent échapper l'air chaud à l'extérieur de la maison. Raison de plus pour veiller à ce que tous les conduits soient bien étanches.

Les conduits traversant des espaces non chauffés, comme un vide sanitaire ou le grenier, devraient être calfeutrés puis enveloppés de nattes isolantes ou d'isolant à conduit. Faites de même pour les longs tronçons de conduits dans le soussol. Il est recommandé d'isoler au moins la chambre de distribution de la chaleur et les trois premiers mètres (dix premiers pieds) des conduits d'air chaud. Mieux encore, isolez tous les conduits d'air chaud auxquels vous avez accès sans trop de difficulté. Recouvrez-les de matelas isolants revêtus d'une pellicule métallique ou entourez-les d'isolant entre les solives puis posez un recouvrement. Si la chaleur qui se dégage des conduits sert actuellement à chauffer le sous-sol, il faudra peut-être y installer d'autres registres d'air chaud en prenant soin d'isoler les conduits. L'objectif consiste à permettre à la chaleur de se rendre à destination, sans se perdre en cours de route.

Les pièces des étages supérieurs et celles qui sont éloignées de l'appareil de chauffage sont parfois difficiles à chauffer, non seulement pour les raisons précitées, mais en raison de la friction à l'intérieur des conduits et des autres obstacles qui gênent la circulation de l'air (comme les coudes à angle droit). Dans certains cas, on peut remédier au problème par de légères modifications aux conduits, tout en s'assurant que ces derniers sont bien étanches et isolés, puis en réglant les clapets d'équilibrage des conduits d'alimentation (figure 4) de manière à diminuer la circulation d'air chaud vers les pièces mieux chauffées et à la diriger plutôt vers les pièces plus froides.

Figure 4:  Clapet d'équilibrage de conduit d'alimentation

Dans certains systèmes de distribution à air pulsé, ces clapets se trouvent dans les conduits secondaires d'air chaud, à proximité de leur raccordement au conduit rectangulaire principal. On peut les repérer grâce à la manette qui se trouve à l'extérieur du conduit, tel qu'illustré à la figure 4. La position de cette manette (ou, dans certains cas, de la rainure à l'extrémité de l'arbre du clapet) indique l'angle du clapet dissimulé à l'intérieur du conduit. Si votre système n'est pas équipé de clapets de ce genre, vous devrez régler plutôt le registre des bouches de chaleur.

Commencez par fermer les clapets des conduits desservant les pièces les plus chaudes (même complètement fermés, ces conduits fourniront un peu de chaleur à ces pièces). Attendez quelques jours pour voir les résultats sur la distribution de la chaleur dans l'ensemble de la maison, puis faites d'autres rajustements au besoin. Ces rajustements peuvent réduire quelque peu le débit d'air global du générateur d'air chaud, mais cela sera partiellement compensé par une légère augmentation de la température de l'air qui se dégage.

Soyez prudent toutefois. Il peut être indiqué de confier ce travail à un technicien compétent. Si vous réduisez trop la circulation d'air, vous risquez d'augmenter exagérément la température de l'air dans la chambre de distribution de la chaleur de l'appareil. Il est donc sage de demander au technicien de vérifier ce qu'il en est au juste.

Dans la plupart des maisons, il n'y a pas suffisamment de bouches de retour d'air froid pour alimenter suffisamment en air frais le générateur d'air chaud. En ajoutant d'autres bouches de retour d'air dans les pièces habitées, particulièrement dans les chambres à coucher, on peut accroître la circulation de l'air et l'efficacité du système de chauffage, tout en améliorant le confort et la qualité de l'air dans la maison.

Pour les problèmes de distribution de chaleur qui ne peuvent être corrigés par le rajustement des clapets ou autres modifications aux conduits, il y aurait lieu de faire appel aux services d'un technicien pour équilibrer de manière complète et appropriée votre système.

Systèmes de chauffage hydroniques (à eau chaude)

CONCEPTION ET FONCTIONNEMENT

Un système de chauffage hydronique fait circuler l'eau chaude pour chauffer la maison; ses trois principales composantes sont les suivantes :

1. une chaudière pour chauffer l'eau
2. des appareils de chauffage – généralement des plinthes ou des radiateurs – dans la plupart des pièces, souvent posés contre un mur extérieur
3. une pompe pour faire circuler l'eau de la chaudière aux radiateurs et assurer le retour par la tuyauterie.

Figure 5 :   Chaudière d'un système hydronique

La chaudière électrique (figure 5) est de dimensions compactes. Les éléments chauffants sont directement immergés dans l'eau (comme dans une bouilloire électrique). Si vous disposez de peu d'espace, vous pouvez la placer sur un mur du sous-sol, dans un placard ou sous les armoires de cuisine, ou même la suspendre aux solives du sous-sol.

Si vous remplacez la chaudière de votre système hydronique par une chaudière électrique neuve, vous pourrez probablement raccorder les anciens tuyaux à la nouvelle chaudière.

OPTIMISER L'EFFICACITÉ DES SYSTÈMES HYDRONIQUES

Comme dans le cas du chauffage à air pulsé, il y a plusieurs façons d'améliorer l'efficacité des systèmes de chauffage hydroniques.

Améliorer la distribution de chaleur

Les anciens systèmes de chauffage à gravité, dont l'eau ou la vapeur circulait dans la maison par convection naturelle, sont beaucoup moins efficaces que les systèmes équipés d'une pompe de circulation. De fait, une circulation lente de l'eau chaude peut entraîner des fluctuations importantes de la température. De plus, lorsqu'on a abaissé le thermostat pour la nuit, il faut parfois à ces systèmes beaucoup de temps pour réchauffer la maison le matin. En outre, un système à gravité ne peut pas faire circuler de l'eau chaude dans les radiateurs ou les plinthes chauffantes des pièces habitées au sous-sol, car ces appareils sont en dessous du niveau de la chaudière. On peut éliminer tous ces problèmes en ajoutant une pompe de circulation et en remplaçant le vase d'expansion ouvert par un modèle scellé et pressurisé, placé près de la chaudière. Si vous avez un système à gravité, discutez de la possibilité de l'améliorer avec votre entrepreneur en plomberie et chauffage.

Équilibrer la distribution de chaleur

Équilibrer la chaleur distribuée aux différentes parties de la maison est tout aussi important dans le cas du chauffage hydronique que dans celui du chauffage à air pulsé. Les radiateurs sont souvent équipés d'une simple soupape manuelle permettant de régler le débit d'eau qui les traverse. Tout comme les clapets d'équilibrage des systèmes à air chaud pulsé, ces soupapes peuvent servir à commander la quantité de chaleur fournie aux différentes pièces de la maison.

Une soupape thermostatique (figure 6) peut faire varier automatiquement la quantité de chaleur fournie et être réglée pour contrôler la température de chaque pièce. Toutefois, on ne peut pas utiliser cette soupape si les radiateurs ou les plinthes chauffantes sont raccordés selon un système de « boucles en série », comme on les appelle. Dans ce type de circuit, l'eau doit traverser successivement tous les radiateurs avant de retourner à la chaudière. S'il y a plus d'une boucle, on peut équilibrer un peu mieux la distribution de chaleur en réglant les soupapes qui commandent le débit d'eau de chacune des boucles. On peut aussi commander, dans une certaine mesure, la chaleur dégagée par une plinthe chauffante en réglant le registre intégré, dont le fonctionnement est assez similaire à celui d'un registre d'air chaud.

Figure 6 :   Soupape thermostatique de radiateur

La température de la chaudière des modèles courants de systèmes hydroniques est généralement réglée à 82 oC (180 oF). Il est possible de réduire la consommation d'énergie de nombreux systèmes de chauffage hydroniques à l'aide d'un régulateur qui fait varier la température de l'eau circulant dans le système en fonction de la température à l'extérieur. Lorsqu'il fait moins froid à l'extérieur, la température de l'eau est abaissée.

Radiateurs électriques

Installés dans chaque pièce, les radiateurs électriques permettent le contrôle individuel de la température de la pièce. Les thermostats peuvent être incorporés dans l'appareil lui-même ou montés sur un mur proche. Tous les radiateurs sont munis d'un dispositif de contrôle qui empêche la surchauffe si la circulation d'air est insuffisante. Il en existe une grande variété, à prix modique.

L'appareil le plus courant est la plinthe chauffante (figure 7). Installée en permanence, de préférence sous les fenêtres, le long d'un mur donnant sur l'extérieur, loin de tout obstacle, celle-ci fait appel à la circulation naturelle de l'air chaud pour distribuer la chaleur. Ces appareils étant offerts dans des longueurs différentes, il est facile d'adapter leur capacité de chauffage aux dimensions de la pièce.

Figure 7:   Plinthe chauffante par résistance électrique

Les plinthes électriques consomment beaucoup d'électricité. Il faut normalement installer un circuit électrique par plinthe et tenir compte de la facilité d'installation de ces fils dans l'évaluation du coût du système. Dans les nouvelles constructions, l'investissement initial pour l'installation de plinthes chauffantes est habituellement plus faible comparativement à d'autres systèmes, mais les coûts d'utilisation sont par après souvent très élevés.

S'il est difficile ou impossible d'installer des plinthes chauffantes, on peut avoir recours à d'autres types de radiateurs. Les radiateurs portatifs (figure 8) à convection ou à ventilateur ont une capacité variant de 500 à 1 500 W; ils sont offerts dans une grande variété de modèles, de formes, de couleurs et de dimensions. Assez petits pour être branchés sur l'installation électrique ordinaire de la maison, ils sont utiles comme source de chaleur d'appoint ou temporaire. Il faut toutefois s'assurer que le câblage électrique de la maison pourra supporter cette charge supplémentaire. Il faut considérer les appareils portatifs comme étant des compléments au système de chauffage existant. Leur utilisation n'est pas toujours indiquée dans les endroits humides.

Figure 8:   Radiateur électrique portatif

Les convecteurs muraux peuvent être montés en saillie ou encastrés dans le mur (voir la figure 9 à la page 30). Ces appareils sont tout indiqués comme source de chaleur principale ou comme radiateurs d'appoint pour les pièces de dimension restreinte, telles que couloirs, entrées, paliers et salles de bains. Certains ont un ventilateur pour accélérer la distribution de l'air. Des convecteurs portatifs du même type sont disponibles comme chauffage d'appoint. Les convecteurs de plancher (voir la figure 10 à la page 30) sont conçus pour être utilisés devant les escaliers, les fenêtres descendant jusqu'au plancher ou les portes vitrées coulissantes. Ces appareils s'encastrent dans le plancher.

Figure 9:  Convecteur mural

Figure 10:   Convecteur de plancher

D'autres types de convecteurs électriques, comme les barres à mazout, les convecteurs à quartz et les chauffe-conduits, sont également offerts. Vérifiez auprès d'un distributeur local, de votre service public d'électricité ou d'un entrepreneur de votre région pour en savoir davantage à ce sujet. Certains produits sont conçus comme des convecteurs auxiliaires pour les systèmes de chauffage à air pulsé existants. L'installation des chauffe-conduits nécessite les services d'un entrepreneur qualifié.

« Systèmes mixtes »

BOIS-ÉLECTRICITÉ

En milieu rural, les générateurs d'air chaud mixtes bois-électricité (figure 11) sont d'usage courant. Ce sont des générateurs d'air chaud à bois auxquels on intègre des éléments chauffants qui ne se mettent en marche que lorsque le bois seul ne suffit pas à la demande. Une autre solution consiste à se servir de plinthes chauffantes comme appoint à un système de chauffage central au bois ou à un générateur d'air chaud mixte bois-mazout, ou à un poêle à bois.

Figure 11 :   Générateur d'air chaud mixte bois-électricité

NOTA : Il ne faut pas ajouter d'élément chauffant dans la chambre de distribution de l'air chaud d'un générateur à air pulsé alimenté au bois.

MAZOUT-ÉLECTRICITÉ

Un système mixte mazout-électricité (voir la figure 12 à la page 32) est un appareil de chauffage au mazout auquel on ajoute, en usine, des éléments chauffants. Ceux-ci comblent une bonne partie des besoins en chauffage; l'appareil au mazout n'intervient que par temps très froid.

Figure 12 :   Générateur d'air chaud mixte mazout-électricité

On peut aussi ajouter des éléments chauffants électriques dans la chambre de distribution de l'air chaud d'un générateur à air pulsé alimenté au mazout. Par temps plus clément, le ventilateur du générateur et les éléments chauffants servent à réchauffer la maison. Par temps plus froid, les coûts plus élevés de l'électricité font du mazout la source de chauffage la moins dispendieuse. Les tarifs de la biénergie existent au Québec pour encourager une telle utilisation. Ces tarifs sont également avantageux dans le cas où une thermopompe est utilisée conjointement avec un génerateur d'air chaud utilisant un combustible fossile.

Thermopompes

Les thermopompes produisent de la chaleur utile en la transférant ou en la pompant d'un endroit à un autre. Comme il faut normalement moins d'énergie pour transférer la chaleur que pour la produire, elles peuvent fournir un rendement très élevé.

Techniquement, la thermopompe ressemble à un réfrigérateur; pourtant, elle peut être utilisée tant pour chauffer que pour rafraîchir la maison. L'été, elle extrait la chaleur de la maison et la rejette à l'extérieur, comme un climatiseur ordinaire. L'hiver, elle effectue le processus inverse, transférant dans la maison la chaleur que contient l'air ou le sol froids à l'extérieur.

Les thermopompes à usage résidentiel se répartissent en deux groupes principaux : les thermopompes à air (« air-air ») et les pompes géothermiques. Nous décrirons ici chaque type brièvement. Pour plus de renseignements, commandez la brochure gratuite de la présente série, intitulée Le chauffage et le refroidissement à l'aide d'une thermopompe (voir la page 54).

THERMOPOMPES AIR-AIR

Le modèle courant de thermopompe à air (figure 13) à usage résidentiel ressemble à un climatiseur central de maison. En fait, la seule différence entre une thermopompe et un climatiseur réside dans la capacité de la thermopompe de renverser le débit de fluide frigorigène, de sorte que l'appareil puisse fournir de la chaleur en hiver aussi bien que de la fraîcheur en été. Même l'air froid renferme de la chaleur. Parce que la chaleur est absente seulement au zéro absolu (-273 °C), les thermopompes peuvent fonctionner même durant les hivers canadiens les plus froids.

Cependant, à la fois l'efficacité et la capacité diminuent lors d'une baisse importante de température à l'extérieur.

On trouve depuis peu sur le marché des thermopompes «biblocs», qui comportent un petit dispositif de traitement de l'air monté sur un mur à l'intérieur pour diffuser la chaleur et la fraîcheur à une seule pièce. Ces systèmes effectuent à peu près le même travail qu'un climatiseur de fenêtre, mais ils sont plus silencieux et beaucoup plus efficaces. Cependant, ils peuvent être chers à l'achat.

Figure 13 :   Thermopompe à air en mode chauffage

Du fait que le rendement des thermopompes à air diminue lorsqu'il fait plus froid à l'extérieur, la charge de chauffage de la maison augmente. Par conséquent, afin de répondre à la charge de chauffage de la maison par température plus froide, les thermopompes à air font normalement appel à un appareil de chauffage supplémentaire ou auxiliaire, comme des éléments chauffants électriques ou un générateur d'air chaud au mazout ou au gaz.

L'efficacité des thermopompes est mesurée par le coefficient de performance (CP) qui correspond à la quantité de chaleur émise, divisée par la quantité d'électricité consommée par la thermopompe pendant la période d'utilisation au cours de la saison de chauffe. Plus le CP est élevé, plus la thermopompe est efficace.

POMPES GÉOTHERMIQUES

Les pompes géothermiques diffèrent des thermopompes à air car elles tirent la chaleur du sol ou de l'eau souterraine, au lieu de l'air. Ces appareils sont également appelés thermopompes sol-air ou eau-air.

Étant donné que la température du sol ou de l'eau souterraine est beaucoup plus élevée que la température de l'air ambiant en hiver et qu'elle est assez constante, le rendement ne diminue pas par temps plus froid contrairement à la thermopompe à air. Par conséquent, dans les régions plus froides, les pompes géothermiques sont plus efficaces.

à la fine pointe de la technologie

Au cours des dernières années, l'industrie du chauffage s'est concentrée davantage sur les systèmes au mazout et au gaz naturel, plutôt que sur les systèmes électriques. Néanmoins, outre les pompes géothermiques, il y a eu de véritables percées dans le domaine du chauffage électrique.

STOCKAGE D'ÉLECTRICITÉ ACCUMULÉE

Remontant aux années 40, le chauffage par stockage d'électricité accumulée (SEA), une technique européenne, a été introduit sur le marché américain dans les années 80. Ce type de système de chauffage des bâtiments est capable de suffire aux besoins de chauffage d'une maison en accumulant la chaleur produite durant la nuit et en profitant ainsi des tarifs réduits qu'offrent en général les services publics en dehors des heures de pointe. La plupart des systèmes SEA disponibles sur le marché peuvent fournir 24 heures de chaleur en période de pointe à partir de seulement huit heures de charge accumulée hors pointe.

L'appareil de SEA central comprend un dispositif de stockage et des commandes qui détectent la nécessité d'accumuler une charge pendant la période hors pointe. Des éléments dans le dispositif de stockage chauffent des briques de céramique, de la pierre concassée ou de l'eau à un niveau de température prédéterminé pour répondre aux besoins calorifiques pendant toute la période de pointe. Pour sa part, le dispositif de stockage individuel est une version réduite de l'appareil de SEA central. D'une puissance de 2 à 7,2 kW, il ne fournit de la chaleur qu'à une seule pièce. Dans les plus grandes pièces de la maison, il faut prévoir parfois plus d'un dispositif de stockage. Ce genre d'appareil permet d'économiser jusqu'à 30 p.100 en frais de chauffage si les tarifs d'électricité hors pointe (la nuit) sont beaucoup plus bas.

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