Table of Contents
Avant-propos
Situation
Bien qu’il existe déjà plusieurs publications sur le chauffage central, celles-ci sont trop souvent théoriques ou même dépassées.
La rédaction d’un manuel pratique s’imposait donc pour répondre à une demande certaine.
A l’initiative de l’UBIC, sous la houlette de son président, Roland Debruyne, et avec le soutien de la BOUWUNIE, le FFC (Fonds de Formation professionnelle de la Construction) a reçu pour mission la rédaction du “Manuel modulaire Chauffage central”.
Quelques volumes sont maintenant disponibles, les autres volumes suivront dans le courant des toutes prochaines années.
Certains éléments que l’on retrouve dans le manuel “L’installateur sanitaire” seront traités en lien étroit par le comité de rédaction de ce manuel.
En ce qui concerne le traitement de l’air, nous collaborons avec l’ATIC (l’Association technique du secteur HVAC) et l’ACA (l’organisation professionnelle de l’air conditionné).
Notre comité de rédaction se compose de personnes motivées issues de l’enseignement, de la formation professionnelle et d’entreprises de chauffage.
Notre ouvrage de référence est constitué de différents modules et s’inspire du profil professionnel. Un module pourra être composé de différents volumes. Ainsi, nous retrouvons des volumes axés sur l’exécution du travail (monteurs), alors que d’autres sont orientés vers l’entretien (techniciens) ou le développement de l’installation (installateurs).
Notre manuel veut offrir au lecteur une approche plus visuelle du sujet et alterne pour cela les textes et les illustrations.
Nous voulons rester proches de la réalité et nous en tenir aux principes de l’apprentissage des compétences. Voilà pourquoi nous accordons la préférence à une orientation pratique dans la description de chaque thème. Néanmoins, nos volumes ne reprennent pas d’exercices pratiques puisque ce ne sont pas des manuels scolaires.
Autonomie vis-à-vis de la formation
Cet ouvrage de référence est développé de façon à être accessible à différents groupes-cibles.
Nous sommes partisans de la formation permanente: ce manuel pourra être consulté aussi bien par un élève d’une école secondaire, que par un apprenant en formation continue ou par un installateur de chauffage central désirant rester informé.
Une approche intégrée
L’installation durable sera intégrée dans les différents modules.
Pour éviter les redites, nous avons choisi de consacrer, dans chaque volume, un chapitre particulier aux sciences appliquées.
Nous essayerons d’intégrer le plus possible des thèmes tels que la sécurité, la santé et l’environnement. Ceux-ci pourront néanmoins être abordés séparément, si nécessaire.
Les normes et les publications du CSTC seront traitées dans la même optique.
1- Le chauffage central
1.1 Introduction
Bien que la problématique du chauffage soit très ancienne, le métier d’installateur en chauffage central existe depuis moins longtemps que des métiers apparentés tels que celui du forgeron ou du plombier.
Le début de nos systèmes actuels de chauffage date d’environ 150 ans.
Le développement des chaufferies a pourtant commencé des centaines années avant notre ère, à l’époque où l’Europe Centrale et l’Europe du Nord étaient encore couvertes de neige et de glace. On ne construisait pas encore de maisons en pierre et la chaufferie se trouvait au milieu de l’habitation.
Le foyer était un simple trou dans le sol et servait à la fois pour chauffer l’habitation et cuire les aliments. La fumée s’évacuait par les ouvertures des portes et des fenêtres et par des ouvertures du toit.
Les fouilles effectuées dans des sites et des bâtiments d’époque romaine ont révélé que les Romains utilisaient déjà une espèce de chauffage central. Leurs “hypocaustes” étaient une sorte de chauffage à air chaud combiné avec un chauffage par le sol. Les gaz de combustion, provenant d’un local de chauffe central situé généralement en dehors du bâtiment, étaient amenés par une canalisation souterraine vers l’hypocauste (espace situé sous le plancher) et en étaient évacués par les conduits de fumée. Les conduits en pierre et le plancher étaient réchauffés par la chaleur des gaz de combustion et restituaient cette chaleur au local. On retrouve des vestiges de ce type de chauffage en Belgique, au Luxembourg, en Allemagne…
Au 12e siècle, on parle de chauffage par poêle en faïence, mais les châteaux étaient généralement chauffés par un feu ouvert. Le développement du chauffage central actuel commence vers 1830.
C’est entre 1870 et 1890 qu’on a importé d’Amérique les premières chaudières et les premiers radiateurs en fonte, la première chaudière à éléments étant commercialisée en 1895.
Depuis lors, les chaudières de chauffage central ont été considérablement améliorées.
À l’heure actuelle, la plupart des habitations sont équipées d’une installation de chauffage central.
1.2 Confort
1.2.1 Généralités
L’installation de chauffage sert avant tout à offrir du confort (bien-être) aux habitants d’une maison et aux occupants des locaux de séjour et de travail.
Le confort est un concept très difficile à cerner. Pour éprouver une sensation de confort, il faut d’abord que de nombreux facteurs soient réunis. La sensation de confort est très subjective.
La température moyenne de la peau humaine se situe entre 32 °C et 33 °C, et comme la température ambiante est inférieure, le corps humain perd de la chaleur au profit de son environnement.
Les facteurs suivants ont une grande importance pour la régulation du confort:
- la température de l’air,
- la température superficielle des murs, des planchers et des fenêtres,
- l’humidité ambiante,
- la vitesse de l’air dans la pièce,
- la composition de l’air.
L’installation de chauffage central a pour fonction d’amener les locaux à la température (sèche) voulue et de les y maintenir. D’autres facteurs (comme l’humidité de l’air) devront être régulés à l’aide d’autres installations (une installation de climatisation, par exemple).
Le corps humain est capable de réguler lui-même ses pertes calorifiques dans certaines limites, en dehors desquelles il dépend de la régulation artificielle du climat intérieur.
Le chauffage des bâtiments représente une part considérable de la consommation d’énergie; il s’indique donc de réaliser des économies dans ce secteur.
Si l’installation de chauffage et le bâtiment sont bien conçus et bien réalisés, on parvient à économiser jusqu’à 50 % de la consommation évaluée au départ.
1.2.2 Température de l’air
1.2.2.1 La température intérieure
En général, on trouve agréable une température ambiante de 20 °C à 22 °C. Les personnes âgées préfèrent souvent une température un peu plus élevée.
Il est d’usage d’indiquer sur notre plan de construction, pour chaque pièce, la température garantie en cas de température extérieure minimale.
Il arrive pourtant que les occupants trouvent la température inconfortable, bien que le thermomètre mesure effectivement la température calculée. Il y a plusieurs explications à cela.
Un plancher froid peut refroidir les pieds tandis que les couleurs des murs peuvent également donner une impression de froid.
Lors des relevés, on mesure la température ambiante à une hauteur d’environ 1,50 m au-dessus du niveau du plancher.
Or, il est très important d’atteindre la température souhaitée non seulement à une hauteur de 1,50 m, mais autant que possible partout dans le local. Il faut faire en sorte que les écarts de température ne soient pas supérieurs à 3 °C.
Quelques températures de confort selon NBN B62-003(1):
- pièces de séjour: 20 °C,
- chambres à coucher: 16 °C à 18 °C,
- salles de bains: 22 °C à 24 °C,
- cages d’escalier et W.-C.: 16 °C.
1.2.2.2 La température extérieure
La température à l’intérieur de la maison dépend avant tout de la température qui règne à l’extérieur. L’installation de chauffage doit maintenir la température intérieure aussi constante que possible, que la température extérieure soit de -5 °C ou de +10 °C.
La norme NBN B62-003(1) stipule, entre autres, les températures extérieures dont il faudra tenir compte pour calculer le besoin de chaleur d’un logement, et ces températures sont différentes d’une région à l’autre.
Quelques exemples:
- Bruxelles: – 8 °C,
- Oostende: – 7 °C,
- Saint-Hubert: – 12 °C.
1.2.2.3 Température superficielle
En-dehors de la température de l’air, la température superficielle des murs, des fenêtres et des planchers a également une grande influence sur la sensation de confort des occupants d’un local à cause du rayonnement.
Par exemple: la température ambiante d’une pièce est de 22 °C à 1,50 m du plancher, mais la température du plancher n’est que de 10 °C. Il s’ensuit que l’on est incommodé d’avoir les pieds froids. On éprouve une impression d’inconfort. Pour avoir une plus grande impression de confort, on va donc demander une température de l’air plus élevée.
Si l’on va s’asseoir devant une grande fenêtre à simple vitrage, on a également une impression d’inconfort, à cause de la grande surface froide.
1.2.3 Humidité
La quantité de vapeur d’eau présente dans l’air qui nous entoure détermine notre sensation de confort. Pour indiquer ces limites, on va déterminer l’humidité relative. L’humidité relative est le rapport entre la teneur en humidité effective et la teneur maximale en humidité.
L’idéal est d’avoir une humidité de l’air comprise entre 30 et 70 %.
L’humidité relative exprime le rapport (à la température considérée) entre la quantité de vapeur présente et la quantité maximum possible.
1.2.4 Vitesse de l’air
La vitesse de l’air dans une pièce peut causer une impression de courant d’air et diminuer la sensation de confort. La vitesse de l’air ne peut pas dépasser 0,2 à 0,3 m/s.
1.2.5 Composition de l’air
Quand plusieurs personnes séjournent longtemps dans une pièce, l’air se pollue. L’air peut également être pollué par des particules et des substances odorantes qui affectent négativement l’impression de confort. C’est pourquoi on prévoira une ventilation, avec environ 0,6 à 1 renouvellement d’air par heure. La norme de ventilation NBN D50-001 a d’ailleurs été élaborée pour déterminer les exigences correctes.
1.3 Principes de chauffage
1.3.1 Classement des systèmes de chauffage
Il existe tellement de systèmes de chauffage différents qu’il est uniquement possible de les classer selon différents thèmes, par exemple suivant:
- le mode de production de chaleur: appareils individuels, chauffage central ou chauffage à distance;
- la source d’énergie: charbon, bois, gaz, fioul domestique, électricité, soleil ou vent;
- fluide caloporteur: eau, vapeur, huile thermique ou air;
- le mode d’émission de chaleur: convection, rayonnement ou convection et rayonnement.
Chaque système possède ses caractéristiques que l’on peut qualifier d’avantageuses ou de désavantageuses par rapport au bâtiment et à ses habitants.
1.3.2 Chauffage individuel
On entend, par chauffage individuel, le chauffage d’une pièce par un ou plusieurs appareils de chauffage qui y sont installés. Ces appareils de chauffage transformeront sur place l’énergie en chaleur pour chauffer la pièce.
Ce sont par exemple:
- le chauffage électrique, direct ou à accumulation,
- les convecteurs à gaz,
- les poêles et feux ouverts,
- les aérothermes au gaz.
1.3.3 Chauffage central
À l’opposé du chauffage individuel, où la source de chaleur se trouve toujours dans le local à chauffer, l’emplacement de l’appareil de chauffe d’une installation de chauffage central est libre. La production de chaleur s’effectue dans une chaudière ou dans un générateur d’air chaud. La chaleur qui y est produite est transmise au fluide caloporteur (eau, air, vapeur, huile thermique) qui amène la chaleur dans les locaux à chauffer via des gaines ou des conduites. En cas de chauffage à eau chaude, la chaleur transportée est émise par des corps de chauffe (radiateurs, convecteurs…). En cas de chauffage à air chaud, l’air chaud pénètre dans le local par des grilles.
On voit bien, d’après ce qui précède, qu’une installation de fchauffage central se compose de quatre éléments nettement distincts:
- la source de chaleur = production,
- le caloporteur + conduites ou gaines = distribution,
- les appareils qui émettent la chaleur = émission,
- les éléments qui régulent la température = régulation.
On distingue différents systèmes, selon la disposition et le groupement des éléments. C’est surtout le mode de construction qui détermine le système choisi.
1.3.4 Avantages et inconvénients
Les avantages du chauffage central par rapport au chauffage individuel sont les suivants:
- un chauffage homogène du local grâce à une disposition favorable des corps de chauffe;
- une pollution atmosphérique proportionnellement moins importante;
- l’absence de manipulation de combustible ou de cendres dans le logement;
- la bonne rentabilité d’utilisation du combustible;
- volume occupé par les corps de chauffe réduit;
- le nombre de cheminées d’un bâtiment est réduit à une seule évacuation des gaz de combustion;
- il faut moins d’entretien;
- il est possible de produire également l’eau chaude sanitaire.
Ses inconvénients sont:
- des frais d’installation plus élevés;
- si la chaudière tombe en panne, il n’y a plus du tout de chauffage;
- outre les coûts en carburant, il y a aussi des coûts de courant électrique pour le circulateur et les appareils de régulation;
- les pertes d’énergie dans le réseau de distribution;
- le risque de gel de l’eau dans les radiateurs.
1.3.5 Fluide caloporteur
Le fluide caloporteur est le moyen de transport qui conduit la chaleur vers les lieux d’utilisations. Plusieurs possibilités existent en matière de fluide caloporteur:
- l’eau: on peut chauffer de l’eau et la faire circuler; on parle alors de chauffage à eau chaude. Si l’on chauffe l’eau à une température supérieure à 95 °C, on parle de chauffage à eau surchauffée. Dans ce cas, la pression de service sera plus élevée.
- l’air: on chauffe l’air à l’aide d’un générateur à air chaud.
- la vapeur: une chaudière équipée d’un ballon produit la vapeur. On comprendra très facilement qu’il est complexe de régler un chauffage à vapeur, car la température de la vapeur est d’au moins 100 °C. Le chauffage à vapeur se subdivise en chauffage à haute pression et chauffage à basse pression.
- l’huile thermique: ce médium est utilisé dans les applications industrielles où l’on demande des températures élevées.
Dans un premier temps, nous n’analyserons ici que le chauffage central à eau chaude, le chauffage à air chaud avec gaines sera traité ultérieurement.
La conduite qui amène l’eau de la chaudière vers les radiateurs est appelée conduite de départ. La conduite qui ramène l’eau des radiateurs à la chaudière s’appelle conduite de retour.
1.4 Le chauffage central à eau chaude
1.4.1 Principe
Dans une installation de chauffage central à eau chaude, l’eau est réchauffée dans la chaudière (production) à une température maximum de 90 °C sous une pression maximum de 3 bars (300 kPa). Un système de distribution, composé d’une tuyauterie avec départ et retour (distribution), amène cette eau chaude dans les corps de chauffe qui émettent la chaleur nécessaire dans les locaux où ils sont installés (émission). De ce fait, l’eau refroidit. Elle s’écoule ensuite dans la tuyauterie de retour pour regagner la chaudière où le cycle recommence.
L’eau circule ainsi en circuit fermé. La circulation d’eau peut se faire naturellement et on parle alors de circulation naturelle (thermosiphon), ou artificiellement et on parle alors de circulation forcée (circulation par pompe).
Explication:
Ligne rouge = conduite de départ
Ligne bleue = conduite de retour
I = production
II = distribution
III = émission
Au sommaire
Avant-propos
Table des matières
1 Le chauffage central
1.1 Introduction
1.2 Confort
1.2.1 Généralités
1.2.2 Température de l’air
1.2.3 Humidité
1.2.4 Vitesse de l’air
1.2.5 Composition de l’air
1.3 Principes de chauffage
1.3.1 Classement des systèmes de chauffage
1.3.2 Fluide caloporteur
1.4 Le chauffage central à eau chaude
1.4.1 Principe
1.4.2 Production
1.4.3 Distribution – transport
1.4.4 Emission
1.4.5 Régulation
2 Lecture de plans et dessins de construction
2.1 Normalisations et conventions
2.2 Introduction
2.3 Dessin de projection
2.3.1 La projection parallèle
2.3.2 La projection centrale ou perspective linéaire
2.3.3 La perspective naturelle
2.4 Projections axonométriques
2.4.1 Introduction
2.4.2 Isométrie (iso = égal)
2.4.3 Dimétrie (di = deux)
2.4.4 Trimétrie (tri= trois)
2.5 Projections obliques
2.5.1 Axonométrie cavalière
2.5.2 Axonométrie cabinet
2.6 Projection orthogonale
2.7 Cotes
2.7.1 Cotes de niveau
2.7.2 Cotes des conduites
2.8 Échelles
2.8.1 Définitions
2.8.2 Echelles préférentielles
2.9 Lecture de plans de construction
2.9.1 Cartouche
2.9.2 Plan de situation
2.9.3 Plan d’implantation
2.9.4 Coupes
2.9.5 Plan des façades
2.10 Représentation des installations dans les dessins de construction
2.10.1 Symboles des conduites
2.10.2 Symboles des appareils de chauffage
2.10.3 Symboles des accessoires
2.11 Tuyauteries dans les dessins de construction
2.11.1 Tuyauteries dans les dessins en coupe
2.11.2 Tracé de la tuyauterie
2.12 Dessin isométrique
2.12.1 Introduction
2.12.2 Système d’axes
2.12.3 Conduites en projection isométrique
2.12.4 Exemple d’installation
2.12.5 Vue éclatée
2.13 Croquis
3 Sciences appliquées
3.1 Unités de base: système SI
3.1.1 Mesures de longueur
3.1.2 Unités de temps
3.1.3 Unités de masse
3.2 Unités dérivées
3.2.1 Surfaces
3.2.2 Volumes
3.2.3 Pression
3.2.4 Température
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