Données des Planchers Chauffants

Les planchers chauffants sont des systèmes radiants basse température, constitués de tuyaux d'eau chaude intégré dans la construction de plancher. Ils utilisent une importante surface et un faible température de surface.

Ces systèmes utilisent généralement un flux à basse température, aux alentours de 40-55°C, comparé au 80°C pour le chauffage traditionnel à eau chaude. Des températures de retour plus faible impliquent une meilleure efficacité en utilisant des chaudières à condensation et des pompes à chaleur.

Deux types de planchers chauffants sont disponibles dans le module CVC de DesignBuilder :

Remarque : Un avantage du flux variable d'EnergyPlus par rapport au flux constant, est qu'il peut être complètement autodimensionnable.

Lorsque l'option Données d'Activité CVC Détaillée est choisie, la production des planchers chauffants est régulée uniquement à l’aide des contrôles du système radiant définis pour le composant, et non pas avec un thermostat de zone (utilisé dans les systèmes de circulation d’air forcée). Les systèmes radiants qui desservent une zone pourvue d’un équipement de circulation d’air forcée respectent l’ordre de priorité établi par le thermostat de zone ; malgré tout, leur production est régulée à l’aide des contrôles définis par l’utilisateur pour le système radiant.

Lorsque l'option Données d'Activité CVC Simple est choisie, les planchers seront contrôlés à partir de la consigne de température usuelle en chaud de la zone.

Remarque : les sols des zones qui comportent des planchers chauffants doivent impérativement présenter une construction abritant une source interne, dédiée aux éléments de canalisation intégrés. Pour en savoir plus, consultez le paragraphe consacré aux sources internes, dans le chapitre Constructions.

Le composant du plancher chauffant doit être placé, peut être édité et supprimé au niveau de la zone CVC. Pour éditer les données associées à un plancher chauffant, positionnez le curseur de la souris sur le composant puis cliquez avec le bouton gauche pour le sélectionner. Pour accéder à la boîte de dialogue d’édition, cliquez avec le bouton droit de la souris et sélectionnez l’option Editer composant sélectionné ou l’outil du même nom dans la barre d’outils.

Conseil : Planchers chauffants peuvent être connectées aux boucles d'eau chaude, alimentées par une chaudière ou une pompe à chaleur. Lorsque vous connectez à une PAC, un plancher chauffant, il peut résulter un système très efficace du à la basse température pouvant être délivrée dans les planchers (environ 35°C)

ONGLET CIBLE

Lorsque vous éditez des attributs associés à un plancher chauffant, il peut s’avérer utile d’appliquer des changements identiques à des unités situées dans d’autres zones du même groupe CVC. Le cas échéant, sélectionnez les composants dans l’onglet Cible de la boîte de dialogue d’édition (voir ci-dessous).

Résolution des problèmes des planchers chauffants

DesignBuilder EnergyPlus permet de simuler de façon réaliste les systèmes de planchers chauffants, ainsi que la plupart des problèmes qui surviennent sur les vrais systèmes comme l'intermittence, l'inertie, la régulation, l'isolation du plancher, les effets de matériaux différents en surface interne. L'ensemble de ces éléments peuvent être examinés à l'aide de DesignBuilder. Cependant les planchers chauffants nécessitent un peu de soin afin d'arriver à un contrôle de température correct. Si vous avez des problèmes, vous trouverez sûrement des réponses dans la liste ci-dessous :

1. Erreur absence de source interne. Chaque zone, dont un plancher chauffant a été ajouté à sa zone CVC doit avoir au moins une partie du plancher ayant une construction avec une source interne. Si aucune source interne n'est trouvée, DesignBuilder fera apparaître un message d'erreur avant le début de la simulation.

2. Système de contrôle peu sensible. Les systèmes de plancher chauffant ont un temps de réponse assez lent, étant donné que les tubes chauffants apportent indirectement de la chaleur à travers la surface de plancher. Ceci se visualise facilement lorsque la température de zone dévie de la consigne si une charge en chaud ou en froid change rapidement dans la zone, comme des apports solaires ou la ventilation naturelle. La réponse lente est causée par l'inertie thermique relativement élevée du plancher, qui continue d'absorber la chaleur de la zone même lorsque le thermostat est éteint et que la pompe est arrêtée et ne permet plus la circulation de l'eau froide dans le plancher à travers les tuyaux.

3. Bande proportionnelle. Un facteur moins important que le 2. est la bande proportionnelle utilisée avec les planchers à débit variable, pour réguler le débit d'eau à travers les tuyaux. Elle fonctionne comme une zone neutre. Même sans le décalage dû à l'inertie thermique, il y aura une plage de température de régulation plutôt qu'une zone de température fixée.

4. Chauffage inadéquate est également un problème récurant avec les planchers chauffants, causé pour les raisons listées ci-dessous.

5. Déperditions très élevés. De manière générale, il n'est pas possible de fournir plus que 100 W/m² de chaud par les planchers chauffants à cause de la résistance thermique du plancher et de la température maximale acceptable en surface d'environ 29°C (des températures supérieurs sont acceptable dans les salles de bain). Une puissance maximale est d'environ 100 W/m² pour les planchers en béton, réduit à 70 W/m² pour les planchers en bois et encore pour avec des moquettes ou autre revêtement de sol isolant. Les zones ayant des déperditions très élevés auront besoin d'un émetteur chaud supplémentaire pour que la zone soit conditionnée de manière confortable. Cette remarque est vrai pour les systèmes réels aussi bien que pour l'objet Plancher chauffant de DesignBuilder EnergyPlus. Le moyen le plus simple de vérifier cette charge et de normaliser les résultats, à l'aide de l'option correspondante, ce qui permet de visualiser les résultats par surface au sol.

6. Chauffage intermittent. Le fonctionnement des planchers chauffants de façon intermittente peut nécessiter d'insérer un facteur de dimensionnement plus élevé au niveau de la zone CVC. En effet, l'inertie du plancher implique un décalage entre le chaud apporté au plancher et le chaud fourni à la zone. Par exemple, un bâtiment inoccupé pendant un weekend relativement froid, devra être chauffé le lundi matin aux températures de consignes. Avec le facteur de dimensionnement par défaut de 1,25 le système de chauffage sera dimensionné pour atteindre la consigne sous les conditions de dimensionnement hiver, pendant une période stable, en considérant un dépassement de 25%. Cette marge de 25% ne sera pas suffisante si le chauffage est allumé à 6h du matin et doit augmenter la température de la zone à un niveau confortable en quelques heures. Pour gérer l'intermittence, vous devez soit augmenter les facteurs de dimensionnement ou faire fonctionner le système de manière continue (avec des réduits pendant les périodes non occupées) pour éviter des mises en température rapides le matin. Si le système doit fonctionner de manière continue, le bâtiment doit être très bien isolé afin d'éviter les pertes.

7. Position incorrecte de la source. Une erreur assez courante de paramétrage des planchers chauffants est de placer la source interne du plancher à la mauvaise position. Dans un système bien conçu, les tuyaux sont normalement placés juste en dessous de la première couche. Si les tubes ne sont pas positionnés du bon côté de la construction, la mauvaise zone (ou bien le sol, ou l'extérieur) sera chauffée ! Une option est disponible dans la fenêtre de dialogue des constructions pour faciliter le positionnement de la source juste en-dessous de la couche la plus interne.

8. Couche interne trop conductive. Les planchers chauffants ont un bien meilleur rendement et sont plus réactifs, lorsque le matériau placé au-dessus des tuyaux est conductif et de faible inertie. Les panneaux rafraîchissants peuvent être construits avec une fine couche de métal entre la source et la pièce, ceci n'est pas possible pour les planchers, car ils doivent être de surface dur et confortable pour permettre de marcher dessus. Si la couche interne est une dalle de plancher isolante, le plancher peinera à fournir un chauffage suffisant à la zone. Plus de conseils sur les revêtements adaptés aux planchers est donné ci-dessous.

9. Isolation. Sans une bonne isolation en-dessous des tuyaux composants le plancher chauffant, le chaud émit n'ira pas dans le bon sens pour chauffer la zone, mais ira vers la zone en-dessous ou bien vers l'extérieur ou bien dans le sol. La zone ne sera donc pas assez chauffée.

10. Erreur de dimensionnement (problèmes généraux de modélisation CVC). Il important de prendre en compte le dimensionnement chauffage et climatisation lorsque vous fixez les plannings. Une erreur courante est d'inclure les apports internes dans le calcul de dimensionnement chauffage. Ceci cause un sous-dimensionnement du chauffage.

11. Lorsqu'il est utilisé avec un plafond rafraîchissant pour la zone en dessous, EnergyPlus générera une erreur. En effet, EnergyPlus n'autorise qu'une seule source par surface. Un plafond rafraîchissant ne peut donc pas se trouver sur la même surface qu'un plancher chauffant. 2 possibilités pour contourner ce problème :

a. Exportez le modèle DesignBuilder vers EnergyPlus et utilisez IDF Editor pour combiner le plancher chauffant et le plafond rafraîchissant en un composant unique.

b. Insérez une zone très étroite entre le plancher et le plafond. Inclure la moitié de la construction du plancher sur la surface supérieure (emplacement du plancher chauffant pour la zone supérieure) et l'autre moitié sur la surface inférieure (emplacement du plafond rafraîchissant pour la zone inférieure).

12. Vous aurez sûrement besoin d'un générateur haute température pour l'ECS si vous en utilisez un à basse température pour le chauffage.

Conseil : Pour vous aider à détecter certains des problèmes décrits ci-dessus, demander les températures internes et externes des surfaces ainsi que les flux de chaleur en sélectionnant ces options de sorties Transfert de chaleur de surface, rayonnement solaire inclus (donnera le flux de chaleur pour le plancher) et température de surface intérieur (pour vérifier les températures de surface du plafond rafraîchissant).

Revêtements adaptés aux planchers chauffants

Les conseils de cette section sont tirés du site www.nu-heat.co.uk.

Surface céramique et pierre

D'un point de vue thermique les meilleurs revêtements de sol pour un plancher chauffant sont généralement des surfaces durs comme de la pierre ou de la céramique, car leurs résistances thermiques est faible et permet de transférer la chaleur des tuyaux rapidement à la surface du revêtement en céramique ou en pierre.

Revêtements de sol

Le bois conçu est la meilleure option pour un plancher bois à utiliser avec un plancher chauffant, étant donné que sa structure stable permet une bonne efficacité avec les fluctuations de températures. Les bois tendre et massif permettent également un bon transfert mais une attention particulière doit être prise avec la largeur de la planche et l'épaisseur.

Sol stratifié, vinyle et caoutchouc

Les sols stratifiés et vinyles sont également bien adaptés pour obtenir des bons rendements du système de plancher chauffant. Il est cependant recommandé de vérifier la température maximale autorisée à la surface du plancher, auprès du fabricant, afin de s'assurer qu'ils peuvent être utilisés avec un système de plancher chauffant. La plupart des fabricants indique une température limite de 27°C, ce qui équivaut à un flux de chaleur environ égal à 75 W/m², qui convient à la majorité des cas. Ces produits ont une inertie thermique basse, permettant de chauffer et refroidir rapidement en comparaison aux matériaux en pierre et en bois.

Matériaux à éviter

Même s'ils ne sont pas idéals d'un point de vue efficacité, les moquettes avec une valeur supérieure à 2,5 TOG (1 tog = 0.1 m2K/W), peuvent être utilisées au-dessus d'un plancher chauffant. Plus ils sont épais, plus ils agissent de la même manière qu'un isolant, et empêche la chaleur d'atteindre la pièce.

Vous devez garder en mémoire que la plupart des fabricants indique une température maximale autorisée pour leur produit. A noter également que la norme EN 1264, stipule que les planchers chauffants ne doivent pas fonctionner avec une température supérieure à 29°C.