Les émetteurs de chaleur et de froid

... pour transmettre à l'habitat la chaleur ou le frais produite par la pompe à chaleur

Afin de transmettre la chaleur ou le frais à l'habitat, l'utilisation d'émetteurs est indispensable.

Ceux-ci peuvent être à eau comme les radiateurs à eau et les planchers chauffants ou à air comme les ventilo-convecteurs.

 

Exemple d'émetteurs de chaleur adaptés à la géothermie © ADEME-BRGM

Radiateurs classiques à eau

En ce qui concerne les radiateurs associés à un chauffage par pompe à chaleur, la loi de régulation fixe les performances du système. Il y a donc intérêt à mettre en place des émetteurs de grande surface pour abaisser les températures d’émission. De plus, un radiateur peut difficilement assurer la réversibilité. Le passage d’un régime d’eau standard de 80/60 °C à un régime d’eau de 50/40 °C implique une augmentation de la surface du radiateur de 150 %.

Planchers chauffants, un système bien adapté à la géothermie

Plancher chauffant, mise en place © A.LACOMA-BRGMCompte tenu de leur grande surface d’émission et donc de leurs niveaux de températures plus bas, les planchers chauffants sont bien adaptés à un chauffage par pompe à chaleur. En effet, une température de diffusion plus basse améliore le coefficient de performance (COP) de la pompe à chaleur. Ils permettent aussi, moyennant certaines précautions (risques de condensation), de rafraîchir les locaux. C’est un système simple qui est bien adapté au régime basse température (16-19 °C) permettant de bons rendements. La puissance en froid d’un plancher est limitée : environ 35 W/m2 de SHON.

Ce système, ainsi que les plafonds rayonnant, présentent un certain nombre d’avantages par rapport aux systèmes aérauliques : meilleur confort, absence de courant d’air et de bruit, possibilité d’utilisation directe de l’énergie de l’échangeur géothermique pour le rafraîchissement ou le hors-gel (geocooling).

Plafonds rayonnants hydrauliques

Par rapport aux planchers, les plafonds rayonnants hydrauliques ont des puissances de rafraîchissement nettement plus élevées : de 60 à 80 W/m2.

A noter, ce type de système demande une coordination précise pour intégrer dans le plafond les luminaires, les diffuseurs et les autres systèmes tels que sprinklers et appareils de détection. La maintenance des éléments est minimale et le système est très peu bruyant.

Les planchers et plafonds rayonnants hydrauliques peuvent être constitués de tuyaux directement coulés dans la dalle de béton ou d’éléments métalliques localisés en sous plafond. Le transfert de chaleur se fait par rayonnement et convection. Un système coulé dans la masse du béton est moins réactif qu’un système au plafond.

Emetteurs à air

Les systèmes aérauliques sont bien adaptés à la rénovation de bâtiments ayant des émetteurs de chaleur inadaptés (haute température), des systèmes de refroidissement anciens ou des grands volumes. Ils permettent à la fois la ventilation, le filtrage de l’air et un renouvellement d’air précis et simple.

La conception et la mise en oeuvre des systèmes aérauliques doivent être réalisées en portant une attention particulière pour éviter les inconvénients souvent attachés à ce genre de systèmes (courant d’air, niveau sonore élevé, sensation de trop chaud ou de trop froid…).

Les systèmes les plus couramment utilisés sont les ventilo-convecteurs 2 tubes, 4 tubes ou "2 tubes - 2 fils". Des techniques performantes arrivent sur le marché (plafond diffusant ou poreux) mais leurs coûts demeurent encore très élevés.

Le recours à un régime d’eau basse température du circuit de diffusion de la chaleur peut être en partie compensé par l’augmentation de la taille de la batterie d’échange eau/air et par l’augmentation du débit avec une élévation de la puissance acoustique, et donc du niveau sonore.

En cas de rénovation, le passage d’un régime d’eau 80/60 °C à un régime d’eau 50/40 °C implique une augmentation du débit et de la taille des appareils.

Les ventilo-convecteurs

Principe de fonctionnement d'un ventilo-convecteur © ADEME- BRGM Différents types existent :

  • ventilo-convecteur "2 tubes" : l’appareil comporte une seule batterie d’échange eau/air et est raccordé à un réseau de distribution (chaud ou froid) ;
  • ventilo-convecteur "2 tubes - 2 fils" : l'appareil est équipé d’une batterie électrique ;
  • ventilo-convecteur "4 tubes" : l’appareil comporte 2 batteries d’échange eau/air (une batterie chaude et une batterie froide) raccordées à deux réseaux de distribution. Cette solution plus coûteuse en termes d’investissement permet une régulation indépendante des locaux.

Batteries froides et batteries chaudes de Centrale de traitement d'air (CTA)

L’utilisation de l’énergie géothermique pour la sélection des batteries des centrales de traitement d’air a une implication sur le nombre de rangs de celles-ci donc leur taille pour atteindre la puissance nécessaire à basse température.

Poutres froides actives

Comme les ventilo-convecteurs, les poutres froides actives intègrent la ventilation et le système chauffage/rafraîchissement. Il s’agit de longues batteries chaudes ou froides à travers lesquelles l’air est forcé. Le transfert de chaleur se fait par convection naturelle et forcée. La portion convective est plus importante que pour les plafonds rayonnants ce qui permet à la poutre de couvrir une charge plus importante.

En terme de compatibilité avec un système géothermique, les poutres sont bien adaptées au fonctionnement en régime basse température (régime d’eau : 15/18 °C). Il est possible de faire une utilisation directe de la nappe pour le rafraîchissement (température de surface limitée à 18 °C du fait des risques de condensation).
La puissance en froid est limitée à environ 120 W/m2 d’émetteur.

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