Après une année d’exploitation d’un chauffage solaire utilisant des radiateurs classiques je me suis rendu compte (ou plus exactement j’ai enfin compris) qu’il fallait que l’eau soit chaude pour pouvoir être réellement utilisée par un radiateur et que c’était un peu difficile pour du solaire ou du moins que cela en limitait les performances.
Je suis tombé sur la présentation d’Erick Beaujard expliquant la façon qu’il avait eu de faire des murs chauffants. J’ai été très séduit et je me suis lancé à l’eau.
Vous allez voir que ma réalisation n’est pas
fondamentalement différente de la sienne, j’ai surtout essayé
d’ajouter quelques éléments qui m’ont manqués dans
cette première publication d’expérience.
SOMMAIRE
1Principe et avantages des grandes surfaces chauffantes
2.2Quelques règles en vrac pour le dessin du serpentin
3Choix des différents matériaux
5Performances et autres chiffres
5.2Utilisation de l’inertie des murs
Donc, à puissance de chauffage constante, si on veut pouvoir diminuer la température du moyen de chauffage il faut en augmenter la surface. On peut ajouter des ailettes aux radiateurs ce qui en augmente la surface ou passer au stade au dessus c'est-à-dire utiliser tout ou partie du plancher ou des murs pour avoir vraiment une grande surface.
Les premiers radiateurs nécessitaient une eau
à 90°, les radiateurs modernes tournent autour de 60-70°.
Un plancher (ou un mur chauffant) utilise de l’eau entre 30 et 40°.
Pourquoi vouloir une basse température ? Parce
que cela limite les pertes dans la chaudière et éventuellement
dans les tuyaux. C’est par ailleurs indispensable pour les chaudières
à condensation. Dans le solaire plus l’eau est tiède plus
on peut en produire. Une installation qui produit 1kWh d’eau à 50°
en produirait quasiment le double à 30° c'est-à-dire
que vous vous chaufferez pendant 1 heure avec un radiateur ou pendant 2
heures avec un mur/plancher chauffant.
De plus, qu’il s’agisse de mur ou de plancher l’habitant bénéficie de l’effet de rayonnement de la surface chaude. C’est cet effet que l’on ressent lorsque l’on est devant un feu : il fait chaud devant et vous avez froid dans le dos alors qu’objectivement la température est la même devant ou derrière vous.
Une maison équipée de plancher ou mur
chauffant peut ainsi abaisser la température ambiante de 1 à
2° sans perte de confort. Pour mémoire une température
intérieure de 1° de plus fait consommer 10% de plus d’énergie.
Pour une surface chauffante on trouve en général deux constituants :
Planchers et murs modernes ont beaucoup changé.
Leurs températures de surface dépassent difficilement les
30°. Quand on pose la main dessus on a beaucoup de mal à croire
qu’il y a un chauffage, il faut pouvoir comparer à une zone non
chauffée pour s’en persuader !
Un mur chauffant n’est jamais qu’un plancher chauffant
qui s’est mis debout ! Le plancher est sûrement la meilleure solution
en construction neuve mais le mur a évidement un grand intérêt
en rénovation. J’ai une vielle maison et pas le courage de défoncer
la dalle c’est donc à la deuxième solution que je me suis
intéressé.
La publication sur le site de l’APPER de l’expérience
d’Erick Beaujard
m’a fait sauter le pas.
Concernant la première question on trouve généralement
« autant que de surface de plancher dans la pièce à
chauffer». Avec le recul de quelques mois que j’ai acquis cela ne
me semble pas idiot du tout pour les pièces à vivre mais
on peu réduire dans les chambres. J’ajouterais que pour un confort
parfait (et dans la mesure du possible) il serait mieux d’équiper
2 murs en vis-à-vis (à case de l’effet de rayonnement exposé
en introduction).
Pour les deux autres questions je n’ai trouvé de réponse nulle part je me suis donc plongé dans la théorie des planchers chauffants (http://pagesperso-orange.fr/herve.silve/plancher_chauffant.htm en particulier). J’ai fini par me faire un tableau Excel spécialement adapté aux murs en plâtre et en particulier au fait qu’un mur chauffant a le plus souvent 2 faces contrairement aux planchers.
Ce que j’ai compris des compromis à réaliser :
A surface de mur égale :
La vitesse du liquide dans le tuyau doit être :
·Suffisamment grande pour que l’eau échange bien la chaleur avec le tuyau (écoulement turbulent)
·Suffisamment
faible pour éviter le bruit (?) mais surtout les pertes de charge
que l’on doit limiter à moins de 2m (HCE) pour rester dans des circulateurs
grand public
Un pas faible est dans tous les cas le garant d’une température d’entrée plus basse et d’une plus grande homogénéité. Mais cela augmente les pertes de charge et on doit donc augmenter le diamètre.
Une note à propos de l’inertie : avoir une
forte inertie n’est pas forcément un bon objectif en soit car il
peut être désagréable en intersaison (trop froid au
début de la saison de chauffe et trop chaud au printemps). Il y
a donc lieu de trouver un compromis entre le besoin de stockage de calories
à basse température et cet inconfort.
Dans un système à plusieurs murs on
alimente en général tous les murs avec une seule pompe en
passant par l’intermédiaire de clarinettes. C’est le mur le plus
grand (avec la plus grande perte de charge) qui va, en fait, fixer la température
d’entrée et de sortie. Pour réguler les autres murs on place
des robinets d’étranglement qui limitent le débit, donc l’énergie
échangeable et donc la température pièce par pièce
:
J’ai finalement choisi d’utiliser un pas le plus faible
possible soit 10cm (qui est le diamètre obtenu à la cintreuse).
Le mur le plus ‘long’ nécessitait 80m de tuyaux ce qui m’a obligé
à prendre non pas le plus petit diamètre mais celui juste
au dessus (12x16) pour diminuer la perte de charge.
Les quatre circuits réalisés (dont un
en angle) sont tous sur des murs intérieurs. C’est presque un principe
de base en rénovation. On évite de mettre un mur chauffant
sur un mur extérieur si on n’est pas sûr de son isolation.
Deux murs sont des cloisons en carreaux de plâtre (6cm). Ils chauffent chacun deux pièces (bureau+couloir & WC) et (Salle de séjour + Salle de bain).
Un mur est en polystyrène + ba13 (il s’agit d’un mur qui donnait au départ sur l’extérieur).
Un mur est en béton + plaque ba13 (Salle de séjour +WC).
Un mur en béton (Salle de séjour + cuisine).
Cela fait 5 murs ? Oui ! mais j’ai dit qu’il y en
a un en angle…
La surface totale de murs (en comptant les deux faces lorsqu’il y en a) est de 30m2, la surface brute est de 22m2.
Les surfaces des pièces et murs, les besoins
de chauffage et les performances estimées des murs sont résumés
dans le tableau ci-dessous pour 3 températures extérieures
différentes. Le calcul de performance est fait avec un débit
de 320l/h, une perte de pression de 0.68HCE (en clair : un circulateur
tout à fait ordinaire) et des températures d’entrée
sortie de 38°/28°.
Température
extérieure :
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||||||
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|
salle
de bain
|
6
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3,5
|
8,4
|
4,0
|
|
6,9
|
|
8,4
|
|
séjour
|
24
|
10,0
|
34,6
|
33,9
|
|
58,1
|
|
70,2
|
|
bureau
|
12,5
|
10,0
|
22,4
|
11,7
|
|
20,7
|
|
25,2
|
|
chambre
|
14
|
7,0
|
25,1
|
10,1
|
|
18,5
|
|
22,7
|
|
Mis à part le séjour pour lequel l’isolation est insuffisante ainsi que le rapport surface chauffante/ volume pièce, les murs chauffants devrait largement couvrir mes besoins de chauffage même jusqu’à -10°C de température moyenne dans la journée. Je peux donc m’attendre à ce que les températures d’entrée-sortie soient plus petites dans la pratique (c’est le cas).
Pour obtenir une température homogène et des échanges efficaces, le mur est à équiper d’un serpentin ‘horizontal’, l’eau chaude entrant en bas du mur et sortant (froide) en haut du mur.
Inutile de placer la première spire trop bas, à moins de vouloir chauffer la dalle. Commencer à 15-20cm du sol semble correct. Je n’ai pas voulu isoler thermiquement mon mur du sol avec une fine mousse :
De même il est inutile de monter des spires
jusqu’au plafond. Au delà de 2m on va surtout chauffer le plafond
où l’air chaud monte déjà naturellement. De plus,
cela tombe bien : comment couler du plâtre jusqu’au plafond sans
percer le plancher de l’étage supérieur ?
En général le tuyau de départ
et de retour sortent du même côté : il faut donc un
nombre de spires pair.
S’il y a des obstacles à éviter, essayer
de répartir les tuyaux chauds et les tuyaux froids de part et d’autre
de l’obstacle (voir figure)
J’ai posé les tuyaux horizontalement sans laisser
de pente, je n’ai pas eu de problème de purge. La clarinette de
retour est plus haute que les murs mais sans être le point le plus
haut. Elle est équipée d’une purge qui n’a quasiment jamais
servi.
Il semble indispensable (voir plus loin le § Pose d’étagère) de poser les tuyaux de façon à ce qu’ils soient facilement localisables après coup. Voici ce qui me semble à éviter :
Toujours au chapitre des choses à éviter
: avoir des raccords noyés, le mieux est quand même d’avoir
un tuyau d’un seul morceau.
Le seul point qui m’inquiétait concerne les raccords qui sont normalement du type ‘à sertir’. J’avais trouvé une société qui louait la pince, ce qui aurait été une porte de sortie, mais en fait j’ai d’abord essayé les raccords ‘olive’. J’ai fait un test à 10 bars sans voir de problème.
Ce test fait, et sachant que ce n’est pas une installation
soumise à de grandes (ou brutales) variations de température
ni soumise à des coup de bélier, j’ai pris ce ‘risque’. Ceci
dit les raccords sont tous accessibles (ou presque voir § Pose
d’étagère) et remplaçables si cela devenait nécessaire.
Pour l’application mur chauffant on utilise les trous régulièrement espacés du profilé pour faire passer le tuyau. Cela oblige à un exercice de couture qui ne m’a pas semblé simple du tout (c’est ce qu’a fait Erick Beaujard)
J’ai donc préféré utiliser des tasseaux que j’ai fraisés à intervalles réguliers avec une fraise boule et qui sont installés par dessus le serpentin (Voir schéma Choix des différents matériauxChoix des différents matériaux)
Les tasseaux sont placés verticalement environ
tous les 45-50cm.
Il y a deux risques :
J’ai utilisé des plaques de 60cm de large.
Cela se manipule bien, je les ai utilisés ‘couchées sur le
côté’ par rapport à l’utilisation classique. Une hauteur
était remplie en 2 à 3 coulées.
Le plâtre que j’ai choisi est un plâtre ‘multi usages’ de chez casto. Ce n’est pas le premier prix (plâtre à briqueter) mais le second. Cela s’est bien passé, c’est largement assez liquide pour qu’il n’y ai pas de poche d’air, et que cela moule le tuyau. J’ai fait un test préliminaire sur une maquette en bois pour m’en assurer.
Des chiffres que j’ai eu bien du mal à trouver
:
Pour 1 litre d’eau il faut entre 1kg et 1,3kg de plâtre
ce qui donnera 1.5 litre de produit (le plâtre ne se rétracte
quasiment pas au séchage en tout cas de façon négligeable
pour notre application).
Je gâchais 8 litres d’eau à la fois avec ?1/3 de sac. La méthode que j’ai utilisée est la suivante :
Pour qu’un plâtre reste liquide longtemps il faut :
Ceci dit c’est stressant mais si on ne fait pas de
trop grandes quantités à la fois on a largement le temps
d’agir avant que le plâtre soit inutilisable.
Au fait j’ai choisi le plâtre par manque d’imagination. Si vous voulez chercher autre chose voici le cahier des charges :
Sur le web j’ai vu des murs chauffants en cuivre (c’était
en Suisse). Cela ressemblait à des panneaux solaires mais à
l’intérieur.
Il faut une cintreuse si on a fait le choix d’un pas petit (<20cm).
J’ai donc eu besoin d’une défonceuse et d’une fraise à boulle pour les tasseaux.
Pour le plâtre : un truelle, une auge, et...
un vieux ciré jaune
avec capuche (ce dernier outil ne devrait pas être nécessaire
si vous suivez les conseils prodigués (a posteriori) dans le §
Réalisation et au § Quelques
règles en vrac pour le dessin du serpentin!)
Sur les bords, les boucles peuvent êtres maintenue à l’aide d’un clou planté latéralement dans le tasseau puis replié par-dessus le tuyau :
Rappel: 1 litre de plâtre liquide occupe
?3cm de haut par mètres de large avec des tasseaux de 27 mm.
Pour les coulées je versais une partie du contenu de l’auge dans un petit saut (4-5 litres) et je versais le contenu du saut dans un déversoir ‘maison’. Ce déversoir doit être relativement costaud car il faut le laver à chaque gâchée.
Déversoir en action…
Voilà, n’oubliez pas que 50cm de plâtre liquide pèsent
plus lourd qu’un mètre d’eau : cela pousse très fort. Si
vous avez gâché trop de plâtre jetez le,
même si c’est le soir et que ‘ça allait être fini’ !
Vous gagnerez du temps : du plâtre jeté aux gravas ou sur
votre carrelage, l’écologie est la même, c’est vous qui voyez
!
A partir de 35-40cm le placo se gondole et cela rend les travaux d’enduit
beaucoup beaucoup plus longs (en plus je n’aime pas cela). (pas de photos,
j’ai honte)
Au delà de 45-50cm, le placo se gondole tellement que le plâtre
fuit et ce sont les travaux de nettoyage qui sont alors beaucoup beaucoup
plus longs (si vous n’avez jamais vu du plâtre liquide sous pression
c’est le moment. Promis ! c’est très impressionnant !). (pas de
photos, ce n’était vraiment pas le moment !)
Nota : en procédant gâchée par gâchée,
le plâtre a largement le temps d’avoir pris entre deux coulées
pour pouvoir enchaîner et occuper « l’ouvrier » en permanence.
A partir de là le mur est thermiquement opérationnel.
Pour le mettre en chauffe, attendez 24h si vous êtes patient…
Et voila le travail, cele ne se voit même pas..
« La pose d’étagère ne posera aucun problème, yaka faire gaffe où on fait les trous »
Voilà le discours convaincu et convainquant
qu’il faut tenir à son conjoint pour emporter l’affaire avant de
se lancer dans l’aventure…
Or donc, un beau samedi de Décembre, j’avais
fini la peinture et je m’attaquais à remettre les étagères
là où elles étaient avant. L’emplacement de l’engin
ayant été déterminé je m’assure que la position
des trous ne correspond pas à celle d’un tuyau. D’après les
plans tout étais OK, 170cm cela tombe pile entre deux tuyaux. Une
idée saugrenue me traverse l’esprit alors : celle de vérifier
au détecteurs de métaux. Bizarrement cet engin me déclare
que je suis quasiment en plein dessus et qu’il faudrait que je me bouge
de 5cm en haut ou en bas… Je vérifie en plusieurs endroits et à
mieux que le cm près il trouve le tuyau
à la même hauteur.
Un ingénieur cela ne se refait pas : je décide
de faire confiance à la technologie plutôt qu’au plan (de
toutes façons c’était pile ou face).
Perceuse en main, le
résultat a été pile … au milieu du tuyau :
Bien plus tard j’ai essayé de comprendre pourquoi ce con de détecteur de métaux m’avait planté (alors qu’il est d’une marque que l’on peut traduire par ‘habile’ à une lettre près).
En fait, en présence d’un tube multicouche
(et d’un tube de cuivre mais c’est moins flagrant), le signal est maximum
au dessus du tube mais aussi, et de façon plus intense, à
5cm de part et d’autre du tube. ±5cm d’erreur sur un pas de 10cm
cela amène effectivement en plein dans le mille !
Tout ceci n’est pas tant pour me faire plaindre mais pour expliquer la réparation.
L’idée est de dégager le tuyau de part et d’autre du trou sur une bonne longueur, 30 cm en tout. A l’aide d’une scie sauteuse dans le sens parallèle au tuyau et d’un cutter dans l’autre sens, l’opération n’est pas trop complexe.
On coupe ensuite le tuyau des deux côtés
du trou sur une largeur minimale à l’aide d’un cutter. C’est, en
fait, le seul point délicat, il faut faire les deux découpes
en même temps et éviter soigneusement de déformer le
tuyau puisque l’on doit mettre ensuite un raccord olive. Le raccord olive
posé, on commence par faire un contrôle d’étanchéité
puis on laisse ‘en chaud’ histoire que le plâtre de la zone sèche
quelque jours.
Ensuite j’ai recouvert le raccord d’un film plastique
pour éviter d’éventuels problèmes de corrosion entre
le plâtre et le raccord (?). Je l’ai ensuite entouré d’une
petite épaisseur de polystyrène pour éviter les contraintes
mécaniques (?). Bref, je lui ai montré toute mon affection
(!). Le trou est ensuite rebouché au plâtre puis ré
enduit.
De nouveaux trous sont percés…
Ailleurs et d’après le plan….
Et l’étagère est posée avec seulement une semaine de retard :
Conclusion : il vaut mieux éviter mais
c’est tout à fait réparable. Pour éviter : suivre
les conseils plus haut « Quelques règles en vrac pour le dessin
du serpentin » (et jeter le détecteur de métaux !)
Les quatre murs, hors finitions, m’ont pris 3 journées
chacun tout compris pour arriver au stade ‘thermiquement opérationnel’
ce qui inclus les travaux sur la chaudière. Il faut une bonne journée
de plus par mur pour les finitions.
Au passage, cela aurait été impossible
pour un plancher chauffant : nous avons continué à vivre
dans les pièces pendant les travaux.
Nota : le fait de supprimer les radiateurs représente
un gain de place et une liberté supplémentaire pour disposer
les meubles. Les murs chauffant n’augment l’épaisseur des murs que
de 4cm et on reste libre d’y mettre ce que l’on veut (évitez quand
même les tentures ou les grandes armoire normandes)
La température minimale d’utilisation du stock
est passée en dessous de 30° alors qu’elle était au dessus
de 40° avec les radiateurs. Cette diminution de température
représente un gain de production des panneaux solaires compris entre
10 et 25% (selon l’éclairement).
Au passage les murs chauffants sont particulièrement
silencieux par rapports aux radiateurs, même l’oreille collée
contre le mur il faut être seul dans la maison pour entendre le circulateur.
Lorsqu’il fait 3° dehors la température
d’entrée dans les murs est de 36° et celle de sortie de 28°
en moyenne
La capacité calorifique massique du plâtre est de 830J/kg.K, la capacité calorifique volumique est de 1330 J/l.K (contre 4200 J/l.K pour l’eau).
Les murs réalisés forment donc un stock équivalent à 570 litres d’eau ce qui théoriquement augmente mon stock de 30% (1500 à 2100 litre).
C’est un raccourci un peu rapide dans la mesure où
il n’est pas question de porter les murs à 50° (à moins
de fantasmer sur les gens aux oreilles rouges).
10° stockés dans les murs représentent
dans mon cas 6.5kWh (soit 13% de la production solaire un beau jour de
Décembre Janvier) et donc un stock dont la température est
diminuée de 10*570/1500=3.8°. Cela représente en gros
10% de moins sur l’écart de température extérieure
capteurs. Sans être négligeable ce n’est pas là que
le plus grand gain est à attendre.
Il reste 2 pièces au rez de chaussée qui ne sont pas chauffées de cette façon ce qui permettrait de retirer tous les radiateurs de cet étage. La question mûrit, le seul problème qui me freine est qu’il s’agit de murs extérieurs qu’il faudrait isoler différemment (par l’extérieur).
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