Une installation de chauffage centrale classique se compose toujours d’un Générateur de chaleur, de diffuseurs et d’un réseau de transport de la chaleur.
Bien entendu les installations comprennent, sur les appareils et sur le réseau, des éléments de sécurité indispensables.
Les chauffages centraux, pour la majeur partie, utilisent un fluide pour le transport de la chaleur. On parle de fluide caloporteur, qui le plus souvent est l’eau.
Les réseaux de chauffage sont des circuits fermés : Les apports d’eau sont assurés manuellement par une vanne de remplissage, ou par des systèmes de remplissages automatiques depuis un réseau d’eau propre (le plus souvent le réseau d’eau potable). Le remplissage automatique est fréquent dans des grosses installations mais très rare sur des installations individuelles (et très déconseillé).
De façon simplifiée on peut dire que le système fonctionne en chauffant de l’eau au niveau de la chaudière et en la faisant circuler dans les diffuseurs par le biais du réseau de chaleur.
Pour faire circuler l’eau on utilise aujourd’hui des circulateurs de chauffage constitués d’un moteur électrique et d’une turbine, cette dernière conçue pour entraîner l’eau . Dans le passé la circulation de l’eau reposait sur le principe du thermosiphon.
Le chauffage central est souvent utilisé en plus de sa fonction primaire pour assurer la production d’eau chaude sanitaire (l’eau chaude qu’on utilise au robinet).
Les générateurs les plus utilisés sont les chaudières au fioul et au gaz, mais on trouve encore dans certaines régions des installations alimentées au charbon ou au bois. Ces appareils utilisent la combustion pour produire de la chaleur et donc consomme de l’air, c’est pourquoi ils doivent être installés dans des locaux suffisamment ventilés. Certaines chaudières à « ventouse » échappent à cette obligation de ventilation.
Les chaudières simple service sont prévues pour assurer le chauffage. Elles peuvent aussi assurer la production d’eau chaude sanitaire en installant un préparateur sanitaire et une régulation spécifique.
Les chaudières à double services assurent à la fois le chauffage et la production sanitaire; la régulation est alors intégrée à la chaudière.
Depuis quelques années on utilise aussi des pompes à chaleur, des chaudières à granules et autres combustibles solides, des chaudières électriques, voire même des panneaux solaires (plutôt adaptés à la production d’eau chaude sanitaire).
Ces chaudières sont toujours posées au sol en raison de leur poids élevé et leur fort encombrement.
Les chaudières au fioul sont composées de la chaudière nue et d’un brûleur qui se fixe sur la porte du corps de chauffe. La chaudière dispose d’ une sortie d’eau chauffée (départ), d’ une entrée d’eau refroidie (retour), d’un boisseau de vidange et d’une buse de raccordement des conduits d’évacuation de produits de combustion (fumée). Les chaudières modernes sont souvent équipée de deux départs et deux retours afin de pouvoir monter un préparateur sanitaire (cf : l’eau chaude sanitaire par le chauffage central) sur la chaudière (chaudière à double service).
Le rendement de ces appareils est très variable, mais des modèles modernes dont certains à condensation livrent des performances très satisfaisantes.
Les chaudières en fonte sont un assemblage de pièces qui constituent le corps de la chaudière et peuvent dans certains cas être livrées en pièces détachées, tandis que les chaudières en acier sont mono-bloc et souvent très lourdes donc difficiles à manipuler.
Les éléments de sécurité ne sont généralement pas intégrés aux chaudières fioul. La combustion est gérée par le brûleur mais la partie hydraulique doit être gérée sur l’ installation. Il est donc nécessaire d’installer sur le réseau différentes pièces liées à la dilatation de l’eau (vase d’expansion, soupape etc.) ainsi qu’un circulateur.
Le remplissage de l’installation n’est pas équipé sur la chaudière et doit être prévu sur le réseau lors de la création de l’installation.
Il existe dans les chaudières à gaz des modèles qui se fixent au mur et dont la puissance n’est pas très élevée, et d’autres qui se posent au sol offrant de plus grandes capacités.
Les chaudières murales sont appréciées pour leur faible encombrement et leur finition qui permet de les placer dans des pièces de vie. D’autre part, ces chaudières sont des solutions de chauffage intégrant tous les organes de sécurité et de circulation nécessaires au bon fonctionnement de l’installation. Dans la plupart des cas ces appareils assurent la production d’eau chaude sanitaire, soit en production instantanée ou bien en accumulation
Les chaudières au sol peuvent être en acier, alliage divers ou en fonte selon les modèles. Les plages de puissances sont très variables. Certaines comprennent les éléments de sécurité et de circulation, mais ce n’est toutefois pas toujours le cas.
Le fonctionnement de la chaudière implique d’évacuer les produits de combustion au delà du volume d’air respiré par le logement.
On distingue plusieurs types de conduits assurant cette fonction:
Les cheminées sont maçonnées en matériaux résistants à la chaleur (briques, parpaings etc)
Les gaines et conduits peuvent être en acier inoxydables, en acier simple, en aluminium, et même en PVC pour certaines gaines adaptées à la condensation.
Quelque soit sa nature, pour des raisons importantes de sécurité, tous conduit d’évacuation de fumée doit être ramoner régulièrement.
Il existe deux grandes familles de diffuseurs de chaleur : les diffuseurs statiques qui transmettent la chaleur par convection naturelle et rayonnement, et les diffuseurs dynamiques qui allie un ventilateur qui accélère la convection.
Les réseaux de transport sont un ensemble de tubes visant à faire circuler l’eau de chauffage du « départ » vers le « retour » du générateur en passant par les diffuseurs. Les tubes utilisés sont le plus souvent en acier noir, en cuivre et éventuellement en « PER ».
On installe sur le réseau différentes pièces liées au fonctionnement de l’installation, lorsqu’elles ne sont pas intégrées au générateur : les éléments de sécurité, ceux de circulation mais aussi des pièces servant à la maintenance (pots à boues, thermomètres, manomètres, vannes de vidanges, etc) ou à la régulation (sondes, vannes mélangeuses ou d’équilibrage, etc)
Le réseau peut être calorifugé (isolation des tuyaux) afin de limiter les déperditions entre la production et la diffusion de la chaleur. Cette isolation peut se faire avec de la laine de verre ou de roche recouverte de bandes plâtrées ou de coquilles en PVC, des tresses de fibres multiples qu’on enroule bien serrées sur les tuyaux, des manchon d’isolation en caoutchouc, etc.
Le diamètre des tubes à utiliser doit se calculer précisément pour un fonctionnement optimal de l’installation. En combinaison avec des vannes de régulation, les sections de tubes servent à réguler l’installation. Toutefois, dans une installation individuelle, un professionnel du chauffage sait généralement déterminer les diamètres sans faire appel aux règles de calculs.
Il existe une grande quantité de pièces liées à la régulation et la sécurité des installations :
Il peut s’agir d’eau, de vapeur surchauffée (réseaux industriels surtout), d’eau avec ajout d’antigel, de glycol (installations solaires). Bien d’autre fluides caloporteurs existent, mais ils sont appliqués dans des domaines différents.
Le chauffage domestique utilise de l’eau, et on y ajoute dans certaines régions ou certains cas particuliers, de l’antigel qui permet d’éviter le risque de dommages en cas de réseaux non vidangé soumis au gel.
Il n’est pas nécessaire de remplacer l’eau de l’installation régulièrement : en effet l’oxygène contenu dans l’eau s’élimine sur les parties oxydables de l’installation, et il en résulte une eau désoxygénée au bout de quelques mois. Donc sauf pour la maintenance ou en cas de problèmes avérés d’encrassement, il n’est pas utile de renouveler l’eau.
La circulation a une importance très grande dans le chauffage. Autrefois l’eau des installations de chauffage circulait naturellement : c’est le principe du thermosiphon.
Lorsque on élève la température d’un fluide, il se dilate. La quantité de matière est la même, mais elle occupe plus d’espace : la masse volumique diminue, le fluide chaud devient donc plus léger. Cette propriété physique des fluides a été exploitée, particulièrement avec l’eau, pour la circulation dans le chauffage central.
Lorsque l’eau chauffe et devient plus légère, elle monte naturellement. En diffusant sa chaleur, sa masse diminue et l’eau retombe ainsi vers les points bas. En adaptant le réseau à cette circulation naturelle (section de tube et pentes importantes), on peut donc faire circuler l’eau d’un chauffage par sa simple propriété physique, sur le même schéma que le mouvement de circulation de l’air sur un radiateur. C’est le principe du thermosiphon.
Cependant, cette technique a ses limites : l’eau doit être chauffée très fort, impliquant des déperditions importantes et des risques de brulures. De plus la circulation se fait très lentement et n’est pas homogène : la méthode est archaïque.
Pour résoudre ce problème on utilise aujourd’hui des circulateurs de chauffage, qui permettent la mise en circulation forcée de l’eau dans le réseau. Ce qui permet d’augmenter la vitesse de circulation, mais aussi de pousser la chaleur dans des direction qu’elle ne peut pas prendre naturellement ( vers le bas par exemple).
Dans une installation moderne, le bon fonctionnement de l’installation est tributaire du circulateur. Il arrive toutefois que l’eau circule par thermosiphon, sans l’aide du circulateur : c’est la disposition du réseau qui peut mener à ce phénomène. Pour éviter de chauffer lorsque ce n’est pas nécessaire, on installe un clapet anti-thermosiphon qui ne laisse passer l’eau que sous la force d’un circulateur.
Cette technique consiste à utiliser la chaudière pour chauffer l’eau d’un préparateur sanitaire. l’échange de chaleur peut se faire par le biais de différents appareils :
La production d’eau chaude sanitaire tient un statut prioritaire sur le chauffage : la mise en demande d’ECS sur une installation primera donc toujours sur la demande de chauffage afin d’assurer un confort d’utilisation satisfaisant.
La régulation d’une installation correspond à la meilleur façon d’adapter et d’optimiser un système à une utilisation. Les possibilités de régulation sont très variées, leur choix doit donc être judicieux et en adéquation à l’usage fait de l’installation.
Les récents progrès en matière de régulation visent en partie à améliorer les performances énergétiques d’un système, en complément des progrès fait sur les engins de chauffage. Le confort de l’utilisateur grandit aussi avec ces améliorations.
