Registres de chauffage : types de constructions, calcul des paramètres, particularités d'installation

Il existe une grande variété de batteries de différentes conceptions et matériaux pour les systèmes de chauffage des locaux résidentiels et non résidentiels. Cependant, les registres de chauffage se distinguent par leur haute efficacité de transfert de chaleur et leur simplicité d'assemblage autonome.

Extérieurement et structurellement, ces appareils d'échange thermique ressemblent à des serpentins de sèche-serviettes ordinaires, mais leurs dimensions dépassent largement celles des modèles pour salles de bains.

Dans l'article que nous présentons, les types de registres de chauffage sont analysés en détail, et nous examinerons également les particularités de l'installation de cet équipement.

Variétés de registres de chauffage à tubes

Le registre de chauffage est un échangeur de chaleur classique « eau-air ». Dans la plupart des cas, il est réalisé à partir d'un tube métallique à paroi lisse. Ce dernier peut être simple ou constitué d'une série de plusieurs tronçons de canalisation disposés horizontalement les uns au-dessus des autres. Il existe également des constructions avec ailettes.

Un appareil de chauffage composé uniquement d'un tube à paroi lisse est plus facile à nettoyer lors des entretiens réguliers. Il ne comporte ni ailettes ni endroits étroits difficiles à essuyer avec un chiffon. De ce fait, ce type de registre ne forme pas de « colonies » de poussière et de saleté. À cet égard, il est bien supérieur aux radiateurs à panneaux et à sections largement répandus aujourd'hui.

Généralement, les registres de chauffage sont installés dans les garages, entrepôts, ateliers, hôpitaux et écoles – c'est-à-dire dans des locaux où les exigences en matière de sécurité incendie et sanitaire sont élevées.

En termes d'efficacité de restitution de l'énergie thermique et de coûts de chauffage, le registre tubulaire ne le cède pas aux radiateurs ordinaires, et les surpasse souvent. La surface totale d'échange thermique est approximativement la même dans les deux cas, mais dans l'appareil considéré, le fluide caloporteur circule dans un large canal.

La résistance hydraulique dans cette situation est bien inférieure à celle d'un radiateur standard à plusieurs sections de panneaux. Cela a un impact direct sur les coûts énergétiques de circulation de l'eau dans ce type de circuit de chauffage.

Types selon la forme de la construction

Extérieurement, le registre de chauffage n'a pas l'air très élégant. En revanche, il est bon marché et facile à fabriquer. Et avec un peu d'effort, on peut tout à fait intégrer ce chauffage-échangeur dans l'intérieur, même d'une pièce à vivre.

Dans les maisons rurales de notre pays, jusqu'à récemment, ce type de système de chauffage était presque universellement utilisé. À l'époque soviétique, les radiateurs à panneaux sectionnels n'étaient pas disponibles dans le commerce, mais il n'était pas si difficile de se procurer un large tuyau.

Ensuite, il ne fallait plus qu'un poste à souder. Le chauffe-tube obtenu se connecte à l'échangeur de chaleur à eau à l'intérieur du poêle à bois par soudure, de manière simple et rapide. Pour plus de détails sur la technologie de remplacement des radiateurs par soudure au gaz, lisez plus loin.

Plus les tuyaux verticaux sont placés près du bord dans un registre sectionnel, plus le transfert de chaleur de l'appareil est élevé – l'eau aux extrémités des tuyaux horizontaux se renouvelle plus lentement que dans les sections à flux direct de caloporteur.

Tous les types de registres de chauffage sont divisés en deux groupes :

1. Sectionnels.
2. Serpentins (en forme de S).

Dans le premier cas, les tuyaux horizontaux sont reliés entre eux par des raccords transversaux de plus petite section, et dans le second, par des arcs du même diamètre.

Les deux options impliquent de grands volumes de travaux de soudage. Un appareil à serpentin peut également être fabriqué en pliant un seul tuyau. Cependant, tous les tuyaux en acier de grand diamètre ne peuvent pas être pliés de cette manière. Il est beaucoup plus simple de prendre des arcs prêts à l'emploi et de les souder aux segments horizontaux du registre.

Dans un appareil avec un raccordement « fil » (les raccords sont disposés alternativement à droite/gauche), il n'y a pas de zones avec du caloporteur froid ; l'eau y passe progressivement par tous les tuyaux.

Lors du raccordement des sections horizontales d'un registre sectionnel par un raccordement « colonne », les raccords transversaux sont soudés aux deux extrémités. La circulation du caloporteur dans un tel appareil de chauffage s'effectue selon un schéma parallèle. En conséquence, certaines zones peuvent ne pas recevoir suffisamment de chaleur. L'eau chaude descend simplement vers le segment inférieur avant d'atteindre l'extrémité éloignée.

Dans le raccordement « fil », où le caloporteur traverse toutes les sections du registre, de tels problèmes ne se posent pas. À cet égard, ce registre ressemble beaucoup à un serpentin. Seulement, l'eau y circule de l'entrée à la sortie du radiateur par des tuyaux de différentes sections.

Les serpentins peuvent avoir plusieurs coudes ; dans ce cas, pour renforcer la structure, des inserts transversaux en cornière ou en barre épaisse sont souvent réalisés à plusieurs endroits.

Si vous n'avez pas d'arcs prêts à l'emploi pour un registre en forme de S, il est préférable de fabriquer vous-même un appareil sectionnel. Plier correctement un tuyau de grande section sans équipement spécial est extrêmement difficile. La seule option pratique est de chauffer le métal au chalumeau et de le plier avec précaution. Mais il y a un risque de perte de résistance des parois du tuyau.

Le registre à deux collecteurs latéraux appartient également au type sectionnel. Ils sont fabriqués à partir d'un tuyau du même diamètre que les sections principales, jouant le rôle de raccords transversaux. Dans ce cas, l'eau ne se déplace pas de haut en bas, mais de gauche à droite (ou vice versa).

Variantes selon le matériau de fabrication

Le plus souvent, les bricoleurs fabriquent eux-mêmes des registres de chauffage à partir de tubes en acier. Les principaux avantages de cette option sont le faible coût, la disponibilité du matériel et la relative simplicité de la soudure.

Outre le tube rond, le radiateur de chauffage peut également être réalisé à partir de son homologue profilé – la résistance hydraulique sera quelque peu différente, mais rien de plus.

En conditions industrielles, les radiateurs sont fabriqués à partir de :

• acier ;
• aluminium ;
• en cuivre ;
• en fonte.

En termes de transfert de chaleur et de durabilité, la version en cuivre est en tête. Mais pour les grandes dimensions, un tel chauffage coûtera une jolie somme. L'appareil en aluminium lui est inférieur en termes de conductivité thermique, mais il est également beaucoup moins cher.

Le type le plus courant et le moins cher de radiateurs de chauffage est l'acier. Cependant, c'est aussi l'option la moins efficace pour transférer la chaleur de l'eau à l'air parmi toutes celles vendues dans les magasins de chauffage.

Le coefficient de conductivité thermique de l'acier varie entre 45 et 48 W/(m*K). Pour la fonte, il est d'environ 60, pour l'aluminium 200-240, et pour le cuivre environ 400 W/(m*K). L'acier est inférieur à tous ces matériaux sur ce paramètre technique.

Lors du choix des tubes en acier, il faut privilégier les produits en acier au carbone, ils sont les plus résistants et stables aux hautes températures.

La fonte et l'aluminium ne sont généralement utilisés que dans la fabrication industrielle des radiateurs. Il est trop difficile de souder ces métaux soi-même dans des conditions artisanales. Il en va de même pour l'acier inoxydable ou galvanisé, il est donc préférable d'éviter les tubes en ces matériaux. Ils sont plus difficiles à souder et leur transfert de chaleur est inférieur à celui de l'acier noir ordinaire.

Avec de l'expérience dans le soudage de surfaces en cuivre, réaliser un radiateur à partir de tels tubes n'est pas trop problématique. En raison de leur haute capacité de transfert de chaleur, on peut prendre un diamètre plus petit que pour l'option en acier. Ainsi l'appareil de chauffage coûtera moins cher.

Cependant, le cuivre présente un sérieux inconvénient : la nécessité d'un fluide caloporteur neutre et propre. Si de l'eau « sale », avec des impuretés, circule dans le système de chauffage, on peut oublier une longue durée de vie de cette batterie.

Un problème similaire est également souvent observé en raison de la présence dans le système d'éléments en métaux incompatibles avec le cuivre. Si l'on ne prévoit pas toute une série de mesures préventives, en raison de la corrosion électrochimique, un tel radiateur ne durera pas longtemps.

Appareils avec élément chauffant intégré

L'option standard du radiateur implique son raccordement aux tuyaux de chauffage d'un système centralisé ou à une chaudière de chauffage de l'eau. Mais il existe aussi des appareils entièrement autonomes. Dans l'un des tuyaux inférieurs, un élément chauffant alimenté par le secteur 220 V est intégré.

De par sa conception et son principe de fonctionnement, la résistance électrique dans le registre est un simple chauffe-eau électrique fonctionnant sur une prise monophasée standard.

La puissance de l'élément chauffant l'eau peut varier de 1 à 6 kW en fonction du volume interne de l'échangeur thermique. Un tel appareil de chauffage est souvent équipé d'une pompe de circulation afin que le fluide caloporteur atteigne toutes ses parties.

Un tel registre autonome est souvent utilisé comme source de chaleur supplémentaire, qui ne s'allume que lors de fortes gelées. Lorsque les températures extérieures ne sont pas trop basses, le chauffage de la pièce est assuré par le système de chauffage général. En plus de l'eau, il est possible de remplir le registre électrique d'antigel.

Sur notre site, il y a un article dans lequel nous avons décrit en détail les particularités du choix et les subtilités du branchement des résistances chauffantes pour radiateurs de chauffage. Plus de détails – suivez le lien.

Calcul de la structure du chauffage

Tout d'abord, il est nécessaire de calculer la puissance thermique requise pour la pièce spécifique.

Selon les règles, un tel calcul thermique doit être effectué en tenant compte:

• de la surface et de l'orientation des murs extérieurs (exposés au soleil du sud ou non);
• du volume de la pièce chauffée;
• du niveau des températures négatives maximales possibles dans la région;
• du degré d'isolation thermique des murs donnant sur l'extérieur;
• de la présence d'une autre pièce chauffée en dessous et/ou au-dessus;
• du nombre, de la superficie et du type de fenêtres installées;
• de la présence/absence de portes s'ouvrant directement sur l'extérieur.

Les normes de construction recommandent même de prendre en compte la rose des vents dominante en hiver. Du côté au vent, les pertes de chaleur à travers le mur seront naturellement plus élevées pendant la période hivernale.

En simplifiant, pour une pièce avec une hauteur sous plafond d'environ 2,7 mètres, la puissance thermique nécessaire se calcule en multipliant la surface de la pièce par 100 W.

Si les plafonds de la pièce sont à 3 mètres ou plus, pour un calcul simplifié, il faut multiplier le volume de l'espace chauffé par 34 ou 41 W. Le premier coefficient est utilisé pour les bâtiments en brique, le second pour les constructions en béton armé.

Multiplier quelques nombres n'est pas difficile. Mais il faut bien être conscient que de tels calculs approximatifs peuvent être très éloignés des chiffres réels, car il y a de nombreuses nuances.

La meilleure solution est de commander le calcul nécessaire auprès d'un spécialiste qui prendra en compte tous les paramètres de la pièce. Les pertes de chaleur se produisent à travers les murs, les fenêtres, le sol, le plafond et même la ventilation. Pour obtenir des chiffres précis, il faut tout prendre en compte sans exception.

Ensuite, il faut calculer les dimensions des tuyaux pour le registre de chauffage. Pour cela, utilisez la formule suivante:

Q= K* St*dt

Légende des symboles:

• Q – puissance thermique du registre;
• K – coefficient de transfert thermique, dépend du matériau du tuyau;
• St – surface de transfert thermique (égale à π multiplié par le diamètre et la longueur du tuyau);
• dt – pression thermique.

Par conséquent, connaissant Q et dt, il ne reste plus qu'à choisir le diamètre du tube et sa longueur totale. Ensuite, selon la conception du registre, cette canalisation peut être divisée en plusieurs sections qui seront ensuite reliées par des traverses. Pour ne pas compliquer les calculs, il est préférable de ne pas prendre en compte le transfert de chaleur de ces dernières.

La valeur dt, quant à elle, est calculée à partir de la température ambiante souhaitée (Ta) et des températures de départ (Td) et de retour (Tr) – soit dt = (Td + Tr)/2 - Ta.

Lors du raccordement des tubes en serpentin, chaque segment horizontal suivant reçoit environ 10 % d'énergie thermique en moins que celui situé au-dessus. Chaque section de la canalisation du registre doit être considérée comme un radiateur distinct. Et le fluide caloporteur, en se déplaçant à travers eux, refroidit progressivement et inévitablement, la chaleur étant dissipée dans la pièce.

Un autre paramètre est la distance entre les sections horizontales (tubes principaux), qui correspond à la hauteur d'un raccord individuel. Si cet espace est trop petit, les flux de chaleur provenant du haut et du bas commenceront à se chevaucher, s'affectant négativement l'un l'autre.

Cette valeur doit être choisie de manière à être légèrement supérieure au diamètre du tube. Ainsi, l'efficacité du registre sera maximale.

Des calculs plus détaillés de la puissance des radiateurs de chauffage et de leur nombre peuvent être lus ici.

Particularités de la réalisation de l'installation

L'installation d'un registre de chauffage n'a rien de particulièrement compliqué. Des difficultés peuvent survenir uniquement lors de son soudage à partir de tubes individuels. Si vous n'avez pas une grande expérience des travaux de soudage, il est préférable de vous entraîner d'abord. Lors de l'achat d'un appareil prêt à l'emploi fabriqué en usine, aucun problème d'installation ne devrait se poser.

L'accrochage aux murs du registre tubulaire se fait à l'aide de supports puissants (crochets). S'il est posé au sol, des pieds en fer suffisent. Il est important de se rappeler que cet appareil de chauffage en acier pèse assez lourd. De plus, s'ajoute le poids de l'eau à l'intérieur, donc les fixations et les supports doivent être extrêmement fiables.

Les extrémités du tube de section sont fermées par des bouchons sphériques spéciaux ou soudées à l'aide de petits disques d'acier découpés dans de la tôle. Les raccords filetés mâles pour l'installation du purgeur d'air et le raccordement au système de chauffage sont insérés directement dans les parois du tube ou dans la plaque d'extrémité.

Il est conseillé de recouvrir la surface du radiateur en acier d'une peinture résistante à la chaleur. Grâce à elle, l'appareil non seulement deviendra plus esthétique, mais bénéficiera également d'une protection anticorrosion supplémentaire.

Une instruction détaillée pour créer des registres de chauffage soi-même peut être lue dans ce document.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Les vidéos rassemblées ci-dessous vous aideront à comprendre toutes les nuances des calculs d'un registre de chauffage et de son installation dans une pièce.

Technologie de fabrication d'un registre à partir d'un tube rectangulaire profilé :

Avantages et calcul de la puissance d'un registre de chauffage :

Si vous devez chauffer une pièce de grand volume, le registre en tubes d'acier à paroi lisse est idéal pour cela. Si vous maîtrisez le soudage, assembler cette batterie artisanale soi-même n'est pas difficile. Il suffit de calculer précisément les paramètres de cet appareil et de sélectionner correctement les tubes.

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