Système de chauffage monotube pour maison individuelle : schémas + aperçu des avantages et des inconvénients

Vous envisagez l'installation d'un chauffage à eau dans votre maison ? Ce n'est pas surprenant, car le système de chauffage monotube pour maison individuelle peut être traditionnel et totalement indépendant énergétiquement, ou au contraire, très moderne et entièrement automatique.

Mais vous avez tout de même des doutes sur la fiabilité de cette option – vous ne savez pas quel schéma choisir ni quels « pièges » vous attendent ? Nous vous aiderons à éclaircir ces questions – l'article examine les schémas d'installation d'un système monotube, les avantages et inconvénients qui attendent le propriétaire d'une maison avec un tel système de chauffage.

Le matériel de l'article est accompagné de schémas détaillés et de photos illustrant les éléments individuels utilisés pour le montage du chauffage. De plus, une vidéo analysant les nuances de l'installation d'un système monotube avec plancher chauffant a été sélectionnée.

Principe de fonctionnement du chauffage à eau

Dans la construction de faible hauteur, la conception simple, fiable et économique avec une seule canalisation est la plus répandue. Le système monotube reste la méthode la plus populaire pour organiser le chauffage individuel. Il fonctionne grâce à la circulation continue du fluide caloporteur.

En se déplaçant dans les tuyaux de la source d'énergie thermique (la chaudière) aux éléments de chauffage et inversement, il cède son énergie thermique et chauffe le bâtiment.

Le caloporteur peut être de l'air, de la vapeur, de l'eau ou de l'antigel, utilisé dans les maisons d'habitation intermittente. Les systèmes de chauffage à eau sont les plus courants.

Le chauffage traditionnel repose sur des phénomènes et lois de la physique : la dilatation thermique de l'eau, la convection et la gravité. En chauffant dans la chaudière, le caloporteur se dilate et crée une pression dans la canalisation.

De plus, il devient moins dense et donc plus léger. Poussé par le bas par l'eau froide plus lourde et plus dense, il monte, c'est pourquoi la canalisation sortant de la chaudière est toujours dirigée le plus haut possible.

Sous l'effet de la pression créée, des forces de convection et de la gravité, l'eau se dirige vers les radiateurs, les chauffe, et se refroidit elle-même.

Ainsi, le caloporteur cède de l'énergie thermique, chauffant la pièce. L'eau retourne froide à la chaudière, et le cycle recommence.

L'équipement moderne assurant le chauffage de la maison peut être très compact. Pour son installation, il ne sera même pas nécessaire de prévoir une pièce spéciale.

Le système de chauffage à circulation naturelle est également appelé système par gravité. Pour assurer le mouvement du fluide, il est nécessaire de respecter l'angle d'inclinaison des branches horizontales de la canalisation, qui doit être de 2 – 3 mm par mètre linéaire.

Le volume du caloporteur augmente lors du chauffage, créant une pression hydraulique dans la conduite. Cependant, comme l'eau est incompressible, même une légère surpression entraînerait la destruction des structures de chauffage.

C'est pourquoi tout système de chauffage est équipé d'un dispositif de compensation : un vase d'expansion.

Dans un système de chauffage par gravité, la chaudière est installée au point le plus bas de la canalisation et le vase d'expansion au point le plus haut. Toutes les tuyauteries sont inclinées pour que le fluide caloporteur liquide puisse circuler par gravité d'un élément du système à un autre.

Différence entre les systèmes monotube et bitube

Les systèmes de chauffage à eau sont divisés en deux types principaux : les systèmes monotube et les systèmes bitube. Les différences entre ces schémas résident dans la manière de raccorder les radiateurs à la canalisation.

La canalisation du chauffage monotube – est un circuit fermé en boucle. La tuyauterie est posée depuis l'appareil de chauffage, les radiateurs y sont raccordés en série, et ramenés à la chaudière.

Le chauffage à une seule canalisation est simple à installer et ne nécessite pas un grand nombre de composants, ce qui permet de réaliser des économies substantielles à l'installation.

Les circuits de chauffage monotube avec circulation naturelle du fluide caloporteur sont réalisés uniquement avec un branchement supérieur. La caractéristique – dans ces schémas, il y a des colonnes montantes de la canalisation d'alimentation, mais pas de colonnes montantes de retour.

Le mouvement du caloporteur dans le chauffage bitube s'effectue via deux conduites principales. La première sert à acheminer le caloporteur chaud du dispositif de chauffage vers les circuits de dissipation thermique, la seconde à évacuer l'eau refroidie vers la chaudière.

Les radiateurs sont raccordés en parallèle – le liquide chauffé arrive à chacun d'eux directement depuis le circuit d'alimentation, il a donc pratiquement la même température.

Dans le radiateur, le fluide caloporteur cède son énergie et, refroidi, part dans le circuit d'évacuation – le « retour ». Un tel schéma nécessite une double quantité de raccords, de tuyaux et de vannes, mais permet de réaliser des structures complexes ramifiées et de réduire les coûts de chauffage grâce au réglage individuel des radiateurs.

Le système bitube chauffe efficacement les grandes surfaces et les bâtiments à plusieurs étages. Dans les maisons de faible hauteur (1-2 étages) d'une superficie inférieure à 150 m², il est plus judicieux d'installer un chauffage monotube, tant d'un point de vue esthétique qu'économique.

Le schéma de raccordement bitube des radiateurs ne s'est pas largement répandu dans l'installation de chauffage individuel des maisons individuelles car il est plus complexe à monter et à entretenir. De plus, le doublement du nombre de tuyaux n'est pas esthétique.

Options d'installation du chauffage monotube

Éléments de tout système de chauffage :

• source de chaleur – chaudière (à combustible solide, électrique, à gaz ;)
• appareils émetteurs de chaleur – radiateurs, circuits de planchers chauffants ;
• Dispositif assurant la circulation du caloporteur – une section d'accélération spéciale de la canalisation, une pompe à eau ;
• Dispositif compensant la surpression du caloporteur dans la canalisation – un vase d'expansion de type ouvert ou de type fermé ;
• tuyaux, raccords et robinetterie de plomberie correspondante.

Le schéma de chauffage dépendra du type de dispositifs utilisés.

Systèmes à circulation naturelle et forcée

La circulation du fluide caloporteur dans le système de chauffage peut se faire de manière naturelle – sous l'effet de phénomènes physiques, ou forcée – au moyen d'une pompe de circulation.

Dans le premier cas, le mouvement du chauffage dans le système est spontané et est appelé naturel, dans le second – forcé ou artificiel.

En fonction des caractéristiques de conception, les schémas de chauffage monotube se divisent en deux types. Le premier – un schéma à circulation directe, ancien mais simple, le second – un schéma amélioré avec by-pass.

Pour assurer le mouvement du liquide dans un système gravitaire, un tronçon d'accélération est nécessaire. Il s'agit d'un tuyau vertical partant de la chaudière, par lequel le fluide caloporteur chauffé monte.

Au point le plus haut, la canalisation tourne doucement vers le bas, de sorte que l'eau s'écoule avec accélération dans la conduite principale.

Pour un schéma de chauffage avec distribution par le haut, ainsi que pour les maisons à deux étages, ce tronçon est le tuyau d'alimentation, car il s'élève à un niveau suffisant.

Pour le chauffage d'un bâtiment à un étage avec distribution horizontale par le bas, on installe un collecteur d'accélération dont la hauteur ne doit pas être inférieure à 1,5 m du niveau du premier radiateur.

La section d'accélération est un dispositif qui assure la circulation du fluide caloporteur dans un système de chauffage par gravité. Le diamètre intérieur des tuyaux de cette section de la canalisation doit être supérieur à celui de la partie principale.

Par exemple, avec un diamètre de tuyau de canalisation de 25-32 mm, pour le collecteur d'accélération, on choisit un tuyau d'un diamètre de 40 mm.

Le point haut du collecteur d'accélération est installé dans un endroit pratique à proximité de la chaudière. Le tuyau du collecteur est descendu de manière à assurer une différence de hauteur suffisante entre la sortie inférieure du collecteur d'accélération et le point bas de la canalisation afin de maintenir une pente constante de la tuyauterie.

Les principaux avantages du système par gravité sont une indépendance énergétique totale (en combinaison avec une chaudière à combustible solide), la simplicité et l'absence d'appareils complexes.

Les inconvénients sont cependant assez nombreux :

• Pour minimiser la résistance hydraulique, les diamètres des tuyaux doivent être suffisamment grands.
• Chaque appareil et dispositif intégré crée des obstacles au mouvement du fluide, c'est pourquoi le système contient un minimum de vannes d'arrêt. Cela rend les réparations difficiles car elles nécessitent l'arrêt complet du système et la vidange du fluide caloporteur de la canalisation.
• Pour un fonctionnement fiable, le système par gravité doit être soigneusement calculé et équilibré, en choisissant les diamètres de tuyaux et le nombre de sections de radiateurs optimaux. Les radiateurs les plus éloignés du système doivent être plus grands que ceux qui reçoivent le fluide caloporteur juste après la chaudière.

L'installation d'une pompe de circulation dans le système neutralise presque tous ses inconvénients. L'appareil donne une impulsion supplémentaire au fluide caloporteur, lui permettant de surmonter la résistance hydraulique des éléments de la tuyauterie.

Les schémas de chauffage monotube forcé sont le plus souvent mis en œuvre dans les maisons individuelles.

Grâce à la modernisation du système de circulation par l'installation de by-pass, le fluide caloporteur à température de travail arrive presque simultanément dans tous les appareils.

La pompe peut être montée à n'importe quel endroit de la canalisation. Mais il faut tenir compte du fait que l'eau chaude réduit sa durée de vie en affectant les pièces en caoutchouc (joints et garnitures).

Il est donc plus judicieux d'installer l'appareil sur le tuyau de retour, où circule le fluide refroidi. Avant celui-ci, un filtre à grosses particules doit impérativement être installé pour éviter l'entrée d'éventuelles impuretés.

Il est souhaitable de connecter tous les appareils et dispositifs des systèmes de chauffage via des vannes d'arrêt et des by-pass.

Un tel montage permettra d'effectuer la réparation et l'entretien d'éléments individuels sans avoir à arrêter tout le système et à vidanger complètement l'eau.

Le by-pass peut être non réglable ou réglable. Dans le premier cas, il s'agit d'un simple tuyau de raccordement reliant le tuyau d'alimentation et le tuyau d'évacuation. Dans le second, il est équipé d'une vanne d'arrêt à trois voies.

Avantages d'un système de chauffage à circulation forcée :

• On peut réaliser des schémas plus complexes et ramifiés, augmenter la longueur des circuits ;
• Il n'est pas nécessaire d'utiliser des diamètres de tuyaux plus grands – la pompe crée dans la conduite une pression suffisante pour le mouvement et la répartition uniforme du fluide ;
• La circulation s'effectue à une vitesse définie et ne dépend ni du degré de chauffage du caloporteur ni de la présence d'une section d'accélération ;
• Il n'est pas nécessaire de respecter des angles d'inclinaison lors de la pose des tuyaux, car le mouvement du caloporteur est stimulé par la pompe.

De plus, on peut installer des dispositifs de réglage sur chaque radiateur et maintenir un mode de chauffage optimal, réduisant ainsi la consommation d'énergie et les frais de chauffage.

Les inconvénients du chauffage monotube à circulation forcée ne sont que trois :

• dépendance à l'alimentation électrique ;
• bruit – un certain bourdonnement produit par la pompe en fonctionnement ;
• coût – un coût d'installation plus élevé par rapport au schéma gravitaire.

Il est assez simple de les neutraliser. La dépendance électrique se résout par l'installation d'un générateur électrique autonome ou par la possibilité de faire passer le système en mode circulation naturelle.

Pour rendre le fonctionnement de la pompe pratiquement inaudible, il suffit de l'installer dans une pièce non habitée – salle de bain, toilettes, chaufferie.

Aux points hauts de la conduite, surtout en chauffage forcé avec vase d'expansion fermé, il faut prévoir la possibilité d'évacuer l'air qui se dégage de l'eau. Pour les radiateurs, ce sont des purgeurs automatiques ou des robinets de Maïevski, pour la tuyauterie – un séparateur d'air.

Système de chauffage ouvert ou fermé ?

Pour éviter une augmentation excessive de la pression hydraulique dans le système et ses à-coups, on installe un vase d'expansion. Il recueille l'excès d'eau lors de la dilatation, puis la retourne dans la conduite lors du refroidissement, rétablissant l'équilibre du système.

Il existe deux conceptions fondamentalement différentes qui déterminent le type de l'ensemble du système.

Le vase d'expansion de type ouvert – c'est un réservoir partiellement ou totalement ouvert, qui est raccordé à la conduite en son point le plus haut, juste après la chaudière.

Pour éviter un débordement du liquide par les bords, on prévoit à un certain niveau une évacuation par laquelle l'eau excédentaire s'écoulera dans les égouts ou à l'extérieur.

Dans les maisons à un étage, le réservoir de compensation est souvent installé dans le grenier – dans ce cas, il doit être isolé.

Pour ne pas avoir à surveiller constamment le niveau du caloporteur, on amène une arrivée d'eau au vase d'expansion et on installe un simple robinet à flotteur.

Un système de chauffage avec un tel dispositif de compensation est appelé système ouvert. Il est utilisé pour l'installation d'un approvisionnement en chaleur non dépendant de l'énergie ou combiné.

Il implique un contact direct du caloporteur chaud avec l'air, ce qui entraîne son évaporation naturelle et sa saturation en oxygène.

De ce fait, un système de chauffage ouvert présente les inconvénients suivants :

1. Lors de l'installation de la tuyauterie des systèmes gravitaires, il est impératif de respecter les pentes – dans ce cas, l'air libéré dans le système sera évacué vers le vase et l'atmosphère.
2. Il est nécessaire de surveiller régulièrement et de reconstituer à temps le volume d'eau dans le réservoir, en évitant son évaporation excessive.
3. Il est interdit d'utiliser l'antigel comme caloporteur, car son évaporation dégage des substances toxiques.

L'oxygène contenu dans le liquide en circulation provoque une corrosion des pièces en acier des appareils de chauffage, réduisant leur durée de vie.

Cependant, elle présente aussi des avantages :

• Pas besoin de surveiller constamment la pression dans le circuit ;
• Même en cas de petites fuites, le système chauffera correctement la maison tant qu'il y a une quantité suffisante de liquide dans le circuit ;
• On peut même remplir le caloporteur dans le système avec un seau – il suffit de verser de l'eau dans le vase d'expansion jusqu'au niveau nécessaire.

Le vase d'expansion de type fermé est un boîtier hermétique robuste dont le volume intérieur est divisé par une membrane en deux parties. Une cavité est remplie d'air, l'autre est raccordée au circuit.

Lors du chauffage, le caloporteur, en augmentant de volume, pousse la membrane vers la chambre à air, qui joue le rôle d'amortisseur. Lors du refroidissement de l'eau, la pression hydraulique diminue, et l'air comprimé rétablit l'équilibre du système en refoulant l'excès d'eau dans la tuyauterie.

Tous les vases d'expansion de type fermé sont équipés d'une soupape d'air. En mode d'urgence, lorsque la pression dans la chambre à air dépasse la limite admissible, elle évacue le gaz et protège l'appareil de la destruction.

Un système avec un vase d'expansion à membrane est appelé système fermé. Il s'agit d'un circuit hydraulique fermé totalement privé d'accès à l'air.

Le réservoir de compensation peut être intégré à n'importe quel endroit du système, mais le plus souvent, il est installé sur le tuyau de retour près de la chaudière – pour faciliter l'entretien.

Le système de chauffage fermé se caractérise par la présence d'une légère surpression. Par conséquent, un élément obligatoire de la canalisation devient le groupe de sécurité.

Le groupe comprend un purgeur d'air, un manomètre et une soupape de sûreté pour évacuer le fluide caloporteur en cas d'urgence. Il se monte avec une vanne d'arrêt sur la conduite d'alimentation pour pouvoir l'isoler en cas de réparation.

Si la conduite présente une montée, on la place à son point le plus élevé.

Schéma efficace d'un système monotube

Lors de la conception du chauffage, de nombreux facteurs sont pris en compte : la disponibilité d'une alimentation électrique stable et d'une pièce séparée pour l'équipement (chaufferie, local chaudière), le nombre d'étages et l'agencement, l'esthétique de la future structure, etc.

Dans chaque cas, l'emplacement de l'équipement et les méthodes de raccordement différeront.

Pour un très petit espace – une maison de campagne – le schéma le plus efficace sera un simple circuit gravitaire avec un branchement en série des radiateurs directement sur la canalisation principale.

Pour l'installation de deux ou trois radiateurs, il n'est pas nécessaire d'installer beaucoup de vannes d'arrêt – dans ce cas, il est plus simple de vidanger l'eau du système si nécessaire.

Dans les bâtiments de grande surface, le système de chauffage est une construction complexe, parfois ramifiée. Dans ce cas, la meilleure option est le chauffage forcé selon le schéma «Leningrad» avec un raccordement diagonal des radiateurs et des bypass réglables.

Ce schéma garantit un chauffage maximal de la surface des radiateurs et la possibilité de régler et configurer le mode de fonctionnement. Pour déconnecter un élément du système, il n'est pas nécessaire de vidanger l'eau de toute la canalisation.

Méthodes de raccordement du radiateur à la canalisation

La puissance thermique des radiateurs dépend de la méthode de raccordement à la canalisation.

Il existe trois principaux types de raccordement :

• Diagonal ;
• Latéral ;
• Inférieur.

Examinons les caractéristiques de chacune de ces méthodes plus en détail.

Connexion diagonale ou croisée

Le raccordement diagonal, ou croisé, est le plus efficace. On obtient un chauffage maximal de la surface du radiateur et quasiment aucune perte de chaleur.

Dans ce schéma, le tuyau d'alimentation est amené au raccord supérieur du radiateur, et le tuyau de retour est relié au raccord inférieur situé du côté opposé de l'appareil. Pour les appareils avec un grand nombre de sections, seul le type de raccordement diagonal est utilisé.

Raccordement latéral ou unilatéral

Le raccordement latéral, ou unilatéral, permet d'obtenir un chauffage uniforme de toutes les sections de l'appareil.

Pour le raccordement, les tuyaux d'alimentation et de retour sont amenés du même côté. Le plus souvent, cette connexion est utilisée dans les systèmes de chauffage avec distribution par le haut.

La puissance calorifique du chauffage avec un raccordement latéral des radiateurs, avec une alimentation de haut en bas, est de 97 %. Avec un mouvement inverse du fluide caloporteur – de bas en haut – ce chiffre est de 78 %.

Raccordement inférieur du radiateur au tuyau

Le raccordement inférieur n'est pas le schéma de chauffage le plus efficace. Cependant, il est assez souvent mis en œuvre, surtout lorsque le tuyau principal est caché sous le plancher.

Les tuyaux d'alimentation et de retour sont raccordés aux raccords inférieurs situés de différents côtés du radiateur.

L'indice de puissance calorifique pour un raccordement inférieur des radiateurs est de 88 %

Avantages et inconvénients du système monotube

Le chauffage monotube a gagné une grande popularité dans le domaine de la construction privée.

Les principales raisons sont le coût relativement faible de la structure et la possibilité de la monter soi-même, sans faire appel à des spécialistes.

Mais le système de chauffage monotube présente également d'autres avantages :

• Stabilité hydraulique – la puissance calorifique des autres éléments du système ne change pas lors de la déconnexion de circuits individuels, du remplacement de radiateurs ou de l'ajout de sections ;
• La mise en place de la conduite principale nécessite un nombre minimal de tuyaux ;
• Elle se caractérise par une faible inertie et un temps de chauffe réduit grâce à une quantité de fluide caloporteur dans la conduite principale inférieure à celle d'un système bitube ;
• Elle est esthétique et ne gâche pas l'intérieur de la pièce, surtout si le tuyau principal est caché ;
• L'installation de vannes de dernière génération – par exemple, des thermostats automatiques et manuels – permet de régler précisément le mode de fonctionnement de l'ensemble de la structure, ainsi que de ses éléments individuels ;
• Structure simple et fiable ;
• Installation, entretien et utilisation simples.

Lors du raccordement d'appareils de commande et de contrôle au système de chauffage, celui-ci peut être mis en mode de fonctionnement entièrement automatique.

Une intégration avec le système «Maison intelligente» est possible – dans ce cas, vous pouvez définir des programmes de modes de chauffage optimaux en fonction de l'heure de la journée, de la saison et d'autres facteurs décisifs.

La canalisation d'un système de chauffage monotube peut être entièrement dissimulée par la finition. Un tel appareil non seulement ne gâche pas l'apparence de la pièce, mais il en devient un élément – un objet d'intérieur.

Le principal inconvénient d'un système de chauffage monotube est le déséquilibre de chauffage des radiateurs sur la longueur de la canalisation.

Le fluide caloporteur refroidit en se déplaçant dans le circuit. Par conséquent, les radiateurs installés loin de la chaudière chauffent moins que ceux situés à proximité. C'est pourquoi il est recommandé d'installer des appareils en fonte qui refroidissent lentement.

L'installation d'une pompe de circulation permet au fluide caloporteur de chauffer les circuits de manière plus uniforme, mais si la canalisation est assez longue, on observe un refroidissement important de celui-ci.

On réduit l'effet négatif de ce phénomène de deux manières :

1. Dans les radiateurs éloignés de la chaudière, on augmente le nombre de sections. Cela augmente leur surface de conduction thermique et la quantité de chaleur dégagée, permettant de chauffer les pièces de manière plus uniforme.
2. On établit un projet avec un positionnement rationnel des appareils de chauffage dans les pièces – les plus puissants sont installés dans les chambres d'enfants, les chambres à coucher et les pièces « froides » (nord, d'angle). Ensuite, au fur et à mesure que le fluide caloporteur refroidit, viennent le salon et la cuisine, et on termine par les pièces non habitables et de service.

Ces mesures minimisent les inconvénients du système monotube, en particulier pour les bâtiments d'un ou deux étages d'une superficie allant jusqu'à 150 m². Pour ces maisons, le chauffage monotube est le plus avantageux.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

À la canalisation du chauffage monotube, on raccorde non seulement des radiateurs, mais aussi des circuits de plancher chauffant. La vidéo montre comment réaliser une telle installation.

Le chauffage monotube est un système simple et fiable. Cependant, pour un chauffage efficace, il est nécessaire de choisir soigneusement ses différents éléments. Pour cela, il est conseillé de consulter un spécialiste qui vous aidera à effectuer une estimation.

N'êtes-vous pas d'accord avec les schémas présentés dans notre article ? Ou avez-vous une expérience pratique de la mise en place d'un chauffage monotube dans une maison individuelle ? Votre expérience sera utile à nos lecteurs. N'hésitez pas à partager vos connaissances dans les commentaires ci-dessous.