Système de chauffage ouvert : schémas de principe et particularités d'aménagement

Grâce à la simplicité d'installation, à son faible coût et à son efficacité suffisante, le système de chauffage ouvert continue d'être demandé. En comprenant le principe de fonctionnement, la configuration et les règles de montage, vous pourrez organiser vous-même le chauffage de votre maison.

Nous vous expliquerons comment élaborer un schéma de chauffage de type ouvert fonctionnel. Nous vous indiquerons comment construire le système en suivant strictement les exigences et normes techniques lors du choix et du raccordement des éléments. Grâce à nos recommandations, vous construirez un circuit efficace et fiable.

Aux artisans bricoleurs, nous proposons de découvrir des options de montage éprouvées. Les informations présentées sont complétées par des schémas utiles, des sélections de photos et des instructions vidéo.

Configuration et principe de fonctionnement du système

Dans un système de chauffage à eau, le liquide sert d'intermédiaire pour le transfert de l'énergie thermique de la chaudière aux radiateurs. La circulation du caloporteur peut s'effectuer sur de longues distances, assurant le chauffage de maisons et de pièces de différentes surfaces. Cela explique l'adoption généralisée du chauffage à eau.

Le fonctionnement d'un système de chauffage de type ouvert est possible sans utiliser de pompe. La circulation du fluide caloporteur repose sur les principes de la thermodynamique. Le mouvement de l'eau dans les tuyaux se produit grâce à la différence de densité entre l'eau chaude et l'eau froide, ainsi qu'à la pente des tuyaux installés.

Un élément indispensable du système est le vase d'expansion ouvert, dans lequel l'excès de caloporteur chauffé s'écoule. Grâce à ce réservoir, la pression du liquide se stabilise automatiquement. Le récipient est installé au-dessus de tous les composants du système.

Tout le processus de fonctionnement du « chauffage ouvert » se divise conditionnellement en deux étapes :

1. Alimentation. Le caloporteur chauffé se déplace de la chaudière vers les radiateurs.
2. Retour. L'excès d'eau chaude entre dans le vase d'expansion, refroidit et retourne à la chaudière.

Dans les systèmes monotubes, une seule conduite assure les fonctions d'alimentation et de retour ; dans les schémas bitubes, les tuyaux d'alimentation et de retour sont indépendants l'un de l'autre.

La densité de l'eau chaude est inférieure à celle de l'eau froide, ce qui crée une pression hydrostatique dans le système. Sous cette pression, l'eau chaude se déplace vers les radiateurs.

Le système monotube est considéré comme le plus simple et le plus accessible pour une installation autonome. La conception du système est élémentaire.

L'équipement de base d'un chauffage monotube comprend :

• chaudière de chauffage ;
• radiateurs ;
• vase d'expansion ;
• tuyaux.

Certains renoncent à installer des radiateurs et placent un tuyau de diamètre 8-10 cm sur le pourtour de la maison. Cependant, les experts notent que l'efficacité du système et le confort d'utilisation diminuent avec une telle solution.

Le schéma d'un système monotube gravitaire de type ouvert est indépendant de l'énergie. Les coûts d'achat des tuyaux, de la robinetterie et de l'équipement sont relativement faibles. Il est possible de fonctionner avec différents types de chaudières.

L'option de chauffage bitube est plus complexe à concevoir et plus coûteuse à réaliser. Cependant, les dépenses et la complexité de construction sont entièrement compensées par l'élimination des inconvénients standards des systèmes monotubes.

Le fluide caloporteur, à température égale, est acheminé quasi simultanément vers tous les appareils, l'eau refroidie est collectée par la conduite de retour et ne s'écoule pas vers le radiateur suivant.

Pour l'entretien de chaque appareil dans un circuit de chauffage à deux tubes, on installe des conduites d'alimentation et de retour, de sorte que le système fournisse un caloporteur à température égale à tous les points, et que l'eau refroidie soit collectée et dirigée vers la chaudière par le retour – une conduite indépendante de l'alimentation.

Exigences d'installation et d'exploitation

Lors de l'installation du chauffage d'une maison, il est important de prendre en compte plusieurs particularités d'un système de chauffage ouvert :

1. Pour assurer une circulation normale, la chaudière est installée au point le plus bas du réseau, et le vase d'expansion au point le plus haut.
2. L'emplacement optimal pour le vase d'expansion est le grenier. Pendant la saison froide, le réservoir et la colonne montante d'alimentation dans le grenier non chauffé doivent être isolés.
3. La pose du réseau doit comporter un minimum de coudes, de raccords et de pièces de forme.
4. Dans un système de chauffage par gravité, l'eau circule lentement (0,1-0,3 m/s), donc le chauffage doit se faire progressivement. Il ne faut pas permettre l'ébullition – cela accélère l'usure des radiateurs et des tuyaux.
5. Si le système de chauffage n'est pas utilisé en hiver, il est nécessaire de vidanger le liquide – cette mesure préservera l'intégrité des tuyaux, des radiateurs et de la chaudière.
6. Le niveau de caloporteur dans le vase d'expansion doit être contrôlé et régulièrement complété. Sinon, des poches d'air se formeront dans le réseau, réduisant l'efficacité des radiateurs.
7. L'eau est le caloporteur optimal. L'antigel est toxique et il n'est pas recommandé de l'utiliser dans les systèmes ayant un contact libre avec l'atmosphère. Son utilisation est justifiée s'il n'est pas possible de vidanger le caloporteur pendant la période non chauffée.

Une attention particulière est portée au calcul de la section et de la pente de la canalisation. Les normes de conception sont régies par le SNiP numéro 2.04.01-85.

Dans les circuits à mouvement gravitaire du caloporteur, la section des tuyaux est plus grande que dans les schémas avec pompe, mais la longueur totale de la canalisation est presque deux fois moins importante. La pente des sections horizontales du système, égale à 2 – 3 mm par mètre linéaire, n'est installée que lors de la mise en place d'un chauffage à circulation naturelle.

Le non-respect de la pente lors de l'installation de systèmes à déplacement naturel du caloporteur entraîne la formation d'air dans les tuyaux et un chauffage insuffisant des radiateurs éloignés de la chaudière. En conséquence, l'efficacité thermique diminue.

Types de schémas de chauffage ouvert

Dans un système de chauffage à circuit ouvert, le mouvement du fluide caloporteur s'effectue de deux manières différentes. La première option est la circulation naturelle ou gravitaire, la seconde est la circulation forcée ou artificielle par une pompe.

Le choix du schéma dépend du nombre d'étages et de la superficie du bâtiment, ainsi que du régime thermique prévu.

Circulation naturelle dans le chauffage

Dans un système gravitaire, il n'y a aucun mécanisme pour assurer le mouvement du caloporteur. Le processus s'effectue uniquement par dilatation de l'eau chaude. Pour le fonctionnement du schéma, une colonne montante d'accélération est prévue, dont la hauteur est d'au moins 3,5 m.

Si l'on néglige l'installation d'une colonne verticale de transit, il y a une forte probabilité que le fluide caloporteur provenant de la chaudière n'atteigne pas une vitesse suffisante.

Un système de chauffage à circulation naturelle est optimal pour les bâtiments d'une superficie allant jusqu'à 60 m². La longueur maximale du circuit capable de fournir de la chaleur est considérée comme étant de 30 m. Un facteur important est la hauteur du bâtiment et le nombre d'étages, permettant d'installer une colonne d'accélération.

Le schéma à circulation naturelle ne convient pas pour une utilisation à basse température. Une dilatation insuffisante du fluide caloporteur ne créera pas la pression nécessaire dans le système.

Possibilités du système gravitaire :

1. Raccordement au plancher chauffant. Une pompe de circulation est installée sur le circuit d'eau menant au sol. Le reste du système fonctionne normalement. En cas de coupure de courant, la maison continue d'être chauffée.
2. Fonctionnement avec un chauffe-eau. L'appareil de chauffage est installé en haut du système, légèrement en dessous du vase d'expansion.

Pour garantir un fonctionnement ininterrompu, une pompe peut être installée sur le chauffe-eau. Ainsi, le schéma de chauffage et de production d'eau chaude sanitaire passe automatiquement dans la catégorie des options forcées. De plus, un clapet anti-retour est installé pour empêcher la recirculation du fluide caloporteur.

Système forcé avec pompe

Afin d'augmenter la vitesse du fluide caloporteur et de réduire le temps de chauffage de la pièce, une pompe est intégrée. Le débit d'eau augmente jusqu'à 0,3-0,7 m/s. L'intensité du transfert de chaleur augmente et les branches du circuit chauffent uniformément.

Les schémas avec pompe sont construits aussi bien en circuit ouvert qu'en circuit fermé. Dans les circuits ouverts, le vase d'expansion est installé au point le plus haut du système. La présence de la pompe permet d'augmenter la tuyauterie entre la chaudière et les radiateurs, tant en hauteur qu'en longueur.

Points importants de l'organisation d'un système forcé :

1. Le schéma avec pompe intégrée est dépendant de l'énergie électrique. Pour que le chauffage de la pièce ne s'arrête pas en cas de coupure de courant, l'équipement de pompe est placé sur un by-pass.
2. La pompe est installée avant l'entrée de la chaudière sur le tuyau de retour. La distance jusqu'à la chaudière est de 1,5 m.
3. Lors de l'installation de la pompe, le sens de l'écoulement de l'eau est pris en compte.

Sur le retour, on monte deux vannes d'arrêt et un coude de dérivation avec une pompe de circulation. Lorsque le courant est présent dans le réseau, les vannes sont fermées – le fluide caloporteur circule à travers la pompe. Si la tension est absente, il faut ouvrir les vannes – le système se reconfigure en circulation naturelle.

Sur le tuyau d'alimentation, il faut installer un clapet anti-retour. L'élément est placé juste après la chaudière et empêche la recirculation du fluide caloporteur lorsque la pompe fonctionne.

Options de distribution de la tuyauterie dans le système

L'efficacité, l'économie et l'esthétique du système de chauffage dépendent du schéma de disposition des appareils de chauffage et des tuyaux de raccordement. Le choix du tracé est déterminé en fonction des caractéristiques architecturales et de la surface de la maison.

Spécificités des schémas monotube et bitube

L'eau chauffée parvient aux radiateurs et retourne à la chaudière de différentes manières. Dans un système monotube, le fluide caloporteur est acheminé via une seule conduite de gros diamètre. La tuyauterie traverse tous les radiateurs.

Avantages d'un système monotube à circulation naturelle :

• consommation minimale de matériaux ;
• la simplicité d'installation ;
• nombre limité de tuyaux à l'intérieur du logement.

Le principal inconvénient du schéma monotube, où un seul tuyau assure à la fois l'alimentation et le retour, réside dans l'échauffement inégal des radiateurs de chauffage. L'intensité du chauffage et le dégagement de chaleur des batteries diminuent à mesure qu'elles s'éloignent de la chaudière.

Avec une longue chaîne de distribution et un grand nombre de radiateurs, la dernière batterie peut s'avérer totalement inefficace. Il est recommandé d'installer les appareils de chauffage « chauds » dans les pièces côté nord, les chambres d'enfants et les chambres à coucher.

Le schéma de chauffage bitube gagne du terrain. Les radiateurs relient les tuyaux de retour et d'alimentation. Des boucles locales se forment entre les batteries et la source de chaleur.

Les principaux avantages du système :

• tous les appareils de chauffage chauffent uniformément ;
• possibilité de régler le chauffage de chaque radiateur individuellement ;
• fiabilité de fonctionnement du schéma.

Le système bitube nécessite des investissements et des coûts de main-d'œuvre plus importants. Il sera plus difficile d'effectuer l'installation de deux branches de canalisations sur les structures du bâtiment.

Le système bitube se met facilement en équilibre, assurant une alimentation en fluide caloporteur de même température à tous les appareils de chauffage. Les pièces se chauffent uniformément.

Alimentation supérieure et inférieure du fluide caloporteur

Selon l'emplacement de la conduite principale alimentant le fluide caloporteur chaud, on distingue l'alimentation par le haut et par le bas.

Dans les systèmes de chauffage ouverts avec distribution par le haut, il n'est pas nécessaire d'utiliser des dispositifs d'évacuation de l'air. Les excès sont évacués par la surface du vase d'expansion en communication avec l'atmosphère.

Avec la distribution par le haut, l'eau chaude monte par la colonne principale et est transmise aux radiateurs par les canalisations de distribution. L'installation d'un tel système de chauffage est appropriée dans les cottages à un ou deux étages et les maisons individuelles.

Le système de chauffage avec distribution par le bas est assez pratique. Le tuyau d'alimentation est placé en bas, à côté du retour. Le mouvement du caloporteur se fait de bas en haut. Après avoir traversé les radiateurs, l'eau est dirigée vers la chaudière par le tuyau de retour. Les radiateurs sont équipés de robinets de Maïevski pour évacuer l'air de la conduite.

Dans les systèmes de chauffage avec distribution par le bas, il est nécessaire d'utiliser des dispositifs d'évacuation de l'air, dont le plus simple est le robinet Mayevsky.

Colonnes montantes verticales et horizontales

Selon le type de positionnement des colonnes principales, on distingue les méthodes de distribution verticale et horizontale. Dans la première option, les radiateurs de tous les étages sont raccordés à des colonnes verticales.

La distribution verticale est utilisée pour l'aménagement de maisons de deux, trois étages ou plus avec un grenier dans lequel on peut poser et isoler la tuyauterie.

Caractéristiques des systèmes « verticaux » :

• absence de poches d'air ;
• convient pour le chauffage de bâtiments de grande hauteur ;
• raccordement par étage à la colonne ;
• difficultés d'installation de compteurs de chaleur individuels dans les immeubles à plusieurs étages.

La distribution horizontale prévoit le raccordement des radiateurs d'un même étage à une colonne commune. L'avantage de ce schéma est qu'il nécessite moins de tuyaux et que le coût d'installation est inférieur.

Les colonnes horizontales sont généralement utilisées dans les bâtiments d'un ou deux étages. L'installation du système est pertinente dans les maisons à ossature et panneaux et les bâtiments résidentiels sans cloisons.

Installation du chauffage par gravité

Il est préférable de confier la conception d'un système par gravité à des spécialistes en thermique. Le document spécifie le type de chauffage, le mode de raccordement des radiateurs et de circulation du caloporteur, les paramètres recommandés de l'équipement, le nombre de radiateurs et le métrage de la tuyauterie.

Calcul du système de chauffage

Il est nécessaire de déterminer les caractéristiques hydrauliques du système, qui permettront par la suite de choisir correctement le diamètre optimal de la canalisation.

Dans un système de chauffage par gravité, il est recommandé d'installer la chaudière au sous-sol ou dans une cave. Cela permet d'augmenter la longueur de la colonne montante de transit.

Pour calculer la valeur de la pression de circulation (Rts), vous devez disposer des données suivantes :

1. La distance entre le centre de la chaudière de chauffage et le centre du radiateur (h). Plus la distance entre ces appareils est grande, plus la circulation est stable.
2. La pression de l'eau refroidie (Ro) et chauffée (Pr).

La pression de circulation ne dépend que de la différence de température du fluide caloporteur. Vous pouvez consulter les valeurs exactes dans les données tabulaires.

Plus la différence de température du fluide caloporteur est grande, plus la pression dans la conduite est élevée. Il est donc important de veiller à la température « d'entrée » du liquide.

La largeur de la section de la canalisation est influencée par le type de matériau. Le diamètre d'un tuyau en acier doit être d'au moins 50 mm. Après la ramification, la section de la conduite se rétrécit d'une taille. Le retour, au contraire, est composé avec une expansion ultérieure.

Une attention particulière est accordée au volume du vase d'expansion. La capacité du réservoir ne doit pas être inférieure à 5 % du volume total du fluide caloporteur dans le système. Le non-respect de cette exigence entraînera une vidange de l'eau du système ou une rupture des tuyaux.

Sélection des composants principaux

Pour un système ouvert, il est préférable de choisir une chaudière fonctionnant au combustible solide ou au fioul. L'installation de chaudières électriques et d'équipements à gaz est interdite. Des poches d'air se forment parfois dans la conduite – cela peut entraîner une situation d'urgence.

La puissance du chauffage est déterminée sur la base du calcul – 1 kW d'énergie thermique pour 10 m² de maison. En fonction de la qualité de l'isolation de la pièce, 10 à 30 % sont ajoutés à la valeur obtenue.

La chaudière est placée dans une pièce séparée équipée d'une circulation d'air forcée. L'équipement est installé sur un matériau résistant au feu ou sur un sol en béton.

Le vase d'expansion pour un système de chauffage par gravité doit être en acier. L'utilisation de matériaux polymères est fortement déconseillée. Pour le chauffage d'une petite maison à un étage, un réservoir de 8 à 15 litres convient.

Pour l'aménagement du pipeline, vous pouvez utiliser des tuyaux fabriqués dans les matériaux suivants :

1. Acier. Ils se caractérisent par une conductivité thermique élevée et une résistance aux hautes pressions. Inconvénient : la complexité de l'installation et la nécessité d'utiliser un équipement de soudage.
2. Polypropylène. Les principaux avantages : résistance aux variations de température, solidité, étanchéité et facilité d'installation. Durée de vie : 25 ans.
3. Multicouche. Le matériau ne se corrode pas et empêche l'encrassement du circuit. Inconvénients de la canalisation : durée de vie limitée (jusqu'à 15 ans) et coût élevé.
4. Cuivre. Tuyaux offrant une dissipation thermique maximale et une résistance aux températures élevées, jusqu'à +500 °C. Le principal inconvénient est le coût élevé du matériau.

Dans un circuit de chauffage ouvert, des radiateurs en métaux de haute résistance sont installés.

Les modèles en acier sont les plus courants. Ils offrent un rapport optimal entre les principaux paramètres : l'esthétique, le prix et la puissance thermique.

Les radiateurs en acier, grâce à leurs parois fines, leur poids léger et leur dissipation thermique élevée, sont souvent comparés à des convecteurs. L'équipement chauffe rapidement les pièces grâce à une circulation d'air accélérée.

Étapes d'installation du système ouvert

L'ensemble du processus d'organisation d'un système de chauffage par gravité peut être divisé en plusieurs étapes :

1. Installation de la chaudière. L'équipement est fixé au sol ou suspendu au mur. Le choix de la méthode dépend des dimensions de la chaudière.
2. Tracé du pipeline selon le schéma choisi et le projet élaboré. Il est important de respecter l'angle d'inclinaison recommandé du circuit de tuyauterie.
3. Installation des radiateurs de chauffage et leur raccordement au système.
4. Installation du vase d'expansion et son isolation.
5. Raccordement de tous les éléments, vérification de l'étanchéité des joints et mise en service initiale du système.

Après la chaudière, sur le tuyau d'alimentation, il est conseillé d'installer un capteur de température pour contrôler l'efficacité du système de chauffage.

L'installation du système de chauffage doit être effectuée pendant la saison chaude. L'aménagement de la canalisation et la mise en service prendront environ une semaine.

Particularités du montage du schéma forcé

Pour qu'un système forcé soit efficace et fonctionne correctement, il est nécessaire de choisir judicieusement une pompe de circulation et de l'intégrer correctement dans la conduite de chauffage.

Choix de la pompe de circulation

Les principaux paramètres de sélection de l'équipement de pompage : la puissance de l'appareil et sa hauteur de refoulement. Ces caractéristiques sont déterminées en fonction de la surface de la pièce chauffée.

Valeurs indicatives :

• Pour les maisons de 250 m², une pompe d'une puissance de 3,5 m³/h et d'une hauteur de refoulement de 0,4 atm convient ;
• Dans les locaux de 250 à 350 m², on installe un appareil de 4,5 m³/h avec une hauteur de refoulement de 0,6 atm ;
• Si la surface de la maison est comprise entre 350 et 800 m², il est conseillé d'acheter une pompe d'une puissance de 11 m³/h, dont la hauteur de refoulement n'est pas inférieure à 0,8 atm.

Lors d'une sélection plus rigoureuse, les spécialistes prennent en compte la longueur du système de chauffage, le type et le nombre de radiateurs, le matériau et le diamètre des tuyaux, ainsi que le type de chaudière.

Installation de la pompe dans la canalisation

La pompe est placée sur le retour afin que le caloporteur ne soit pas trop chaud lorsqu'il traverse l'appareil. Sur la conduite d'alimentation, il est possible d'installer des modèles modernes fabriqués à partir de matériaux résistants aux hautes températures.

Lors de l'installation de la pompe, la circulation de l'eau ne doit pas être perturbée. Il est important qu'en tout point de la conduite, pendant le fonctionnement de l'unité de pompage, la pression hydrostatique reste positive.

Quatre schémas admissibles de systèmes de chauffage à circulation par pompe et avec vase d'expansion ouvert. La pression hydrostatique est maintenue au niveau requis.

Variante 1. Soulever le réservoir d'expansion. Une façon simple de convertir un système à circulation naturelle en circulation forcée. Pour réaliser ce projet, vous aurez besoin d'un grenier élevé.

Variante 2. Déplacer le réservoir vers la colonne montante éloignée. Processus laborieux de reconstruction d'un ancien système, et non justifié pour la construction d'un nouveau système. Des méthodes plus simples et plus efficaces sont possibles.

Variante 3. Tuyau du vase d'expansion près de la tubulure de la pompe. Pour modifier le type de circulation, il est nécessaire de déconnecter le réservoir de la conduite d'alimentation, puis de le connecter au retour – derrière la pompe de circulation.

Variante 4. La pompe est intégrée dans la conduite d'alimentation. La méthode la plus simple pour reconstruire le système. Inconvénient de cette méthode : des conditions de fonctionnement défavorables pour la pompe. Tous les appareils ne supportent pas les températures élevées.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Vidéo n°1. Recommandations pour l'assemblage d'un système de chauffage à circulation naturelle :

Vidéo n°2. Procédure d'installation de la pompe de circulation :

Les aspects importants de la mise en place d'un système de chauffage efficace sont le choix d'un schéma fonctionnel, le calcul des paramètres de la conduite, la sélection des composants et le respect de la technologie d'installation. Une installation personnelle est possible si vous possédez des compétences en plomberie, mais il est préférable de confier l'élaboration d'un projet détaillé à des professionnels.

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