Comment fonctionne un système de chauffage radiant : schémas et options de distribution

Pour décider comment chauffer sa propre maison, le propriétaire peut choisir parmi de nombreuses technologies de chauffage. Leur point commun est un ensemble similaire d'éléments structurels, comprenant une chaudière, un système de tuyaux et des appareils de chauffage qui chauffent directement la pièce.

Il existe des différences dans les schémas de raccordement des canalisations, l'une de ses variantes – le système de chauffage par rayonnement, dont nous allons aborder les caractéristiques et les règles de construction dans cet article. Nous avons décrit en détail les spécificités de la distribution par collecteur, présenté les variantes de son installation. Nous avons défini les critères de choix de l'équipement pour la construction des circuits.

Pour une meilleure compréhension visuelle des informations présentées, le texte est complété par des sélections de photos, des schémas utiles et des vidéos.

Les avantages décisifs de la distribution par rayonnement

La tâche principale d'un système de chauffage est de compenser la chaleur que le bâtiment perd à cause de l'écart entre la température intérieure et extérieure, ainsi qu'en raison des différents degrés de conductivité thermique des murs extérieurs. Sa solution dépend en grande partie d'un schéma de distribution des tuyaux bien choisi, qui achemine le fluide caloporteur vers les appareils.

En pratique, on peut relier tous les appareils de chauffage entre eux par les méthodes suivantes :

• un raccordement en té ;
• un raccordement par rayonnement (par collecteur), où une paire de tuyaux séparée est amenée à chaque appareil de chauffage via un collecteur pour l'alimentation directe et le retour du fluide caloporteur.

Le type de raccordement des tuyaux en té ou périmétrique est moins cher. Mais du fait que les appareils sont reliés entre eux et raccordés par une canalisation à une colonne montante unique, il faudra couper complètement le système et le vider du fluide caloporteur pour réparer un radiateur ou une section spécifique. Ou bien l'équiper de by-pass et de vannes d'arrêt, ce qui augmentera considérablement le coût de l'installation du chauffage.

Dans le routage périphérique traditionnel, l'ensemble de la tuyauterie est le plus souvent installé de manière apparente, plus rarement de manière dissimulée. Les systèmes de chauffage radiant sont principalement posés dans les murs ou le sol, car un grand nombre de tuyaux posés sur les structures a un impact négatif sur l'intérieur.

Le montage encastré est utilisé pour le système de tubes de plancher chauffant, qui, conformément aux spécificités techniques, est disposé selon un schéma radiant. La canalisation radiante vers les appareils de chauffage est également posée de manière encastrée dans la chape du sol, car c'est mieux pour des raisons techniques et architecturales.

L'assemblage de la canalisation selon un schéma radiant coûtera nettement plus cher que la mise en place du système par méthode périmétrique. Cependant, grâce aux spécificités de ce câblage, le caloporteur chauffé est fourni à tous les points simultanément.

Le grand nombre de tuyaux lors de l'utilisation de la méthode radiative d'assemblage des canalisations peut gâcher l'intérieur. C'est pourquoi toutes les communications de chauffage sont placées dans le sol ou les murs.

Toutes les connexions restent en surface, donc le risque de fuite sous la chape est quasiment inexistant. Avec un système en té, cela n'est pas possible, car en cas d'usure des connexions, il faudrait casser les murs et le sol.

Afin de réduire la consommation de tuyaux, les canalisations assemblées selon un schéma radiant ne sont pas posées le long du périmètre, mais par les chemins les plus courts – du collecteur à l'appareil.

Le principal inconvénient du routage par collecteur est la grande consommation de matériaux, qui réside dans la grande longueur. Pour un fonctionnement normal, des dispositifs techniques sont nécessaires, car ce sont exclusivement des systèmes à circulation forcée. Et le principal avantage est que dans chaque pièce, vous pouvez régler une température différente, créant ainsi un microclimat confortable dans n'importe quelle pièce.

Chaque radiateur ou convecteur est raccordé indépendamment, ce qui est également pratique pour effectuer des opérations de maintenance et remplacer les éléments usés du système sans avoir à couper le chauffage dans toute la maison ou l'appartement.

L'installation dissimulée permet d'améliorer considérablement l'aspect visuel de toute pièce, en ne laissant visibles que les radiateurs de chauffage.

Principe d'organisation du schéma par rayonnement

L'un des éléments centraux d'un système radiant est le bloc collecteur. Si vous envisagez de faire le chauffage dans une maison à plusieurs étages, le collecteur doit être situé à chaque niveau.

Lors de l'installation, les collecteurs sont placés dans une armoire de collecteur, où un système pratique d'agencement de cet élément est prévu pour la maintenance ou le réglage ultérieurs.

Le schéma de distribution en étoile est utilisé pour les systèmes monotube et bitube. La première option implique que l'alimentation et la collecte du fluide caloporteur sont effectuées par un seul collecteur. La deuxième option prévoit l'utilisation de deux collecteurs pour l'aller et le retour.

Un avantage indéniable du système en étoile est le nombre minimal de raccordements, ce qui a un effet positif sur la stabilité hydraulique de l'ensemble du système de chauffage. L'organe de travail central est la chaudière.

Pour garantir un rendement élevé et la sécurité, vous devez prendre en compte la puissance de l'appareil, la consommation d'énergie thermique des appareils de chauffage et les pertes de chaleur du système. Cela doit être fait, quel que soit le type de combustible utilisé par la chaudière.

L'augmentation de la longueur des canalisations lors de la création d'une distribution en étoile entraîne une légère augmentation des pertes de chaleur, ce qui doit également être pris en compte pour l'équilibre des puissances.

Dans la distribution en étoile monotube des circuits de chauffage, l'alimentation du fluide caloporteur préparé pour le chauffage des appareils est assurée par le même collecteur qui collecte le retour et l'envoie à la chaudière (+).

Choisir la pompe de circulation

La distribution en étoile des canalisations est principalement utilisée dans les schémas horizontaux avec alimentation inférieure du fluide caloporteur. Elle nécessite une pompe de circulation qui stimule le mouvement de l'eau chauffée dans les nombreuses branches.

La circulation contrôlée du caloporteur permet de réduire la différence de température entre l'entrée et la sortie du circuit de chauffage. En conséquence, il est possible d'augmenter l'efficacité du chauffage, rendant le système plus compact et moins gourmand en matériaux.

Lors du choix et de l'installation d'une pompe de circulation, il faut tenir compte d'un certain nombre de particularités qui permettent d'atteindre une haute efficacité de fonctionnement de l'ensemble du système.

Cet appareil est choisi selon plusieurs paramètres importants, notamment :

• débit, m³/h ;
• hauteur de refoulement, m.

Pour choisir correctement une pompe de circulation en fonction de ces paramètres, vous devez prendre en compte le diamètre des tuyaux, leur longueur et la hauteur d'installation par rapport au niveau de l'unité de pompage. Lors de la conception de l'installation du système de chauffage, ces paramètres sont calculés à l'avance.

Règles d'installation de la pompe de circulation

En suivant les recommandations ci-dessous, vous pouvez obtenir un rendement élevé et une sécurité de chauffage :

• les pompes de circulation à rotor noyé sont installées de manière à ce que l'arbre soit en position horizontale ;
• l'appareil avec thermostat ne doit pas être placé près des surfaces chaudes (radiateur ou chaudière) afin de ne pas fausser les relevés ;
• en règle générale, il est installé sur le retour du circuit en raison des températures plus basses. Les modèles modernes peuvent également être montés sur la conduite de départ, supportant des températures élevées ;
• le circuit de chauffage doit être équipé d'un mécanisme de purge d'air. Si ce n'est pas le cas, la pompe doit avoir un purgeur d'air ;
• il doit être placé le plus près possible du vase d'expansion ;
• avant d'installer la pompe, il est recommandé de rincer le système pour éliminer les particules solides ;
• avant de mettre la pompe en marche, remplissez le système d'eau ;

Pour ne pas souffrir d'un bruit excessif, choisissez une pompe adaptée au débit du système de chauffage.

Et peut-on se passer de pompe ?

Bien sûr, vous pouvez économiser et ne pas acheter de pompe, de purgeurs d'air pour l'évacuation de l'air, de capteurs, etc. Mais un système radiant à circulation naturelle nécessite le respect de plusieurs conditions peu pratiques.

Les experts recommandent cette option dans des cas très rares. Premièrement, il faudra installer des tuyaux de grand diamètre. Deuxièmement, le vase d'expansion doit être placé au point le plus haut du bâtiment.

Pour économiser sur les composants, on peut se passer de pompe, mais cela n'est possible qu'en respectant un certain nombre de conditions et uniquement pour des petites constructions.

Cette option convient pour une maison de campagne ou un autre bâtiment de petite superficie, en fournissant suffisamment de chaleur. Le choix entre circulation naturelle et circulation forcée doit être fait dès la phase de conception.

Choisir le collecteur de distribution

Cet appareil est également appelé peigne de distribution. Il sert à fournir le fluide caloporteur à chaque appareil de chauffage (plancher chauffant, radiateur, convecteur, etc.). Par l'intermédiaire du collecteur, le retour s'écoule également, qui est ensuite dirigé vers la chaudière ou remélangé dans le circuit pour réguler la température.

Le collecteur peut prendre en charge de 2 à 12 circuits. Certains fabricants proposent encore plus de branches pour réaliser des projets complexes.

Le collecteur de distribution est le terminal de transport principal qui sert à distribuer le fluide caloporteur dans la quantité nécessaire pour chaque pièce ou appareil de chauffage.

Les peignes sont souvent équipés d'éléments supplémentaires de vanne de régulation et de thermorégulation. Ils permettent de régler le débit optimal du fluide caloporteur pour chaque branche de chauffage. La présence de purgeurs d'air garantit un fonctionnement plus efficace et plus sûr du système.

Schéma de raccordement de la distribution par rayonnement

En choisissant un schéma de chauffage, dans la plupart des cas, on opte pour une configuration en étoile par étage du réseau de tuyaux. Tous les tuyaux sont dissimulés à la vue dans l'épaisseur du sol. Le collecteur – l'organe de distribution principal – est installé dans une niche du mur, souvent dans une armoire spéciale située au centre de la maison/de l'appartement.

Dans la grande majorité des cas de mise en œuvre d'une configuration en étoile, la présence d'une pompe de circulation est nécessaire, parfois de plusieurs, installées sur chaque boucle ou branche. Sa nécessité est décrite ci-dessus. La configuration en étoile du montage du système de chauffage est le plus souvent réalisée sur la base d'une installation monotube et bitube, remplaçant presque complètement le type de raccordement en té.

Il s'agit d'un schéma simplifié de la configuration en étoile, dans lequel chaque radiateur est connecté au raccord du collecteur pour l'alimentation directe et de retour du fluide caloporteur.

À chaque étage, près de la colonne montante du système bitube, les collecteurs d'alimentation et de retour sont montés. Sous le plancher, les tuyaux des deux collecteurs passent dans le mur ou sous le plancher et se connectent à chaque radiateur de l'étage.

Chacun des circuits doit avoir approximativement la même longueur. Si cela ne peut être réalisé, chaque boucle doit être équipée de sa propre pompe de circulation et d'une automatisation pour la régulation de la température.

Ainsi, le changement de la température sera totalement indépendant sur chaque circuit et n'influencera pas les autres. Étant donné que la tuyauterie se trouvera sous la chape, chaque radiateur doit être équipé d'un purgeur d'air. Le purgeur d'air peut également être placé sur le collecteur.

Que faut-il faire avant l'installation ?

Avant le début des travaux, la tâche du propriétaire consiste à sélectionner correctement tous les composants et les emplacements de l'équipement, à savoir :

• Déterminez les emplacements des radiateurs ;
• Choisissez le type de radiateurs, en fonction des indicateurs de pression et du type de caloporteur, et déterminez le nombre de sections ou la surface des panneaux (effectuez le calcul des pertes thermiques et calculez la puissance thermique nécessaire pour un chauffage de qualité dans chaque pièce) ;
• Représentez schématiquement l'emplacement des radiateurs et les tracés des canalisations, sans oublier les autres éléments du système de chauffage (chaudière, collecteurs, pompe, etc.) ;
• Dressez une liste papier de tous les éléments et effectuez les achats. Pour ne pas vous tromper dans les calculs, vous pouvez faire appel à un spécialiste.

Ainsi, pour passer à l'étape suivante, il est nécessaire de prendre en compte les règles d'installation du système radiant.

Règles d'installation de la distribution par rayonnement

Si vous avez choisi la pose des tubes sous le sol, suivez quelques règles qui vous aideront à éviter les pertes de chaleur et le gel du caloporteur. Il doit y avoir suffisamment d'espace entre le sol brut et le sol fini (nous en reparlerons plus loin dans la description).

Lors de la pose des tubes dans le sol, il est important de prendre en compte plusieurs exigences, dont la présence d'un espace suffisant entre le sol fini et le sol brut.

Le sol brut peut être une dalle de fondation en béton. On y pose d'abord une couche d'isolant, puis on installe la canalisation. Si les tubes sont posés sans sous-couche isolante, l'eau pourrait geler dans ces zones, perdant ainsi beaucoup de chaleur.

En ce qui concerne les tubes, il est préférable de choisir des modèles en polyéthylène ou en métal-plastique, qui sont très flexibles. La canalisation en polypropylène se plie mal, elle ne convient donc pas pour une distribution en étoile.

Dans la plupart des cas, on utilise un tube d'un diamètre de 16 à 20 mm (si la puissance du radiateur dépasse 1,5 kW, alors 20 mm), sur lequel on place une gaine ondulée isolante pour réduire les pertes de chaleur et compenser la dilatation thermique.

Il est nécessaire de fixer la canalisation à la base pour qu'elle ne remonte pas lors du coulage de la couche de finition de chape. On peut la fixer à l'aide de ruban de montage, de colliers en plastique ou d'autres méthodes disponibles.

Le tube sous la chape doit impérativement être isolé pour réduire les pertes de chaleur au minimum, et au rez-de-chaussée, il est absolument nécessaire de poser une couche d'isolation thermique.

Ensuite, nous posons autour de la canalisation un isolant de 50 mm d'épaisseur en polystyrène extrudé ou en polystyrène expansé. Nous fixons également l'isolation à la base du sol à l'aide de chevilles à clous. L'étape finale consiste à couler une couche de mortier de 5 à 7 cm, qui servira de base au sol fini. Sur cette surface, on peut déjà poser tout revêtement de sol.

Si la pose des tuyaux est effectuée au deuxième étage ou plus, l'installation d'une couche d'isolation thermique est optionnelle. Souvenez-vous d'une règle importante : sur les sections de canalisation situées sous le plancher, il ne doit y avoir aucune connexion.

En présence d'une pompe de circulation de puissance et de performance suffisantes, le collecteur est parfois placé un étage en dessous du niveau des radiateurs.

Si le collecteur est placé au niveau inférieur (sous-sol), il faut tenir compte de plusieurs règles pour un raccordement correct des tuyaux depuis le peigne jusqu'aux radiateurs situés au niveau supérieur.

Depuis le collecteur, les tuyaux montent verticalement jusqu'au plafond. Ensuite, un coude est réalisé et la canalisation est acheminée le long du plafond vers chaque radiateur avec un autre coude à 90 degrés. Les tuyaux doivent être fixés au plafond. Ainsi, le tuyau vertical traverse le plancher et se connecte à chaque appareil de chauffage.

Distribution par rayonnement et plancher chauffant

Le schéma en étoile peut également être appliqué pour l'installation d'un système de plancher chauffant. Avec un projet bien conçu prenant en compte tous les facteurs, il est possible de se passer de radiateurs, en faisant du plancher chauffant la source principale de chauffage.

Les flux thermiques seront répartis uniformément dans toute la pièce, sans créer d'effet de convection contrairement aux radiateurs. Par conséquent, il n'y a pas de circulation de poussière dans l'air.

Avant de se lancer dans la réalisation de l'idée d'installer un plancher chauffant à eau, il est important de prendre en compte les particularités suivantes :

• Sur une base en béton ou en bois, on pose un écran réfléchissant avec une couche d'isolation thermique ;
• Par-dessus, on pose les tuyaux selon un schéma en boucle ;
• Avant le coulage du béton, on effectue un essai hydraulique du système sous pression pendant 24 heures ;
• La couche finale est une chape ou un revêtement de sol.

Le collecteur de chaque circuit doit être équipé de débitmètres et de vannes thermostatiques, qui permettent un contrôle précis du débit du fluide caloporteur et de réguler sa température.

Lors du raccordement des tuyaux, on peut utiliser des têtes thermostatiques et des servomoteurs. Ces dispositifs permettent d'automatiser le fonctionnement du plancher chauffant. Le système réagira aux changements de température ambiante, en ajustant le mode confort pour chaque pièce.

La distribution en étoile pour le plancher chauffant nécessite d'équiper le collecteur de plusieurs accessoires, qui permettent de contrôler, automatiser et gérer le chauffage au sol pour atteindre un confort et une efficacité énergétique maximaux.

Lors de l'installation, il est extrêmement important de bien fixer les tuyaux avant de couler la chape. Pour cela, on peut utiliser un isolant avec rainures, un treillis d'armature ou des agrafes.

Avant la pose du pipeline, vous devez clairement définir le trajet que le fluide caloporteur empruntera pour chauffer le sol (évitez de croiser les tuyaux). Il est préférable de couper le tuyau seulement après la pose complète et le raccordement aux collecteurs de retour et de départ.

Il est important que le pipeline reste sous pression lors du coulage. Tant que le mélange de béton n'est pas complètement durci et que trois semaines ne se sont pas écoulées, vous ne devez pas fournir le fluide caloporteur à la température de service. Ce n'est qu'ensuite que vous commencez à 25 ºC et qu'après 4 jours, vous terminez à la température de conception.

Options pour les maisons en bois

Pour poser un pipeline dans une base en bois, vous devez percer des trous dans les poutres en bois du plancher. Les trous doivent être légèrement plus grands que le diamètre des tuyaux, afin que la poutre et toute la structure n'exercent pas de pression sur le pipeline.

Lors de l'installation de la distribution en étoile dans les planchers en bois, il est important que la structure du plancher n'exerce pas de pression sur les tuyaux et que ceux-ci soient solidement fixés.

Dans notre exemple, le sous-plancher est en bois et c'est là que se trouve le système de tuyaux. Encore une fois, il ne doit y avoir aucun raccord dans l'épaisseur du plancher, car ils doivent être situés exclusivement au-dessus du niveau du revêtement de sol.

Analyse des arguments « pour » et « contre »

Commençons par les inconvénients. Outre la consommation de matériaux qui a un impact sur le coût du projet, il est nécessaire d'installer une armoire de collecteur, ce qui nécessitera un espace supplémentaire.

Les inconvénients du système en étoile s'arrêtent ici et une série d'avantages commence :

• conception et installation simples, le système utilise des tuyaux de même diamètre ;
• en cas d'installation encastrée dans les murs et le sol, il n'y a pas de raccords ;
• vitesse d'installation élevée grâce au nombre minimal de raccords ;
• extension des fonctionnalités grâce à l'installation de vannes d'arrêt, de capteurs, de purgeurs d'air et de têtes thermostatiques pour automatiser le fonctionnement du système de chauffage ;
• réglage de la température dans chaque pièce individuelle à l'aide d'éléments mécaniques ou d'automatismes ;
• possibilité d'isoler n'importe quel radiateur sans arrêter le processus de chauffage ;
• chauffage uniforme de toutes les pièces.

Le panneau de commande externe permet de programmer le fonctionnement du chauffage, y compris le réglage automatique en fonction des conditions météorologiques extérieures. Grâce aux capteurs installés, tous les résidents peuvent définir les paramètres qui leur conviennent, où qu'ils se trouvent dans une pièce spécifique.

Le système en étoile est coûteux en termes de mise en œuvre, mais il surpasse toutes les autres options en termes de flexibilité des réglages et d'assurance de l'efficacité de l'ensemble du chauffage.

Ainsi, le schéma de distribution en étoile permet d'obtenir une grande contrôlabilité du système de chauffage et d'atteindre un débit optimal du fluide caloporteur.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

La vidéo vous aidera à comprendre visuellement les particularités de l’installation et à comprendre comment fonctionne un système de chauffage avec distribution en étoile :

Un système de chauffage économe en énergie – c’est une combinaison équilibrée de tous ses composants. La distribution des tuyaux sert en quelque sorte de système circulatoire pour le chauffage. La méthode de montage en étoile du réseau de tuyauterie permet d’apporter exactement la quantité de fluide caloporteur nécessaire à chaque appareil de travail pour son fonctionnement optimal.

Souhaitez-vous poser des questions sur les points obscurs qui vous ont intéressé lors de l’étude du matériel ? Souhaitez-vous partager des astuces utiles sur la configuration des systèmes en étoile ? Veuillez écrire vos commentaires dans le bloc ci-dessous.