11 janvier 2014

Comment dimensionner et choisir un radiateur sur boucle d’eau chaude

Lorsqu'on souhaite remplacer, changer ou ajouter un ou plusieurs radiateurs de chauffage central sur boucle d’eau chaude, il est nécessaire de vérifier plusieurs points pour déterminer et choisir le nouveau modèle.


Les 2 critères les plus importants auquel il faut répondre sont notamment les déperditions thermiques de la pièce où sera installé le radiateur et le régime d’eau avec lequel le radiateur devra fonctionner.


Ainsi, il faut tout d’abord déterminer les déperditions thermiques de la pièce où sera installé le radiateur de chauffage centrale en utilisant un simulateur de puissance radiateur, en veillant à toujours légèrement majorée la valeur obtenue. En effet, comme les déperditions sont déterminée dans les conditions de base (températures extérieures extrêmes constatées au moins 5 fois dans l'année et ceci sur plusieurs années), si le radiateur choisi correspond de très près à la puissance nécessaire et que la température de base extérieure est dépassée pendant quelques jours, les déperditions du bâtiment seront supérieures à celles calculées. Si la chaudière fonctionne déjà au maximum de ces possibilités en température d'eau de chauffage (75°C), les émissions du radiateur seront inférieures aux déperditions de la pièce et la température ambiante va diminuer jusqu'à ce que les déperditions soient en équilibre avec les émissions thermiques du radiateur. Il est donc recommandé d’ajouter une marge de sécurité sur la puissance de 15 à 20% notamment si les radiateurs ne sont pas utiliser en basse température.

Une fois les déperditions obtenues, il va falloir trouver un radiateur de cette puissance dans le catalogue d’un fabriquant, qui puisse s’installer dans les dimensions disponibles à l’emplacement de pose. Ainsi, si par exemple on dispose d’une zone de pose d’une hauteur maximale de 80cm (attention en veillant toujours à laisser 10 à 15cm en dessous du radiateur par rapport au sol), pour une largeur maximale de 100cm, on essayera de trouver un radiateur de puissance égale ou supérieure en jouant sur le nombre d’élément et l’épaisseur du modèle.

Exemple (voir tableau ci-dessous) :

  • Déperditions : 900W + 20% = 1080W
  • Emplacement disponible (ou esthétique) : largeur 100cm x hauteur 50cm
  • Il faut choisir un modèle 21S (épaisseur 64mm) pour une puissance de 1148W
  • Si la largeur disponible n’est que de 80cm, le modèle à retenir est le 22S (épaisseur 101mm) pour une puissance de 1246W.




On constate qu’il est donc possible de jouer facilement sur les dimensions ou l’épaisseur du radiateur pour s’approcher de la puissance nécessaire. Si pour des raisons esthétiques, de gamme, ou des contraintes techniques on doit choisir un modèle qui dépasse largement la puissance normalement requise, ce n’est pas gênant car le radiateur sera équipé d’une robinetterie thermostatique qui limitera automatiquement la surchauffe dans la pièce et on pourra aussi jouer sur le débit d’eau circulant dans le radiateur en ajustant le té de réglage du radiateur.

Attention cependant car il faut savoir que les puissances indiquées dans les catalogues fabricants sont dorénavant données suivant la norme européenne EN 442 (DT=50°K). Les émissions thermiques d’un radiateur sont mesurées dans une enceinte de 4mx4mx3m maintenue à une température ambiante de 20°C. En entrée de radiateur, l’eau arrive à une température constante de 75°C, et le débit de circulation d’eau est ajusté afin d’obtenir une chute de température d’eau en sortie de radiateur de 10°C soit 65°C. Ceci donne un DT de 50°K : [ (T°entrée + T°sortie) / 2 ] – T°ambiante = [ (75+65) / 2 ] – 20 = 50°K

Avant le 28 septembre 1997, la norme Française (NF P 52011) était appliquée pour un DT de 60°C avec T°entrée=90°C et T°sortie=70°C du fait que les chaudières fonctionnaient souvent en hautes températures en dépassant les 75°C. Or aujourd'hui, nous sommes généralement sur des générateurs qui fonctionnent au maximum en moyenne ou basse température (pour des radiateurs chaleur douce), voire très basse température (plancher chauffant), rendant obsolète l’ancienne norme. Il faut aussi savoir que plus la température de départ chaudière est élevée, moins bon sera le rendement de l'installation, qui plus est pour une chaudière à condensation.

Pour le remplacement d’un seul radiateur, il faut donc veiller à ce que le régime d’eau du radiateur sélectionné soit compatible avec le fonctionnement du générateur (ex. chaudière) et les radiateurs existants. En revanche, lors du remplacement de tous ses radiateurs ou lors d’une installation initiale, il est recommandé de plutôt choisir si possible des radiateurs basse température, ou encore appelé radiateur « chaleur douce », fonctionnant à un DT inférieur à 50°C, et ainsi obtenir :
  • des pertes thermiques réduites : les déperditions des conduites, de la chaudière et des différents organes sont réduites car elles sont fonction de l'écart moyen des températures entre l’ambiance et la température de l’élément. Ceci est d’ailleurs important pour les pertes thermiques au dos des émetteurs se trouvant sur les murs extérieurs.
  • une sensation d’homogénéité de l'ambiance par gradient de température plus faible entre les émetteurs et les personnes.
  • moins de convection de l’air au niveau des radiateurs et donc moins de poussière en mouvement.
  • une réserve de puissance au cas exceptionnel de températures extérieures en dessous de la température de référence.
  • un meilleur rendement de l'installation, notamment avec un retour plus froid favorisant le phénomène de condensation pour les chaudières à condensation.


Néanmoins, il ne faut pas non plus être tenté de tomber dans l’excès et choisir des radiateurs avec un DT trop faible (inférieur à 30°K) car ceci engendrerait :
  • des radiateurs énormes/très grands, avec une emprise au mur importante et un coût d’acquisition plus élevé qui ne serait être forcément compensé par les économies engendrées.
  • un volume d'eau plus important dans l’installation, pas forcément mauvais en soit pour l’inertie, mais qui réclamerait un vase d'expansion plus important, ou plus de produit de protection du circuit (inhibiteur).
Ou bien il faudra adopter une chute de température assez faible mais qui induira alors une perte de charge plus importante et réclamera un circulateur plus puissant. En effet, sachant que la puissante à véhiculer est donnée par la formule Puissance = qm . C . DTchaudière (avec qm=débit massique), avec un DT=50K, DTchaudière = 75 – 65 = 10°C. Si la chute de température n’est finalement que de 5°C, on constate avec la formule qu'il faut alors doubler le débit pour garder la même puissance. Ceci engendra aussi que la dépression capable par le circulateur soit multipliée par 4 : Hauteur Manométrique Totale (HMT) = Pression avale – Pression amont = Z . qv² (avec qv=débit volumique).

En outre, la puissance d'un radiateur n'est pas proportionnelle au débit, c'est à dire que si on réduit de 50% le débit, on ne réduit pas pour autant la puissance du radiateur de 50%. Il est donc inutile d'utiliser une chute trop faible car le gain de puissance est insignifiant par rapport aux pertes de charge engendrées.

Bien que la chute normalisée soit donc de 10°C, il est néanmoins fréquent dans la profession de prendre une chute de température de l’ordre de 15°C (DT=47°K) afin d’obtenir des débits plus faibles pour donc réduire les pertes de charge de l’installation. Mais une chute plus grande va induire un écart de température plus faible T°m – T° ambiante (T°m étant la température moyenne du radiateur, T°m = (T° départ + T° retour) / 2. Or les émissions thermiques d'un radiateur sont fonction de cet écart moyen : plus il est important plus les émissions sont importantes. Donc avec un écart de température plus faible, la puissance du radiateur sera elle aussi plus faible. Il faudra dans ce cas légèrement augmenter sa taille pour compenser cette perte. En outre, si le débit est trop faible (chute de température supérieure à 20°C), la chaudière va se couper plus fréquemment et les cycles de marche/arrêt augmenteront au détriment du rendement global et de l’usure des pièces.

Enfin, on utilise souvent une chute identique pour tous les radiateurs (15°C). Mais ceci n'est pas une obligation car elle peut être différente pour chaque radiateur et de cette façon on peut jouer sur les débits (avec les tés de réglages) ou sur les tailles des radiateurs.


En résumé, pour bien choisir un radiateur :

  • déterminer correctement les déperditions de la pièce en majorant de 15 à 20% ;
  • déterminer le régime d'eau DT de son installation, actuelle ou souhaitée ;
  • veiller à ne pas avoir un débit d'eau de chauffage trop faible (baisse de rendement, usure prématurée) ou trop rapide dans son installation (pertes de charge plus importantes), en optant pour une chute de température de l'ordre de 10 à 15°C ;
  • choisir un radiateur dans un catalogue d'une puissance couvrant les déperditions au régime d'eau DT retenu.


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