Auto-constuire une maison écologique

Principe de la thermo circulation
L’eau chaude est plus légère que l’eau froide. La différence de poids entre la colonne montante (chaude) qui part du générateur et la colonne descendante qui passe par les dissipateurs de chaleur, créée une différence de pression équivalente à celle produite par une pompe (hauteur manométrique). Mais comme cette pression est beaucoup plus faible que celle fournie par une pompe, les canalisations doivent présenter le minimum de résistance à la circulation de l’eau (cette résistance est appelée perte de charges).
Ce principe a été utilisé depuis très longtemps, dans les premières installations de chauffage central à eau chaude qui ont précédées l’arrivée de l’électricité, et donc des pompes. Cela imposait des canalisations de très grosses sections. En effet, les canalisations étaient en acier avec une forte rugosité intérieure. Les maisons étaient très mal isolées et la puissance, donc le débit, à faire circuler vers les radiateurs était beaucoup plus importante que maintenant.
Avantages de la thermo circulation :
- pas de risque d’arrêt du circulateur en cas de panne du réseau, supprimant le risque de destruction par surchauffe du générateur à bois
- pas de pompe de circulation (circulateur), avec le risque de grippage pendant la période d’arrêt du chauffage
- pas de boîtier électronique commandant la mise en route du circulateur (la fiabilité des relais électriques dépasse rarement les 5 à 7 ans).
- installation moins conteuse
- très grande longévité sans usure ni panne
- pas de consommation électrique
- technique autonome, plus grande indépendance
Inconvénients :
- canalisations de plus gros diamètres un peu plus délicates à souder (là ou un tube de 18mm de diamètre suffirait on peut être amené à utiliser un tube de 32, voire 40 pour une installation de forte puissance)
- légère perte de rendement thermique de l’installation, car la température du générateur est un peu plus élevée, l’eau circulant plus lentement.
- entretien régulier des clapets anti-retour, qui en s’encrassant, peuvent bloquer la circulation. (depuis 5 ans nous n’avons pas encore eu à les entretenir)

Dans le cas d’une installation à plusieurs générateurs, pour permettre une bonne répartition des flux quelque soit le mode de fonctionnement, il faut que les points communs de jonction des sorties hautes des générateurs se rejoignent sur l’entrée chaude de l’échangeur du ballon (repère A sur le schéma).Même principe pour les entrées basses (repère B sur le schéma).

Détails d’exécution pour faciliter la thermo circulation
Le schéma le plus classique et le plus performant est dit “en parapluie”. Il comporte une colonne montante unique par générateur.Le schéma dit “en chandelle” est à exclure. Il est un peu plus économique en coût de canalisation, mais présente des inconvénients en terme de circulation et de purge des colonnes montantes.
Dans le schéma “en parapluie”, quand c’est possible, l’échangeur du ballon d’eau chaude sanitaire sera placé au point le plus haut de l’installation de façon à créer une force motrice additionnelle pour toutes les colonnes descendantes. Eviter de le placer sur une colonne comportant des radiateurs (en été les canalisations réchaufferaient l’habitat).
La canalisation principale d’alimentation s’étend horizontalement (à faible pente) dans les combles à partir de ce point haut. Sur cette canalisation principale sont “piquées” les colonnes descendantes particulières à chaque mur chauffant. La purge d’air se fait naturellement, pour chaque circuit, jusqu’au point haut où se trouve un purgeur automatique.

Canalisations
L’utilisation de canalisation en cuivre rend l’installation entièrement recyclable. Les canalisations et les raccords sont réutilisables quand les soudures sont réalisées à l’étain. Les tuyaux en polyéthylène haute densité sont issus de dérivés du pétrole, et leurs raccords beaucoup plus coûteux.
En thermo circulation il faut être très vigilant à minimiser les frottements de l’eau dans le circuit. Ils absorbent la force de circulation crée par la différence de température. Les courbes peuvent être réalisées avec des raccords à grand rayon, ou deux coudes 45°, ou mieux des coudes formés à la cintreuse.
Comme la pression de service du circuit ne dépasse pas 1,5bar, les soudures peuvent être brasées à l’étain si elles sont réalisées très soigneusement. On veillera à ce qu’aucune soudure ne soit inaccessible. Les soudures sur le circuit alimentaire eau chaude et froide seront réalisées à la soudure à l’étain sans plomb.
Pour la réalisation des panneaux solaires et des murs chauffants, les piquages des tubes verticaux diamètre 12 sur les collecteurs hauts et bas sont impérativement réalisés avec un outil à façonner les piquages et brasés à l’alliage de cuivre. Ces brasures fortes sont nécessaires pour tenir compte de la faible longueur d’emboîtement du tube dans le piquage, et tenir compte des dilatations et rétractions journalières dues aux grandes différences de température dans les capteurs.
Les canalisations hautes horizontales doivent avoir une pente maximum égale à leur diamètre.
Si on parvient à en trouver, il est préférable d’utiliser des tés dits « pied-de-biche » plutôt que des tés droits. Eviter les réductions brusques de diamètres Quand elles sont nécessaires, il vaut mieux mettre deux réductions en série.
Comme les ballons d’eau chaude et les générateur à bois sont en acier (ou en fonte pour certains générateurs), il est important de placer des raccords isolant électriquement les différentes portions du circuit. Cela évite la création d’un courant électrique qui augmente la corrosion des éléments à base de fer.

Clapets anti-retour
Pour éviter l’inversion de la thermo circulation pendant la nuit, il est nécessaire de prévoir un clapet anti-retour à battant (clapet horizontal) pour chaque générateur, placé en partie basse de l’installation. Utiliser de gros diamètre (26/34) pour éviter les pertes des charges.
Les clapets sont les seuls éléments de l’installation qui peuvent se gripper. Il est nécessaire de les placer à en endroit très accessible, entre deux vannes d’arrêt, afin de pouvoir isoler le générateur (dans le cas où il y a plusieurs générateurs), et pouvoir ouvrir et accéder au clapet sans avoir besoin de vidanger toute l’installation.
Si le ballon d’eau chaude n’est pas placé en point haut, pour éviter l’inversion de la thermo circulation du ballon vers les radiateurs ou murs chauffants, prévoir un clapet anti-retour sur l’échangeur du ballon.
Pour des raisons de facilité d’accès les clapets sont généralement placés en point bas. Pour éviter qu’ils soient bloqués par les dépôts de décantation, il faut prévoir un point commun de vidange avec un bouchon de gros diamètre le plus près possible des clapets.

Annexe : document extrait du livre « Chauffage et climatisation » S Belakhowsky, Technique & vulgarisation, 494 p, Paris 1974,.(ndl=note de lecture)
Chauffage par rayonnement
Dans tous les procédés de chauffage déjà étudiés, les trois modes de transmission de chaleur sont utilisés. Soit par exemple un radiateur à eau chaude : le rayonnement émis par sa surface élève la température de tout objet qui fait obstacle au rayonnement, c’est-à-dire, pratiquement, de tous les objets situé dans la pièce. D’autre part, la couche d’air qui avoisine l’appareil, plus chaud que le reste de l’atmosphère, monte vers le plafond et il s’établit un courant d’air chaud qui transporte la chaleur (et les poussières) par convection. Si enfin nous posons la main sur le radiateur, elle s’échauffe par conduction.
Dans le chauffage dit « par rayonnement », c’est-à-dire dans lequel ce mode de transmission l’emporte sur les deux autres, la surface chauffante sera très grande (l’intensité du flux émis est proportionnelle à la surface). Tout le plafond, ou tout le plancher, (ou certains murs, ndl) seront chauffés. Néanmoins, on ne peut empêcher un déplacement de l’air (plus chaud au voisinage de la surface chauffante) et par suite un transport de chaleur par convection.
On admet que les pourcentages de chaleur sont environ les suivants :
convection rayonnement
Plancher chauffant………… 50% 50%
Mur chauffant ……………….43% 57%
Plafond chauffant ………….. 30% 70%
Les systèmes par rayonnement donnent le même confort à 18°C qu’à 20°C avec le chauffage traditionnel à radiateur. (A température extérieure égale, on a 2°C de déperditions en moins, ce qui diminue la puissance utile de 10% pour une température extérieure de 0°C, ndl)
Les radiateurs sont remplacés par des serpentins de cuivre (ou de PET) enrobés dans les matériaux, donc parfaitement invisibles.
L’enrobage des tubes doit :
a) Etre bon conducteur. Il doit donc être compact puisque les lames d’air sont des isolants thermiques. Il faut éviter de revêtir un sol chauffant de bois, linoléum, plaques de matières plastiques, posés directement sur le ciment ; les tapis de laine sont à proscrire, puisqu’ils sont justement de bons isolants.
b) Mettre les conduits à l’abri de toute corrosion. Il faut que les tubes soient complètement enrobés de béton, afin d’être soustrait à toute attaque d’agents extérieurs. Le béton lui-même n’attaque pas le cuivre ni le fer (exemple du béton armé) à moins qu’il n’entre dans sa composition du sable marin (le danger provient du chlorure de sodium).
Le revêtement doit naturellement être neutre (il faut proscrire les produits magnésiens) et s’il s’agit d’un sol chauffant, il faut s’abstenir de lavages répétés à l’eau de Javel ou à l’acide.
La dalle supportera d’autant mieux les efforts de dilatation qu’elle sera plus épaisse. Le fer, qui arme le béton, améliore grandement sa conductibilité thermique et, par suite, la répartition des températures.
La circulation d’eau dans cette grande longueur de tuyau augmente considérablement les pertes de charge. L’adjonction d’une pompe est donc indispensable (pour les planchers et plafonds chauffants où les tubes ne peuvent pas être placés en verticalement en parallèle, ndl).
Les serpentins ne sont pas également répartis dans toute la surface chauffante. Ils seront plus nombreux, de plus gros diamètre, dans les endroits les plus froids (près des fenêtres, ou le long d’une paroi exposée au Nord ou à l’Est).
Cette distance mur-serpentin ne devra cependant pas être inférieure à 0,40 m, afin que la chaleur ne se dissipe pas à l’extérieur à travers le mur (Pour les planchers on doit être très vigilant aux ponts thermiques, ndt).