la convection : la chaleur est transportée par un corps fluide (ex : air) qui se déplace d'un point à un autre,
le rayonnement : échange entre différents corps solides, il traverse l'air sans le chauffer,
la conduction : la chaleur passe d'un corps à un autre, par contact.

Pour le chauffage des locaux industriels, on utilise principalement les techniques par rayonnement ou par air chaud.

Définitions

Air chaud

L'air extérieur ou intérieur est réchauffé à travers un échangeur (gaz, électrique ou eau chaude) puis est soufflé dans le local.

Rayonnement

Ne chauffe pas l'air mais directement les objets exposés (personnes, sol, machines).
Comme le soleil, il chauffe immédiatement sans inertie. Le chauffage radiant est efficace quelle que soit la température ambiante. Selon l'activité de la personne visée et la vitesse de l'air, la sensation de confort peut être obtenue avec de l'air de 0 à 18° C.

Gamme rayonnement

	Température d'émission	Produit France Air
1. Haute et moyenne intensité	Plus de 815 °C	Evolix 850
2. Basse intensité	260 °C à 815 °C	Evolix 450 et 250
3. Basse température	48 °C à 260 °C	Evolix EC et 250

Bloc de détente

Ensemble d'appareils (filtre, robinet, détendeur, etc.) ayant pour fonction essentielle de détendre un gaz d'une pression amont variable à une pression aval, réglée à une valeur déterminée.

Chaleur sensible

On appelle chaleur sensible la quantité de chaleur qui est échangée, sans changement de phase physique, entre deux corps formant un système isolé.

Chaleur latente

La chaleur latente est la quantité de chaleur nécessaire au changement d'état d'un corps de 1kg ; cette transformation ayant lieu à température et pression constantes.

Déperdition thermique

C'est la quantité de chaleur traversant les parois extérieures (toiture, murs, fenêtres, sol) et celle sortant sous l'influence du renouvellement d'air. Plus le bâtiment est isolé, moins les déperditions thermiques sont importantes.

Gaz naturel

Gaz extrait du sous-sol et composé essentiellement de méthane (CH4). Son pouvoir calorifique et sa densité varient selon son origine. Il est incolore, inodore (à l'origine) et plus léger que l'air.

Pour le gaz naturel, on distingue :
- les gaz "type B" (ou "type L") distribués dans le nord de la France. Ils ont un pouvoir calorifique supérieur compris entre 9,5 et 10,5 kWh/m³(n). C'est essentiellement le cas du gaz de Groningue (en provenance des Pays-Bas).
Ce gaz se distingue par sa teneur élevée en azote.
- les gaz "type H" distribués sur le reste du territoire français. Ils ont un pouvoir calorifique supérieur compris entre 10,7 et 12,8 kWh/m³(n).

PCI

Pouvoir Calorifique Inférieur : quantité de chaleur obtenue par la combustion d'un mètre cube de gaz, (la chaleur que l'on aurait pu récupérer par condensation de la vapeur d'eau n'étant pas prise en compte).

PCS

Pouvoir Calorifique Supérieur : quantité de chaleur obtenue par la combustion d'un mètre cube de gaz et par la récupération de l'énergie contenue dans la vapeur d'eau, par condensation de celle-ci.
PCS = PCI + Chaleur latente d'évaporation
Pour le gaz naturel le rapport PCI/PCS est d'environ 0,90.

Produits de combustion

Gaz brûlés dus à la combustion du gaz naturel.
Ils contiennent essentiellement du dioxyde de carbone (CO2) et de la vapeur d'eau (H2O).

Propane (C3H8)
Gaz de pétrole liquéfié (GPL) distribué en bouteille ou en citerne.

Critères de choix des techniques de chauffage

Les critères principaux pour le choix de la technique de chauffage
- La hauteur du bâtiment.
- L'isolation du bâtiment.
- L'énergie disponible (gaz, eau chaude, électricité).

Choix en fonction du type de bâtiment
- Bâtiment isolé de moins de 5 mètres de hauteur :
le chauffage par air chaud est plus économique à l'installation.
- Bâtiment faiblement isolé de plus de 5 mètres de hauteur : pour les bâtiments de grandes hauteurs, le rayonnement est très adapté car il évite de chauffer les grands volumes d'air en agissant directement sur les personnes et les surfaces.
- Zoning, zone réduite dans un local : le rayonnement est particulièrement recommandé pour chauffer des surfaces réduites au sein d'un grand local (sans chauffer l'ensemble du local).
- Isolation : plus elle est faible, plus le rayonnement est recommandé

Représentation graphique du choix des techniques
en fonction de la hauteur du bâtiment et de l'isolation

Chauffage par rayonnement - Sélection de radiant

Principes généraux

Confort
- Chaque personne est sensible à la température résultante. Cette température est la moyenne entre la température ambiante et la température de parois.

Le sol et les parois d'un local chauffé avec des tubes rayonnants ont des températures de surface plus élevées qu'avec de l'air pulsé. Il est donc possible de diminuer la température ambiante en conservant le même niveau de confort.

Économie d'énergie

La température ambiante pouvant être abaissée de 3 °C sans modifier le confort des personnes, le chauffage par rayonnement permet une économie d'énergie pouvant aller jusqu'a 30 % par rapport au système tout air.

Dimensionnement

Les critères principaux pour le choix du matériel sont :
- la puissance à installer, - le nombre et la position des appareils de manière à assurer une couverture totale de la surface au sol en fonction de la hauteur d'installation et de l'éclairement de chaque appareil, - la puissance unitaire de chaque appareil. La puissance calorifique à installer devra prendre en compte les déperditions du bâtiment (déperditions statiques) et le renouvellement d'air (déperditions dynamiques), calculées conformément à la NF EN 12831. Usuellement, et selon l'isolation du bâtiment, les valeurs de puissances à installer varient entre 50 et 250 W/m². Mais il convient d'effectuer un bilan thermique pour chaque projet afin d'optimiser l'installation.

Choix du matériel : détermination du nombre d'appareils

- Le pourcentage de rayonnement qui atteint le sol diminue de part et d'autre du panneau.
- Les fiches techniques des produits indiquent l'intervalle nécessaire entre chaque appareil. Elles sont disponibles sur www.france-air.com
- On peut donc calculer le nombre et la disposition des panneaux de manière à obtenir une répartition homogène au sol.

Vérification de la puissance

Vérifier que la puissance total des N radiants est supérieure à la puissance nécessaire. Sinon, utiliser des modèles de radiant avec des puissances supérieures.
N.B. : cette approche budgétaire simplifiée doit être validée techniquement.

Chauffage par air chaud - Sélection rapide d'aérothermes et de déstratificateurs

Principes généraux

- Les aérothermes peuvent être décentralisés (hélicoïdes) ou centralisés (centrifuges).
- En gainant des aérothermes centrifuges, on peut y adapter des diffuseurs techniques de grande hauteur (LDI...) permettant un contrôle précis des vitesses d'air dans la zone d'occupation (zone de travail).

Dimensionnement

Critères de choix du matériel Les principaux critères pour le choix du matériel sont : - la puissance à installer, - la portée des appareils qui va définir le nombre et la position des aérothermes de manière à assurer une couverture totale du bâtiment, - le taux de brassage.

Détermination de la puissance à installer (se référer à la norme NF EN 12831).
1 Calcul des déperditions calorifiques

Déperditions calorifiques = Déper. statiques * + Déper. dynamiques **
*pertes aux parois, toit...
** pertes dues aux infiltrations ou extractions spécifiques

Déperditions statiques = Ht x (T°ambiance – T°extérieure)

Ht = coefficient de déperdition par transmission (en W/K) prenant en compte l'ensemble des déperditions surfaciques et linéiques (méthodes Th-U)
N.B. : le Code du Travail impose un apport d'air neuf de 60 m³/h/personne dans les ateliers plus la compensation des extractions spécifiques

Déperditions dynamiques = 0,34 x (Q inf + Q air neuf + Q spec) x (T°ambiance - T°extérieure)

Avec :
Q spéc : débit des extractions spécifiques (hottes, tourrelles…).
Q inf : infiltrations d'air par les fuites du bâtiment.
- Q inf = 0,75 à 1 volume du bâtiment pour bâtiment de volume < 1000 m³.
- Q inf = 0,35 à 0,5 volume du bâtiment pour bâtiment de volume > 1000 m³.
- Q air neuf = air neuf introduit dans le local.

2 Calcul de la puissance à installer

Puissance à installer = Déperdition calorifique x Coefficient de surpuissance

Avec le coefficient de surpuissance suivant :

Mise en régime rapide	Mise en régime normale	Hauteur du local > 5 m
1,3	1	1,05

Choix du matériel : détermination du nombre d'appareils

Choisir le nombre d'appareils en fonction de :
- la géométrie du local,
- la zone d'influence des aérothermes (portée des jets d'air),
- les obstacles à la diffusion,
- la puissance unitaire de chaque appareil

Vérification du taux de brassage

Après avoir choisi le nombre d'aérothermes et leur portée, il faut vérifier que le taux de brassage soit suffisant pour obtenir une bonne homogénéité des températures d'air dans le bâtiment.
Si le taux de brassage est trop faible, des sensations d'inconfort se feront sentir.

Taux de brassage recommandé pour les aérothermes :

Hauteur du local (m)	Volume du local (m³)	Taux de brassage conseillé (vol/h)
< 5 m	tous volumes	3,5 à 4
> 5 m	moins de 5000	3 à 3,5
> 5 m	20 000 à 5000	2,5 à 3
> 5 m	plus de 20 000	2 à 2,5

Si le taux de brassage est insuffisant il faut :
- soit ajouter des aérothermes (ce qui peut impliquer une surpuissance qui ne sera pas utilisée),
- soit mettre en place des déstratificateurs.

Déstratificateur

Afin d'économiser de l'énergie, les déstratificateurs sont vivement conseillés pour les hauteurs supérieures à 6 m. Le tableau suivant montre l'importance de la stratification au dessus d'un aérotherme soufflant horizontalement :

Température de soufflage de l'aérotherme	Gradient de température au dessus des aérothermes : (°C/m)
50 °C	2 à 3
40 °C	1 à 2
30 °C	0,5 à 1
< 30 °C	,5