Les technologies des appareils de chauffage électrique mural

L'efficacité énergétique des équipements de chauffage dépend des technologies mises en oeuvre, des conditions d'utilisation et du niveau d'isolation des logements. Si chaque situation est un cas particulier, il est possible d'établir un classement indicatif des principaux types d'appareils de chauffage électrique direct en fonction de leur efficacité à produire un chauffage confortable et un bon rendement énergétique en toutes circonstances.

Cet article propose un classement des émetteurs de chaleur électriques directs en fonction de leur efficacité thermique qui va des plus énergivores vers les plus économiques, et permet d'identifier facilement les produits dont les appellations commerciales (convecteur, radiateur, chaleur douce, inertie, panneaux rayonnant...) prêtent souvent à confusion.

Généralités sur les déperditions thermiques d'un chauffage

Un espace chauffé subit des déperditions de chaleur vers l'extérieur qui se calculent en fonction de l'isolation et de la température extérieure. La consommation électrique du chauffage dépend donc de ces paramètres, et de la température que va régler l'utilisateur pour obtenir le niveau de confort attendu.

L'efficacité énergétique d'un chauffage dépend de la part de chaleur produite qui participe réellement à créer un chauffage confortable pour les personnes. Des déperditions propres au choix du matériel de chauffage sont identifiées au rendement de transformation, au stockage, à la distribution et à l'émission régulation.

Les émetteurs électriques :

Dans le cas du chauffage électrique direct, le coefficient de transformation de l'électricité en chaleur est de 100% et les pertes de distribution entre le compteur EDF et le radiateur sont nulles. Son efficacité énergétique dépend uniquement des déperditions à l'émission et à la régulation.

Ces pertes se définissent comme la différence entre la quantité de chaleur émise par le corps de chauffe et la quantité de chaleur émise par le corps de chauffe réellement utile au chauffage. La consommation électrique est sensible au mode de diffusion de la chaleur dont l'efficacité thermique peut s'estimer par les pertes spatiales et les pertes temporelles au point de confort (aptitude au chauffage).

Familles d'émetteurs de chaleur localisée selon la norme CEI675 :

Tableau comparatif de performance thermique :

	Le convecteur d'ancienne génération Le "grille pain" produit une forte stratification de l'air et chauffe par vagues. L'absence d'inertie, un thermostat mécanique et une résistance filaire très chaude en contact direct avec l'air donne ce qui se fait de pire en matière de chauffage électrique. Il ne devrait plus être utilisé pour le chauffage des logements. Inconfort et consommation électrique élevée. Dégrade fortement la qualité de l'air.
	Le bain d'huile Convecteur mobile souvent de forte puissance disposant d'une certaine inertie mais souvent d'une régulation mécanique ou électromécanique imprécise et bruyante (thermostat à bulle et capillaire). A utiliser en appoint ou éventuellement pour de petits volumes avec une faible hauteur sous plafond. Aptitude à produire un chauffage efficace et confortable très inférieure aux appareils muraux.
	Le convecteur amélioré Ce type de convecteurs est généralement équipé d'un élément de chauffe à ailettes en aluminium qui tempère la force de la convection. Le thermostat électronique affiche une précision au dixième de degré. Ces dispositifs portent parfois en catégorie C l'homologation NF Electricité Performance de ces appareils de chauffage, mais depuis la RT 2005, il est déconseillé de les utiliser pour les pièces de vie et les chambres. Stratification. Inconfort. Vagues de chaleur. Dégrade la qualité de l'air.
	Le panneau rayonnant Cette technologie est devenue le référent à minima de la réglementation thermique 2005. Derrière la grille, l'air est cependant en contact avec des éléments très chauds, jusqu'à 250 degrés Celsius. Le rayonnement est intermittent et insuffisant. La convection est forte et intermittente. Du fait d'une inertie quasi inexistante, le panneau rayonnant fait alterner des sensations de chaud et de froid qui nuisent au confort et à l'efficacité thermique. Dégrade la qualité de l'air.
	Les nouveaux convecteurs à inertie Grâce à sa régulation numérique à bande proportionnelle et son coeur de chauffe à inertie de grande dimension, ce type de convecteur produit une émission de chaleur continue et à température relativement stable. La stratification de l'air reste inférieure à 1 degré par mètre mais l'absence de rayonnement nuit au confort thermique surtout dans le logement mal isolé (parois froides). L'air est peu dénaturé mais la distribution de chaleur manque d'homogénéité. Le confort est incertain.
	Le radiateur à inertie en fonte d'aluminium Souvent constitué d'une pièce unique de fonderie d'aluminium, métal qui conduit très bien la chaleur, le radiateur à inertie fluide produit un confort comparable au chauffage central avec un tiers d'émission de chaleur par rayonnement thermique infrarouge. En inertie solide, ces appareils sont souvent beaucoup plus convectifs car la chaleur est moins bien distribuée dans le corps de chauffe. La forte inertie du système induit une faible réactivité qui ne convient pas à tous les usages. Isoler la paroi à l'arrière si celle-ci donne sur l'extérieur.
	Le double système de chauffe à contrôle actif La dernière génération de radiateurs électriques associe un convecteur à inertie et une surface rayonnante active. La régulation se charge de commander séparément ces deux sources de chaleur de façon à toujours privilégier le rayonnement thermique en façade. La partie convectrice de l'appareil est activée uniquement pour satisfaire les besoins importants et ponctuels. La façade rayonnante peut être contrôlée en association avec un détecteur de présence.
	Le radiateur à infrarouges longs Technologie encore peu répandue en France mais très prometteuse qui caractérise l'émission de chaleur par un minimum de 50% de rayonnement thermique à "basse température". Les panneaux infrarouges lointains ou longs peuvent être utilisés en chauffage directif sans nuire au confort ce qui en fait un système particulièrement économique. Pour un confort optimal, la puissance au mètrè carré ne doit pas dépasser 1 kW pour conserver une température de surface inférieure à 90°C. Le rayonnement doit être permanent, ce qui nécessite un fonctionnement en continu (en appoint par exemple) ou un minimum d'inertie et des cycles de régulation très courts.

Qualité de la chaleur, confort, efficacité thermique...

L'efficacité thermique d'une installation de chauffage se mesure à sa consommation d'énergie et au niveau de confort ressenti par les habitants. Les principales sources de déperditions d'énergie directement imputables aux émetteurs de chaleur sont le manque de confort, le gradient de température entre sol et plafond, et l'oscillation autour de la consigne.

L'inconfort thermique qui oblige à chauffer davantage trouve son origine dans la non-uniformité de la température ressentie, la différence de température entre l'air et les parois, les écarts de température des surfaces, les parois froides non compensées, le dessèchement et les mouvements de l'air. Ainsi dans certaines configuration, un convecteur peut demander de chauffer 2 à 3°C de plus qu'un radiateur à inertie pour ressentir la même sensation de bien être, ce qui représente une demande d'énergie supérieure de 14 à 20%.

Depuis le début des années 2000, la réglementation thermique prend en compte la technologie des émetteurs de chaleur électrique pour calculer la consommation d'électricité normalisée d'une habitation neuve. Ainsi le coefficient d'aptitude (CA) et la valeur des variations spatiales (VS) et temporelles (VT) sont des critères importants dans le choix du matériel de chauffage. Pour valider son projet, le constructeur va ajuster les performance de l'isolation, de la ventilation, de l'efficacité énergétique du chauffage et de la production d'eau chaude.

Avec la RT2012, la matrice de calculs réglementaires de la consommation annuelle d'un logement (Cepmax) donne la possibilité de renseigner 2 nouveaux paramètres propres aux appareils de chauffage : le coefficient de répartition du flux de chaleur entre convection et rayonnement, et les déperditions à l'arrière.

Comment choisir un appareil de chauffage en fonction du logement ?

A partir de la RT2012, le bon niveau d'isolation autorise dans le neuf des solutions de chauffage par air tel que les PAC air/air. Dans ce type de logement, il n'est pas impératif d'équilibrer les échanges radiants car l'écart de température entre les parois et l'air reste en général inférieur à 4°C. Les convecteurs à inertie conviendront aux pièces de jour. Les radiateurs électrique à inertie en fonte d'aluminium et les double-systèmes de chauffe apporteront le confort de la chaleur douce rayonnée.

Dans l'ancien, les murs pleins ou mal isolés et les sols froids créent de l'infort thermique. Quand les murs sont à 14°C, pour une température ressentie de 20°C, il faut un air ambiant beaucoup plus chaud. Les dissymétries de température rendent difficile une ambiance agréable. Des émetteurs de chaleur rayonnants placés en équilibrage peuvent réduire les inconforts thermiques. En dégageant correctement l'espace devant les façades radiantes, il devient aussi possible de profiter directement de l'apport de chaleur par le rayonnement infrarouge dans la zone la plus fréquentée d'une pièce.

Dans les chambres occupées uniquement la nuit et quelque soit le niveau d'isolation, le faible besoin de confort thermique autorise d'installer des panneaux rayonnants à grille pour peu qu'ils soient équipés d'un thermostat moderne assurant une régulation assez fine pour limiter les vagues de chaleur. Les courtes relances du matin et du soir (passage programmé du mode éco au mode confort) doivent se faire rapidement. Les radiateurs à inertie peu réactifs allongent inutilement la durée des relances. On choisira des modèles compacts dont le poids est d'environ 10 kilo pour 1000 watts. Pour équiper une chambre, on pensera aussi à s'assurer du silence de fonctionnement de l'appareil (résistance, thermostat).

Des normes pour encadrer l'efficacité énergétique des appareils de chauffage

L'organisme officiel de certification français AFNOR a mandaté le laboratoire LCIE pour réaliser la certification des appareils électrodomestiques de chauffage à action directe (convecteurs, radiateurs, chauffe-eau, cuisinières...). La marque NF Electricité Performance créée en 1974 classe les produits dans leur "aptitude à la fonction". Les fabricants qui souhaitent obtenir la certification doivent payer les tests de leurs produits qui représentent une garantie de qualité et de performance pour le consommateur.

La certification NF EP classe les émetteurs de chaleur muraux à effet joules dans 3 catégories A, B et C, de la moins performante à la plus exigeante. Les mesures réalisées sur les appareils de chauffage s'appuient sur la norme européenne EN 60675, elle même issue de la norme internationale CEI 60675 de la Commission électrotechnique internationale (CEI) publiée dans sa version 2.0 en 1994 et intitulée "IEC 60675 - Household electric direct-acting room heaters - Methods for measuring performance". La catégorie C correspond au degré d'exigence le plus élevé au niveau de la performance, de la consommation et du confort.

Ce garde-fou réglementaire a permis d'écarter du marché les appareils de chauffage électrique les plus énergivores comme les convecteurs, mais le nombre de catégories est insuffisant pour différencier entre elles les technologies les plus performantes.

Pour les appareils de chauffage à accumulation, la certification Afnor reprend la norme IEC 60531 transposée au droit français (Code de la consommation) par la norme NF EN 60531.