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Comparatif des 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.

Ce classement en fonction de l'efficacité thermique qui va des plus énergivores vers les plus économiques permet d'identifier facilement les émetteurs de chaleur électriques dont les appellations commerciales (convecteur, radiateur, chaleur douce, panneaux rayonnant...) prêtent souvent à confusion.

Généralités sur les déperditions thermiques

Un espace chauffé subit des déperditions de chaleur vers l'extérieur qui se calculent en fonction de son isolation et de la température extérieure.

Pour connaître avec précision l'efficacité énergétique d'un chauffage, il faut prendre en compte la quantité de chaleur qui participe réellement au chauffage. Des déperditions propres au matériel de chauffage sont identifiées au rendement de transformation, au stockage, à la distribution et dans la qualité d'émission régulation.

Le rendement d'un chauffage électrique

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. L'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 d'électricité est sensible au mode de diffusion de la chaleur dont l'efficacité thermique se mesure physiquement par les pertes spatiales et les pertes temporelles au point de confort.

Le chauffage électrique n'est pas écologique ?

Si les appareils à effet joule possèdent un rendement électrique de 100%, ce mode de chauffage est souvent décrié car il utilise une source d'énergie, l'électricité qui consomme beaucoup de ressources primaires avant d'être livrée au consommateur.

En additionnant le faible rendement des centrales thermiques et les perte du réseau de distribution, pas loin des deux tiers de l'énergie primaire est perdue.

Ainsi, il est plus écologique de brûler du gaz ou du fioul dans une chaudière domestique pour produire de la chaleur, qu'utiliser ces ressources dans une centrale EDF pour fabriquer de l'électricité. Bien que l'essentiel de l'électricité produite en France vienne du nucléaire et des barrages, le législateur a retenu le coefficient de conversion de 2,58.


Le rendement du réseau de production et de distribution d'électricité est de 38%


L'efficacité thermique de l'émetteur de chaleur à effet Joule se mesure à sa capacité à produire une chaleur homogène, stable et confortable en toutes circonstances et à sa rapidité à suivre les variations de la demande en rapport avec des changements de consigne (éco/confort), une baisse de la température extérieure ou l'arrivée d'apports solaires.

Des progrès considérables depuis les 1er convecteurs

Dans leurs efforts pour améliorer les appareils de chauffage domestique, les organismes de certification ont défini à plusieurs reprises des propriétés représentatives du niveau minimal d'aptitude à la fonction des émetteurs de chaleur électriques directs autorisés à être vendus sur le marché. Par exemple, les valeurs à minima pour les émetteurs de chaleur fixés au bâti :
  • Variation du point chaud inférieure à 15°C,
  • Ecart maximal de 30°C en surface,
  • Echauffement en surface limitée à 90°c ou 70°C
  • Température de l'air en sortie de grille inférieure à 100°C,
  • Thermostat précis au 10em de degré,
  • Faible amplitude et dérive de la régulation,
  • Performance du couple thermostat/émetteur (CA),
  • Thermostat capable de gérer 6 ordres pilotes,
  • Détecteur de présence et de fenêtre ouverte (options).






Le niveau de performance du chauffage au regard de ces critères influence la distribution de la chaleur utile, le confort thermique, et par conséquent la consommation d'électricité à confort égal.

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


Le convecteur est constitué d'une enveloppe en forme de cheminée ouverte à sa base et à sa partie supérieure. Un élément résistif chauffant est situé à la partie inférieure de l'appareil et produit le réchauffement de l'air. L'air chaud se dilatant sa masse volumique diminue. Il s'élève et aspire l'air froid par le bas du convecteur amorçant le mouvement naturel de convection.


Le panneau rayonnant sans inertie désigne un panneau radiant ouvert par une grille ou une tôle perforée à travers laquelle sont visibles les éléments chauffants formés de plaques métalliques traversés par des fils résistifs.


Le convecteur radiant ou radiant convecteur est un appareil de chauffage équipé de deux sources de chaleur distinctes logées dans une enveloppe ouverte. La face avant est chauffée par une résistance surfacique dont la puissance représente un quart de la puissance totale de l'appareil. La façade fonctionne généralement en priorité quand les besoins ne demandent pas l'appoint du convecteur.


Le panneau chauffant désigne l'ensemble des radiants dont l'enveloppe est fermée, ne présentant ainsi aucun chemin convectif interne. La résistance chauffante est fixée à l'intérieure du corps de chauffe ou moulée dans la matière. Il est le seul appareil de chauffage électrique à être assimilable à un radiateur.


Les différentes familles de chauffages électriques



Cette classification éclairante est toutefois imparfaite puisque les radiateurs à inertie à corps de chauffe en fonte d'aluminium trouvent difficilement leur place : corps de chauffe parfaitement fermé en inertie fluide mais avec circuits convectifs internes. Ces derniers ouvrent un contact direct de l'air avec l'éléments chauffants en inertie sèche.

Tableau comparatif de performance thermique :

Vieux convecteurs électriqueLe 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.
 
Radiateur bain d'huileLe 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.
 
Chauffage électrique de type convecteurLe 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 rayonnantLe 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. Le rayonnement est intermittent et insuffisant. 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.
 
Le convecteur à inertieLes 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 inertieLe 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 ou radiant convecteurLe 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 panneau infrarougeLe 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 d'avantage 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 conctructeur peut ajuster les curseurs de l'd'isolation, de la ventilation, de la perfomrance 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.

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.

Exemples de marquages au dos de l'appareil :

La certification NF Electricité Performance des appareils de chauffage électrique direct est indiqué sur la fiche signalétique collée au dos de l'appareil.

2014 : Nouveau classement 3 étoiles plus précis et plus exigeant.


Marquage d'un radiateur certifié NF Electricité Performance


Les catégories A, B et C sont utilisées par la réglementation thermique pour calculer la consommation annuelle conventionnelle d'énergie d'une habitation. La méthode de calcul réglementaire RT 2012 est plus précise que les précédentes. Les logiciels autorisent à renseigner précisément les caractéristiques thermiques de l'émetteur de chaleur lorsque celles-ci sont renseignées par le fabricant :
  • Variation temporelle VT,
  • Variation spatiale VS,
  • Taux de convection,
  • Déperditions à l'arrière.

Cette mesure devrait inciter les fabricants à indiquer précisément les performances de leurs produits.

2018 : Norme ErP et opération CEE

Dans le cadre des accords internationaux visant à réduire la consommation des ménages de 20% à l'horizon 2020, une nouvelle réglementation européenne datant 21 Octobre 2009 et appelée ErP (Energy related Products) s'applique en France aux appareils de chauffage électrique décentralisé depuis le 1er janvier 2018. Dans ce cadre, la directive Ecodesign (écoconception) et l'obligation d'information du consommateur obligent les fabricants d'équipements du bâtiment et d'appareils électroménagers à proposer des produits plus économes en énergie dans 30 pays de l'UE.

Ecodesign ou écoconception décrit des solutions précises pour améliorer les performances énergétiques saisonnières de plusieurs familles de produits (ventilation, pompe à chaleur, chaudière, etc...) en fonction des possibilités offertes par chaque technologie.

Erp chauffage électrique direct distingue les appareils muraux et le matériel d'appoint mobile. Les produits qui n'obtiennent par 38 points sont totalement écartés du marché à partir de 2018. Seuls les stocks présents chez les grossistes peuvent encore être vendus jusqu'a la fin de l'année. La consommation en veille doit être inférieure à 0,5 watts, c'est à dire conforme au règlement (CE) no 1275/2008. Un avertissement doit être visible sur l'emballage et le manuel des appareils mobiles.


Ecodesign pour des radiateurs électriques aux meilleures performances


Dans le cadre de la politique européenne ErP, une autre directive adoptée en 2010 appelée "Etiquetage énergétique" (ou directive ELD pour Environmental Liability Directive) classe les produits en 8 niveaux d'efficacité énergétiques (A+ le meilleur à G le moins performant). Cette affichage ne concerne pas les émetteurs directs à effet joule mais s'applique au matériel de chauffage par air, aux chaudières, climatiseurs, chauffe-eaux, pompes à chaleur ou encore aux ventilations.

L'opération standardisée d'économies d'énergie BAR-TH-158

L'émetteur électrique à régulation électronique doit posséder des performances est des fonctions avancée :
  • Régulation dont l'amplitude est inférieure à 0,3 K et la dérive inférieure à 1 K,

  • Détecteur d'absence réduisant automatiquement l'allure par le passage progressif au mode "éco",

  • Détection automatique de fenêtre ouverte avec passage en mode "arrêt du chauffage" ou "hors-gel",

  • Information visuelle du consommateur "Eco indication" de la consommation par au moins 3 niveaux de chauffe basée sur la température de consigne réglée.


Les radiateurs électriques éligibles CEE remplissent les conditions décrites par l'opération standardisées BAR-TH-158. Celle-ci permet obtenir une petite aide financière dans le cadre des CEE d'un montant qui correspond à environ 3% du prix du matériel à condition qu'il soit installé par un professionnel et qui dépend du cours de cotation du KWh cumac.


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