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L'énergie électrique et la chaleur
Le rendement énergétique d'un radiateur électrique est très proche de 100% et cela quelque soit la technologie mise en oeuvre. La production de chaleur d'un récepteur ohmique (une résistance) répond à une règle physique simple appelée effet Joule. Toute l'énergie électrique qui traverse la résistance est dissipée sous forme de chaleur.
L'énergie exprimée en Joules est l'intégration de la puissance (P=R.I² en Watts) dans le temps (seconde). Les électriciens utilisent par déformation le kilowattheure (KW.h) qui équivaut à l'énergie fournie par une puissance de 1 kilowatt pendant 1 heure, soit 3.600.000 Joules.
L'effet joule nous enseigne donc que toute l'électricité consommée par un radiateur est transformée en chaleur. Ainsi, il peut sembler vain d'essayer d'améliorer le chauffage électrique. Pourtant, nous allons voir qu'il est possible d'agir à plusieurs niveaux pour réduire de façon importante la facture électrique.
Quels sont les radiateurs électriques les plus économiques ?
La consommation électrique d'un chauffage domestique dépend de deux paramètres : la température demandée et les déperditions de chaleur. Une bonne isolation réduit considérablement les pertes de calories vers l'extérieur. Une mauvaise répartition de la chaleur dans l'espace, des points chauds et des pics de chaleur entraînent une surconsommation d'au moins 30%. Dans une ambiance dégradée, le confort thermique des habitants est mauvais, et ceux-ci sont tentés de pousser le thermostat, ce qui s'ajoute au facteur de surconsommation intrinsèque aux mauvais radiateurs.
Ces inconvénients sont directement liés aux modes de transfert de la chaleur par haute température et par convection. Un chauffage de bonne qualité qui produit un bon confort thermique est naturellement moins énnergivore. Si le prix d'achat pour des radiateurs économiques est élevé, il sera généralement amorti quelques années.
Les performances d'un radiateurs (consommation et confort) dépendent en grande partie de la qualité de la surface d’échange avec l'air ambiant. Plus le corps du radiateur est important et massique, plus celui-ci peut travailler en basse température ce qui améliore le confort thermique et réduit la consommation : la part de convection se réduit au profit du rayonnement, la chaleur est mieux répartie, plus agréable et moins déshydraté.
Convection et haute température sont les facteurs de surconsommation
- La convection : Dans une pièce de 2,5 mètres sous plafond, la convection naturelle peut créer un gradient de température de 6 degrés entre le sol et le plafond. Plus de 30% de la chaleur produite est ainsi gaspillée, car pour atteindre 20 degré au niveau du sol, il faut 26 degré au plafond ! Tous les émetteurs de chaleur transfèrent leur énergie avec des proportions différentes de rayonnement et de convection. Cela dépend principalement de la température des surfaces chauffantes en contact avec l'air, de leur orientation, de leur forme, et de la nature des matériaux.
Autre point noir pour le chauffage convectif : la convection transfère les calories dans l'air. Le renouvellement total de l'air d'une habitation par la ventilation demande 4 à 6 heures. Ainsi, la chaleur stockée majoritairement dans l'air par les chauffages convectifs est expulsée à l'extérieur en commençant par l'air le plus chaud situé en hauteur au niveau des grilles d'aération.
- La haute température : Le fonctionnement par périodes successives d'arrêt et de marche qui caractérisent les chauffages haute température produit des vagues de chaleur. Les pics de température sont autant d'énergie gaspillée. De plus, les occupants n'arrivent pas à trouver leur équilibre thermique, et augmentent la température ambiante pour compenser les sensations de froid pendant lesquelles le chauffage ne fonctionne pas. Plus une surface est chaude plus la convection s'accélère, produisant une chaleur qui se mélange difficilement à l'air ambiant.
Tous les efforts de ces dernières décennies pour améliorer le confort et réduire la consommation des radiateurs électriques ont convergés vers la réduction des émissions convectives et des fluctuations de température. Pour y arriver, il a fallu abaisser la température des surfaces chauffantes en contact avec l'air, utiliser des matériaux dont l'émissivité dans l'infrarouge est plus importante, augmenter la taille et améliorer les formes des corps de chauffe, et ajouter de l'inertie pour la stabilité.
Les systèmes de chauffage à air chaud de type air pulsé, pompe à chaleur ne génèrent pas de stratification comme les émetteurs de chaleur convective, ils sont cependant plus énergivores que les meilleurs émetteur de chaleur radiant basse température.
Quatre technologies pour fabriquer des émetteurs de chaleur basse température (70°C max) :
- Le coeur de chauffe à forte inertie : Le radiateur est composé d'un coeur de chauffe à forte inertie qui emmagasine l'énergie d'une résistance qui chauffe par a-coups à 300°C. Le coeur transmet sans contact direct son énergie au corps de chauffe qui la redistribue en continu à une température plus faible. On utilise l'effet de masse (inertie) des matériaux réfractaires.
- Le corps de chauffe à forte inertie : La façade du radiateur est fabriquée dans un matériau à forte capacité thermique massique qui accumule la chaleur. Plus la surface d'échange et la masse thermique sont importants, plus le radiateur travaille en basse température et assure une distribution de chaleur radiante douce.
- Les résistances linéiques : Plafond, plancher et mur radiants utilisent d'importantes longueurs de fil résistif ou résistance linéique dont la valeur est donnée en ohms par kilomètre ou en puissance linéique, généralement inférieure à 10 W/m.
- Les résistance pelliculaires : Miroirs radiants, panneaux en verre émettent dans l'infrarouge long (IRL sombre) et génèrent très peu de convection (10% à 30%). Cette technologie est très prometteuse. La puissance encore modeste de ces produits les confinent souvent à un usage d'appoint, ou une utilisation dans un environnement qui profite d'une très bonne isolation.
Ces radiateurs ont des caractéristiques presque idéales : Chaleur rayonnante basse température diffusée en continue, peu de convection, au moins 50% de transfert de chaleur par rayonnement, pas de point chaud, et une régulation très précise de la température. Ces exigences pour un chauffage électrique de qualité (économique et confortable) sont reprises par la norme NF Electricité Performance Catégorie C.
Une régulation précise diminue la consommation
Avec le chauffage électrique, il est facile et indispensable de s’équiper d’une régulation précise. Une température stable est nécessaire au confort thermique qui permet de trouver le bien être sans trop monter les degrés. Une température ambiante qui oscille entre 18 et 22 degrés à cause d'un thermostat à sonde mécanique fixée sur le radiateur sera perçue comme peu agréable du fait des sensations successives de chaud et de froid. Les occupants des lieux auront vite fait de monter la température pour éliminer ces désagréments, de plus les pics de température sont inutilement gourmands en énergie.
Il existe deux types de pilotage pour les émetteurs de chauffage électrique. Le pilotage embarqué sur l'émetteur de chaleur et le pilotage d'ambiance (plus efficace) qui permet la commande du chauffage pièce par pièce ou depuis un seul endroit pour toute la maison. Les normes RT 2005 et EN 15500 renforcent la précision des thermostats électroniques. Pour les PRE, une régulation haute précision peut réduire la consommation de chauffage de 20%.
Le programmateur d'ambiance adapte le chauffage à votre mode de vie
Par rapport au chauffage central à boucle d'eau et chaudière, le principal atout des radiateurs électriques est la grande souplesse avec laquelle il est possible de commander leur mise en service en fonction des besoins des occupants. Une station de programmation journalière/hebdomadaire ajustera la température des pièces en fonction de leur utilisation, ce qui facilite la vie et réduit considérablement la facture d'électricité. Pour mettre à profit les heures creuses des fournisseurs d'électricité dont les tarifs sont remisés de 40%, les systèmes à accumulation comme les planchers chauffants à forte inertie et les radiateur accumulateurs de chaleur offrent des solutions intéressantes.
Quelle température pour chauffer une maison ?
Cela dépend du métabolisme de chaque personne. Les enfants et les personnes âgées ont besoin de plus de chaleur. La norme recommande de chauffer les habitations à 19 degrés. Dans une chambre, 16 degrés est une température qui permet de trouver un meilleur sommeil. Gardez toujours à l'esprit qu'1 degré de température correspond à 7 % de consommation en plus !
Calculer la consommation d'un radiateur en euros
Il est difficile de calculer la consommation électrique réel d'un radiateur car celui-ci ne fonctionne pas en continu. La résistance électrique est régulée par un thermostat qui coupe et rétablit plusieurs fois par heure l'alimentation en 220 volts selon les besoins en énergie. Il existe cependant des petits radiateur comme les miroirs radiant qui fonctionnent en continu. Il peut aussi arriver que des radiateurs très sous-dimensionnés par rapport au volume et aux besoins d'une pièce ne se coupent pratiquement pas. Pour connaître l'énergie consommée sans faire de relevé sur le compteur électrique, un petit calcul permet d'en estimer la valeur maximale :
Exemple pour un chauffage de 2000 watts :
Le Kw.h est facturé par EDF au prix de 0,1106 euros TTC. Un KW.h correspond à la consommation d'énergie d'un appareil d'une puissance de 1000 watts (1 Kw) pendant une heure. Nous prenons l'hypothèse que notre radiateur fonctionne en continu (témoin lumineux allumée). A moins qu'ils soient très fortement sous-dimensionnés par rapport aux besoins d'une pièce, les radiateurs et les convecteurs ne fonctionnent pas en permanence, même s'il distribuent la chaleur sans interruption grâce à l'inertie des matériaux. Seuls les mirroirs rayonnants dont la puissance est modeste sont alimentés en régime permanent.
Consommation mensuelle en KW.h : 2 (kw) x 24 (heure) x 30 (jour) = 1440 KW.h
Consommation mensuelle en euros : 1440 x 0,1106 (euro) = 159 euros
Références :
- Les études réalisées par le fabricant autrichien de radiateurs électriques Redwell mettent en lumière la forte sur-consommation engendrée par le chauffage convectif (30% à 60%)
- Le fabricant de chauffage électrique radiant de plafond Enerjoy a fait réaliser des études conjointement par
le Centre de recherche NAHB et le département américain de Energy (DOE). Les chiffres montrent un gain de 30% par rapport au chauffage à air chaud produit par une pompe à chaleur et un gain de 52% par rapport à des plinthes chauffantes (convection douce). Lire le résumé : Enerjoy Case Study
- Comprendre l'effet Joule
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