Etude comparative générale sur le chauffage à infrarouges
Index
1. Objet et contexte de l'étude (retour à l'index)
Objet
Déterminer si les panneaux infrarouge à ondes longue (IR-C) constituent une alternative viable au sytèmes de chauffage traditionnels en établissant un bilan comparatif économique et écologique.
Contexte
Effectuer une série de mesure sur une période déterminée entre 2 appartements de 100 m2 situés dans le même immeuble, possèdant le même découpage intérieur, les mêmes caractéristiques techniques (matériaux, isolations, etc...), habités par les mêmes personnes (même habitudes de vie), et durant la même saison de chauffage (même conditions météorologiques).
Un des appartement est chauffé par un chauffage central à circulation d'eau, et utilisant une chaudière à condensation alimenté au gaz naturel. Les mesures de consommation effectuées sont en KWh PCI (equivalent Kwh, transposable pour toutes les énergies)
L'autre appartement est chauffé par des panneaux à infrarouge alimentés à l'électricité. Les mesures de consommation sont effectuée en KWh.
Dans chaque appartement, les thermostats sont réglés pour fournir la même sensation de confort aux habitants.
L'étude originale a été menée par un ingénieur et une équipe d'étudiant appartenant à une université technologique Allemande.
Pour la période faisant l'objet des mesures et relevés, le chauffage central a consommé 187,85 KWh / m2 habitable tandis que le chauffage à infrarouge s'est contenté de 71,21 KWh / m2 habitable.
Après un calcul permettant d'obtenir le coût de chauffage total pour la saison ( KWh x m2 x Prix KWh pour l'énergie ), il ressort que le chauffage par rayonnement infrarouge est le plus économique à l'usage.
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Coûts comparatifs par énergie pour la période
Tous les coûts affichés correspondent à un chauffage central à circulation d'eau alimenté par une chaudière à condensation, sauf l'électrique traditionnel et l'infrarouge qui se composent de radiateurs indépendants.
En comparant les panneaux infrarouges aux autres modes de chauffage, ils s'avèrent, pour la période étudiée :
Ce résultat est obtenu grâce au rendement exceptionnel qu'offrent les panneaux à infrarouge du fait du mode de transmission de la chaleur (Voir "La Technologie") et également aux faibles pertes engendrées (La déperdition d'énergie).
Et ce malgré l'utilisation de l'électricité, qui est pratiquement l'énergie la plus chère au KWh.
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Coûts des combustibles de chauffage par KWh (source ADEME Franche comté)
Il convient, pour se faire une idée juste du coût d'un système de chauffage, d'aller au delà des tarifs pratiqués à ce jour par les fournisseurs d'énergie, et de prendre en compte l'évolution probable des prix dans le futur (Evolution probable du prix des combustibles de chauffage), ainsi que les coûts d'installation et de maintenance des installations (Installation et maintenance)
Emissions de CO2
Les chiffres relatifs aux émissions de CO2 en gr/KWh par type de combustible sont loin de faire l'unanimité, surtout pour ce qui concerne l'électricité, un peu moins pour le bois. Elle semblent toutefois faire l'objet d'un raisonnable concensus lorsqu'il s'agit des combustibles fossiles. Les valeurs prises en référence* sont celles issues de la méthode 3CL, utilisée dans le cadre de la réalisation des Diagnostic de Performance Energétique
Les valeurs d'émissions de CO2 pour les chauffages utilisant des combustibles fossiles sont constantes en valeur, celles relatives aux émissions concernant l'électricité dépendent de l'énergie utilisée pour la production ( combustible fossile, nucléaire ou renouvelable), celles du bois dépendent du mode d'exploitation. Ainsi, L'Allemagne, malgré son alternative énergétique, fourni pour l'heure un KWh 3 à 4 fois plus polluant que le KWh français. La production d'électricité à partir du nucléaire est considérée comme peu polluante en matière d'émissions de CO2.
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Emission en Gr / KWh par type de combustible selon la méthode 3CL
Grâce à l'excellent rendement énergétique des panneaux à infrarouge, le volume des émissions de CO2 émis pour leur consomation d'énergie électrique apparait bien moins contrasté avec le bois (le mieux disant), mais beaucoup plus avec les combustibles fossiles (figure ci-dessous). REDWELL est en tête de liste en matière de rendement énergétique avec des panneaux infrarouge offrant + de 93% de rayonnement, ce qui en fait les panneaux chauffant les plus écologique du marché.
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Emissions de CO2 en tonnes par combustible pour la période mesurée
* Source (http://www.economiedenergie.fr/les-%C3%A9missions-de-co2-par-%C3%A9nergie.html)
Autres aspects écologiques
Il existe aujourd'hui, en France comme dans d'autres pays du monde, des compagnies proposant de l'électricité issue à 100% d'énergies renouvelables (Solaire, Eolien, Hydraulique). Au delà des chiffres et des polémiques, il est difficile de nier que la production d'électricité à partir d'énergie renouvelables présente un certain nombre d'aspect positifs :
Il n'y a pas grand risque à parier que la production d'énergie électrique à partir de ces sources d'énergie est amenée à se développer, et de nouvelles technologies à émerger, avec des rendements toujours meilleurs, les débouchés économiques comme les enjeux écologiques en assurant la pérénité. C'est indiscutablement l'électricité qui est à ce jour le combustible promis au plus bel avenir.
Pour comprendre le pourquoi et le comment, ce qui induit le "combien".
Il y a seulement 3 modes de chauffage :
Par convection : La source de chaleur réchauffe l'air qui nous entoure. Contrairement aux idées reçues, il n'y a pas que le convecteur électrique qui chauffe par convection, en fait, la majorité des systèmes de chauffage fonctionnent par convection, y compris le chauffage central. L'air ou un corps gazeux sert de support et de moyen de transport.
Par rayonnement : La source de chaleur rayonne d'une manière similaire au soleil et chauffe les objets et corps qui peuvent en absorber le rayonnement, (voir la technologie). Le rayonnement n'a besoin ni de support, ni de moyen de transport.
La conduction : La source de chaleur est un liquide ou un solide. La chaleur est transmise par contact. La conduction n'est pas utilisée comme mode de chauffage pour des raisons partiques évidentes. (Se réchauffer en prenant un bain chaud est un exemple de chauffage par conduction, ou s'assoir sur le radiateur)
Le chaud va vers le froid .
C'est une des lois de base, nous reviendrons sur son influence dans le cadre d'un système de chauffage.
L'air chaud est plus léger que l'air froid.
L'air chaud est dilaté et contient moins de molécules ce qui le rend plus léger, et le fait monter (principe de la mongolfière remplie d'air chaud). A contrario, l'air froid contient plus de molécules d'air, il est donc plus lourd et descend.
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Une des premières Mongolfières
La convection
Le chauffage central fonctionne, comme la plupart des systèmes de chauffage électriques (convecteurs, chaleur douce, accumulation...), par convection, ce qui signifie que les radiateurs chauffent l'air ambiant, qui à son tour nous réchauffe, ou réchauffe les murs, objets, etc.
Les murs, plafonds, sol et objets sont réchauffés par l'air.
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La convection provoque une circulation de l'air
Au plan pratique, l'air passe dans ou contre le radiateur, s'échauffe, monte, suit le plafond, redescend sur le mur opposé, puis revient vers le radiateur en suivant le sol. Durant ce mouvement, il disperse de la chaleur et se refroidit, perpetuant le mouvement. Comme l'air est de support à la chaleur, le renouvellement de l'air d'une habitation entraine une perte de calories.
Le rayonnement
Le chauffage par infrarouge longs fonctionne par rayonnement (un peu comme le soleil). Il ne chauffe pas l'air, mais les corps qui peuvent l'absorber (murs, plafond corps humains, objets) . Touts les corps n'absorbent pas le rayonnement de façon similaire (voir la technologie).
Contrairement à la convection, ce sont les murs, plafonds, objets et corps humain qui réchauffent l'air ambiant (plus frais). Le rayonnant étant indépendant de l'air, le renouvement de l'air ambiant est moins gourmand en énergie.
A titre d'exemple, vous pouvez être dehors, l'air ambiant étant frais ou froid, et néanmoins avoir chaud parce que le soleil brille et vous fait profiter de son rayonnement infrarouge. Vous n'êtes pas réchauffé par l'air ambiant, mais par le rayonnement.
Une partie du rayonnement est absorbé par les murs, sols, plafonds, corps humains, etc..., le reste se réfléchit et ainsi de suite (un peu comme une boule de billard rebondi jusqu'à avoir épuisé son énergie).
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Le rayonnement ne provoque pas de mouvement d'air
La température de la pièce est uniforme, chaque parois rayonnant une partie de l'énergie absorbée
Lorsque le panneau est installé au plafond, le rayonnement se diffuse comme de la lumière, concentrant la chaleur vers l'endroit qui en a besoin, le bas de la pièce. C'est l'emplacement où un panneau rayonnant infrarouge a le meilleur rendement. Il faut toutefois une hauteur sous plafond d'au moins 2,80m
6. Les différences majeures entre la convection et le rayonnement (retour à l'index)
Les différences majeures entre le chauffage par convection et le chauffage par rayonnement sont :
La direction de la chaleur
Conformément à la loi enoncée dans le paragraphe 4, le chaud va vers le froid.
Avec un chauffage par convection, les murs, plafonds, sols et objets sont plus froids que l'air ambiant (de l'ordre de 1,5 à 2°C lorsque la pièce est à température). La chaleur est "aspirée" vers l'extérieur.
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Les surfaces sont plus froides que l'air, la chaleur est "aspirée"
Avec un chauffage par rayonnement, c'est le contraire, les murs, plafonds et sols sont plus chauds que l'air ambiant (de l'ordre de 1 à 1,5°C lorsque la pièce est à température), la chaleur est repoussée vers l'interieur.
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Les surfaces sont pluschaudes que l'air, la chaleur est "repoussée"
L'uniformité de la température
Conformément à la loi énoncée dans le chapitre 4, l'air chaud monte.
Avec un chauffage par convection, c'est l'air qui est le support des calories. L'air chaud monte, la température est donc plus élevée au niveau du plafond qu'au niveau du sol. La température est stratifiée. Cela a un effet sur la consommation d'énergie, la partie haute doit être "surchauffée" pour que la partie basse soit "chauffée".
La température de la pièce n'est pas uniforme, d'où la sensation de "pieds froids". En pratique, une bonne partie de votre facture de chauffage sert à chauffer... le plafond. L'écart de température entre le sol et le plafond atteint fréquement 5 à 8°C, cet écart est encore plus important lorsque le plafond est très haut.
L'air est plus chaud et l'humidité relative s'affaiblit. L'air ambiant est moins agréable à respirer.
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La chaleur est stratifiée et se concentre au niveau du plafond
Avec un chauffage par rayonnement infrarouge, chaque surface devient un "radiateur à chaleur douce". L'air est chauffé uniformément et entraine une sensation de confort. La différence de température au niveau du plafond et au niveau du sol est infime. L'air est plus frais et l'humidité relative reste stable. L'air ambiant est plus agréable à respirer.
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La chaleur est répartie harmonieusement
Les mouvements d'air et poussières en suspension
Le chauffage par convection entraine un mouvement de l'air, qui entraîne avec lui les poussières, les excréments d'acariens contenus dans la poussière, et les bactéries. Les excréments d'acariens sont allergènes et peuvent provoquer des désagréments respiratoires plus ou moins marqués (nez qui coule, réaction allergiques, etc...). Ces désagrément sont plus marqués chez les enfants en bas âge et les personnes âgées.
Le rayonnement n'entraine pratiquement aucun mouvement d'air. Il n'y a donc pas ou très peu de soulèvement de poussières, et donc aucun des inconvénients qui en sont la conséquence.
Le ressenti de la chaleur
La température dite "de confort" est celle à laquelle on se sent bien. Cette notion est subjective et varie d'un individu à un autre.
Durant la mise en place de cette étude, au moment de définir la température souhaitée sur les thermostats des deux appartements mesurés, il est apparu qu'ils ne pouvaient être réglés de la même manière.
Lors du premier essai, les thermostats de l'appartement "chauffage central" furent réglés à la température de confort des habitants, puis ceux de l'appartement "infrarouges" furent réglés sur la même température. La température de l'appartement "infrarouge" était ressentie par les habitants comme trop élevée.
Au second essai, les thermostats de l'appartement "infrarouge" furent réglés à la température de confrot des habitants, puis ceux de l'appartement "chaufage central" ajusté sur les mêmes valeurs. Et là, les habitants ressentaient la température dans l'appartement "chauffage central comme "trop basse".
Il fallu ajuster les thermostat de l'appartement "infrarouge" 2°C plus bas que dans l'appartement "chauffage central" pour que le ressenti de confort des habitants soit similaire.
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Courbes de températures de confort
Le chauffage par rayonnement demande moins de °C que le chauffage par convection pour une même sensation de confort.
Il y a deux grands types d’énergies primaires, celles qui s’usent si on s’en sert et les autres. Certaines sont utilisables dans l’état (le gaz naturel), d’autre doivent être transformées (Pétrole >> fioul, Bois >> granulés, etc…). La transformation peut être plus ou moins coûteuse.
Les énergies fossiles ne se renouvellent pas (gaz naturel, le pétrole, charbon, etc.). Ce qui est utilisé n’est plus disponible. Lorsque la demande augmente, les prix montent.
Les énergies renouvelables ne sont pas limitées (énergie géothermique, solaire, éolienne, marée motrice, biomasse, etc.). Le soleil ne brille pas moins si on l’utilise, idem pour l’énergie marée motrice, l’utiliser ou non n’influence pas la marée suivante.
La biomasse peut s’épuiser si elle n’est pas gérée de façon durable (déforestation). Si elle est organisée de façon à avoir le temps de se régénérer, il n’y a pas épuisement, on peut dire que la biomasse est semi contingentée.
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Evolution du prix des combustibles de chaufage en Cents/€ depuis 1973 (source ADEME Franche comté.fr)
Comme on peut le constater sur la figure ci-dessus, le prix des combustibles fossiles (Fioul, propane, gaz naturel) augmentent plus rapidement que les autres, notamment depuis une dizaine d’année. La forte demande résultant de l’augmentation du nombre d’utilisateurs de granulés de bois influence également son prix, qui se rapproche de celui du gaz naturel. L’électricité, quant à elle, suit une courbe d’augmentation nettement plus douce. Comme l’indique le trait violet, le prix du soleil, lui, ne varie pas.
L’électricité n’est pas une énergie primaire, elle s’obtient par transformation. On peut produire de l’électricité à partir de sources d’énergie fossiles (centrales à fuel, à gaz, à charbon, uranium), ou à partir de sources d’énergie renouvelables (solaire, éolienne, marée motrice, barrages, etc..). De ce fait, le prix de l’électricité est promis à une augmentation moins rapide, car sa production utilisera de plus en plus d’énergies renouvelables, ce qui limitera, voire neutralisera l’influence du coût du combustible dans la production de courant. L’Allemagne, suite à la mise en œuvre de l’alternative énergétique, produit déjà près d’un quart de son électricité à partir d’énergie renouvelables, L’Autriche en est à 85%. Certaines compagnies de distribution d’électricité proposent déjà de l’électricité 100% verte.
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L’électricité apparaît comme un choix rationnel pour le futur. En matière de chauffage, l’étude comparative démontre que le chauffage électrique par rayonnement infrarouge offre une alternative viable, au plan économique comme au plan écologique.
Un chauffage central, quelque soit le combustible utilisé, du fait même de sa centralisation, induit les pertes suivantes :
Certaines de ces pertes peuvent être minorée (bonne isolation du circuit de chauffage, condensation, etc.), d’autres sont définitivement perdues. La comptabilisation de la consommation se faisant en amont, ces pertes sont à la charge du consommateur. Conclusion, il n’y a pas un kWh de chauffage restitué pour un kWh de combustible acheté.
Dans la cas du chauffage électrique par rayonnement infrarouge, il y a très peu de pertes, les pertes en lignes (du fournisseur à l’utilisateur) ne sont pas comptabilisées par le compteur, les pertes entre le tableau électrique d’entrée et les radiateurs sont inexistantes. Conclusion, Il y a un kWh de chauffage pour un kWh d’électricité acheté.
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Consommation en KWh par M2 habitable pour la période étudiée
Les pertes du chauffage central par rapport à l’infra rouge, plus l’excellent rendement de ce dernier explique l’énorme différence de consommation en kWh entre les deux systèmes, et par le fait, l’intérêt que présente le chauffage par infrarouge.
Le coût d’un système de chauffage, ce n’est pas seulement le coût du combustible. Pour connaître le coût réel d’utilisation, il faut ajouter au coût du combustible, celui de l’entretien et de la maintenance (ramonage, nettoyage du brûleur, purge et équilibrage du circuit d’eau, etc.) Ce qui est loin d’être négligeable.
Il faut également ajouter le coût de dépréciation, ainsi, pour une installation prévue pour durer 20 ans, il faudra ajouter 1/20ème du prix d’achat et d’installation au coût de l’énergie et de la maintenance pour obtenir le coût annuel réel d’utilisation.
Par exemple un système de chauffage dont l’achat et l’installation ont coûté 20.000, avec 400 d’entretien annuel, et 2.000 de combustible a un prix de revient annuel réel de :
| Dépréciation (20.000 / 20) | 1.000,00 |
| Entretien | 400,00 |
| Combustible | 2.000,00 |
| Coût réel annuel | 3.400,00 |
Certains systèmes, peu coûteux à l’achat, compensent largement l’économie réalisée à l’acquisition par une consommation excessive d’énergie (ex : les convecteurs électriques dits « grille pain »). Il y a un arbitrage à faire en prenant en compte tous les paramètres. L’économie n’est pas toujours là ou on croit.
Le chauffage central a un coût d’entretien, pas les panneaux infrarouge.
Chaque panneau infrarouge, du fait de sa faible consommation, est branché directement sur une prise murale standard, et piloté par un thermostat sans fil (un par pièce). Au delà du prix d’acquisition du système, un coût d’installation reste très bas.
L’ajout d’une nouvelle pièce (aménagement des combles) n’impose pas de coûteuses modifications, une ligne électrique, un panneau infrarouge, un thermostat, c’est fait.
Un chauffage central comporte une chaudière, un système d’évacuation des gaz, un circuit de circulation d’eau aller et retour vers toutes les pièces, des radiateurs, des systèmes de régulation, sans oublier, pour les cas du chaudière à fuel ou à propane, le prix de la cuve ou du réservoir, l’ensemble représentant un investissement conséquent. La mise en place d’un radiateur supplémentaire (lors de l’ajout d’une pièce) reste une opération relativement lourde.
Si l’accumulation a représenté une solution pendant longtemps, faute de mieux, elle a comme inconvénient majeur une énorme inertie qui va à l’encontre d’un réglage « fin » de la température de chaque pièce (et par la même aux économies d’énergie).
Même lorsque a production de chaleur à accumuler est arrêtée, l’accumulateur continue à restituer. Le système manque ainsi de réactivité. Que quelques rayons de soleil, ou l’utilisation prolongée de la gazinière ou du four apporte un complément de chaleur dans la pièce, et voilà un pièce chauffée qui sera alors surchauffée, ce qui induit outre l’inconfort de l’utilisateur, un gaspillage d'énergie.
A titre de comparaison, c’est comme si votre voiture demandait 3 ou 4 kilomètres pour ralentir lorsque vous « levez le pied », et continue à consommer autant qu’à pleine vitesse pendant tout ce temps. Cela n’aurait aucun sens.
L’économie passe par un temps de réaction rapide aux changements.
Sur ce plan également, le chauffage par infrarouge offre une réactivité beaucoup plus rapide et individualisée (pièce par pièce) que le chauffage central.
Un radiateur est considéré comme « à rayonnement » lorsque plus de 50% de l’émission de chaleur s’opère par rayonnement. Beaucoup de radiateur dits « rayonnant » fonctionnent en fait essentiellement par convection. Dans les faits, le rendement rayonnant à 50% (et donc convectif pour le reste) sera significativement différent d’un appareil offrant 90% et plus de rayonnement pour une convection marginale. Un radiateur à rayonnement ne comporte pas « d’ouies » ou d’ouverture, il est clôt et ne chauffe que par la face
Les panneaux infrarouges Redwell sont homologués par le TUV GS, organisme de certification allemand dont la rigueur n’est plus à démontrer
Le rayonnement infrarouge chauffe les murs, sols et plafond, il a un effet assainissant sur des murs humides. Pour mémoire, 4% d’humidité dans un mur diminue sa capacité isolante de 50%.
Le coût d’usage des granulés de bois ne vaut que pour des granulés bien secs, ce qui n’est pas toujours le cas. Des granulés humides auront un rendement énergétique inférieur et donc un coût d’utilisation plus élevé. La forte demande peut pousser certain producteurs à raccourcir les temps de séchage pour satisfaire une demande croissante et saisonnière.
