Batterie de chauffe

Batterie de chauffe
Une batterie de chauffe, aussi appelée batterie chaude, est un équipement utilisé pour chauffer l’air d’un bâtiment et qui est généralement intégré dans une gaine de ventilation ou dans le groupe de traitement d’air. Elle peut se présenter sous la forme d’un échangeur de chaleur air/eau ou d’une batterie électrique, cette dernière étant moins recommandable pour des questions de coûts d’exploitation et bilan en énergie primaire.

Quelles sont les applications pour la batterie de chauffe?

Les applications principales de la batterie de chauffe sont :

  • chauffage ou préchauffage des locaux par l’air, si placée en aval du récupérateur de chaleur dans une centrale de traitement d’air ;
  • élément de sécurité contre les risques de givre, si placée en amont du récupérateur de chaleur dans une centrale de traitement d’air ;
  • chauffage des locaux, si installée comme une unité terminale dans le circuit aéraulique ;
  • batterie de post-chauffe, si placée en aval d’une batterie froide de déshumidification.

Comment faire le choix entre une batterie de chauffe hydraulique et électrique ?

Il existe deux types de batteries de chauffe :

  • la batterie de chauffe hydraulique, qui est composée de plusieurs serpentins où circule de l’eau chaude provenant du producteur de chaleur (chaudière, pompe à chaleur, etc.) ;
  • la batterie de chauffe électrique pour des puissances limitées à 10/15 kW.

Batterie de chauffe hydraulique (à gauche) et batterie de chauffe électrique montée dans un conduit (à droite)

Batterie de chauffe © Bruxelles Environnement

Il est préférable d’opter pour la batterie de chauffe hydraulique pour des raisons de coûts de fonctionnement et de bilan en énergie primaire. Néanmoins la batterie électrique peut être envisagée dans le cas où le système de ventilation présente les caractéristiques suivantes :

  • peu utilisé ;
  • faible débit ;
  • complexe à connecter hydrauliquement.

Quels sont les principes de dimensionnement d’une batterie de chauffe ?

Paramètres de dimensionnement

Le dimensionnement d’une batterie de chauffe s’effectue en fonction :

  • de la température de pulsion souhaitée ;
  • de la présence d’un récupérateur de chaleur (influençant la température en amont de la batterie) ;  
  • du régime de température d’eau chaude (uniquement pour les batteries hydrauliques) ;
  • de l’encombrement.

À puissance égale, le régime de température de l’eau de chauffage a des implications différentes. Dans le cas d’un régime de température élevé (par exemple 90/70°C), la surface d’échange de la batterie est plus faible, ce qui entraîne donc moins de pertes de charge et donc moins de consommations électriques du ventilateur et de la pompe. Néanmoins, les pertes thermiques au niveau des tuyauteries, sont plus importantes. Inversement, un régime de température plus faible (par exemple 50/30°C) limite les pertes énergétiques au niveau des tuyauteries, mais augmente les consommations électriques côté ventilateur et pompe.

Il s’agit donc de trouver l’équilibre entre la consommation électrique et les pertes énergétiques. Fonctionner à régime d’eau basse température permet entre autres de favoriser la condensation des chaudières et d’augmenter les COP des pompes à chaleurs.

*** condensation des chaudières  ***

Exemple pratique

Dimensionnement de la batterie chaude pour un bureau de 30 personnes.

Considérons un bâtiment de bureaux nécessitant 1500 m³/h (par exemple un bureau d’environ 1000m² occupé par une trentaine de personne). En fonction des déperditions, on considère que la température de soufflage est de 22°C pour  ventiler les bureaux. En première approximation, on considère que la température de l’air extrait des pièces est aussi de 22°C.

En considérant l’installation d’un récupérateur de chaleur d’un rendement de 75%  dans le groupe de ventilation, la température à l’aval du récupérateur de chaleur est calculée à 14 °C pour une température extérieure de -10°C.

Tsortie echangeur=-10[°C]+75[%]×(22[°C]-(-10[°C]))=14[°C]{T_{sortie~echangeur} = -10[^{\circ}C] + 75[\%] \times (22[^{\circ}C] - (-10[^{\circ}C])) = 14[^{\circ}C]}

Pour cette installation, une batterie de chauffe de 4 kW est suffisante.

P=ṁ×c×(Ts-Te)=V̇× ρ×c×(Ts-Te){P = ṁ \times c \times (T_s - T_e) = V̇ \times  \rho \times c \times (T_s - T_e)}

  • P = Puissance en kW
  • ṁ = débit massique en kg/s      
  • V = débit volumique en m³/s
  • ρ = masse volumique de l’air en kg/m³ (≅1,2 kg/m³)
  • c = chaleur spécifique en kJ/kg/K (1 kJ.kg-1.K-1)
  • Ts = température de l’air sortie batterie en K
  • Te = température de l’air entrée batterie en K

Pour plus de simplicité, la conversion de m³/s en m³/h, la masse volumique et la chaleur spécifique sont combinées en un facteur de 0,34.

1[kJ.kg1.K-1]×1,2[kg.m-3/3600s.h-1]×1000[W.kW-1]  0,34[W.h.m-3.K-1]{1 [kJ.kg^1.K^{-1}] \times 1,2 [kg.m^{-3}/ 3600 s.h^{-1}] \times 1000 [W.kW^{-1}]  \approx  0,34 [W.h.m^{-3}.K^{-1}]}

P=0,34[W.h.m-3.°C-1] ×1500[m3.h-1]×(22[°C]-14[°C])=4080[W]{P=0,34 [W.h.m^{-3}. ^{\circ}C^{-1}]  \times 1500 [m^3.h^{-1}] \times (22[^{\circ}C] - 14[^{\circ}C]) = 4080 [W]}

Dans le cas où il n’y a pas de récupérateur de chaleur, la batterie de chauffe doit être de 16 kW. Sur base des prescriptions des fournisseurs, une batterie de 16 kW correspond aux caractéristiques suivantes :

  • pour un régime de température de l’eau 90/70°C : hauteur 460 mm, longueur 440 mm, profondeur 340 mm.
  • pour un régime de température de l’eau 60/40°C : hauteur 730 mm, longueur 540 mm, profondeur 380 mm. L’encombrement au sol est 1,3 fois plus important.

Comment réguler la batterie de chauffe ?

Batterie de chauffe hydraulique

La régulation s’effectue par l’intermédiaire d’une vanne motorisée asservie en fonction de :

  • la température de pulsion de l’air (sonde dans la gaine) ;
  • la température extérieure (courbe de chauffe).

Batterie de chauffe électrique

La régulation s’effectue généralement sur base de la température ambiante via un thermostat.

Quelle est la différence entre un ventilo-convecteur et une batterie de chauffe ?

On appelle communément ventilo-convecteur un émetteur monobloc de chaud ou de froid local (décentralisé) équipé d’une batterie (échangeur) et d’un ventilateur. Il est situé directement dans la pièce, posé au sol, accroché au mur ou au plafond.

La batterie de chauffe est plutôt intégrée dans un groupe de ventilation, ou dans une gaine de ventilation, elle permet un chauffage ou refroidissement de l’air qui est ensuite distribuée dans plusieurs pièces via un ventilateur externe. La batterie de chauffe est à considérer comme faisant partie d’un système centralisé.

Plus d’information sur les ventilo-convecteurs dans : Solution technique | Convecteur, ventilo-convecteur, éjecto-convecteur

Aspects réglementaires et normatifs

Réglementation chauffage et climatisation PEB

Normes

Voir la section Réglementations et normes du dossier

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Mis à jour le 22/12/2022