Les déperditions d'un chauffage électrique

Rendement et pertes thermiques

A la différence des chauffages à combustible dont le rendement énergétique est dégradé d'environ 20% par le fonctionnement de la chaudière, le chauffage électrique affiche des pertes de production très faibles en raison du rendement de transformation de l'électricité en chaleur de 100%. On distingue le chauffage central électrique et les émetteurs électriques directs.


1 = Rendement de stockage

2 = Rendement de distribution

3 = Rendement d'émission

Explications

La perte de rendement par le système de stockage est évaluée à 3% si la chaudière électrique ou autre cuve de stockage se situe hors du volume protégé, c'est à dire dans une pièce non chauffée. La perte de distribution dans les canalisations de chauffage est calculée précisément ou estimée de façon forfaitaire à une perte de rendement de 5% lorsqu'une partie du réseau de tuyauterie passe par des zones non chauffées.

Pour les convecteurs et radiateurs électriques appelés émetteurs directs localisés à effet Joule, les pertes qui nous intéressent sont celles dites d'émisssion régulation puisque 100% de l'électricité consommée est convertie en chaleur dans la pièce à chauffer. Ces pertes sont directement liées à l'efficacité de la régulation et au mode de distribution de la chaleur qui doit fournir une température la plus homogène possible et la plus proche de la consigne en toutes circonstances.

Le rendement d'émissison régulation correspond à la différence entre la quantité de chaleur émise par le corps de chauffe et la quantité de chaleur émise par le coprs de chauffe qui est réellement utile au chauffage.

L'énergie électricité et la chaleur

La production de chaleur par un récepteur ohmique (une résistance) traversé par un courant répond à une règle physique simple appelée effet Joule. Quelque soit la technologie mise en oeuvre, l'énergie électrique absorbée par la résistance est intégralement transformée en chaleur selon la règle :

L'énergie exprimée en Joules est l'intégration de la puissance (P=R.I² en watts) dans le temps (unité 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 l'électricité consommée par n'importe quel type de système résistif que ce soit un radiateur, un convecteur ou un fer à repasser est transformée avec le même rendement en chaleur. Cette réalité conduit à l'affirmation simpliste selon laquelle tous les appareils de chauffage électrique sont identiquemnt énergivores.

Chauffer de façon efficace et confortable un logement ne peut se résumer à produire de la chaleur de n'importe quelle manière. L'efficacité énergétique d'un chauffage dépend du comportement dynamique des émetteurs de chaleur dans leur environnement et de la qualité de la chaleur. La maîtrise de la consommation dépend de choix qui prennent en compte les caractéristiques des appareils de chauffage (part convective, part radiative, régulation, réactivité) et les caractéristiques du logement (taux de renouvellement de l'air, isolation des parois, inertie, climat).

Quels sont les émetteurs de chaleur électriques les plus économiques ?

Les efforts de ces dernières décennies pour améliorer le chauffage ont consisté à réduire la température d'émisssion et les fluctuations autour de la consigne.

Pour atteindre ces objectifs, les fabricants d'appareils de chauffage ont orienté leurs recherches dans plusieurs directions : des thermostats électroniques précis et réactifs, l'ajout d'inertie, l'augmentation des surfaces chauffantes en contact avec l'air, l'utilisation de matériaux dont l'émissivité dans l'infrarouge est plus importante, l'amélioration de la forme des corps de chauffe...

Une mauvaise répartition de la chaleur dans l'espace et des points chauds (déperditions spatiales), des pics de chaleur et une oscillation autour de la consigne (déperditions temporelles) sont des facteurs importants de surconsommation.

Consommation = Température de Consigne + Variation Temporelle + Variation Spatiale

Ces déperditions sont principalement liées 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 énergivore. Si le prix d'achat pour des radiateurs de qualité est élevé, il sera généralement amorti en quelques années par les économies d'électricité.

Les performances d'un radiateurs (efficacité thermique 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 d'un rayonnement en émisssion continue, la chaleur est mieux répartie, plus agréable et l'air est moins dénaturé.

Une surconsommation à confort équivalent

Dans le logement, les tests qui mesurent la quantité d'électricité nécessaire au maintien de la température font généralement apparaître peu d'écarts de consommation entre convecteurs et radiants de différentes technologies. Il serait hâtif d'en conclure qu'en usage réel le mode de diffusion de chaleur n'a pas d'impact sur le consommation.

Les régulations ne voient pas les défauts ! Une sonde de température placée à mi-hauteur (1,2 mètre du sol) ne voit pas la stratification. Les variations autour de la consigne aussi importantes soient-elles, n'influencent pas la quantité moyenne de chaleur émise. Pour mettre en évidence l'aspect énergivore des défauts d'homogénéité et de stabilité d'un chauffage, il faut prendre en compte le ressenti du seuil d'inconfort.

Stratification verticale :

Un appareil de chauffage fortement convectif peut engendrer un gradient de température de plusieurs degrés par mètre. Une part d'autant plus importante de la chaleur produite est ainsi gaspillée. Tous les émetteurs de chaleur transfèrent leur énergie en proportions variables de rayonnement et de convection. Cela dépend principalement de la conception et de la température des éléments chauffants en contact avec l'air, de leur orientation, de leur forme, et de la nature des matériaux.

L'air chauffé à plus de 100°C en sortie de grille des convecteurs des années 70-80 et de certains appareils d'appoint produit dans des conditions extrêmes un gradient proche de 10°C dans un logement de hauteur standard. Les convecteurs homologués pour leur aptitude au chauffage dit basse température (Cat C ou 2 étoiles) sont nettement moins stratifiants.

Fluctuation autour de la consigne :

Une température ambiante ambiante instable est souevnt due au manque de précision du thermostat, à la diffusion de chaleur par vagues qui caractérise les chauffages sans inertie et aux régulations "tout ou rien". Les pics de chaleur au dessus de la consigne sont autant d'énergie gaspillée. Lors du passage sous la consigne, l'équilibre thermique des personnes est perdu, et ces derniers seront tentés d'augmenter la consigne. A confort égal, une régulation oscillant de 2°C autour de la consigne demande à chauffer 1°C de plus, soit une surconsommation moyenne d'environ 7%.

L'influence du bâtiment :

La question délicate à laquelle doit répondre le thermicien est trouver l'émetteur de chaleur le mieux adapté pour un profil de bâtiment, tout en tenant compte du climat, de l'exposition (soleil, vent) et de l'utilisation du logement pièces par pièces.

Le logement ancien mal isolé est le plus difficle à chauffer. La température ressentie est plus ou moins la moyenne de la température radiante et de la température de l'air. Pour trouver le confort, l'équilibrage des parois froides demande au minium 30% de rayonnement. Les convecteurs sont donc particulièrement déconseillés dans l'ancien mal isolé en zones de climat froid.

Autre point noir pour le chauffage convectif : la convection transfère les calories dans l'air. Une VMC simple flux renouvelle en moyenne 100 mètres cubes d'air par heure. 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. Ce problème est particulièrement sensible quand la cuisine est ouverte sur le salon.

Une forte inertie ne convient pas aux régions froides ni aux régions très ensoleillées. Pour profiter des apports solaires, les grandes baies vitrées sont orientées au sud. Un chauffage trop inertiel va continuer à fournir de la chaleur et provoquer un dépassement de la consigne. Une chute rapide de la température extérieure en soirée sera compensée avec un décalage par un plancher rayonnant.

Une régulation performante 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%.

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'un degré de température correspond à 7% de consommation d'énergie en plus !

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.

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 miroirs 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

Et la réglementation ?

Les règles de performance énergétique des bâtiments ont été définies en 2002 par la Directive européenne 2002/91/CE puis reprises par la Loi française N°2005-781 du 13/07/2005 fixant les orientations de la politique énergétique. En France, il faudra attendre la réglementation thermique 2005 pour une première prise de conscience officielle de l'aberration du chauffage convectif. Ainsi, la RT 2005 préconise d'éliminer les convecteurs Classe NF A et B au profit d'appareils rayonnants type panneaux, radiateurs et planchers chauffants électriques pour les pièces à vivre et les salles de bains. Les convecteurs de catégorie C seront réservés aux petites pièces (toilettes, dressings ,remises et couloirs).


Entrée en application au 1er janvier 2013, la RT2012 a réduit par trois la limite de consommation maximale d'énergie primaire des logements chauffés à l'électricité. La matrice de calculs de la Cepmax permet de mieux intégrer les performances énergétiques des émetteurs de chaleur électriques en renseignant quatre paramètres. Les RT antérieures prenaient en compte le coefficient d'aptitude du matériel de chauffage.

• la variation temporelle,
• la variation spatiale,
• la part convective,
• l'isolation à l'arrière.

Etudes et références :

• La méthode officielle pour le calcul de la consommation d'énergie d'une habitation en fonction de son isolation et du type de chauffage installé est décrite par l'Arrêté du 17 octobre 2012 modifiant la méthode de calcul 3CL-DPE pour le diagnostic de performance énergétique en France métropolitaine.
  
  
• Détermination du rendemment des installations de chauffage par le CSTC (Centre Scientifique et Technique de la Construction) de Belgique.
  
  
• Un ouvrage incontournable : "Les émetteurs de chaleur, étude comparée" publié aux Presses des Mines en 1997. Ce livre présente une étude du GREC (Groupe de l'Agence Française pour la Maîtrise de l'Energie) aujourd'hui ADEME. Pendant 5 ans, Le GREC a regroupé huit laboratoires et deux grandes sociétés (EDF et Gaz de France) avec la mission de produire des outils informatiques et des conseils pour mieux connaître les caractéristiques des émetteurs de chaleur et en faire un usage rationnel en fonction des potentialités de chaque technologie.
  
  
• 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
  
  
• Selon le fabricant autrichien de radiateurs électriques Redwell (Heating Comparison Survey 2010) le chauffage qui diffuse la chaleur au moyen de panneaux infrarouges est de 30% à 60% moins énergivore que le chauffage convectif.
  
  
• Une étude comparative menée à l'Université de Kaiserslautern en Allemagne, "Étude de cas des différences entre un chauffage infrarouge et un chauffage au gaz dans de vieux bâtiments résidentiels" a mis en évidence les avantages énergétiques du chauffage électrique infrarouge par rapport au chauffage centrale domestique au gaz. Le professeur Peter Kosack a démontré qu'il était possible de réduire l'impact CO2 et le coût du chauffage (malgré le prix avantageux du gaz) en utilisant intelligemment des panneaux à infrarouges lointains. La consommation s'en trouve fortement réduite, passant de 187 kWh/m² avec la chaudière à gaz à 71 kWh/m² avec les panneaux IRL.
  
  
• Comprendre l'effet Joule