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6.3.3. Indications
pour le choix des moyens de chauffage
Les appareils de production-émission de chaleur, ainsi que
leurs tuyaux et cheminées, sont installés de façon à ne pouvoir communiquer
le feu aux matériaux de la construction, aux matières et objets susceptibles
d'être placés à proximité et aux vêtements du personnel.
Parmi les divers textes réglementaires et normes, pour
l'aspect sécurité, il est nécessaire de se référer aussi aux DTU (documents
techniques unifiés) et à la réglementation relative aux ERP (établissement
recevant du public) le cas échéant (R. 235-4-9).
Tous les appareils évoqués doivent être munis des
dispositifs de sécurité spécifiques à leur type. Pour les appareils
utilisant un carburant liquide ou gazeux, il convient notamment d'exiger un
dispositif assurant une combustion complète et coupant l'arrivée de
combustible en cas de défaut d'air ou d'excès d'oxyde de carbone (CO).
Le maintien de la pureté de l'air des locaux (prioritairement
par suppression et/ou captage enveloppant des émissions locales de polluants),
ainsi que la récupération d'énergie véhiculée par l'air vicié à extraire
des locaux, sont des données de base complémentaires à considérer pour le
choix d'un moyen de chauffage.
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Il n'existe pas de solution toute faite en matière de
chauffage de locaux de travail. Il ne faut pas s'intéresser seulement à
l'installation de chauffage mais également aux besoins spécifiques liés à la
nature du bâtiment, aux procédés de fabrication, aux normes d'ambiances
particulières et au confort des occupants, ainsi qu'aux contraintes particulières
du site.
On pourra envisager divers procédés de chauffage.
On distinguera trois types d'installations :
Production de calories centralisée et distribution sur les
émetteurs par fluide caloporteur. Ce type d'installation concerne plutôt
les locaux de surface importante, où une bonne maîtrise des conditions
climatiques intérieures est requise.
Production et distribution de calories décentralisées et
regroupées sur un même équipement directement installé dans les locaux
à traiter. Ce type d'installation convient bien pour les petites et
moyennes surfaces sans contraintes thermiques pointues.
Système mixte par production de calories centralisée pour
les besoins de base, associé ou non à une récupération d'énergie, et
compléments ponctuels sur les émetteurs ajustés aux besoins locaux. Ce
type d'installation est plutôt adapté aux locaux de grandes surfaces, avec
des besoins énergétiques (liés aux process) importants et variés et pour
lesquels les conditions climatiques intérieures requises sont plutôt
contraignantes.
Dans tous les cas, la production de calories pourra être réalisée
à partir des combustibles liquides ou gazeux ou à partir de l'électricité en
fonction des contraintes techniques et économiques locales. L'utilisation de
combustibles solides est plutôt réservé aux installations de production de
calories centralisées.
La production de calories centralisée peut être assurée par
chaudière, par générateur d'air chaud, par pompe à chaleur, par cogénération
pour les installations importantes. Parfois, des réseaux de chaleur locaux ou
des activités industrielles proches ayant des excédents de calories peuvent
constituer des solutions économiquement intéressantes.
La qualité de l'installation de chauffage, perceptible par
l'occupant, dépendra en grande partie de l'émetteur de calories installé dans
le local traité, on distinguera ici deux grandes familles :
les émetteurs statiques qui agissent essentiellement par
rayonnement et très accessoirement par convection,
les émetteurs dynamiques qui agissent essentiellement par
convection, par mouvement d'air forcé.
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6.3.3.1. Emetteurs statiques
1° Radiateurs de chauffage central à eau chaude
Ils permettent de réaliser une bonne répartition du
chauffage dans le cas de locaux de faible hauteur et de surface moyenne.
2° Panneaux et faisceaux de chauffage central à eau
ou à vapeur
Les faisceaux de tubes à ailettes hélicoïdales (plus fréquents
que les panneaux) fixés sous plafond à intervalles réguliers peuvent être
envisagés pour le chauffage de locaux de grande surface de 3 à 4 m de
haut.
3° Sols rayonnants à circulation d'eau chaude ou à
chauffage électrique direct
Ils permettent une très bonne répartition de chauffage dans
le cas de locaux fermés de grande surface, même de grande hauteur, et sans
courant d'air ; ils constituent une masse accumulatrice de chaleur dont
l'inertie contribue à la régulation des températures (accumulation en heures
creuses et restitution lors des prises de poste). Une relance de charge est
souvent nécessaire pendant l'occupation pour éviter un surdimensionnement du
plancher accumulateur et éviter les puissances souscrites prohibitives dans le
cas de l'électricité.
Ils sont envisageables pour des locaux sans pollution résiduelle
de poussières ou matières volatiles. Il convient de les éviter pour des
locaux destinés à des implantations évolutives de machines à scellement
profond.
Ils pourront cependant être préférés à d'autres moyens de
chauffage dans les cas :
de locaux dont le volume est traversé par un pont roulant
ou un appareil similaire de grande portée,
de bâtiments destinés à une implantation évolutive avec
cloisonnement de répartition pour locaux devant abriter des activités à
ambiances thermiques semblables.
La température moyenne de surface du sol procurant le confort
se situe entre 19 et 23 ºC (limite admise 26 ºC). Ces sols à
circulation d'eau glacée l'été peuvent contribuer à rafraîchir une ambiance
sans courants d'air, mais il convient de limiter la température d'eau glacée
pour éviter les condensations au sol.
4° Plafonds et panneaux de faux plafonds à film électrique
radiant (à environ 60 ºC)
Ce moyen peut être envisagé pour le chauffage de locaux de
2,50 à 3 m de haut tels que les locaux de réunion, de restauration,
vestiaires, bureaux, ainsi que les ateliers sans manutention d'éléments
conducteurs longs, sans risque d'incendie, sans humidité saturante et
suffisamment ventilés à cet effet.
Sécurité électrique : l'alimentation en très basse
tension de sécurité (50 volts maximum) est nécessaire car le film électrifié
est dissimulé presque à fleur de peau du sous-plafond (fragilité aux chocs,
risque de perçage lors de travaux après mise en service).
Ce moyen de chauffage n'est pas admis dans les locaux à
risque d'explosion.
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5° Panneaux à tubes radiants électriques ou gaz à
haute température (nettement supérieure à 60 ºC)
Appareils dits "obscurs" pouvant atteindre 500 ºC
et appareils dits "lumineux" pouvant atteindre 950 ºC.
Le chauffage par appareils rayonnants au-dessus de 200 ºC
est particulièrement adapté aux locaux à fuites thermiques élevés (locaux
de grande hauteur, peu isolés, ouverts ou semi-ouverts, fortement aérés)
ainsi qu'aux grands locaux (même fermés) à besoins caloriques focalisés sur
des postes de travail dispersés.
De très faible inertie thermique, ces appareils permettent de
plus des montées en température rapides appréciées à chaque prise de poste
dans des locaux à occupation intermittente.
Implantation : les appareils de ce type doivent dans tous
les cas être implantés hors de portée de tout occupant se tenant sur tout
plan de circulation ainsi qu'à distance suffisante de toute surface inflammable
ou sensible à son rayonnement. Pour éviter notamment les surchauffes crâniennes
il est nécessaire d'implanter :
les appareils "lumineux" au moins à 7 m du
sol et autres circulations et à 1 m de toutes surfaces inflammables,
les appareils "obscurs" à environ 4 m du
sol et autres circulations (utilisable de 4 à 8 m du sol).
Les panneaux radiants et rayonnants sont en général
dimensionnés pour permettre une température résultante sèche Trs 15 à 19 ce
qui donnera une température sèche de l'air Ts de 4 à 5 ºC inférieure
à Trs.
Locaux à risque d'incendie ou d'explosion
Les appareils présentant des surfaces portées à telles températures
ne sont pas admis dans les lieux où des matières inflammables telles que des
copeaux de bois, des sciures, des papiers, et autres produits combustibles
similaires pourraient venir s'enflammer et propager le feu. L'usage d'appareils
de chauffage portés à des températures supérieures à 100 ºC est
interdit.
Locaux à pollutions ambiantes résiduelles autres que
ci-dessus
Il conviendra d'éviter tous appareils portés à ces températures
dans les locaux où une pollution ambiante résiduelle est susceptible de se
transformer à leur contact en produits de dégradation thermique toxiques.
6° Appareils radiants à combustion de gaz
On distingue deux types de faisceaux radiants :
les appareils monoblocs à faisceau d'épingles tubulaires,
et les faisceaux d'une série de brûleurs répartis
(environ tous les 7 m) le long de tubulures collectrices (des fumées)
et rayonnantes sur toute leur longueur.
Ces appareils sont en général de type obscurs (200 à 500 ºC).
Il existe une catégorie de radiants lumineux gaz équipés de plaquettes céramiques
réfractaires portés à incandescence par la combustion du gaz.
Les indications générales de destination et d'implantation
précisées pour les radiants électriques (voir A.5.) s'appliquent également
à ces faisceaux.
Les émissions, dans l'atmosphère d'un local, du polluant spécifique
formé par le mélange gazeux et sous oxygéné issu de la combustion même
complète doivent être supprimées par rejet hors des locaux (par extracteurs
individuels ou collecteurs selon les possibilités d'implantation).
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6.3.3.2. Émetteurs dynamiques et
diffusion de l'air
1° Caractéristiques
Les calories nécessaires au chauffage sont diffusées dans le
local par l'air mis en mouvement. Les émetteurs sont associés à des bouches,
grilles ou autres dispositifs de diffusion qu'il convient de particulièrement
soigner (choix technique, dimensionnement, implantation) en fonction des
conditions requises dans les locaux à traiter.
Les émetteurs dynamiques permettent également d'assurer
l'introduction (maîtrisée, asservie, ...) et le traitement de l'air neuf
de compensation nécessité par l'occupation des locaux et/ou par les procédés
d'assainissement tels que décrits au paragraphe 6.2.
L'implantation de ces émetteurs doit particulièrement
prendre en compte les aspects de maintenance (filtres, batterie, ventilateur, régulation, ...).
2° Diffusion
Dans le cas de la diffusion par mélange, l'air insufflé
entraîne l'air du local auquel il se mélange par induction. L'air est insufflé
à travers des grilles réglables, des grilles ou diffuseurs linéaires, des
diffuseurs circulaires ou des diffuseurs perforés ("chaussette"
textile). Cette technique de diffusion par mélange est la plus utilisée
lorsqu'il y a également climatisation en été, elle concerne les volumes de
faible et moyenne importance.
La diffusion d'air par mélange à flux turbulent (soufflage
direct à vitesse élevée) est mieux adapté aux locaux de grande hauteur, elle
permet néanmoins d'obtenir des vitesses résiduelles faibles au niveau des opérateurs.
Cette technique nécessite la mise en oeuvre de débit d'air (brassage > 4 volumes/h)
élevés. Des techniques nouvelles tendent à réduire cet inconvénient, tels
que l'utilisation de diffuseurs à pulsion giratoire variable permettant de
traiter des locaux de grande hauteur (6-8 m à 24 m) en
s'affranchissant des phénomènes de stratification et de la nécessité d'un
taux de brassage élevé.
Dans le cas de la diffusion d'air par déplacement à basse
vitesse dans une direction donnée, l'air insufflé remplace progressivement la
totalité de l'air du local. Ce système est bien adapté aux applications
industrielles et tertiaires de ventilation et de dépollution (cabines de
peinture, salle d'opération, ...).
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3° Conditions de recyclage de l'air
Les conditions de recyclage de l'air dans un même local ou
entre locaux sont à examiner au cas par cas en fonction des types de pollution
rencontrés et des réglementations spécifiques à certaines activités
(agroalimentaire, cuisine restauration, laboratoires de bactériologie, salles
d'opération, ...).
En général dans le cas de locaux à pollution spécifique,
il est recommandé voire interdit de recycler l'air ; il vaut mieux
envisager si les conditions économiques le justifient une récupération d'énergie
entre l'air rejeté et l'air neuf (échangeur rotatif ou à plaque, boucle à
eau glycolée, pompe à chaleur, ...).
Pour des locaux à pollution spécifique où les installations
de chauffage-ventilation concourent à l'assainissement de l'ambiance de
travail, il est recommandé que les installations (en particulier celles de
grandes dimensions) intègrent toutes mesures réduisant autant que possible
l'importance et la durée des pannes (groupes électrogènes, centrales d'énergie
fractionnée en éléments associés de manière à maintenir une puissance résiduelle
d'au moins 30 % en cas de défaillance de l'un d'eux).
4° Aérothermes (soit de chauffage central, soit à
chauffage électrique direct, soit à combustion interne)
Les aérothermes, formés d'un échangeur de chaleur associé
à un ventilateur électrique, génèrent des courants d'air chaud (30 à 35 ºC)
diffusé à des vitesses élevées (6 m/s en moyenne).
Leur choix et leur implantation (hauteur, direction, vitesse
et température de soufflage) doivent être plus particulièrement adaptés aux
caractéristiques aérauliques du local à chauffer (forme, volume, dimensions,
implantations internes, hauteur de soufflage, etc.) de manière à réaliser
une homogénéisation des températures et des vitesses d'air acceptables au
niveau des occupants.
Les aérothermes sont utilisés en brassage d'air. Malgré
tout, pour éviter la stratification, ils peuvent être complétés par des
ventilateurs à soufflage vertical installés en plafond.
Ils peuvent être envisagés, suspendus, pour des ateliers
fermés de 5 à 6 m de hauteur dépourvus de poussières et matières
volatiles.
Locaux à atmosphère explosible :
les aérothermes à chauffage électrique direct et ceux à
combustion interne ne sont pas admis dans de tels locaux,
les aérothermes alimentés depuis un réseau central n'y
sont admis que si leur température de surface est suffisamment modérée et
que leur ventilateur et leurs composants électriques sont spécialement conçus
à cet effet. (Voir notamment art. R. 233-15 du Code du travail et décret
du 14 novembre 1988 relatif à la protection contre les courants électriques
ainsi que l'arrêté du 19 décembre 1988 relatif aux conditions
d'installation des matériels électriques sur les emplacements présentant
des risques d'explosion (voir brochure INRS ED 723).
5° Générateurs à air pulsé
Ces appareils à combustion interne avec échangeur de
chaleur, ventilateur de soufflage d'air chaud et conduit d'extraction des gaz brûlés,
réunissent les mêmes fonctions qu'un aérotherme à combustion interne excepté
qu'ils sont destinés à être posés au sol et sont concernés par les
observations précisées ci-dessus.
L'obtention d'une homogénéisation convenable des températures
et des vitesses d'air peut, selon le local, nécessiter l'adjonction d'un réseau
de gaines de distribution. Ceci peut conduire à préférer plusieurs aérothermes.
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6° Ventilo convecteur
Ces appareils, comportant une batterie d'échange raccordée
sur un réseau chauffage et un ventilateur généralement à 3 vitesses,
sont plus particulièrement adaptés aux locaux de volumes faibles ou moyens
dans les activités tertiaires. Il convient de les sélectionner en moyenne
vitesse pour réduire le niveau sonore à l'utilisation, de surdimensionné les
batteries d'au moins 20 % par rapport aux besoins pour éviter les
soufflages à trop basse température.
Ces appareils permettent une régulation par appareil ou par
pièces, ils sont en général utilisés au départ pour des raisons de
climatisation été avec réseau 2 tubes ou 4 tubes. Ils se montent en
allège ou en plafond.
7° Ejecto convecteur
Ces appareils sont utilisés suivant le même principe que les
ventilo convecteurs. Les calories sont amenées par air primaire au lieu de réseau
eau.
L'équilibrage et la régulation sont plus délicats que dans
le cas des ventilo convecteurs.
8° Centrales de traitement d'air
C'est la version grande dimension de "l'aérotherme" .
Ces centrales dont les débits d'air peuvent atteindre plusieurs dizaines de
milliers de m3/h sont en général réservées aux applications de
climatisation de locaux de grandes dimensions ou à charges internes importantes
et sans pollution process spécifique (ex. : salle d'ordinateur, ...).
Elles sont raccordées sur des producteurs de calories et de frigories centralisées,
l'air traité est véhiculé par réseaux de gaines.
9° Générateur d'air pulsé tempéré ou appareil de
chauffage en veine d'air
Dans ce système de chauffage, la combustion (combustible
gazeux) s'effectue dans un brûleur spécial placé dans la veine d'air neuf
pulsé, sans échangeur ; le gaz de combustion est donc mélangé à l'air
neuf. Le débit d'air neuf est élevé et la température de l'air pulsé en général
basse (20 à 25 ºC).
Ce type d'équipement non visé dans le tableau 6.5 nécessite
au minimum 12 m3/h d'air comburant par Thermie/h (10 m3/h par kW) de
puissance installée.
Ces équipements doivent être conformes aux spécifications
de la norme (expérimentale) NF E 31-504. Ils doivent impérativement être
associées à des installations d'extraction d'air plaçant le local en dépression
et asservis (marche et alimentation gaz) au fonctionnement de l'extraction
(pressostat de contrôle).
Deux risques sont induits par ce type d'appareil :
intoxication par les résidus de combustion dans l'air des ateliers et explosion
(flammes nues dans le cas de présence de vapeurs inflammables). Cette technique
de chauffage doit être d'utilisation limitée.
Ce type d'installation est en général réservé aux locaux nécessitant
une forte extraction d'air aux postes de travail ou à des applications de
process spécifiques (séchage, ...).
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6.3.4. Confort d'été
Outre l'aspect chauffage, le confort d'été dans les locaux
de travail, même de type atelier, devient une préoccupation des industriels.
Des installations spécifiques à la période estivale peuvent être réalisées
dans de nombreux domaines. La plupart du temps, il s'agit de réaliser un
conditionnement d'ambiance, permettant en été et en hiver de contrôler une
température, une hygrométrie et une pureté d'air. Ce conditionnement est
alors un facteur essentiel permettant d'assurer la fabrication des produits ou
le fonctionnement des équipements, ainsi qu'un meilleur confort des personnes.
Pour n'aborder ici que l'aspect confort des personnes, il
convient de veiller à :
ne pas dépasser un écart de température de 6 ºC
entre l'ambiance et l'extérieur,
ne pas souffler d'air (le cas échéant) à une température
inférieure à 18 ºC,
ne pas créer de vitesse résiduelle d'air supérieure à
0,25 m/s au niveau des personnes,
réduire les apports solaires (orientations des bâtiments,
vitrage réfléchissant, pare-soleil),
capter et évacuer les apports thermiques internes élevés.
Les techniques de production de calories et de frigories sont
à étudier en fonction de chaque région et de chaque site :
chaudière + groupe frigorifique sur réseaux séparés ou
unique avec inversion été/hiver ou sur boucle d'eau,
pompe à chaleur réversible air/eau, eau/eau, eau/air,
air/air,
thermofrigopompe (utilisation chaud et froid simultanément).
Les installations peuvent être de type centralisées ou par
appareils autonomes.
Sans recourir à des techniques complexes et onéreuses, les
solutions suivantes peuvent apporter des réponses dans certains cas :
ventilation forcée de nuit en tout air neuf lorsque
l'inertie du bâtiment, des équipements ou des stocks internes le permet et
en fonction des conditions climatiques,
free cooling en occupation si les conditions extérieures
sont favorables (marche forcée en tout air neuf),
utilisation des émetteurs de chauffage existant pour faire
circuler de l'eau froide ou de l'eau glacée. Dans ce cas, un
surdimensionnement des échangeurs, généralement calculés pour l'hiver,
pour le fonctionnement en rafraîchissement représente un surcoût faible.
6.3.5. Bibliographie
Code du travail, art. R. 235-2-9, R. 235-2-10,
R. 235-4-9 à R. 235-4-11 : obligations concernant le
chauffage et la température des locaux.
Décret nº 88-355 du 12 avril 1988 (JO 15 avril
1988) : caractéristiques thermiques des bâtiments et de leurs équipements.
Arrêtés du 13 avril 1988 (JO 15 avril 1988) :
équipement et caractéristiques thermiques des bâtiments à usage de
bureaux et à usage industriel.
Décret nº 92-332 du 31 mars 1992 (JO )
(obligations des maîtres d'ouvrage).
Code du travail, art. R. 232-12-8 à 12 (obligations
des chefs d'établissement).
NF EN ISO 7730. Ambiances thermiques modérées.
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