Murs chauffants

Publié le 18 août 2005, mise à jour le 26 février 2016


Principe des murs chauffants

Qu’il n’y ait qu’un seul générateur ou qu’il soit associé à un capteur solaire, il est intéressant d’utiliser la technique des murs chauffants à la place des radiateurs classiques.

La masse des murs chauffants est très importante (plusieurs tonnes). Elle permet de stocker l’énergie et d’éviter de faire fonctionner le générateur en continu. Il est préférable de faire fonctionner un foyer à bois à forte allure pendant quelques heures, plutôt que de le laisser fonctionner à bas régime en continu (économie de combustible et moindre pollution). C’est le principe des poêles lourds en briques des pays nordiques.

Il est indispensable d’associer des murs chauffants à des capteurs solaires pour chauffer une maison avec l’énergie solaire. Ils permettent de stocker suffisamment de chaleur en période hivernale ensoleillée de façon à ne pas avoir à utiliser le générateur à bois la nuit. Si la journée suivante est également ensoleillée, ils évitent d’avoir à rallumer le générateur à bois le matin suivant.
Ils permettent de chauffer deux pièces en même temps.

Pour leur emplacement dans l’habitat, choisir de préférence un des murs de la salle d’eau, ainsi que des murs de chambres au nord. Dans une maison solaire on utilise toujours les apports thermiques des ouvertures plein sud (maison solaire passive).
Contrairement aux planchers chauffants, la température des murs chauffants peut être beaucoup plus élevée (comme un radiateur), ce qui permet de stocker beaucoup plus de chaleur pour la même masse de matériaux. En effet, les planchers chauffants doivent fonctionner à très basse température (en dessous de 25°C) pour éviter l’inconfort de trop de chaleur au niveau des jambes. Ceci oblige à utiliser de grandes surfaces pour générer les apports thermiques correspondant aux déperditions de la maison.
De plus, comme ils sont horizontaux, avec des tuyaux de faible section, ils ne peuvent pas fonctionner en thermo-circulation.

Les murs chauffants sont plus faciles et plus économiques à réaliser par l’auto-constructeur. Dans les anciens ouvrages techniques sur les parois chauffantes dans l’habitat, ils étaient considérés comme théoriquement préférables aux planchers chauffants au point de vue du rendement thermique. Ce sont surtout des considérations d’habitudes des artisans, des problèmes de coordination entre corps de métiers et des problèmes d’accès aux soudures qui ont abouti à ne pratiquement plus utiliser que les planchers chauffants.

Les murs chauffants sont particulièrement adaptés aux maisons à ossature bois car ils n’obligent pas à prévoir de très fortes sections de solives de plancher pour supporter leur poids.

Construction des murs chauffants.

Ils sont constitués d’un mur lourd parcouru par des tubes placés verticalement dans son plan médian. Les tubes sont de tubes en cuivre de 10/12mm espacés de 200mm, piqués sur un collecteur bas en cuivre de gros diamètre (mini 20/22mm). Ils sont donc plus chauds en partie haute qu’en partie basse. Ce n’est pas un inconvénient, car le rayonnement haut descendant est plus intéressant thermiquement que le rayonnement ascendant.

Les meubles ne sont pas très gênants car, situés en bas du mur, ils font moins obstacle au rayonnement
Ces collecteurs doivent être accessibles, en partie basse et haute, pour permettre l’accès aux soudures. Le collecteur bas peut être accessible derrière la plinthe, ou être accessible par le sous/sol. Le collecteur haut doit être accessible à l’étage au dessus ou par un panneau au dessous de la lisse   haute verticale de l’ossature bois.

Le remplissage des murs chauffants peuvent être réalisés avec des pierres, des briques pleines en terre cuite. Le liant utilisé pour le mortier peut être du ciment, de la chaux hydraulique ou de la chaux aérienne, assez richement dosé pour diminuer sa résistance thermique. Le mortier sera bien tassé en évitant les vides pour améliorer la conductivité thermique du mur. Plus les pierres sont lourdes et froides (très conductrices de la chaleur), plus le mur pourra être épais, donc plus le stockage (l’inertie thermique) sera important à volume de maçonnerie égal.
Les briques en terre crue, ou le pisé ne sont pas recommandés car il ont une plus grande résistance thermique (s’opposant au transfert de la chaleur des tubes vers la surface) et un plus faible masse calorique (capacité d’un matériau à stocker de la chaleur)

JPEG - 101.2 ko
JPEG - 93.6 ko
JPEG - 85.5 ko

Ces murs peuvent également être constitué d’un coffrage de deux panneaux de plaques de plâtre épaisses et armées (BA15mm). Les plaques sont fixées sur des membrures d’ossature verticales en bois. Elles sont vissées avec de nombreuses vis à plaques de plâtre de 35mm, pour résister à la poussée du remplissage de 2.50m de haut. Mais il faut impérativement renforcer ce coffrage car la pouée du mortier liquide ou du béton sur 2m de haut est énorme. Ce coffrage est ensuite remplit par le haut avec un mélange présentant une granulométrie étendue : sable très fin à enduire, de sable à maçonner, de gravier, et de cailloux.

L’épaisseur optimale des murs chauffants varie de 150mm à 300mm selon les calculs de l’installation.
On pourrait croire que plus les murs sont épais, mieux c’est. Il n’en est rien car un mur très épais va s’opposer au transfert de la chaleur du cœur du mur vers les parois. Par exemple, si la distance entre les tubes et la paroi est multipliée par deux, le flux de chaleur émis par la surface sera presque divisé par 2, pour une même température du cœur du mur.
Pour obtenir le même flux thermique (la même puissance d’émission /m²), il faudrait doubler soit sa surface radiante, soit la différence de température entre l’air de la pièce et le liquide caloporteur à l’intérieur des tubes. Ceci n’est possible qu’avec un générateur à bois, la température de sortie des capteurs solaires en hiver n’étant pas assez élevée.

Les calcul des surfaces et des épaisseurs des murs chauffants, ainsi que des sections d’alimentation doivent tenir compte de leur épaisseur et des matériaux utilisés, de la situation climatique de la maison, des déperditions thermiques des pièces qu’ils doivent chauffer, de leur puissance d’émission /m²et de la température du générateur ou des capteurs. Il n’est pas possible de fournir ici des modes de calcul de l’installation.

C’est à l’utilisateur de s’adapter à un type de mur donné, en fonction des conditions climatiques : présence ou non d’apports solaires, température extérieure. Pour faciliter cette adaptation, il est recommandé de calculer l’installation pour que tous les murs perdent leur chaleur en même temps, de façon à ne pas avoir à remettre en route le générateur à bois pour un seul mur alors que les autres sont encore assez chauds. Toutefois l’expérience prouve qu’un mur très épais peut restituer une partie de sa chaleur stockée aux autres murs par thermo-circulation.

Dans une installation bien faite, il n’y a aucune vanne à manipuler pendant toute la saison de chauffe. Le solaire et le générateur prennent le relais l’un l’autre naturellement. Toutefois chaque mur chauffant doit disposer d’une vanne en partie basse de façon à bien équilibrer l’installation, ou le mettre hors service.

Protection de l’installation

Protection contre le gel
Quand l’installation comporte un capteur solaire, elle doit être remplie avec un liquide caloporteur anti-gel. Il est obligatoire d’utiliser un anti-gel alimentaire si l’installation comporte un ballon d’eau chaude sanitaire (pour éviter la contamination de l’eau du ballon en cas ou l’échangeur venait à se perforer). Même si l’installation ne comporte pas de capteur solaire, il est préférable de prévoir de l’antigel de façon à pouvoir laisser la maison sans chauffage par risque de grand froid (il ne faut pas oublier de vidanger l’installation d’eau froide et chaude sanitaire).

Protection contre les surchauffes
En thermocirculation, le risque de surchauffe crée par un générateur est très limité. Il existe plusieurs causes possibles :
- la mise en route du générateur en début de saison avec sa vanne d’isolement fermée,
- 
le "collage" du clapet anti-retour en position fermé (ça m’est arrivé deux fois),
- 
la vidange accidentelle du circuit à cause d’une fuite.
Sauf dans le cas d’utilisation d’un deuxième générateur pour prendre son relais, il n’est pas nécessaire de fermer sa vanne. La présence du clapet anti-retour empêche qu’il fonctionne comme un radiateur.
Il est important de laisser bien visible sur le générateur une note indiquant la fermeture de sa vanne. Il est possible également de placer un blocage sur la porte du foyer, ou une signalisation dans le foyer. Enfin il faut placer le manomètre de surveillance de pression du circuit à un endroit très visible près du générateur.
Pour éviter tout risque d’explosion du circuit, il est obligatoire de placer une soupape de sécurité tarée à 3 bars sur le circuit. Au redémarrage du générateur à bois en début d’hiver il faut être très vigilant et vérifier la pression sur le manomètre. Le fonctionnement du générateur sans eau peut amener sa détérioration.

En début de saison de chauffage d’hiver, on peut "décoller" le clapet anti-retour par une série de petits chocs et monter progressivement l’allure du générateur. Si le clapet est resté collé, on commence à entendre des bruits d’ébullition dans le pot bouilleur du générateur. On arrête d’alimenter le foyer pour intervenir sur le clapet. Les clapets sont l’inconvénient principal d’une installation en thermocirculation. C’est la raison pour laquelle il ne faut pas hésiter à placer une vanne supplémentaire pour pouvoir accéder au mécanisme du clapet sans purger toute l’installation, et les choisir de la meilleure qualité possible.

Le vase d’expansion
Les gros diamètres des canalisations impliquent un volume important de liquide caloporteur (60 à 80 litres pour une maison de 5 pièces).
Les variations de température vont entraîner une variation assez importante du volume du liquide caloporteur qui doit être absorbé, soit par un vase d’expansion à air libre, soit par un vase d’expansion fermé à membrane.
Le vase d’expansion à air libre doit être placé en général dans les combles (au point le plus haut) et risque de geler.
En plus, comme il est relié à l’air libre, il y a une évaporation continuelle qui demande un dispositif de mise à niveau constant, avec un trop plein relié à l’égout. Quand l’installation est remplie d’un liquide anti-gel, celui-ci s’évapore petit à petit et il est difficile de contrôler sa concentration.

Pour une installation mixte comportant des capteurs solaires et un générateur à bois, il est recommandé d’opter pour un vase d’expansion à membrane.
On choisira un vase d’expansion fermé d’un volume important, calculé en fonction du volume du circuit. Il sera équipé de la soupape de sécurité tarée à 3 bars et pourra être placé en dessous du ballon d’eau chaude sanitaire pour regrouper les liaisons des soupapes de sécurité à l’égout.

Avec le temps, la membrane peut laisser s’échapper le gaz de remplissage (azote). Le ballon ne fait plus son office et la soupape de sécurité laisse s’échapper du liquide de remplissage du circuit pour compenser la dilatation du liquide du circuit.
Pour vérifier la pression de la membrane du vase d’expansion, fermer toutes les vannes de bloc ballon - clapets anti-retour. Brancher une pompe à air munie d’un manomètre ou un gonfleur sur compresseur sur la valve du ballon. Ouvrir la vanne de vidange pour faire tomber la pression. Regonfler le ballon entre 0.8 et 1.2 bar. Refermer aussitôt la vanne de vidange. Refaire le remplissage du circuit pour remonter la pression à 2 bars.
Les fuites sur la soupape de sécurité devraient être stoppées. Si les fuites continuent :
- un débris peut obstruer le siège de la soupape : taper dessus et faire sortir un peu d’eau en manœuvrant la soupape
- il y a une fuite sur la valve de gonflage : vérifier en mettant un peu de salive avec le doigt. Si une bulle se forme, il faut changer l’obus de la valve (emprunter le petit outil pour le démonter) en prélevant un obus sur une vielle chambre à air
- vérifiez que le siège de la soupape de sécurité ne soit érodé. pour cela démonter la : si vous voyez un point ou une petite ligne brillante sur le siège, changer la soupape, ou rectifiez le siège avec une fraise à siège de robinet.
Si toutes les vérifications précédentes n’ont montré aucune anomalie, la membrane du vase d’expansion est endommagée, il faut le changer.

Remplissage et vidange du circuit
Comme il y a un grand volume de liquide de caloporteur avec anti-gel, il faut prévoir en partie haute un orifice de remplissage pour l’antigel avec un bouchon de diamètre minimum de 20/27 mm. Le remplissage en sera grandement facilité, surtout si l’accès à cet orifice permet de placer un entonnoir pour y verser un bidon de 20 litres (l’antigel alimentaire est généralement conditionné en bidon de 20 litres).
Il faut prévoir en point bas un dispositif de vidange constitué d’une vanne d’arrêt au diamètre 20/27 mâle permettant de fixer un tuyau pour récupérer tout le liquide de caloporteur dans un pont en contrebas.
Une vanne de remplissage du circuit piquée sur le circuit d’eau froide sanitaire permet de mettre le circuit en pression. Pour éviter de contaminer le réseau d’eau sanitaire avec le liquide du circuit, il est obligatoire de placer un dispositif anti-retour spécifique. Faire les essais avec la pression maxi disponible sur le réseau et laisser ensuite une pression de 1,5 bar environ dans le circuit.

Informations complémentaires
Essais de murs chauffants en briques de terre crue non stabilisée. Les tubes sont en polybutylène diamètre 13/16mm.
Informations tirées du site Héloterre


calle
calle
calle