Chauffage par résistance électrique – Première partie

 

14 novembre 2016

Le chauffage par résistance électrique (CRÉ) est une solution simple et sécuritaire qui répond à de nombreux besoins de chauffage et qui offre souvent des avantages considérables par rapport aux autres sources de chauffage. Lorsqu’ils sont utilisés dans des applications résidentielles, commerciales ou industrielles, les appareils de CRÉ constituent une option confortable, efficace et abordable. 

L’une des caractéristiques les plus attrayantes du CRÉ est sa simplicité d’utilisation. En effet, seulement deux étapes de base sont requises : 

• alimenter en électricité un appareil de chauffage électrique; 
• ajouter un thermostat (intégré ou mural) pour assurer le contrôle de la température. 

Les appareils de chauffage électrique fournissent directement de la chaleur dans des pièces individuelles. Ils sont donc tout indiqués pour offrir du chauffage par zone ou du chauffage d’appoint (ils peuvent aussi être utilisés comme source de chauffage principale), ce qui signifie que seules les pièces occupées sont chauffées. Les pièces peu utilisées ou inutilisées peuvent être maintenues à une température inférieure lorsqu’elles sont vides, tandis que les zones principales sont maintenues à une température confortable. 

Même si ses fondements physiques n’ont pas changé depuis son invention il y a plus d’une centaine d’années, la technologie du CRÉ continue d’évoluer. Aujourd’hui, les innovations permettent au CRÉ de foncer vers l’avenir avec confiance. 

L’un des principaux objectifs du présent Livre blanc de la National ElectricalManufacturers Association (NEMA) est de donner un aperçu des récents développements dans le monde du chauffage par résistance électrique (CRÉ). Nous commencerons par explorer de façon approfondie différents types de chauffage électrique. Nous passerons ensuite en revue les attributs du CRÉ, y compris son confort, son efficacité et sa flexibilité d’utilisation. Pour terminer, nous parlerons d’une étude de cas portant sur le chauffage électrique utilisé dans les maisons « vertes ». 

Qu’est-ce que le chauffage par résistance électrique (CRÉ)? 

En termes simples, le CRÉ est utilisé pour chauffer des espaces de travail et de vie à l’aide de convecteurs, plinthes ou encore des aéroconvecteurs.iBien que plusieurs options soient offertes aux consommateurs sur le marché, celles-ci reposent toutes sur les mêmes propriétés physiques de base : le passage d’un courant électrique à travers une résistance permet de convertir l’énergie électrique en chaleur.iiTous les produits de CRÉ s’appuient sur ce même concept physique fondamental. 

Le transfert de chaleur 

Conduction thermique

D’un point de vue physique, la chaleur peut être transférée de trois façons différentes : par conduction, par convection et par radiation. Examinons chacune d’entre elles : 

Conduction thermique 

La chaleur est transférée par conduction quand un objet entre en contact physique avec un objet plus chaud que lui. Un exemple typique de transfert de chaleur par conduction est une casserole d’eau froide qui devient de plus en plus chaude lorsqu’elle se trouve sur une cuisinière électrique chaude. 

Convection thermique 

La convection naturelle se produit lorsqu’un objet est chauffé à une température plus chaude que l’air qui l’entoure. Au fur et à mesure que l’air se réchauffe près de l’objet, il monte et est remplacé par de l’air plus froid pour continuer le processus de chauffage. Les plinthes électriques utilisent ce type de convection naturelle pour transférer la chaleur provenant d’éléments résistifs chauds dans l’air ambiant. Les aéroconvecteurs utilisent la convection forcée pour accélérer le processus en faisant circuler l’air chaud artificiellement, mais la technologie repose néanmoins sur le même principe naturel. 

Radiation thermique

La radiation est un processus par lequel l’énergie, sous la forme d’ondes électromagnétiques (lumière visible, infrarouge, etc.), se dirige directement et rapidement, à partir d’une surface chauffée, vers les objets qui se trouvent sur le chemin de ces ondes. Contrairement aux systèmes de chauffage par conduction et par convection, les systèmes de chauffage par radiation ne chauffent pas l’air, mais plutôt les objets. Cela fonctionne de façon similaire aux rayons du soleil. Les panneaux radiants en céramique et en quartz sont des exemples de cette méthode. Bien que les câbles chauffants et les panneaux de plafond soient souvent qualifiés de « radiants », ils combinent en fait la conduction (en raison du contact direct avec les pieds), la convection (en réchauffant l’air) et la radiation.

Produits de chauffage résidentiels et commerciaux populaires 

Plinthes électriques (et convecteurs)

Les plinthes électriques sont les appareils de chauffage électrique les plus couramment utilisés. Celles-ci utilisent la convection pour faire circuler tranquillement l’air chaud dans une pièce. Au fur et à mesure que les éléments de chauffage se réchauffent, l’air monte naturellement, attirant ainsi l’air plus frais vers les éléments chauds. Les plinthes sont souvent installées sous une fenêtre, tel que le montre l’image ci-dessous, pour compenser l’effet de l’air froid entrant dans la pièce. Le même principe s’applique pour les convecteurs électriques. En effet, en raison de leur conception, ils créent un effet de cheminée qui pousse l’air vers le centre de la pièce. 

Généralement, les maisons (ou les bureaux) chauffées à l’aide de plinthes électriques sont contrôlées par des thermostats individuels. On en voit parfois jusqu’à un par pièce ou par espace. Cela donne beaucoup de flexibilité et augmente l’efficacité opérationnelle, ce qui © 2014 National ElectricalManufacturers Association 

 permet aux occupants de chauffer seulement les pièces qu’ils utilisent (zone de chauffage) et, ainsi, d’économiser de l’énergie et de l’argent. 

Aéroconvecteurs/systèmes à conduits 

Les aéroconvecteurs sont dotés d’un ventilateur électrique qui permet de transférer rapidement l’énergie provenant de l’élément chauffant électrique vers le centre de la pièce. Lorsqu’ils sont installés dans une salle de bains, une chambre ou une pièce difficile à chauffer, comme une pièce faisant face au nord ou située au-dessus d’un garage, ils permettre de réchauffer rapidement la pièce en question quand la température globale de la maison peut être maintenue plus basse. Cela garantit un confort où et quand les occupants en ont besoin, tout en assurant une grande efficacité et en diminuant la consommation énergétique. De nombreux aéroconvecteurs muraux, comme celui illustré ci-dessus, sont munis d’un thermostat intégré afin de faciliter l’utilisation de l’appareil et d’augmenter la stabilité de la température ambiante. 

En plus des aéroconvecteurs, les appareils de CRÉ sont offerts sous la forme de cabinets de ventilation et de serpentins pouvant être installés dans des conduits pour fournir de la chaleur dans de plus grandes zones, notamment dans une maison entière. Parfois, cette application est jumelée à une thermopompe électrique ou à un climatiseur, de façon à pouvoir chauffer et refroidir l’espace. Un niveau d’efficacité encore plus élevé peut être atteint si un appareil de chauffage électrique à air forcé, à accumulation thermique ou à serpentins est interfacé avec une pompe à chaleur électrique. Une pompe à chaleur attire généralement l’énergie de l’air extérieur et l’utilise pour chauffer ou pour refroidir la pièce. Lorsqu’elle est combinée à un appareil de chauffage électrique, la pompe à chaleur peut être utilisée à des températures extérieures beaucoup plus basses, ce qui augmente l’efficacité et diminue l’énergie totale nécessaire au chauffage, tout en assurant le maximum de confort pour l’occupant. 

Système électrique de stockage d’énergie thermique

Certains services publics offrent des réductions lorsque la demande d’électricité est relativement faible et, à l’inverse, facturent plus lorsque la demande d’électricité est relativement élevée. Les systèmes électriques de stockage d’énergie thermique (SÉSÉT) tirent profit de ces structures tarifaires en chauffant un support de stockage, souvent de l’eau ou des briques, pendant les périodes à faible coût et libèrent la chaleur emmagasinée lorsque les tarifs sont les plus élevés. Cela permet d’éviter la consommation d’électricité quand elle est plus coûteuse.

Plus récemment, une nouvelle variété de SÉSÉT est apparue. Il s’agit du « système électrique de stockage d’énergie thermique raccordé au réseau » ou SÉSÉTRR. Ce produit fonctionne comme les autres SÉSÉT traditionnels, sauf qu’il est capable de communiquer de façon bidirectionnelle avec le service public local. La génération antérieure permettait seulement une communication unidirectionnelle à partir du service public jusqu’à l’appareil. La communication bidirectionnelle offre un tout nouveau niveau de contrôle au service public et ouvre la porte à d’autres services ainsi qu’à davantage d’efficacité, telles que l’équilibrage du réseau électrique et le stockage de l’énergie renouvelable excédentaire lorsque l’offre dépasse la demande. Le stockage d’énergie est de plus en plus important pour permettre la production de davantage d’énergie renouvelable. Les SÉSÉT réchauffeurs d’espace et d’eau ont une longue durée utile (généralement de 25 ans), ne nécessitent aucun entretien et sont relativement peu coûteux. 

Marchés et applications

Le chauffage électrique est couramment utilisé dans des applications résidentielles, commerciales et industrielles.iii Dans toute situation, le chauffage par résistance électrique (CRÉ) peut être utilisé comme système de chauffage principal ou pour compléter un autre système. Ce type de chauffage est souvent employé dans des applications commerciales pour compenser la taille des appareils de chauffage à air pulsé. Cela permet l’utilisation d’une unité de plus petite capacité, puisque le chauffage électrique fournit de la chaleur supplémentaire uniquement durant les jours les plus froids de l’année ou dans les zones les plus froides de l’immeuble. En outre, les constructeurs de logements multifamiliaux se tournent de plus en plus vers le chauffage électrique pour permettre à leurs locataires de contrôler efficacement leur niveau de confort.

Annexe

Le présent Livre blanc a été élaboré par le département du chauffage par résistance électrique de la National Electrical Manufacturers Association (NEMA). L’approbation de ce Livre blanc ne signifie pas nécessairement que tous les membres du département ont voté pour son approbation ou ont participé à son développement. Au moment où le Livre blanc a été approuvé, le département du chauffage par résistance électrique était composé des membres suivants :

Cadet Manufacturing Company Vancouver, WA
Dimplex North America Ltd. Cambridge (ON), Canada
Emerson Rosemont, IL
Marley Engineered Products Bennettsville, SC
Steffes Corporation Dickinson, ND
Stelpro Design Inc. Saint-Bruno-de-Montarville (QC), Canada
TPI Corporation Johnson City, TN

(la version de ce document a été approuvée sur le site Web de la NEMA le 27 février 2015)

Merci à Richard Paquet de Stelpro pour nous avoir transmis le document.