Quel est le moyen le plus efficace de chauffer un bâtiment à haut plafond?

Considérez un grand auditorium, une église ou tout autre très grand, essentiellement un bâtiment de pièce avec un haut plafond. Supposons que le bâtiment possède de nombreuses entrées qui permettent à l'air froid d'entrer / de sortir de l'air chaud et le trafic entrant et sortant du bâtiment est inévitablement important.

J'imagine que toute tentative de contrôler la température d'un si grand bâtiment serait très inefficace en termes d'énergie et de coût, en particulier parce que l'air chaud monte.

En supposant qu'il fait très froid à l'extérieur et que nous souhaitons principalement garder le bâtiment au chaud au niveau du sol afin qu'il soit confortable pour les humains de travailler et d'interagir, quelle est la meilleure méthode pour garder un bâtiment aussi grand, essentiellement une pièce avec un plafond haut chaud lorsque l'exposition à l'air froid extérieur est fréquente et inévitable?

Quand je dis «mieux», je souhaite équilibrer l'énergie, l'entretien et les coûts monétaires pendant la durée de vie du bâtiment.

Votre question comporte en quelque sorte deux parties: comment fournir de la chaleur et comment la conserver.

Les grandes pièces ouvertes avec de hauts plafonds sont plus efficacement chauffées avec une chaleur rayonnante au plafond. L'air chaud monte, ce qui rend les systèmes à air forcé inefficaces car la chaleur pompée se retrouve au plafond et la partie la plus froide de la pièce est près du sol où vous voulez réellement la chaleur. Les systèmes de plancher radiant sont limités à environ 87F car ils sont en contact avec les occupants, et donc leur sortie de pointe peut ne pas être suffisante pour garder l'espace confortable. Ils perdent également plus de chaleur par convection que les plafonds rayonnants. (Voir cette réf .)

En ce qui concerne la conservation de la chaleur, outre l'isolation / barrières solides: les portes d'air (aka rideaux d'air) sont la solution standard dans les passages à fort trafic.

Une autre option à la solution radiante ci-dessus serait sous les systèmes de distribution d'air au sol (UFAD) utilisant une ventilation par déplacement. Ces systèmes nécessitent un plénum surélevé qui fonctionne bien dans les auditoriums de style théâtre, où vous en avez souvent de toute façon. Le plénum devient essentiellement votre conduit d'alimentation.

Les systèmes sont dimensionnés pour conditionner la zone occupée uniquement, par exemple les 2 premiers mètres au-dessus de la sortie. Donc, peu importe la hauteur de votre plafond, vous finirez par chauffer seulement un volume de 2 mètres de haut.

Contrairement aux systèmes radiants qui chauffent directement les personnes et ne modifient pas la température de l'air, la composante de l'air extérieur est traitée. Que ce soit un avantage ou non dépend des volumes d'air extérieur requis, où ces volumes sont introduits par rapport aux occupants (c'est-à-dire que vous soufflez de l'air froid sur quelqu'un?) Ainsi que des niveaux de confort attendus.

Opportunités d'économies d'énergie dans les systèmes UFAD

• Températures d'alimentation plus basses lors du chauffage, températures d'alimentation plus élevées lors du refroidissement
• Le volume conditionné est limité à la zone occupée quelle que soit la hauteur du plafond
• La vitesse d'approvisionnement est plus faible, mais les volumes d'approvisionnement augmentent; il pourrait y avoir une certaine valeur dans l'optimisation ici et la réflexion sur les périmètres et le zonage interne
• Chute de pression plus faible dans l'alimentation
• Jetez un échangeur de chaleur pour capter la chaleur de l'air de retour

Quelques autres choses à noter:

• Une vitesse plus faible et des volumes plus élevés pris ensemble signifient que le nombre de sorties pourrait augmenter et que ces systèmes ne peuvent pas supporter les mêmes charges de pointe que les systèmes conventionnels; cela sera important pour les zones périphériques. Le tissu du bâtiment doit être optimisé pour limiter les charges de pointe (pertes / gains par vitrage)
• Des vitesses plus faibles signifient également moins de problèmes avec le tirage (en théorie au moins)
• Si le zonage acoustique ne correspond pas au zonage mécanique, les choses deviendront un peu délicates; la séparation acoustique peut nécessiter le démontage des murs jusqu'au plénum
• Si vous avez un système de revêtement de sol carrelé, les diffuseurs de sortie peuvent être échangés, ce qui présente de multiples avantages: d'une part, il offre une configuration de pièce très flexible qui peut être modifiée à tout moment; en outre, les systèmes offrent une certaine flexibilité pour que les occupants se mettent à l'aise en déplaçant les carreaux de diffuseur
• Wikipedia a un article qui donne un aperçu général des systèmes UFAD et un pour la ventilation par déplacement

Ce qui est "le plus efficace" dépend de beaucoup d'autres choses que la hauteur de l'espace. Les UFAD peuvent être une bonne solution dans certaines situations, mais il en va de même pour les systèmes rayonnants, par exemple. Ce que vous aimeriez certainement éviter, c'est de finir par conditionner un volume d'air élevé de 4 mètres.

Quelques images UFAD de la page wiki pour vous faire économiser un clic:

Voici quelques façons d'empêcher l'air chaud de s'échapper:

• Les portes tournantes empêchent un flux constant d'échange d'air entre l'intérieur et l'extérieur.
• Zones de sas - un double jeu de portes coulissantes peut également empêcher un échange d'air continu.
• Une pression positive par l'entrée, généralement fournie par un radiateur soufflant au-dessus de la porte d'entrée intérieure, garantit que la majeure partie de l'air reste à l'intérieur et que l'air du radiateur soufflant s'échappe.

Pour garder les parties inférieures au chaud, l'air chaud en haut du bâtiment peut être soufflé vers les évents du plancher à très basse vitesse. Soit directement, soit via un échangeur de chaleur pour que la chaleur de l'air vicié soit transférée à un flux d'air frais de l'extérieur. C'est également un moyen relativement efficace de chauffer l'air en premier lieu. Une pompe à chaleur peut également être utilisée pour chauffer le sol à l'aide de tuyaux de chauffage au sol. Cela aide à prévenir la perte de chaleur de l'air chaud dans le sol et maintient doucement la masse physique dans la zone inférieure au chaud.