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Avoir chaud dans une maison froide

Wed, 11 Mar 2015 00:00:00 +0000

Illustration de [Diego Marmolejo](https://www.behance.net/diegomarmolejo).

Le chauffage nécessite une grande consommation d’énergie fossile dans les climat froids. A titre d’exemple, en Hollande, le chauffage représente entre 20 et 25% de la consommation totale d’énergie primaire, malgré des hivers relativement doux. Le chauffage utilise ainsi autant de combustible que le transport ¹. Pour la plupart des professionnels du secteur, la solution à cette forte dépense énergétique des systèmes de chauffage réside dans l’amélioration de l’isolation thermique.

Une maison bien isolée peut en effet faire baisser la dépense énergétique de façon spectaculaire, jusqu’à parfois supprimer le besoin d’installer un système de chauffage: la chaleur produite par les occupants, par les appareils domestiques et par le soleil suffit alors à assurer le confort thermique. L’orientation des bâtiments (ou de toute une ville) par rapport au soleil est un second facteur d’importance qui peut rendre inutile le chauffage. Pour les bâtiments neufs, l’architecture et l’orientation sont plus importants pour l’efficacité énergétique que le choix d’un système de chauffage, dans le cas où il faudrait en choisir un.

Par contre, lorsque nous nous tournons vers les bâtiments existants, les choses sont plus complexes. Il y a plusieurs stratégies d’isolation du bâti ancien, mais leur efficacité sur la consommation d’énergie est souvent limitée par rapport à ce que l’on atteint pour un bâtiment neuf. En plus de cela, l’isolation du bâti ancien peut être onéreux et certaines méthodes “prêtes à poser” peuvent induire des problèmes, tels que des fissurations, des sensibilités au gel, des moisissures et de l’humidité ¹. Et bien entendu, ré-orienter vers le soleil un bâtiment existant n’est pas une mince affaire.

En se reposant seulement sur l’isolation, l’énergie solaire et l’architecture bioclimatique, il nous faudra beaucoup trop de temps pour solutionner la problématique de la consommation énergétique des bâtiments. En se basant sur le nombre de constructions neuves chaque année en Hollande, il faudrait attendre 88 ans avant que le secteur du bâtiment hollandais n’atteigne totalement les normes d’isolation actuelles ¹. Et cette constatation ne prend pas en compte l’énergie requise pour démolir le vieux bâti et reconstruire le neuf ². Si nous désirons sérieusement réduire notre dépendance aux combustibles fossiles, nous aurons donc aussi besoin de trouver des solutions à court terme qui permettent de baisser sensiblement la consommation d’énergie dans les bâtiments existants.

Le chauffage localisé comme alternative à l’isolation

Une des solutions exposée dans d’autres articles est l’habillement. Isoler le corps est plus efficace qu’isoler un bâtiment, et les sous-vêtements thermiques sont particulièrement performants. Nous discuterons ici d’une autre solution, qui peut être appliquée seule ou en combinaison avec l’amélioration des vêtements: le chauffage localisé.

A la différence du chauffage de l’air, qui distribue la chaleur dans l’espace, les systèmes de chauffage par radiation et par conduction agissent plus localement; ils peuvent apporter du confort aux personnes sans avoir à réchauffer intégralement le lieu. Les chauffages radiatifs transfèrent l’énergie via les ondes électromagnétiques (similaires à celles transportant l’énergie du soleil), qui se convertissent en chaleur lorsqu’elle sont absorbées par la peau. Les chauffages par conduction réchauffent le corps par contact physique direct.

[Source](http://developer.mbed.org/components/MLX90614-I2C-Infrared-Thermometer/).

Photographie infrarouge montrant les pertes thermiques d’un bâtiment. Source. Les chauffages localisés peuvent améliorer le confort et la consommation d’énergie de tous les types de bâtiments, mais ils sont cependant plus avantageux dans les vieilles bâtisses non isolées. Ce constat s’explique par le fait qu’ils permettent d’atteindre le confort à une température d’air plus basse, diminuant ainsi les pertes thermiques du bâti et palliant le manque d’isolation thermique.

Si nous cherchons à obtenir des économies d’énergie substantielles et rapides dans un bâtiment ancien, alors les chauffages localisés méritent notre attention.

L’isolation peut encore améliorer l’efficacité énergétique et le confort dans les bâtiments équipés de chauffages radiatifs ou conductifs, ce n’est donc pas une solution incompatible avec l’isolation. Mais si nous cherchons à obtenir des économies d’énergie substantielles et rapides dans le parc de bâtiments peu isolés, alors les chauffages localisés méritent notre attention. Si l’on remplace un chauffage de l’air par un système par radiation et conduction, ou bien si l’on combine les deux solutions dans une installation hybride, alors on peut obtenir des économies d’énergies au moins aussi importantes que par la seule isolation du bâti existant.

Les systèmes hybrides: le meilleur des deux mondes?

Dans un rapport pour le magazine Historic Scotland intitulé “Keeping Warm in a Cooler House”, le chercheur Michael Humphreys argumente pour un retour aux anciennes façons de se chauffer, en combinaison avec les appareils de chauffage modernes, en particulier dans les bâtiments patrimoniaux de l’écosse (de l’ordre de 20% du parc immobilier). Humphreys considère que cette approche devrait être préférée plus souvent, au détriment de l’isolation thermique, qui est plus onéreuse et qui dénature le style du bâtiment ³.

Il propose une installation hybride dans laquelle un système de chauffage de l’air assure une “température de fond” de 16°C, soit une température suffisamment haute pour un comportement actif. Pour les activités sédentaires comme la lecture, l’étude ou la télévision, des systèmes de chauffage localisés fournirait des microclimats thermiques de 21–23ºC grâce à des sources radiatives.

Un système hybride a des performances intéressantes. Étant donné que le chauffage de l’air est passablement inefficace (l’intégralité du volume d’air doit être chauffé), d’importantes économies peuvent être obtenues simplement en baissant le thermostat de quelques degrés. Dans le même temps, la température de fond assurée par le système de chauffage de l’air améliore le confort thermique en réduisant les écarts de température entre les points chauds localisés et le reste de la pièce (asymétrie de température radiative).

Une chaise-hotte protège de l’asymétrie de température radiative. “[Ahrend Kaigan Chair](http://www.designswelove.com/2011/03/22/ahrend-kaigan-chair-marijn-van-der-poll)”, Marijn van der Pol

L’isolation locale, concrétisée par des chaises-hottes et des écrans pliants, peut protéger plus encore le corps des zones froides de la pièce, améliorant ainsi le confort dans les bâtiments non isolé. Pour conclure, dans un système hybride, les chauffages localisés ne doivent pas être dimensionnés pour les froids extrêmes, et le système de chauffage de l’air peut être d’une puissance inférieure ³.

Les économies d’énergie

Pour chaque degré en moins sur le thermostat, on économise entre 7 et 10% d’énergie pour le chauffage ⁴. Si on baisse la température de nos pièces de 21 à 16°C, on peut prétendre à une économie de 35 à 50%. Les sources de chaleur qui produisent des microclimats plus chauds induisent une consommation supplémentaire qui bien sûr doit être prise en compte.

D’après Humphreys, le chauffage localisé peut induire une économie d’énergie entre 30 et 40% par rapport à un chauffage d’air classique, et ceci en prenant en considération l’énergie (primaire) requise pour le fonctionnement des sources de chaleur locales. Dans un bâtiment ancien, non isolé et situé en écosse, il a calculé qu’une source rayonnante de chaleur positionnée verticalement nécessitait environ 425 watts par personne pour obtenir le microclimat idéal avec une température de fond de 16°C ³.

En utilisant de l’isolation locale (comme une chaise-hotte ancienne), on peut même baisser cette puissance à 340 watts par personne, ce qui peut être obtenu grâce à un panneau infrarouge de seulement 60x60cm. Dans ses expériences, Humphreys utilisait des anciens chauffages radiant des années 1970, ce qui implique que les résultats obtenus sont probablement sous-estimés ³.

Le chauffage localisé peut induire une économie d’énergie entre 30 et 40% par rapport à un chauffage d’air classique, et ceci en prenant en considération l’énergie (primaire) requise pour le fonctionnement des sources de chaleur locales

Un chauffage par conduction peut s’avérer encore plus performant. Selon une étude récente, une chaise de bureau chauffante peut satisfaire thermiquement 92% des sujets (avec des habits dont l’isolation est mesurée à 0.8 clo) à une température opérative de 18°C, sachant que 74% des sujets se sentent toujours parfaitement confortables si l’on baisse la température à 16°C. La chaise en question ne consomme que 16 watts (soit 30–40 watts d’énergie primaire si l’électricité est produite à partir de combustibles fossiles), ce qui démontre l’efficacité du transfert de chaleur par conduction ⁵. Les chiffres fournis par Humphreys sont cohérents avec les recherches concernant le confort d’été dans les bureaux, qui montrent que les ventilateurs et autres appareils individuels de rafraîchissement sont préférés à la climatisation, alors qu’ils sont plus économes en énergie.

Peu de personnes, beaucoup d’espace

Alors que les chauffages localisés sont potentiellement intéressant du point de vue des économies d’énergie, leur impact positif n’est pas toujours garanti. Il existe des situations pour lesquelles le chauffage localisé sera plus gourmand en énergie que le chauffage de l’air. Ainsi l’ampleur des économies dépend de plusieurs facteurs: le volume intérieur du bâtiment, le nombre d’occupants, la fréquence d’utilisation des espaces, le niveau d’isolation du bâti, les besoins en ventilation, le rendement du chauffage localisé et le rendement du chauffage de l’air. Les paramètres les plus importants sont le volume intérieur et le nombre d’occupants. Il est évident que plus l’espace est grand pour un nombre réduit d’occupants, et plus le chauffage localisé est intéressant par rapport au chauffage de l’air. Le chauffage localisé est aussi extrêmement profitable dans les lieux où les plafonds sont plus haut. L’air chaud monte, et donc l’efficacité énergétique du chauffage de l’air s’effondre dans les espaces de grande hauteur sous plafond. Ce n’est pas un hasard si les églises dans les pays du nord sont chauffées par des poêles de masse géants depuis des siècles.

Illustration de [Diego Marmolejo](https://www.behance.net/diegomarmolejo).

Un autre paramètre d’importance est le type de chauffage localisé. Le chauffage radiatif n’est pas lié à une seule source d’énergie. Par exemple, l’eau chaude d’un panneaux basse température peut provenir d’un capteur solaire, d’une chaudière électrique, d’une pompe à chaleur ou d’un poêle bouilleur. Bien entendu, le choix de l’énergie primaire impacte l’efficacité énergétique du système de chauffage. L’utilisation de l’électricité peut en particulier faire lever les yeux au ciel, car le chauffage électrique n’est pas du tout considéré comme respectueux de l’environnement: faire de la chaleur avec des combustibles fossiles pour la convertir en électricité, pour la reconvertir ensuite en chaleur, tout cela génère des pertes de conversion importantes, alors qu’on peut les éviter en utilisant ce combustible directement pour chauffer le lieu.

Et pourtant les choses ne sont pas aussi simples. Les panneaux infrarouges électriques permettent des économies d’énergie même dans le cas où cette dernière est générée à partir de combustibles fossiles, parce-qu’ils sont capables de chauffer rapidement une zone localisée. Puisqu’il faut moins de cinq minutes pour qu’un panneau infrarouge électrique atteigne sa puissance maximale, il peut être utilisé seulement au moment et à l’endroit où il est utile. Les chauffages de l’air, les poêles de masse ou les surfaces radiantes intégrées au bâti ont besoin d’un temps considérable pour amener un espace à une température confortable, et ils doivent donc fonctionner toute la journée (ou être sur-dimensionnés) pour apporter le confort au moment désiré.

La quantité d’énergie économisée dépend entre autres du volume intérieur, du nombre d’occupant et du taux de présence dans le lieu

Est-ce que les avantages des panneaux infrarouges électriques surpassent les inconvénients? La réponse dépend principalement de la fréquence d’utilisation des lieux. Leur avantage du point de vue énergétique est plus important dans les lieux peu utilisés. Beaucoup d’endroits sont occupés de façon intermittente, et c’est dans ces espaces que les bénéfices de chauffages radiatifs électriques sont les plus nets. A l’inverse, si ces radiateurs sont utilisés durant toute la journée, leur rapidité de chauffe ne leur donne aucun avantage et ils peuvent finalement avoir une consommation énergétique supérieure à celle d’un chauffage classique de l’air ⁶.

Ouvrir les fenêtres

Le chauffage localisé peut générer un intérieur plus sain que le chauffage de l’air. La pollution de l’air intérieur est un problème croissant pour deux raisons. D’abord les gens passent de plus en plus de temps entre quatre murs: jusqu’à 90% du temps dans les pays occidentaux. Ensuite les matériaux de construction et les appareils ménagers sont de plus en plus pollués. Des produits chimiques dangereux peuvent être émis par les matériaux, les meubles, les produits d’entretien, et dans le même temps une pollution supplémentaire est générée par les activités humaines (principalement la cuisine et le tabagisme). Et c’est sans compter l’entrée des polluants de l’extérieur vers l’intérieur de la maison ⁷.

Le chauffage localisé est préférable au chauffage de l’air dans le cas d’une ventilation naturelle. Quand on chauffe un espace avec l’air, le fluide qui stocke les calories est le même que celui qui assure la ventilation. Les moyens mis en œuvre pour améliorer l’efficacité énergétique et le confort du système de chauffage de l’air, tels que l’étanchéité à l’air du bâti, ont un effet négatif sur la qualité de l’air intérieur, alors que les méthodes permettant d’assainir l’air, comme l’ouverture des fenêtres, sont délétères pour l’efficacité du système de chauffage.

Illustration de [Diego Marmolejo](https://www.behance.net/diegomarmolejo).

Dans le cas d’un chauffage localisé, l’air n’est pas le fluide du stockage de la chaleur. Celle-ci est transférée directement aux personnes. Chaque source de chaleur radiative ou conductive chauffe néanmoins l’air, et le fait d’ouvrir une fenêtre pour amener de l’air frais représentera toujours une dépense énergétique. Mais pourtant, étant donné que ces sources fournissent un confort thermique à une température moindre, la dépense énergétique liée à ce renouvellement d’air sera plus modérée. Cela peut être une alternative à un système de ventilation mécanique complexe et onéreux, qui ne fonctionne bien que s’il est mis en place, utilisé et entretenu correctement, et qui peut parfois dégrader la qualité de l’air si ce n’est pas le cas.

Le chauffage localisé réduit également la circulation continue de l’air qui est typique dans un chauffage classique: l’air chaud monte, se refroidit et redescend, il se réchauffe à nouveau et remonte, et ainsi de suite. Ces turbulences emmènent avec elles des poussières qui peuvent aggraver les allergies ou les affections des bronches. Avec une température d’ambiance réduite, cet effet est aussi amoindri. Un air intérieur plus frais peut aussi diminuer la population d’acariens ³⁷.

Améliorer le confort thermique

L’inconvénient évident du chauffage localisé est que l’on est contraint de se placer dans une certaine zone quand on recherche le confort. Le grand avantage du chauffage de l’air (au prix d’une très forte consommation d’énergie) est que la chaleur est distribuée uniformément dans l’espace, a minima dans un plan horizontal, et le confort thermique n’est pas dépendant de votre localisation. Cependant, le fait que le chauffage localisé vous astreigne à un certaine place dans le lieu n’est pas si problématique qu’on pourrait le croire, et cela apporte en réalité un bénéfice important et inattendu: un confort accru, en tout cas dans les lieux partagés. La température de confort prescrite dans les standards de confort internationaux (23.3°C avec des vêtements dont l’isolation est de 1 clo) est en réalité destinée aux personnes au repos (niveau d’activité de 1 “met”, qui corespond à “assis”, “calme”). En utilisant le CBE Thermal Comfort Tool, on voit qu’un accroissement de l’activité peut avoir un effet important sur le confort. Si le métabolisme augmente de 1 à 2.2 met (“assis, grands mouvements des membres”) ou à 2.7 met (“faire le ménage”), la température de confort idéale descend respectivement à 13°C et 9°C. Même pour un accroissement léger de 1 à 1.1 met (“taper sur le clavier”), la température de confort descend déjà à 22.4°C.

Les gens sont différents, ils portent des habits différents et font des activités variées, alors que le chauffage de l’air crée un environnement thermique qui est le même pour tous

Dans un endroit où l’air est chauffé uniformément à 23.3°C, la personne assise sur le canapé et regardant la télévision peut considérer l’ambiance confortable, alors que celle qui tape sur son ordinateur peut avoir un peu chaud et celle qui fait le ménage est probablement en train de transpirer. Dans un espace chauffé par des sources de chaleur radiatives et conductives, chacun peut trouver une place qui correspond le mieux à son besoin. Bien que ceci ne change rien au fait que l’on soit limité à une certaine zone confortable lorsqu’on est inactif ou en activité légère, cette absence de mobilité sur une longue période est tout aussi courante dans une pièce dont l’air est chauffé uniformément: sur le canapé, au bureau, sur la table de la cuisine… Et il y a beaucoup d’endroits de la pièce dans lesquels nous ne sommes jamais stationnaires, et donc dans lesquels il est inutile de chauffer à la même température.

Un “kotatsu” moderne, une table chauffante japonaise, équipée d’un chauffage électrique plutôt que de braises incandescentes. Source: [Rakuten](http://item.rakuten.co.jp/auc-gekiyasu/cc316d/).

Les personnes ne sont pas seulement différentes dans leur activité, mais aussi dans leur habillement et leur personnalité. Pour des activités similaires et avec les mêmes habits, la différence de température neutre (ni chaude ni froide) entre deux individus peut aller jusqu’à 5°C ⁸⁹. Dans un espace chauffé via l’air, ces personnes sont condamnées à un climat identique pour tous, un compromis. Ce problème est identifié dans les normes internationale de confort, qui établissent que même pour une température “parfaite”, on a au maximum 80% des utilisateurs satisfaits. En d’autres termes, en utilisant un chauffage moderne, une personne sur cinq aura trop chaud ou trop froid dans le meilleur des cas ³.

Dans un lieu chauffé par des sources de chaleur locales, les occupants plus actifs ou mieux habillés peuvent se placer dans une zone plus fraîche, alors que ceux au repos, moins habillés ou plus sensibles au froid choisirons un micro-climat plus chaud. 100% des occupants pourrait trouver un environnement idéal. La régulation personnelle de l’environnement thermique peut être alors organisée de deux façons: chacun règle son confort individuel au moyen d’une source rayonnante ou conductive personnelle, ou bien chacun “migre” à travers la pièce chauffée par une source de chaleur centrale et rayonnante. Les deux méthodes peuvent aussi être combinées, comme on le faisait dans les temps anciens.

Études du confort dans les bâtiments de bureau

La performance d’un système de chauffage localisé radiatif et conductif, en combinaison avec une température de fond basse assurée par un chauffage de l’air, a été étudiée très souvent dans le cadre des environnements de bureau. La plupart de ces études ont conclu que des sources de chauffage personnelles peuvent engendrer des économies d’énergie, tout en améliorant le confort thermique des occupants et la performance globale au travail ⁹¹⁰. Dans les bureaux, une foule de personnes partagent le même espace sur une longue durée, avec en général peu d’emprise sur leur environnement thermique. Une étude a montré qu’environ un employé sur deux est mécontent de l’ambiance thermique de son bureau (sur l’année complète) ¹¹.

Dans les bureaux, les chauffages personnels peuvent diminuer la consommation énergétique et dans le même temps améliorer le confort et les performances au travail.

En fournissant des sources de chaleur personnelles à chaque employé, chacun peut choisir son ambiance thermique préférée. Les systèmes étudiés habituellement sont des panneaux rayonnants électriques ou à eau chaude, qui peuvent être accrochés aux murs ou dans les “cubes” des open-spaces, pendus au plafond, ou fixés sur la surface du bureau.

Ces systèmes peuvent être combinés avec des éléments de chauffage par conduction intégrés au mobilier. Les appareils qui réchauffent les mains et les pieds sont souvent ceux qui fonctionnent le mieux, car il s’agit des parties du corps les plus sensibles au froid. Étant donné que les chauffages personnels peuvent fournir de la chaleur très rapidement, ils peuvent s’arrêter automatiquement lorsque le travailleur quitte son bureau, n’utilisant ainsi l’énergie que lorsqu’elle est nécessaire.

Illustration de [Diego Marmolejo](https://www.behance.net/diegomarmolejo).

Bien entendu, pour être avantageuse, la consommation d’énergie de ces sources de chaleur personnelles doit être inférieure à l’énergie économisée par la réduction de quelques degré sur le thermostat général. Dans le cas contraire, le confort thermique sera meilleur mais les économies d’énergie ne se concrétiseront pas. Ceci peut arriver si le chauffage de l’air a une puissance trop faible (dans ce cas on s’attend à une surconsommation), mais il est également possible que les personnes commencent à s’habiller plus légèrement à cause de ces sources de chaleur personnelles, ce qui peut conduire à une plus forte consommation énergétique.

Confort thermique adaptatif

Restaurer l’ancien concept de “chauffer les personnes, et non les lieux” nécessite une nouvelle définition du confort thermique. Malgré tous ses avantages, l’utilisation de chauffages localisés ne satisfait pas les normes internationales de confort, parce que la température moyenne dans les pièces n’atteindra pas la valeur minimum recommandée. Comme discuté dans un article précédent, il en est de même pour la climatisation: un endroit rafraîchi par des appareils locaux (comme des ventilateurs) ont une température d’air supérieure aux seuil maximaux pour le confort d’été.

Les normes modernes sur le confort ne reconnaissent pas la liberté de se déplacer dans un espace à la recherche du confort thermique, bien que cela puisse avoir un grand intérêt non seulement pour la consommation énergétique mais aussi pour le maintien de ce même confort thermique, écrit Humphreys et deux de ses collègues dans “Adaptive Thermal Comfort: Principles and Practice” ⁴. Nous avons été conditionnés par l’idée que le confort implique une température stable dans tout l’espace, mais ceci est une caractéristique intrinsèque des appareils modernes de chauffage ou de climatisation de l’air, et non pas une condition pour ressentir le confort.

La température stable est une caractéristique intrinsèque des appareils modernes de chauffage ou de climatisation de l’air, et non pas une condition pour ressentir le confort.

En réalité, nous nous adaptons constamment à notre environnement thermique, non seulement en nous déplaçant entre plusieurs zones climatiques, mais aussi en changeant nos vêtements ou notre activité, en ouvrant ou en fermant les fenêtres, en consommant des boissons chaudes ou froides, en changeant de position, etc. Les recherches de terrain ont démontré que les personnes peuvent être dans une situation confortable dans une gamme de température bien plus large que celle prescrite par les normes si elles ont la liberté de réagir face aux changement d’ambiance. Ce modèle de “confort thermique adaptatif”, qui repose lourdement sur des sources localisées de chauffage et de climatisation, est en marge des normes établies de confort, qui sont basées sur des recherches en chambres climatiques ⁴.

Le chambres climatiques sont des laboratoires spéciaux dans lesquels la température, l’hygrométrie et la vitesse de l’air sont contrôlés précisément, alors que le confort thermique du sujet y est mesuré. Tous les sujets doivent faire la même action, être habillée avec les mêmes vêtements, et s’asseoir à la même place. Ils ne peuvent pas changer de vêtement ou d’activité, ou se rapprocher d’une source de chaleur ou de froid, alors que ces actions pourraient avoir de grandes conséquences sur leur confort thermique. Les normes de confort (qui sont les méthodes appliquées par la plupart des architectes et des ingénieurs) nous traitent comme si nous étions des êtres passifs dans des chambres climatiques. Et nous en sommes arrivés à croire que nous étions vraiment ces êtres là.

Stralingsverwarming: Gezonde Warmte met Minder Energie, Kris De Decker, 2015 ↩︎ ↩︎ ↩︎
Proof that the greenest building is the one already standing released in new report from Preservation Green Lab, Lloyd Alter, 2012. ↩︎
Keeping Warm in a Cooler House. Creating Comfort with Background Heating and Local Supplementary Warmth (PDF). Historical Scotland Technical Paper 14, Michael Humphreys, Historic Scotland, 2011 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Adaptive Thermal Comfort: Principles and Practice, Fergus Nicol, Michael Humphreys & Susan Roaf, 2012 ↩︎ ↩︎ ↩︎
Energy-efficient comfort with a heated/cooled chair, Center for the Built Environment, UC Berkeley, Wilmer Pasut, 2014 ↩︎
Beispielhafte Vergleichsmessung zwischen Infrarothstrahlungsheizung und Gasheizung im Altbaubereich, Peter Kosack, TU Kaiserslautern, 2009 ↩︎
Indoor Pollutants, Committee on Indoor Pollutants, National Research Council, 1981 ↩︎ ↩︎
Individual control at each workplace: the means and the potential benefits, David Wyon, in “Creating the productive workplace”, Derek Croome, 2000 ↩︎
Persoonlijke beïnvloeding als sleutel tot een A+ klimaat (PDF), Atze Boerstra, in TVVL Magazine, 04, 2010 ↩︎ ↩︎
Comfort, perceived air quality, and work performance in a low-power task-ambient conditioning system (PDF), Hui Zhang et al., Center for the Built Environment, 2008 ↩︎
Air quality and thermal comfort in office buildings: results of a large indoor environmental quality survey (PDF), in “Proceedings of healthy buildings 2006, Lisbon, Vol.III, 393-397 ↩︎

Avoir chaud à l’ancienne : chauffer les personnes et non les espaces

Wed, 11 Feb 2015 00:00:00 +0000

Des gens se rassemblent autour d'un poêle de masse. [Die Bauern und die Zeitung](http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Anker_Die_Bauern_und_die_Zeitung_1867.jpg), une peinture d'Albert Anker, 1867.

De nos jours, nous assurons notre confort thermique en hiver en chauffant le volume d’air de nos pièces et de nos bâtiments. Autrefois, le concept de chauffage de nos aïeuls était plus localisé: ils chauffaient les personnes, et non les espaces.

Ils utilisaient des sources de chaleur radiatives qui réchauffaient seulement certaines parties d’une pièce, créant des micro-climats de confort. Les gens luttaient contre les grandes différences de température en utilisant du mobilier isolé, tel que des chaises à hotte ou des écrans pliables, et en complément, ils employaient des sources de chaleur individuelles qui réchauffaient certaines parties de leur corps.

Il serait particulièrement pertinent de retrouver aujourd’hui cette ancienne façon de se chauffer, tout en utilisant ce que la technologie moderne a mis à notre disposition, c’est à dire des systèmes beaucoup plus pratiques, sûrs et efficaces.

Conduction, convection, radiation

La plupart des chauffages modernes sont basés en premier lieu sur le chauffage de l’air. Cela semble être un choix évident, mais il y a des alternatives bien plus profitables. Il y a trois types de transfert de chaleur (sensible): la convection (le chauffage de l’air), la conduction (le chauffage par contact physique), et la radiation (le chauffage via les ondes électromagnétiques).

Les anciens mode de chauffage étaient basés sur la radiation et la conduction, qui sont plus économes en énergie que la convection. Alors que la convection implique la montée en température de chaque centimètre cube d’air d’une pièce pour que les personnes restent au chaud, la radiation et la conduction peuvent transférer leur chaleur directement aux personnes, rendant la quantité d’énergie nécessaire indépendante de la taille de la pièce ou du bâtiment.

En premier lieu, regardons de près les différentes méthodes de transfert de chaleur. Conduction et convection ont une relation intime. La conduction concerne le transfert de chaleur à travers des solides en contact: le flux de chaleur passe de la partie la plus chaude vers la partie la plus froide. La vitesse de ce flux dépend de la résistance thermique du matériau.

Par exemple, la chaleur traverse plus rapidement le métal que le bois, le métal ayant une plus faible résistance thermique. Ceci explique, par exemple, pourquoi un objet en métal paraît plus froid qu’un objet en bois, même lorsqu’il sont à la même température.

Chauffer les personnes et non les espaces: Un kotatsu japonais. Tim Notari (tastefulTN). CC BY-SA 2.0, Wikipedia Commons.

La conduction ne se déroule pas seulement entre les solides, mais aussi à l’interface entre un solide et un fluide (comme l’air), et entre les fluides eux-mêmes. Chaque objet plus chaud que l’air qui l’entoure, transmet une certaine quantité de chaleur à l’air grâce à la conduction. Cependant la conduction dans l’air est limitée, car l’air a une importante résistance thermique, ce qui explique pourquoi il est à la base de la plupart des matériaux d’isolation.

Mais dans le même temps, l’air chauffé par la conduction se dilate et s’élève. Sa place est prise par de l’air plus froid, qui est chauffé à son tour, qui se dilate, s’élève et ainsi de suite. Ce courant de chaleur qui monte au dessus de tous les objets plus chaud que l’air est appelé convection.

La radiation, le troisième type de transfert de chaleur, fonctionne d’une manière différente de la conduction et de la convection. L’énergie radiative est transportée par des ondes électromagnétiques similaires aux ondes de lumière. Pour être plus précis, il s’agit d’une partie du spectre électromagnétique appelé infrarouge. La radiation n’a pas besoin d’un milieu (comme l’air ou l’eau) pour propager la chaleur.

Elle fonctionne dans le vide et c’est le type de transfert thermique prépondérant dans l’espace intersidéral. La première source d’énergie radiative est le soleil, mais tout objet sur terre irradie de l’énergie infrarouge tant qu’il a une masse et une température supérieure au zéro absolu. Cette énergie peut être absorbée par d’autres objets ayant une température inférieure. L’énergie radiative n’a pas de température propre. C’est seulement lorsqu’elle frappe la surface d’objet doté d’une masse que l’énergie peut être absorbée et convertie en chaleur.

Le confort thermique à basse température d’air

En raison de l’usage général du chauffage central réchauffant (ou refroidissant) l’air, nous en sommes venus à croire que notre sensation de confort interne dépend principalement de la température de l’air. Pourtant, le corps humain échange de la chaleur avec son environnement via la convection, la radiation, la conduction et l’évaporation (une autre forme de transfert de chaleur dite “latente”).

La convection se référe aux échanges de chaleur avec l’air environnant, la radiation est le transfert de chaleur entre la peau et les surfaces autour de nous, l’évaporation concerne l’eau perdue par notre peau, et la conduction est l’échange thermique qui a lieu entre une partie du corps et un objet en contact.

Si la part de radiation et de conduction dans la chaleur totale transférée augmente, les personnes peuvent se sentir à l’aise à une température d’air plus faible pendant la saison de chauffe.

En hiver nous pouvons nous sentir bien à une température d’air plus faible en augmentant la part de radiation ou de conduction dans la chaleur totale transférée dans la pièce. Par exemple, une personne pieds nus sur un sol froid aura froid, même si la température de l’air est convenable à 21°C. Ceci s’explique par le fait que le corps perd de la chaleur au profit du sol via la conduction. Un bol de soupe dans les mains, un plancher chauffant ou une banquette chauffante ont l’effet opposé, car la chaleur est transférée des objets chauds vers le corps par la conduction.

La chaleur radiative peut elle aussi amener une sensation de confort aux personnes situées dans un air à basse température. La preuve parfaite est l’ensoleillement direct. Au printemps ou en automne, nous pouvons nous asseoir confortablement à l’extérieur au soleil habillés seulement d’une chemisette, même si la température ambiante est relativement basse. Un mètre plus loin, à l’ombre, nous aurions besoin d’une veste bien que la température de l’air soit plus ou moins la même. Et en été nous préférons rester à l’ombre. La différence entre ces situations tient à l’énergie radiative du soleil qui chauffe le corps directement exposé à sa lumière. Cette “température de rayonnement” supérieure, qui peut être mesurée par un thermomètre à globe noir, nous dispense un confort thermique équivalent pour une température d’air plus froide en hiver.

Un chauffage radiatif compense une basse température d’air via une température de rayonnement plus importante, alors qu’un chauffage de l’air compense une basse tempérarure de rayonnement grâce à une température d’air plus forte. La température operative (une moyenne pondérée des deux) est possiblement identique. Source: *Radiant Heating & Cooling Handbook*, Richard Watson, 2008.

Notons que sur la terre, la radiation est toujours combinée à la convection. Etant donné que l’air à une masse volumique faible, l’énergie radiative du soleil ne rencontre pas l’air directement. Néanmoins elle le rencontre indirectement. L’énergie radiative du soleil est absorbée par la terre, et elle est alors convertie en chaleur. La surface de la terre plus chaude est relarguée progressivement dans l’air via les mécanismes décrits ci-dessus, c’est à dire grâce à la conduction et à la convection. Ce n’est pas directement le soleil mais plutôt la surface de la terre qui réchauffe l’air de notre planète.

La chaleur radiative est tout aussi importante lorsqu’on chauffe un bâtiment, indépendamment du système de chauffage utilisé. A l’intérieur, la température radiative représente la radiation infrarouge totale échangée avec toutes les surfaces de la pièce. Les systèmes de chauffage radiatifs, dont nous parlerons plus tard, fonctionnent de façon analogue au soleil: ils ne chauffent pas l’air mais les surfaces dans la pièce, y compris la peau des personnes présentes, augmentant ainsi la température de rayonnement et offrant un confort thermique pour une température d’air plus basse. L’utilisation de chauffages radiants est plus maîtrisable à l’intérieur qu’à l’extérieur, où un coup de vent peut annuler l’effet chauffant de la radiation solaire.

Ce n’est pas directement le soleil mais plutôt la surface de la terre qui réchauffe l’air de notre planète.

Un chauffage 100% radiatif n’existe pas, car la surface du système de chauffage et les surfaces irradiées sont en contact avec l’air et donc le réchauffe par conduction et convection. Cependant, pour un système radiatif, ce chauffage de l’air est décalé dans le temps et plus limité que dans le cas d’un chauffage convectif. De même, un chauffage convectif augmente aussi la température radiative de la pièce, étant donné que l’air chaud réchauffe les surfaces du bâtiment par conduction et convection. Mais bien sûr, l’augmentation de la température de rayonnement est lente et limitée par rapport à ce qui se passe avec un chauffage radiatif.

Comme pour la conduction, la radiation peut nous faire ressentir le froid malgré une tempéraure d’air importante. Si nous sommes assis près d’un fenêtre froide, notre corps irradie de la chaleur vers cette surface froide, nous faisant ressentir le froid même si la température ambiante est de 21°C. En résumé, ni une température d’air importante ni une température de rayonnement importante ne nous garantissent le confort thermique. La meilleure compréhension de l’environnement thermique dans une pièce est donnée par la “température opérative”, qui est une moyenne pondérée des deux grandeurs.

Les anciennes façons de se chauffer

Avant l’arrivée des systèmes de chauffage central de l’air au cours du vingtième siècle, les bâtiments étaient chauffés principalement par une source radiative centrale, telle qu’une cheminée ou un poêle à bois, à gaz ou au charbon. D’une manière générale, on ne chauffait qu’une seule pièce dans la maison. Mais même dans cette pièce, le confort pouvait être très différent selon l’endroit occupé. Alors que le chauffage de l’air distribue la chaleur de façon relativement homogène sur la surface, un chauffage radiatif crée un microclimat local qui peut trancher radicalement avec le reste de la pièce.

Ceci s’explique par le fait que l’énergie potentiellement distribuée par un système radiatif décroît avec la distance. Il ne s’agit pas là d’un affaiblissement des radiations infrarouges, c’est en réalité une dispersion de celles-ci qui s’opère alors que l’on s’éloigne de la source. Ceci est illustré par les deux images ci-dessous, qui proviennent du livre de Richard Watson “Radiant Heating and Cooling Handbook”. Le dessin du haut montre une distribution de chaleur radiative (ou un paysage radiatif) dans une pièce vue du dessus, qui est chauffée par des radiateurs à air pulsé. La température de rayonnement moyenne est de 20°C. Hormis l’influence de la surface froide d’une fenêtre (en haut), la température de rayonnement est relativement homogène.

Source: Radiant Heating and Cooling Handbook. Richard Watson, 2008.

Le dessin du bas montre la même pièce, avec la même température de rayonnement moyenne de 20°C, mais maintenant chauffée au moyen d’une source radiative localisée au centre du plafond. Il s’agit d’un panneau infrarouge électrique, une nouvelle technologie que nous détaillerons dans la seconde partie de l’article, mais un foyer au milieu de la pièce aurait donné le même résultat. Le paysage radiatif est maintenant très différent. La tempéraure de rayonnement la plus haute est mesurée au milieu, juste en dessous du panneau. La température de rayonnement diminue ensuite rapidement en cercles concentriques vers les bords de la pièce. La différence entre les températures de rayonnement minimale et maximale est bien plus importante que dans le cas d’un chauffage à air pulsé.

Dans une pièce chauffée par l’air, l’endroit ou vous êtes importe peu. Dans une pièce chauffée par une source radiative, votre localisation est primordiale.

Bien sûr, un positionnement différent de la surface de chauffage radiatif, ou une combinaison de plusieurs sources aurait engendré un paysage radiatif très différent. En plus de cela, tout comme pour la radiation solaire, d’autres objets peuvent faire de l’ombre, ce qui signifie que la position des meubles peut avoir un effet sur la distribution de chaleur dans la pièce. Notons tout de même que la distribution hétérogène de la température de rayonnement sera tempérée dans une certaine mesure par le caractère homogène de la température d’air, et ce quel que soit le système de chauffage installé.

L’efficacité énergétique

Dans une pièce chauffée par l’air, l’endroit ou vous êtes importe peu. Dans une pièce chauffée par une source radiative, votre localisation est primordiale. La température de rayonnement est probablement optimale en moyenne, mais elle peut être trop basse à certains endroits de la pièce. Le contraire est tout à fait possible, la température de rayonnement moyenne peut être trop basse, alors qu’à certains endroits elle est parfaitement confortable. C’est l’ancien principe du foyer ou de la zone limitée de chauffage, qu’il n’est pas possible de reproduire avec un chauffage de l’air. Plutôt que de chauffer l’espace complet, nos ancêtres chauffaient seulement les pièces occupées du bâtiment.

Chauffage de l’air (gauche) ou chauffage rayonnant (droite) dans une église. Source: [Fabric-friendly heating, Dario Camuffo](http://www.buildingconservation.com/articles/fabric-friendly-heating/fabric-friendly-heating.htm).

Dans le plan vertical, la situation est similaire. L’air chaud monte, et la majeure partie de l’énergie finit sous le plafond, où son utilité est limitée. Avec un chauffage radiatif, il est clairement possible de ne chauffer que le bas d’une pièce, et ce quel que soit la hauteur de plafond. La chaleur radiative ne monte pas plus qu’elle ne descend, à moins que le système radiatif soit directionnel et orienté vers le haut. En conclusion, au lieu de chauffer le volume d’air complet, un chauffage radiatif peut ne chauffer qu’une partie occupée de l’espace, ce qui est bien sûr plus efficace énergétiquement.

A moins que la pièce ne soit très petite où remplie de personnes, seule une toute petite partie de l’énergie dispensée par un système de chauffage de l’air profite vraiment aux personnes. A l’inverse, quasiment toute l’énergie d’un chauffage radiatif finit par chauffer effectivement les hommes.

L’isolation locale

Un des problèmes de l’hétérogénéïté du climat intérieur au temps jadis était le côté assymétrique du rayonnement, c’est à dire la différence de température entre les différents côtés du corps. Une personne assise en face d’un feu recevra assez de chaleur rayonnée sur un côté de son corps, alors que son autre côté perdra de la chaleur en raison du contact avec l’air et de la présence de surfaces froides de l’autre côté de la pièce. Le bilan thermique peut être équilibré, les pertes d’un côté étant égales aux gains de l’autre côté, mais si la différence de température est trop forte, le confort thermique n’est pas assuré.

Un banc avec un dossier pivotant. Source: [Dictionnaire de l'ameublement et de la décoration depuis le XIII siècle](http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k57648255), 1887-1890.

Ce problème est illustré par l’image ci-dessus. Le dossier du banc pouvait être passé d’un côté ou de l’autre. En se mettant tour à tour face et dos au feu, les deux côtés du corps étaient réchauffés alternativement. Bien que l’assymétrie radiative puisse aussi se rencontrer dans un système de chauffage de l’air, on s’attend à la retrouver plus systèmatiquement dans les pièces chauffées par un système radiatif. Autrefois, cette diffèrence de température était amplifiée par le fait que les murs des bâtiments n’était pas isolés. Les courant d’air étaient également une source d’inconforts locaux, car les vieux bâtiments étaient tout sauf étanches à l’air.

Pour créer un microclimat confortable sans assymétrie radiative et sans courants d’air, nos aïeuls ajoutaient au chauffage local une isolation locale.

Pour créer un microclimat confortable sans assymétrie radiative et sans courants d’air, nos aïeuls ajoutaient au chauffage local une isolation locale. Par exemple ils utilisaient des chaises à hotte. Ces chaises, qui pouvaient s’intégrer dans un demi caisson de bois ou être couvertes ce cuir ou de tissus, exposaient intégralement son utilisateur à la source de chaleur rayonnante, et dans le même temps elles protégeaient son dos des courants d’air et des pertes liées aux surfaces froides environnantes.

La forme de ce mobilier était également étudiée pour qu’une fraction plus importante de la chaleur rayonnée par le feu soit utilisée efficacement: la chaise était chauffée par le feu via la radiation et cette chaleur était ensuite transférée à la personne assise. Une étude récente a montré qu’un telle chaise avait une isolation équivalente à 0,4 clo (unité d’isolation des vêtements), ce qui correspond à l’isolation d’un gros pullover ou d’un manteau. Certaines chaises pouvaient aussi accueillir plus d’une personne.

Chaises hotte du 19ème siècle. Sources: [Period Oak Antiques](http://www.periodoakantiques.co.uk/antique-sales-archive/a-rare-18thc-elm-hooded-lambing-chair-with-box-seat-27-stockno-429/) (à gauche) and [Polyvore](http://www.polyvore.com/buttoned_leather_chesterfield_porter_chair/thing?id=55242872) (à droite).

Un écran pliable pour un usage d’hiver. Source: [Alain Truong](http://elogedelart.canalblog.com/archives/2009/04/05/13277504.html).

L’écran pliable, utilisé seul ou en complément de la chaise hotte, constituait une seconde solution d’isolation. Utilisé comme mobilier d’hiver, il était isolé à l’aide de tissus épais ou par des panneaux en bois. Il pouvait entre autres être positionné derrière une chaise hotte, ou derrière une table. A l’instar de la chaise hotte, l’écran pliant protégeait le dos des personnes des éventuels courants d’air et des températures froides, créant ainsi un microclimat confortable.

En haut: un banc près d’un feu . (Source: [The English Fireplace](https://archive.org/details/cu31924015345139)). En bas: un lit à baldaquin (Source: [Wikipedia Commons](http://en.wikipedia.org/wiki/Four-poster_bed#mediaviewer/File:Four_Poster_Bed_350b.jpg)).

Les zones de confort à l’intérieur des cheminées constituent un troisième exemple d’isolation locale. Elles pouvaient être constituées de bancs placés entre le feu et les parois de la cheminée, ou alors être maçonnées en alcôves permettant aux personnes de s’asseoir. Dans les deux cas, la personne s’appuyait sur un mur qui avait été chauffé par le feu et qui le protégeait des courant d’air. La cheminée pouvait parfois être placée dans une pièce à l’intérieur de la pièce. Dans la chambre en général non chauffée, un élément du mobilier permettait lui aussi de créer un microclimat: le lit à baldaquin, qui était composé d’une voûte et de rideaux épais. Lorsque les rideaux du lit étaient fermés, les courants d’air ne passaient plus et la chaleur du corps était piégée à l’intérieur.

Les chauffages portatifs

L’inconvénient apparent d’un chauffage local est que les personnes doivent être à un endroit précis pour jouir du confort thermique. Autrefois, la famille se réunissait autour de la cheminée ou de poêle pour des activités calmes, ou lorsque le corps devait être réchauffé après un passage prolongé dans un endroit froid. Les autres zones de la pièce, ainsi que les pièces non chauffées, étaient plutôt dédiées à des activités nécessitant un effort métabolitique important. Les gens “migraient” alors dans la pièce et dans la maison à la recherche du climat le plus indiqué pour leurs besoins.

Une famille dans son intérieur, peinture d’Albert Anker, 1910

Cependant l’efficacité de sources de chaleur radiative et de l’isolation locale était améliorée par les chauffages portatifs qui apportaient de la chaleur par radiation, convection et/ou conduction. Ces systèmes mobiles permettaient d’augmenter encore le confort thermique dans les endroits où était placée une source de chaleur localisée, et ils étaient utiles pour transporter de la chaleur dans d’autres lieux. Les chauffages portatifs étaient spécialement conçus pour réchauffer les mains et les pieds, qui sont les parties du corps les plus sensibles au froid.

Les sources de chaleur individuelles permettaient aux gens de profiter de la chaleur de la cheminée centrale dans des pièces non chauffées, voire même à l’extérieur.

On peut citer par exemple le chauffe-pieds, une boîte avec une ou plusieurs partitions perforées qui contenaient un bol en métal ou en terre cuite rempli de braises venant de la cheminée. Les pieds étaient posés sur ce “poêle” et les vêtements longs de l’époque augmentaient encore l’efficacité de ce petit appareil de chauffage: la chaleur était guidée par la jupe ou la robe de chambre et montait le long des jambes pour réchauffer le haut du corps. La partie supérieure de l’objet était en bois ou en pierre, en général un matériau à faible conductivité thermique pour éviter les brûlures.

En haut: un chauffe-pieds hollandais (Source: [Wikipedia Commons](http://en.wikipedia.org/wiki/Foot_stove#mediaviewer/File:Voetenstoof.jpg)). En bas: “[Jeune femme se chauffant les mains](http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Young_woman_warming_her_hands._Caesar_van_Everdingen.jpg)”, peinture de Caesar van Everdingen.

Dans de nombreux endroits de par le monde, des sources de chaleur analogues servaient à réchauffer les mains. Elles étaient faites de métal ou de céramique et étaient remplies de braises venant de la cheminée, ou éventuellement de charbon ou de tourbe. Ces chauffages individuels permettaient aussi aux gens de profiter d’un peu de chaleur issue de la cheminée hors de la maison. On les emportait dans les calèches ou dans les trains non chauffés, ou même encore à la messe du dimanche. Les pauvres gens utilisaient simplement des pierres chaudes ou des briques, ou même des pommes de terres chaudes mises directement dans leurs poches.

Pour réchauffer le lit, on utilisait des poêles (analogues aux poêles à frire) en laiton, elles étaient munies d’un long manche et on les faisait circuler sous les couvertures. Certains lits avaient un réservoir spécial: il s’agissait d’un grand cadre de bois au centre du sommier, destiné à recevoir un pot de combustible ardent. Au 19ème siècle, après la démocratisation de l’adduction d’eau, l’utilisation de pots d’eau chaude en céramique devint courante, l’eau étant une substance moins dangereuse qu’un feu qui couve. Ces pots, intégrés dans des tissus de protection, devenaient des chauffe-pieds, des chauffe-mains ou des chauffe-lits.

Un “korsi” afghan. Source inconnue.

Certains peuples poussèrent le concept du chauffe-pied un cran au-dessus. Les Japonais avaient leur “kotatsu”, une table basse mobile avec un chauffage au charbon de bois dessous. Un tissu épais ou une couverture étaient posés sur la table pour pièger la chaleur et tous les membres de la famille glissaient leurs jambes en dessous, en s’asseyant sur le sol. Tout comme les chauffe-pied européens et américains, les habits de l’époque amplifiaient encore l’efficacité du système. La chaleur du foyer au charbon était transférée à travers le kimono japonais traditionnel, réchauffant tout le corps. Des systèmes similaires étaient utilisés en Afghanistan (tel que le “korsi”), en Iran, en Espagne et au Portugal.

Les chauffages conductifs

Historiquement, les chauffages a priori radiatifs transféraient aussi de la chaleur par conduction, améliorant ainsi leur efficacité et le confort thermique. Il y a plus de 3000 ans, les chinois et les coréens inventèrent un système de chauffage basé sur le piégeage de fumées dans une masse thermique. Le “kang” (lit chauffé) du nord de la Chine était constitué d’une plate-forme de briques, de pierres ou de maçonnerie occupant près de la moitié de la chambre. Comme son nom l’indique, le kang était d’abord un lit chauffé, mais la plate-forme était également utilisée en journée comme un lieu de vie et de travail. Le “dikang” (plancher chauffé), qui était typique dans le nord-est de la chine, fonctionnait de la même façon que le kang, mais sur une surface plus importante.

Un kang chinois. Source: [Wandering in Northern China](https://openlibrary.org/books/OL6658339M/Wandering_in_northern_China), Harry A. Franck.

Les coréens utilisaient le “ondol” (pierre chauffée), formé d’une plate-forme adossée à un mur. Un chauffage analogue en Afghanistan, le “tawakhaneh” (chambre chaude) est peut-être le plus ancien système de ce type: ses premières utilisations datent problablement d’il y a 4000 ans. Pour l’ensemble de ces installations, la chaleur du foyer ouvert passait d’abord sous la plate-forme avant de rejoindre la cheminée de l’autre côté de la pièce. Le foyer et la cheminée pouvaient être dans la même pièce ou dans une autre. La chaleur des fumées était transférée à la masse thermique de la plate-forme, et elle était relarguée progressivement dans l’air de la pièce. La conduction prenait une part aussi importante que la radiation dans le transfert total de chaleur.

En haut: [Blick in eine Schwarzwaldstube mit kleinem Mädchen auf der Ofenbank](http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Georg_Saal_Schwarzwaldstube_1861.jpg), peinture de Georg Saal, 1861. En bas: [Auf dem Ofen](http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Tiled_stoves_in_art#mediaviewer/File:Auf_dem_Ofen_1895.jpg), peinture de Albert Anker, 1895

Ces anciens systèmes de chauffage nous rappellent un peu les poêles de masse européens qui apparurent au moyen âge. Les poêles de masse brûlent le bois à très haute température au sein d’une importante masse thermique, ce qui est plus propre et plus efficace. Les fumées sont guidées dans un labyrinthe de canaux, transférant ainsi la majeure partie de leur énergie avant de sortir par la cheminée.

Les poêles de masse émettent la majeure partie de leur chaleur via la radiation, mais en plus de cela ils permettent le transfert de chaleur par conduction, puisqu’ils ont fréquemment une plate-forme maçonnée pour s’asseoir ou dormir dessus. Dans le cas où cette plate-forme n’existait pas, on pouvait placer des bancs contre le poêle pour venir s’appuyer contre les surfaces tièdes.

Les raisons pour lesquelles nous avons tout de même besoin des technologies modernes

En conclusion, tous les systèmes de chauffage d’autrefois utilisaient la radiation ou la conduction comme mode de transfert de chaleur préférentiel, alors que la convection était plutôt un mode parasite. Il peut être pertinent de retrouver cette logique de chauffage, néanmoins cela ne signifie pas que nous devons à nouveau utiliser des cheminées en transportant des braises brûlantes dans toute la maison. Bien que le concept de ce chauffage à l’ancienne soit plus efficace énergétiquement, nous ne pouvons pas dire la même chose des anciens appareils de chauffage.

Bien que le concept de ce chauffage à l’ancienne soit plus efficace énergétiquement, nous ne pouvons pas dire la même chose des anciens appareils de chauffage.

En premier lieu, les cheminées ouvertes sont extrêmement inefficaces car l’essentiel de la chaleur s’échappe par la cheminée. Elles aspirent également de grandes quantités d’air froid à travers les fissures et les trous de l’enveloppe du bâti, ce qui refroidit l’air intérieur en créant de forts courants d’air. Pour toutes ces raisons, les cheminées peuvent avoir un bilan négatif si l’on ne regarde que la température de l’air: elles peuvent rendre l’air plus froid et non plus chaud. Les poêles sont déjà d’une meilleure efficacité, mais ils doivent être chargés en bois régulièrement, tout comme une cheminée. Dans les deux cas la pollution de l’air peut-être importante.

Le poêle de masse (amélioré par les connaissances modernes) est le système ancien qui peut encore être conseillé, et il y a beaucoup d’autres solutions possibles aujourd’hui, telles que les systèmes radiatifs ou conductifs à eau chaude ou électriques. Ils peuvent être plus efficaces, plus pratiques et plus sûrs que les systèmes d’autrefois. Dans les deux articles suivants, on trouvera des éléments sur ce que la technologie moderne amène comme améliorations à ces anciens chauffages.

Sources (par ordre d’importance):

Stralingsverwarming: Gezonde Warmte met Minder Energie, Kris De Decker, 2015
Keeping Warm in a Cooler House. Creating Comfort with Background Heating and Local Supplementary Warmth (PDF). Historical Scotland Technical Paper 14, Michael Humphreys, Historic Scotland, 2011
Radiant Heating and Cooling Handbook (Mcgraw-Hill Handbooks), Richard Watson, 2008
Human Thermal Environments: The Effects of Hot, Moderate, and Cold Environments on Human Health, Comfort, and Performance, Third Edition, Ken Parsons, 2014
The Book of Masonry Stoves: Rediscovering an Old Way of Warming, David Lyle, 1984
History of radiant heating and cooling systems, part one. Robert Bean, Bjarne W. Olesen, Kwang Woo Kim, in “ASHRAE Journal”, January 2010, pp. 40-47
Adaptive Thermal Comfort: Principles and Practice, Fergus Nicol, Michael Humphreys & Susan Roaf, 2012
Dictionnaire de l’Ameublement et de la Décoration depuis le XIII siècle, Henry Havard, 1887-1890.
Foot warmers: hot coals, hot water. Home Things Past.
Bed warmers. Old & Interesting.
Muff warmers & other antique hand warmers. Home Things Past.
Körperwärmespender. Website.