Convection libre ou convection forcée : quelle est la plus efficace en montée en T°C

[leidier]

Bonjour,

Suite aux divers échanges hors sujet qui polluaient le post de Peyraube,
http://forums.futura-sciences.com/ha...etteurs-3.html

j’ouvre un post dédié.

Hypothèse de départ : une puissance de chauffe identique entre un convecteur classique et un chauffage à air pulsé (PAC gainable).

Pour bien comprendre les différences, j’ai fait un partage schématique en 5 zones sur la hauteur sous plafond.

Avec un convecteur classique :

La convection naturelle produit le réchauffement de l'air ambiant et son déplacement vers le haut. Plus la différence de température entre l'air ambiant et l'air réchauffé est importante, plus la vitesse d'élévation et la stratification augmentent, source d'inconforts thermiques et de surconsommation d'énergie.
La mauvaise répartition de l'air chaud (avec une très mauvaise circulation) dans le volume crée un gradient de température important. Pour obtenir 20°C dans l'espace de vie, la température de l'air peut atteindre plus de 26°C au niveau du plafond. Plus la hauteur sous plafond est importante, plus le chauffage convectif libre se montrera énergivore.

Avec une convection forcée (chauffage à air pulsé, ventilo-convecteur, PAC air/air, gainable, etc)

Sachant que chaque degré Celsius supplémentaire au-dessus de la température de consigne (20°C) entraîne une consommation électrique supérieure.
Le chauffage par convection forcée se fera sans stratification, la ventilation de la surface d’échange va permettre :
- D’avoir un deltaT Tc-Tf plus faible (Tc= T°C chaude, Tf = T°C froide) donc un confort supérieur.
- Un échange thermique bien plus rapide avec un coefficient de convection thermique h (W.m-2.K-1) 5 fois plus important.
- Une homogénéisation de l’air ambiant bien meilleure.
- Une consommation inférieure.

Cornychon partant sur une hypothèse fausse (oubliant le phénomène de stratification) en déduit qu’a puissance de chauffe identique la vitesse de montée en T°C sera la même avec une convection libre ou forcée.

A vos plumes, SVP, essayons d’avoir un débat dépassionné et constructif.

Bonne journée.
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[cornychon]

Cornychon partant sur une hypothèse fausse (oubliant le phénomène de stratification) en déduit qu’a puissance de chauffe identique la vitesse de montée en T°C sera la même avec une convection libre ou forcée.
A vos plumes, SVP, essayons d’avoir un débat dépassionné et constructif.
Bonne journée.

Bonjour leidier,

J’ai lu :
Cornychon a pris une hypothèse qui conduit à énoncer qu’à puissance de chauffage identique, la vitesse de montée en température est la même avec une convection libre ou forcée.
Cette hypothèse mérite d’être étudiée, discutée, car à mon avis, elle ne semble pas obéir aux règles élémentaires de la transmission de la chaleur.
J’aimerais avoir l’avis de ceux qui ont des explications techniques qui reposent sur des règles fondamentales de la physique,

[leidier]

J’ai volontairement divisé en 5 volumes d’air identiques pour montrer la différence d’énergie nécessaire pour élever un même volume V à 21°C ou 23°C ou 25°C ou 27°C et V à 20.5°C ou 21°C ou 21.5°C ou 22°C. (même si les écarts de T°C entre les différents volumes peuvent légèrement différer suivant les situations), à puissance égale fournie il faudra moins de temps à la convection forcée pour arriver au même résultat de T°C ambiante à 20°C
Les règles du lien que tu as donné sont parfaitement respectées, je ne vois pas en quoi les règles fondamentales de la physique seraient "bafouées".
https://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A..._surface_plane
http://int.search.myway.com/search/G...Chrome&tpr=sbt

Peux-tu expliquer où se trouve ton désaccord STP.

[SK69202]

J’ai volontairement divisé en 5 volumes d’air identiques pour montrer la différence d’énergie nécessaire pour élever un même volume V à 21°C ou 23°C ou 25°C ou 27°C et V à 20.5°C ou 21°C ou 21.5°C ou 22°C. (même si les écarts de T°C entre les différents volumes peuvent légèrement différer suivant les situations), à puissance égale fournie il faudra moins de temps à la convection forcée pour arriver au même résultat de T°C ambiante à 20°C

Tu ne chauffes pas la même masse d'air, l'énergie peut donc être différente à puissance égale.

Pour chauffer une même masse d'air avec une puissance identique, il faut la même énergie, comme le dit cornychon et bien d'autres.

[A voir en vidéo sur Futura]

[leidier]

Mais au départ avant l'élévation de T°C la masse est identique me semble t'il?

[cornychon]

Peux-tu expliquer où se trouve ton désaccord STP.

Pour rester constructif, j’interviendrai si nécessaire au terme de l’exercice. Je laisse les participants s’exprimer.

[leidier]

Pour chauffer une même masse d'air avec une puissance identique, il faut la même énergie, comme le dit cornychon et bien d'autres.

Pour élever une masse d'air d'un même deltaT avec une puissance identique, il faut la même énergie , tout le monde est d'accord sur ce poinT!

[Ulyssesourd]

Bonjour
Il est normal qu'en forcé la T° est à peu près la même en haut en bas car il y a mouvement d'air par insufflation ce qui mélange l'air froid avec le chaud ...
c'est comme si on verse un café noir et ensuite la crème : sans remuer le haut est plus sombre, et après avoir remué, le haut est plus clair...
A+

[leidier]

Bonjour
Il est normal qu'en forcé la T° est à peu près la même en haut en bas car il y a mouvement d'air par insufflation ce qui mélange l'air froid avec le chaud ...
A+

ET ben oui c’est entre autre le but de la convection forcée, toutefois je suis très étonné que certains possesseurs de PAC air/air n’aient pas remarqué le rôle que joue la convection forcée sur l’obtention :
- D’un meilleur confort
- D’une consommation moindre
- D’une montée en T°C directement liée directement à l’importance du taux de brassage
- D’une homogénéité de la T°C d’air du volume à chauffer bien meilleure
Chauffer par exemple des bâtiments avec une grande hauteur sous plafond serait ruineux et même impossible par simple convection libre.

Bonne soirée.

[SK69202]

Mais au départ avant l'élévation de T°C la masse est identique me semble t'il?

Oui, mais dans ton raisonnement la stratification, ne permet pas à toute la masse de l'air de la pièce d'être chauffée.

[leidier]

Bonjour,

Oui, mais dans ton raisonnement la stratification, ne permet pas à toute la masse de l'air de la pièce d'être chauffée.

???Pas compris ce que tu veux dire??
La stratification apparait lorsque le chauffage se fait par convection libre, la totalité du volume de la pièce est chauffé mais avec un deltaT plus important (plusieurs °C suivant la hauteur sous plafond et le degré d'isolation du bâtiment) entre le bas et le haut. La surchauffe inutile de la zone haute est alors une source de déperdition proportionnelle à l'écart de température.
En déplaçant l’air de la partie haute vers la partie basse, on homogénéise la température et on supprime les zones froides, c'est ce qu'on appelle la déstratification.

[SK69202]

Ce qui permet à toute la masse d'air de la pièce d'être chauffé et de prendre l'énergie nécessaire à la résistance, ne pas mélanger la masse d'air, le volume de la pièce, l'impression de confort et l'énergie nécessaire à tout ça.
Tu compares deux choses pas tout à fait identiques et tu en attribues le gain au petit ventilateur qui force la convection.

[leidier]

Désolé, mais toujours pas compris.

Faisons plus simple avec des réponses par oui ou par non :

Pour une même puissance de chauffe, pour une même T°C de départ (15°C par exemple) et une même T°C d’arrivée (20 °C par exemple) mesurées à une même hauteur (1.5m par exemple).

1 Stratification ou pas stratification, l’énergie consommée sera la même dans les deux cas pour obtenir la même T°C ambiante de 20°C : oui, non !
2 Stratification ou pas stratification, le temps mis pour passer de 15°C à la T°C ambiante de 20°C avec un taux de brassage nul ou un taux de brassage (3 par exemple) sera identique : oui, non !

[SK69202]

L'énergie est la même, le temps est le même, le reste c'est des impressions humaines.

Il n'y a pas de stratification statique , l'air est plus chaud en haut qu'en bas, seul l'écart haut bas change entre la convection naturelle et la convection forcée.

[invitee0b658bd]

Bonjour,
Pour moi la réponse à cette question va dépendre de la forme de la courbe de stratification. La mesure de température n'est pas forcément egale à la temperature moyenne de la pièce

[SK69202]

La mesure de température n'est pas forcément egale à la temperature moyenne de la pièce

C'est bien pour cela que l'on ne peut pas dire tel système consomme moins est plus rapide etc.
Le meilleur système reste celui qui fournit le confort désiré à l'endroit désiré, mais du point de vue physique les deux systèmes sont identiques.

[kikou67]

Tiens, je ne suis pas d'accord avec SK (ouille, je dois me planter qlq part).

Pour ce qui est de l'énergie consommée une fois l'état stationnaire atteint, je ne comprends pas pourquoi dans le cas de la stratification, il n'y aurait pas plus (+) de perte à l'ambiance pour une même t° proche du sol puisque le bâtiment n'est pas parfaitement isolé = la différence de t° intérieure-extérieure est lus grande dans le cas de la stratification -> perte plus ou moins importante en fonction du niveau de l'isolation qui compense ou pas l'énergie que l'on doit fournir au ventillo.

Quant à la vitesse pour atteindre l'état stationnaire?
Ben, plus il y a des pertes, à puissance de chauffe équivalente, moins vite on l'atteint. Non?

Quant au confort avant d'atteindre l'état stationnaire?
J'ai rien à dire! Faudrait d'abord définir confort et là c'est encore moins gagné!

[SK69202]

Pour ce qui est de l'énergie consommée une fois l'état stationnaire atteint, je ne comprends pas pourquoi dans le cas de la stratification, il n'y aurait pas plus (+) de perte à l'ambiance pour une même t° proche du sol puisque le bâtiment n'est pas parfaitement isolé = la différence de t° intérieure-extérieure est lus grande dans le cas de la stratification -> perte plus ou moins importante en fonction du niveau de l'isolation qui compense ou pas l'énergie que l'on doit fournir au ventillo.

Si la température basse est la même, le radiateur, qui "aspire" cet air donne la même énergie pour chauffer un gramme d'air, la ventilation forcée fait même passer plus de grammes d'air par unité de temps que la convection naturelle.

[leidier]

Bonjour à tous,

Il n'y a pas de stratification statique , l'air est plus chaud en haut qu'en bas, seul l'écart haut bas change entre la convection naturelle et la convection forcée.

Que le deltaT change : le thermomètre est là pour le rappeler, mais pourquoi parler de stratification statique, par définition, une convection libre n’engendre pas une stratification statique, la circulation de l’air se fait ??

L'énergie est la même, le temps est le même, le reste c'est des impressions humaines.

Pour être certain d’avoir bien compris ta position, tu dis:
Pour atteindre la T°C ambiante de 20°C (dans l’exemple cité) l’énergie consommée sera la même, le temps sera le même, mais malgré tout un inconfort sera ressenti puisque tu parles d’impression humaine (sous-entendu ressenti plus froid)??
Question:
Pour atteindre « une impression humaine de confort » la convection libre mettra plus de temps que la convection forcée, l’énergie consommée sera donc plus importante ? ou bien l’impression de confort ne sera jamais vraiment atteinte ?
Ou bien pour faire court, dans les deux cas nous obtiendrons de façon égale énergie consommée et même confort atteint.

Que penses-tu de la façon dont sont traités les grandes hauteurs dans les bâtiments ?
Penses-tu qu’une convection libre pourrait chauffer correctement ?

Que penses-tu de ces quelques réflexions :
Dans le cas de l'air dans un bâtiment, l'air chaud est plus léger que l’air froid : l’air chaud monte et l’air froid stagne au niveau du sol. La variation de température peut atteindre 2 °C par mètre de hauteur (à titre d’exemple, pour une hauteur de 10 mètres entre le sol et le plafond, on peut constater une différence de température de 18 °C).
Cette situation est préjudiciable: - au confort des personnes (surtout s'il y a des niveaux différents). - à la consommation d’énergie de chauffage nécessaire pour obtenir la température de consigne. La surchauffe de l'atmosphère haute (inutile) est alors une source de déperdition proportionnelle à l'écart de température (involontaire)
L’installation d’un système de déstratification permet de faire descendre cet air chaud avec pour conséquences :
• une réduction importante de la température haute, donc de la consommation d’énergie ;
• une augmentation sensible du confort des personnes (atmosphère plus régulière).
• un meilleur pouvoir asséchant de l'atmosphère (par augmentation des flux d'air).
En déplaçant l’air de la partie haute vers la partie basse, on homogénéise la température et on supprime les zones froides, c'est ce qu'on appelle la déstratification.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Stratification_thermique
Ou de celle là:
https://books.google.fr/books?id=FXt...rature&f=false

Si la température basse est la même, le radiateur, qui "aspire" cet air donne la même énergie pour chauffer un gramme d'air, la ventilation forcée fait même passer plus de grammes d'air par unité de temps que la convection naturelle.

Et oui mais tu pars sur une hypothèse fausse car justement dans une convection forcée la T°C basse aspiré par le radiateur n'est pas la même, elle est plus élevée évidemment.

[leidier]

Bonjour kikou67,

Tiens, je ne suis pas d'accord avec SK (ouille, je dois me planter qlq part).

Pour ce qui est de l'énergie consommée une fois l'état stationnaire atteint, je ne comprends pas pourquoi dans le cas de la stratification, il n'y aurait pas plus (+) de perte à l'ambiance pour une même t° proche du sol puisque le bâtiment n'est pas parfaitement isolé = la différence de t° intérieure-extérieure est lus grande dans le cas de la stratification -> perte plus ou moins importante en fonction du niveau de l'isolation qui compense ou pas l'énergie que l'on doit fournir au ventillo.

Quant à la vitesse pour atteindre l'état stationnaire?
Ben, plus il y a des pertes, à puissance de chauffe équivalente, moins vite on l'atteint. Non?

Etat stationaire atteint ou pas, à partir du moment ou la T°C est largement plus élevée dans la partie haute, les déperditions seront plus importantes, cela semble tomber sous le bon sens!
Je dois dire que j'ai de la difficulté à comprendre le raisonnement de SK69202!

Quant au confort avant d'atteindre l'état stationnaire?
J'ai rien à dire! Faudrait d'abord définir confort et là c'est encore moins gagné!

Certes, mais si tu fais un test sur 100 personnes, je pense qu'une grande majorité se situera dans une une même zone de T°C" appelée confort"

[SK69202]

Dans le cas de l'air dans un bâtiment, l'air chaud est plus léger que l’air froid : l’air chaud monte et l’air froid stagne au niveau du sol. La variation de température peut atteindre 2 °C par mètre de hauteur (à titre d’exemple, pour une hauteur de 10 mètres entre le sol et le plafond, on peut constater une différence de température de 18 °C).

Qui parle du cas des églises ?

Cette situation est préjudiciable: - au confort des personnes (surtout s'il y a des niveaux différents)

Quel logement de 10m de haut est chauffé par un point unique ?

mais pourquoi parler de stratification statique, par définition, une convection libre n’engendre pas une stratification statique, la circulation de l’air se fait ??

C'est ton hypothèse des couches du message n°1.

Etat stationaire atteint ou pas, à partir du moment ou la T°C est largement plus élevée dans la partie haute, les déperditions seront plus importantes, cela semble tomber sous le bon sens!

Avec le flux d'air forcé, si les pertes en parties hautes sont plus faibles, elles sont plus élevées en partie basse parce que la température y est plus élevée.

Ou bien pour faire court, dans les deux cas nous obtiendrons de façon égale énergie consommée et même confort atteint.

Le confort est une "impression humaine".

[leidier]

Re,

Qui parle du cas des églises ?
Quel logement de 10m de haut est chauffé par un point unique ?

Un échange constructif n’est pas synonyme de mauvaise foi! retenir que ce qui est hors sujet n'est pas bien , il est aussi écrit " 2°C / mètre " cela doit donner un deltaT de 5°C environ pour une hauteur sous plafond de 2.5 m et pour une mezzanine de 5 m cela doit faire 10°C d’écart.(et si c'est un poêle comme chauffage peut être plus)
Toutefois, au vue de ta réponse tu sembles admettre qu' un bâtiment de grande hauteur consommera plus d'énergie avec une convection libre qu' avec une convection forcée: si tel est le cas, tu es obligé d 'admettre que pour une hauteur moindre l'écart de consommation d'énergie certes sera plus faible mais réel.

C'est ton hypothèse des couches du message n°1.

Ben, il faut lire correctement sinon l’échange devient incompréhensible. Non l’hypothèse du message 1 indique bien une stratification avec circulation

Avec un convecteur classique, mauvaise répartition de l'air chaud (avec une très mauvaise circulation)

Qui dit Convection dit : transfert avec échange de chaleur et circulation, donc une convection statique dans un bâtiment chauffé ?????????????? je ne connais pas.

Avec le flux d'air forcé, si les pertes en parties hautes sont plus faibles, elles sont plus élevées en partie basse parce que la température y est plus élevée.

Tout à fait en partie basse les pertes sont très légèrement plus élevées (deltaT assez faible), mais en partie haute les pertes sont nettement plus élevées (deltaT bien plus grand)

Dommage, tu n'as pas donné ton avis sur l'étude de l'université de Dortmund?????? seraient ils eux aussi dans l'erreur sur la convection forcée et ses avantages??

[kikou67]

Avec le flux d'air forcé, si les pertes en parties hautes sont plus faibles, elles sont plus élevées en partie basse parce que la température y est plus élevée.

Là, j'ai un problème, si on est à l'état stationnaire. Dans ma tête = on a la même t° à 0.5-1.5m du sol (où nous nous tenons = c'est là que nous ne devons pas avoir trop froid/chaud), t° plafond si stratification>t° plafond si déstratifcation -> on dépense plus d'énergie en chauffage dans le cas de la stratification (compensant ou non l'énergie de déstratification en fonction de l'isolation du plafond)

[SK69202]

Pour moi la stratification, c'est des couches d'air immobiles à des températures différentes.

Ce que je constate dans mon monde réel, c'est de l'air qui circule, monte au plafond à une température plus élevée, se refroidit et redescend au niveau du sol a une température plus faible, puis il est surchauffé par rapport à celle du plafond dans le radiateur et monte à nouveau au plafond en se refroidissant rapidement
Dans un cas le moteur c'est la gravité dans l'autre c'est la gravité et de l'énergie mécanique en sus.

[leidier]

Pour moi la stratification, c'est des couches d'air immobiles à des températures différentes.

Effectivement si pour toi la stratification de l'air dans un bâtiment chauffé par convection ce sont des couches d'air immobiles à des T°C différentes: dur dur.
Qui a dit:
"En raison du volume d'air chaud généré par le poêle, seul un gros ventilateur au plafond peut faire redescendre sans bruit et à moindre coût, l'air surchauffé de la mezzanine."

[SK69202]

Ben oui stratification pour l'air immobile, et gradient de température pour l'air en mouvement.

[cornychon]

Bonjour leidier,

Cornychon partant sur une hypothèse fausse (oubliant le phénomène de stratification) en déduit qu’a puissance de chauffe identique la vitesse de montée en T°C sera la même avec une convection libre ou forcée.
A vos plumes, SVP, essayons d’avoir un débat dépassionné et constructif.
.

SK69202 a démontré doctement que mon hypothèse n’était pas fausse. Ajouter quelque chose serait de trop.

[leidier]

Bonsoir à tous,

Désolé mais ni toi ni sk69202 n’ont démontré quoi que ce soit sur le sujet ni apporter un quelconque document scientifique ou pas d’ailleurs qui démontrerait une égalité d’efficacité thermique entre la convection libre ou forcée.
J’ai donné un lien Wikipédia, je sais que tu en es friand même si ce n’est pas toujours parole d’évangile, celui de l’université de Dortmund a un tout autre crédit. Je pourrais en mettre d’autres, mais à quoi bon ?

Dire qu’il faut la même énergie pour chauffer une même pièce avec des T°C moyennes réelles différentes de plusieurs °C relève peut être de la magie mais certainement pas de la physique pour moi, mais ce n'est qu'un forum, tout le monde a le droit de s'exprimer, ensuite on partage ou pas.

sk69202 , on ne peut pas dire à la fois:
"Ce que je constate dans mon monde réel, c'est de l'air qui circule, monte au plafond à une température plus élevée, se refroidit et redescend au niveau du sol a une température plus faible, puis il est surchauffé par rapport à celle du plafond dans le radiateur et monte à nouveau au plafond en se refroidissant rapidement."

Et dire son contraire :
"En raison du volume d'air chaud généré par le poêle, seul un gros ventilateur au plafond peut faire redescendre sans bruit et à moindre coût, l'air surchauffé de la mezzanine."
Quelque peu ambigu et contradictoire.

Je sais bien que le confort est une "impression humaine" mais avec une mezzanine surchauffée je pense que l'impression humaine sera la même pour tout le monde.

A défaut de reconnaitre un meilleur rendement thermique, tu reconnais au moins qu'il est nécessaire d’avoir une convection forcée pour améliorer le confort dans le cadre d'une mezzanine (nous sommes pourtant loin du cadre d'une église)


Bonne soirée.

[cornychon]

Re,

J’ai oublié de préciser que pour ma part, la messe est dite. Ma dernière réponse était ma conclusion sur le sujet.

Bonne soirée,

[SK69202]

A défaut de reconnaitre un meilleur rendement thermique, tu reconnais au moins qu'il est nécessaire d’avoir une convection forcée pour améliorer le confort dans le cadre d'une mezzanine (nous sommes pourtant loin du cadre d'une église)

Je n'ai pas de mezzanine, mais j'ai un étage avec une trémie d'escalier qui permet à l'air du poêle d'y monter rapidement, le courant d'air redescendant est sensible à la main.
Au sol du rez de chaussée au pied de l'escalier j'ai 21°C au plafond du rez de chaussée à l'ouvert de la trémie d'escalier j'ai 27°C et à 1.2 m au dessus du plancher de l'étage à 2 m d'écart de la trémie j'ai 22°C.
A la réflexion la subtilité thermique entre étage et mezzanine m'échappe.