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Chauffage électrique – Wikipedia


Le processus par lequel l’électricité est convertie en chaleur

Bobines de chauffage à résistance de 30 kW

Chauffage électrique est un processus dans lequel électricité se transforme en l’énérgie thermique. Les applications courantes incluent réchauffement de l’espace,, cuisine,, chauffage à l’eau et les processus industriels. Une chauffage électrique est électrique un appareil qui convertit l’électricité en chaleur.[1] le élément chauffant à l’intérieur de chaque radiateur électrique est électrique résistanceet fonctionne par principe Chauffage Joule: une courant électrique en passant à travers une résistance, cette énergie électrique sera convertie en énergie thermique. La plupart des radiateurs électriques modernes l’utilisent nichrome fil comme élément actif; l’élément chauffant, illustré à droite, utilise un fil nichromatique soutenu par des isolateurs en céramique.

Alternativement, un Pompe à chaleur utilise un moteur électrique conduire un cycle de refroidissement, qui tire l’énergie thermique d’une source telle que le sol ou l’air extérieur et la dirige vers un espace de chauffage. Certains systèmes peuvent être mis en rotation afin que l’espace intérieur soit refroidi et que l’air chaud soit évacué à l’extérieur ou dans le sol.

Réchauffement de l’espace[[[[Éditer]

Réchauffement de l’espace utilisé pour chauffer l’intérieur des bâtiments. Chauffe-eau ils sont utiles dans les endroits où le traitement de l’air est difficile, comme les laboratoires. Plusieurs méthodes de chauffage électrique des locaux sont utilisées.

Réchauffeurs d’air infrarouges[[[[Éditer]

Électrique chauffage par air utilise des éléments chauffants qui atteignent une température élevée. L’article est généralement emballé à l’intérieur verre enveloppe comme un ampoule et un réflecteur pour diriger la sortie d’énergie du corps de chauffage. Diffusions d’éléments rayonnement infrarouge qui se déplace dans l’air ou l’espace jusqu’à ce qu’il heurte une surface absorbante, où il est partiellement converti en chaleur et partiellement réfléchi. Cette chaleur chauffe directement les personnes et les objets dans la pièce, pas l’air. Ce type de radiateur est particulièrement utile dans les zones traversées par de l’air non chauffé. Ils sont également idéaux pour les sous-sols et les garages où le chauffage sur place est souhaitable. D’une manière générale, ils sont un excellent choix pour le chauffage spécifique à la tâche.

Les réchauffeurs d’air fonctionnent silencieusement et posent le plus grand risque potentiel d’allumage de l’équipement à proximité en raison de l’intensité focalisée de leur sortie et du manque de protection contre la surchauffe. Au Royaume-Uni, ces appareils sont parfois appelés incendies électriques car ils étaient à l’origine utilisés pour remplacer les feux à ciel ouvert.

Le milieu de chauffage actif illustré dans cette section est une bobine de fil de résistance nichrome dans un silice fondue tube, aux extrémités est ouvert à l’atmosphère, bien qu’il existe des modèles où le silicium fondu est protégé aux extrémités et la résistance de l’alliage n’est pas le nickel.

Radiateurs à convection[[[[Éditer]

Dans un appareil de chauffage à convection, l’élément chauffant chauffe l’air en contact avec lui conductivité thermique. Il y a moins d’air chaud épais plutôt que de l’air froid et donc en hausse flottabilité, permettant au courant d’air plus froid de prendre sa place. Cela établit un convection un flux d’air chaud sortant du radiateur chauffe l’espace environnant, se refroidit puis répète le cycle. Ces radiateurs sont parfois rempli d’huile ou liquide thermique. Ils conviennent parfaitement au chauffage intérieur. Ils fonctionnent silencieusement et présentent un risque d’inflammation moindre s’ils entrent en contact par inadvertance avec des meubles par rapport aux radiateurs électriques radiants.

Ventilateurs[[[[Éditer]

Un radiateur soufflant, également appelé radiateur à convection forcée, est un type de radiateur à convection qui comprend un ventilateur électrique pour accélérer le flux d’air. Ils fonctionnent avec un bruit de ventilateur considérable. Ils présentent un risque modéré d’incendie s’ils entrent en contact par inadvertance avec des meubles. Leur avantage est qu’ils sont plus compacts que les appareils de chauffage qui utilisent la convection naturelle, et en même temps ils sont rentables pour les systèmes de chauffage portables et les petites pièces.

Chauffage d’entrepôt[[[[Éditer]

Le système de chauffage à accumulation utilise des prix de l’électricité plus favorables, qui sont vendus en période de faible demande, comme la nuit. Au Royaume-Uni, c’est ce qu’on appelle l’économie 7. Le radiateur stocke la chaleur dans des briques d’argile et est ensuite libéré pendant la journée. Les appareils de chauffage plus récents peuvent être utilisés avec différents tarifs. Bien qu’ils puissent encore être utilisés dans l’économie 7, ils peuvent être utilisés avec des tarifs journaliers. Cela est dû aux caractéristiques de conception modernes ajoutées lors de la production. Parallèlement à la nouvelle conception, l’utilisation de thermostats ou de capteurs a amélioré l’efficacité de la batterie. Le thermostat ou le capteur peut lire la température de la pièce et modifier la sortie du chauffage en conséquence.

L’eau peut également être utilisée comme moyen de stockage de chaleur.

Chauffage au sol dans la maison[[[[Éditer]

Électrique chauffage au sol Le système a des câbles chauffants intégrés dans le sol. Le courant passe par un conducteur matériau chauffant, qui est délivré soit directement à partir de la tension de ligne (120 ou 240 volts), soit à basse tension du transformateur. Les câbles chauffants chauffent en fonctionnement direct et s’éteignent lorsqu’ils atteignent la température réglée depuis le sol thermostat. L’air plus chaud du sol rayonne la chaleur vers les surfaces environnantes plus fraîches (plafond, murs, meubles.) Qui absorbent la chaleur et réfléchissent toute la chaleur non absorbée vers d’autres surfaces plus froides. Le cycle de rayonnement, d’absorption et de réflexion commence lentement et ralentit lentement à l’approche de la température réglée et cesse de se produire lorsque l’équilibre est atteint de manière globale. Le thermostat au sol ou le thermostat d’ambiance ou la combinaison contrôle le sol et éteint le sol. Dans le processus de rayonnement, une fine couche d’air qui est en contact avec les surfaces chauffées absorbe également de la chaleur et cela crée un peu de convection (circulation d’air). Contrairement à la croyance populaire, les gens ne sont pas chauffés par cet air circulant chauffé ou convection (la convection a un effet de refroidissement), mais sont chauffés par le rayonnement direct de la source et la réflexion de son environnement.
Le confort est obtenu à des températures de l’air plus basses grâce à l’élimination de l’air en circulation. Le chauffage par air connaît le plus haut niveau de confort car la propre énergie des personnes (± 70 W pour un adulte) (doit rayonner pendant la saison de chauffage) est en équilibre avec l’environnement. Par rapport à un système de chauffage par convection basé sur des recherches universitaires, les températures de l’air peuvent être abaissées de 3 degrés maximum.
Une variante consiste à utiliser des tuyaux remplis d’eau chaude en circulation comme source de chaleur pour chauffer le sol. Le principe du chauffage reste le même. Les systèmes de chauffage au sol à l’ancienne et l’eau chaude (hydronique) intégrée dans la construction du sol sont lents et ne peuvent pas répondre aux changements climatiques externes ou aux besoins / exigences de style de vie internes.
La dernière variante accueille des systèmes de chauffage électrique spécialisés et couvre directement sous le plancher et grâce à une isolation supplémentaire placée sur les planchers des bâtiments. Les planchers des bâtiments restent frais.
Le principe de changer la position de la source de chaleur lui permet de réagir en quelques minutes aux conditions météorologiques changeantes et aux besoins internes tels que mode de vie / entrée, sortie pour travailler, se reposer, dormir, plus de personnes présentes / cuisiner, etc.

Système d’éclairage[[[[Éditer]

Dans les grandes tours de bureaux, le système d’éclairage est intégré avec le système de chauffage et de ventilation. Chaleur perdue de ampoules fluorescentes il est piégé dans l’air de retour du système de chauffage; dans les grands bâtiments, une part importante de l’énergie annuelle de chauffage est fournie par le système d’éclairage. Cependant, cette chaleur perdue devient une obligation lorsque la climatisation est utilisée. Ces coûts peuvent être évités en intégrant un éclairage économe en énergie un système qui génère également une source de chaleur électrique.[2]

Pompes à chaleur[[[[Éditer]

Une pompe à chaleur utilise un compresseur à entraînement électrique pour démarrer un cycle de refroidissement qui tire l’énergie thermique de l’air extérieur, du sol ou des eaux souterraines et transfère cette chaleur à l’espace de chauffage. Le liquide situé dans la partie évaporateur de la pompe à chaleur clé s’évapore sous basse pression, absorbant l’énergie thermique de l’air extérieur ou de la terre. La vapeur est ensuite compressée par un compresseur et tubée dans un serpentin de condenseur à l’intérieur du bâtiment à chauffer. La chaleur des gaz chauds et denses est absorbée par l’air dans le bâtiment (et est parfois utilisée pour l’eau chaude sanitaire), ce qui fait que le fluide de travail chaud se condense de nouveau dans le liquide. De là, le fluide haute pression retourne à la partie évaporateur, où il se dilate à travers l’ouverture et pénètre dans la partie évaporateur, mettant ainsi fin au cycle. Pendant les mois d’été, le cycle peut être inversé pour dissiper la chaleur de l’espace climatisé et dans l’air extérieur.

Les pompes à chaleur peuvent obtenir une chaleur douce de l’air extérieur dans les climats doux. Dans les régions où les températures hivernales moyennes sont bien en dessous de zéro, pompes à chaleur avec des sources au sol sont plus efficaces que pompes à chaleur avec source d’air car ils peuvent extraire la chaleur solaire résiduelle stockée dans le sol à des températures plus chaudes que celles disponibles dans l’air froid.[3] Selon les États-Unis BIEN,, pompes à chaleur géothermiques peut réduire la consommation d’énergie jusqu’à 44% par rapport aux pompes à chaleur à air et jusqu’à 72% par rapport au chauffage par résistance électrique.[4] Le prix d’achat élevé des pompes à chaleur et des résistances chauffantes peut être compensé par la cuve climat est également nécessaire.

Chauffage liquide[[[[Éditer]

Chauffe-eau électrique[[[[Éditer]

Petit radiateur domestique, 500 W

Le thermoplongeur a un élément chauffant à résistance électrique situé dans le tuyau et placé directement dans l’eau (ou tout autre liquide) qui est chauffée. Les thermoplongeurs portatifs peuvent ne pas avoir de thermostat de commande, car ils ne doivent être utilisés que brièvement et sous le contrôle de l’opérateur.

Pour l’approvisionnement en eau chaude sanitaire ou en eau chaude industrielle, éléments chauffants isolants installés en permanence réservoir d’eau chaude peut être utilisé, contrôlé par un thermostat pour la régulation de la température. Les unités domestiques ne peuvent peser que quelques kilowatts. Les chauffe-eau industriels peuvent atteindre 2000 kilowatts. Lorsque des tarifs d’électricité extraordinaires sont disponibles, l’eau chaude peut être stockée pour être utilisée au besoin.

Douche électrique et les appareils de chauffage sans réservoir utilisent également un thermoplongeur (blindé ou nu) qui est inclus avec le débit d’eau. Un groupe de radiateurs séparés peut être commuté pour offrir différents niveaux de chauffage. Les douches électriques et les radiateurs sans réservoir utilisent généralement de 3 à 10,5 kilowatts.

Les minéraux présents dans l’approvisionnement en eau peuvent précipiter de la solution et former une écaille dure à la surface des éléments chauffants, ou ils peuvent tomber au fond du réservoir et obstruer le débit d’eau. L’entretien de l’équipement de chauffage de l’eau peut nécessiter l’élimination périodique du tartre et des sédiments accumulés. Lorsque l’approvisionnement en eau est connu pour être hautement minéralisé, la production de tartre peut être réduite en appliquant des éléments chauffants à faible densité.[5]

Réchauffeurs à circulation[[[[Éditer]

Les réchauffeurs circulaires ou «échangeurs de chaleur électriques directs» (DEHE) utilisent des éléments chauffants insérés dans le milieu «latéral» pour assurer l’effet de chauffage. Toute la chaleur générée par le réchauffeur électrique à circulation est transférée au milieu, de sorte que le réchauffeur électrique est efficace à 100%. Les échangeurs de chaleur électriques directs ou « réchauffeurs à circulation » sont utilisés pour chauffer les liquides et les gaz dans les processus industriels.[6][7]

Chauffage à électrodes[[[[Éditer]

Il n’y a aucune résistance aux fils du réchauffeur d’électrodes et le liquide lui-même agit comme une résistance. Cela présente des risques potentiels, de sorte que les réglementations régissant le chauffage des électrodes sont strictes.

Aspects environnementaux et efficaces[[[[Éditer]

L’efficacité de tout système dépend de la définition des limites du système. Pour l’acheteur d’électricité, l’efficacité du chauffage électrique des locaux est de près de 100%, car presque toute l’énergie achetée est convertie en chaleur de construction (les seules exceptions sont le bruit du ventilateur et les voyants qui nécessitent très peu d’électricité et presque rien par rapport à l’extraction d’énergie extrêmement élevée elle-même. chauffage). Cependant, si un centrale électrique l’approvisionnement en électricité est inclus, l’efficacité globale chute considérablement. Par exemple, un centrale à combustibles fossiles ne peut fournir que 3 unités d’électricité pour 10 unités d’énergie libérées. Bien que le radiateur électrique soit efficace à 100%, la quantité de carburant nécessaire pour produire de la chaleur est plus élevée que si le carburant devait brûler fourneau ou Chaudière dans un immeuble chauffé. Si le même combustible pouvait être utilisé par le consommateur pour chauffer l’espace, il serait plus efficace de brûler le combustible dans le bâtiment de l’utilisateur final dans son ensemble. D’autre part, le remplacement du chauffage électrique par des radiateurs à combustibles fossiles n’est pas nécessaire car il élimine la possibilité de chauffage électrique renouvelable, et cela peut être réalisé par une source d’électricité à partir d’une source renouvelable.

Les variations entre les pays producteurs d’électricité affectent l’efficacité et les préoccupations environnementales. En 2015, la France n’a produit que 6% de son électricité à partir de combustibles fossiles, tandis que l’Australie a reçu plus de 86% de son électricité à partir de combustibles fossiles.[8] La pureté et l’efficacité de l’électricité dépendent de la source.

Dans Suède l’utilisation du chauffage électrique direct est donc limitée depuis les années 80 et il est prévu de le supprimer totalement – voir Abolition progressive du pétrole en Suède – tandis que Danemark interdit l’installation de chauffage électrique direct dans les nouveaux bâtiments pour des raisons similaires.[9]

Dans le cas de nouveaux bâtiments, techniques de construction basse énergie peut être utilisé, ce qui peut pratiquement éliminer le besoin de chauffage, tels que ceux Maison passive standard.

Dans QuébecCependant, le chauffage électrique est toujours la forme la plus populaire de chauffage domestique. Selon les données de 2003 Statistique Canada L’enquête révèle que 68% des ménages de la province utilisent l’électricité pour chauffer l’espace. Plus de 90% de toute la consommation d’énergie au Québec est produite barrages hydroélectriques, qui ont un faible gaz à effet de serre montre par rapport à centrales à combustibles fossiles. Ils facturent des prix bas et stables Hydro-Québec, une entreprise publique de services publics.[10]

Il fournit un entraînement électrique pour une chaleur plus efficace Pompe à chaleur il peut augmenter la température intérieure en extrayant l’énergie du sol, de l’air extérieur ou des flux de déchets, tels que l’air évacué. Cela peut réduire la consommation d’électricité à seulement 35% de la consommation de chauffage par résistance.[11]

Si la principale source d’électricité est l’hydroélectricité, le nucléaire ou l’éolien, le transport d’électricité via le réseau peut être avantageux, car la ressource peut être trop éloignée pour des applications de chauffage direct (à l’exception notable de énergie solaire thermique).

L’électrification de la chaleur et du chauffage des locaux est de plus en plus proposée comme un moyen de décarboniser le système énergétique actuel, pompes à chaleur. Dans le cas d’une grande électrification, les impacts sur réseau électrique en raison de l’augmentation potentielle de la demande de pointe et de l’exposition à l’électricité conditions météorologiques extrêmes les événements doivent être pris en compte.[12]

Aspects économiques[[[[Éditer]

Le fonctionnement des radiateurs électriques pour la résistance au chauffage de zone est coûteux à long terme dans de nombreuses régions. Cependant, une utilisation quotidienne occasionnelle ou partielle peut être plus économique que le chauffage de bâtiments entiers en raison d’un contrôle de zone supérieur.

Par exemple: Il y a un nombre limité d’heures de travail dans la salle à manger du bureau. Pendant les périodes de faible utilisation, le système de chauffage central fournit un niveau de chaleur « thermique » (50 ° F ou 10 ° C). Les heures d’utilisation maximales entre 11h00 et 14h00 sont réchauffées à des « niveaux de confort » (70 ° F ou 21 ° C). Des économies significatives peuvent être réalisées sur la consommation totale d’énergie, grâce à la perte de rayonnement infrarouge Radiation thermique ils ne sont pas si grands avec un gradient de température plus faible à la fois entre cet espace et l’air extérieur non chauffé, et entre le réfrigérateur et la salle à manger (maintenant plus froide).

Économiquement, la chaleur électrique peut être comparée à d’autres sources de chauffage domestique en multipliant les coûts locaux d’électricité par kilowattheure par le nombre de kilowatts que le chauffage utilise. Par exemple: chauffage de 1500 watts à 12 cents par kilowatt-heure 1,5 × 12 = 18 cents par heure.[13] En termes de carburant, il peut être utile de convertir les kilowattheures en BTU: 1,5 kWh × 3412,142 = 5118 BTU.

Chauffage électrique industriel[[[[Éditer]

Le chauffage électrique est largement utilisé dans l’industrie.[14]

Les avantages des méthodes de chauffage électrique par rapport à d’autres formes comprennent un contrôle précis de la température et une distribution de chaleur, une combustion qui n’est pas utilisée pour générer de la chaleur et la possibilité d’atteindre des températures qui ne peuvent pas être atteintes par une combustion chimique. La chaleur électrique peut être appliquée avec précision au moment exact requis dans le processus, à une concentration élevée de puissance par unité de surface ou de volume. Les appareils de chauffage électriques peuvent être installés dans toutes les tailles requises et peuvent être situés n’importe où dans l’usine. Les processus de chauffage électrique sont généralement propres, silencieux et n’émettent pas beaucoup de chaleur secondaire dans l’environnement. Les équipements de chauffage électrique ont une vitesse de réponse élevée et la prêtent au cycle rapide des équipements de production de masse.

Les limites et les inconvénients du chauffage électrique dans l’industrie comprennent des coûts d’électricité plus élevés par rapport à l’utilisation directe de combustible, et les coûts d’investissement à la fois du dispositif de chauffage électrique et de l’infrastructure nécessaire pour fournir de grandes quantités d’électricité au point d’utilisation. Cela peut être compensé dans une certaine mesure en augmentant l’efficacité de l’usine (sur site) en utilisant moins d’énergie pour obtenir le même résultat.

La conception d’un système de chauffage industriel commence par une estimation de la température requise, de la quantité de chaleur requise et des modes de transfert de chaleur possibles. En plus de la conductivité, de la convection et du rayonnement, les méthodes de chauffage électrique peuvent utiliser des champs électriques et magnétiques pour chauffer le matériau.

Les méthodes de chauffage électrique comprennent le chauffage par résistance, le chauffage à l’arc électrique, le chauffage par induction et le chauffage diélectrique. Dans certains processus (par ex. soudage à l’arc), le courant électrique est appliqué directement sur la pièce. Dans d’autres processus, la chaleur est produite à l’intérieur de la pièce par induction ou pertes diélectriques. De plus, la chaleur peut être produite puis transférée au travail par conduction, convection ou rayonnement.

Les procédés de chauffage industriels peuvent être largement classés comme basse température (jusqu’à environ 400 ° C ou 752 ° F), température moyenne (entre 400 et 1 150 ° C ou 752 et 2 102 ° F) et haute température (plus de 1 150 ° C) ou 2 102 ° F ). Les processus à basses températures comprennent cuisson et séchage, durcissement prend fin,, soudure,, conception et moulage plastique. Les procédés à températures moyennes comprennent la fusion des plastiques et de certains non-métaux pour la coulée ou le remodelage, ainsi que l’allumage, la réduction des contraintes et le traitement thermique des métaux. Les processus à haute température incluent fabrication d’acier,, soudure,, soudage,, moulage Coupe de métal, fusion et préparation de certains produits chimiques.

Voir également[[[[Éditer]

Références[[[[Éditer]

  1. ^ « Chauffage électrique ». Britannica.com. Rédacteurs de l’Encyclopædia Britannica.
  2. ^ « Éclairage éconergétique | Guide de conception des bâtiments WBDG ». www.wbdg.org. Téléchargé 18 décembre 2017.
  3. ^ « Comparaison de l’efficacité des pompes à chaleur aérothermiques et des pompes à chaleur géothermiques ». Icax.hr. Téléchargé 20 décembre 2013.
  4. ^ « Sélection et installation de pompes à chaleur géothermiques – Département de l’énergie ». Energy.gov. Téléchargé 16 avril 2017.
  5. ^ « Réchauffeurs submersibles – Sigma Thermal ». Sigma Thermal. Téléchargé 18 décembre 2017.
  6. ^ « Gastech News ». 12 août 2012. Archivé par original 22 février 2017
  7. ^ « Chauffage électrique par résistance – Service de l’énergie ». Energy.gov. Téléchargé 16 avril 2017.
  8. ^ Hannah Ritchie et Max Roser (2020) – « Fossil Fuels ». Publié en ligne sur OurWorldInData.org. Pris à partir de: ‘https://ourworldindata.org/fossil-fuels »; douzeto 2020-05-23
  9. ^ L’illusion de l’électricité verte,, AELC, publié le 2005-11-11, consulté le 26 mai 2007
  10. ^ Snider, Bradley. Chauffage domestique et environnement, u Mouvements sociaux canadiens, Printemps 2006, p. 15-19. Ottawa: Statistique Canada.
  11. ^ « Pompes à chaleur géothermiques (systèmes d’énergie souterraine) ». RNCan.gc.ca. Téléchargé 16 avril 2017.
  12. ^ Eggimann, Sven; Huissier, Will; Eyre, Nick; Hall, Jim W. (2020). « Comment le temps affecte la variabilité de la demande d’énergie dans la transition vers un chauffage durable. » Énergie. 195 (C): 116947. est ce que je:10.1016 / j.energy.2020.116947.
  13. ^ « Comment calculer les coûts d’électricité pour les articles ménagers courants – McGill’s Repair and Construction, LLC. ». Réparation et construction de McGill, LLC. 19 janvier 2014. Téléchargé 18 décembre 2017.
  14. ^ Donald G. Fink et H. Wayne Beaty, Manuel standard pour les ingénieurs électriciens, onzième édition, McGraw-Hill, New York, 1978, ISBN 0-07-020974-X, pages 21-144 à 21-188




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