Le Plafond Rayonnant - Principe

Transferts de Chaleur

Les échanges thermiques sont dus à une différence de température entre deux éléments. Ils peuvent avoir lieu selon trois modes :
- par rayonnement entre deux surfaces en regard
- par convection entre l’air et la surface d’un corps (corps humain, paroi)
- par conduction entre deux corps en contact ou à l’intérieur d’un corps
Les échanges entre une personne et un local chauffé/climatisé se font essentiellement par convection et rayonnement. Les échanges conductifs prédominent quant à eux dans le stockage de l’énergie et la mise en température de la surface émettrice.

Convection :

La convection est l’échange d’énergie par circulation d’air. Elle peut être naturelle (l’air chaud monte, il y a donc une circulation d’air spontanée entre une personne et un mur ou un plafond froid) ou forcée (ventilation).
Les systèmes de climatisation traditionnels se basent sur le transfert par convection, d’où la sensation de courant d’air et une forte consommation d’énergie. En effet, il faut d’une part refroidir une masse d’air mais également la mettre en circulation.

Rayonnement :

Tout corps émet un rayonnement, d’une puissance P=σεST⁴, où σ est une constante, S la surface du corps, ε son émissivité (dépend du matériau) et T sa température absolue (= T en °C + 273.15). Tout corps absorbe également les rayonnements émis autour de lui, de telle sorte que deux corps à température différente échangent de l’énergie, du corps chaud vers le corps froid.
Cet échange est spontané et ne nécessite aucun support : le rayonnement peut se transmettre dans le vide, c’est d’ailleurs ainsi que nous vient la chaleur du soleil.
Dans le cas d’un plafond rayonnant, l’échange se fait directement entre le plafond et les occupants. Il n’y a donc pas lieu de refroidir l’air ni de le mettre en circulation, ce qui représente une forte économie d’énergie.

Plafond Chaud : Emet plus qu'il ne recoit → Emission de Chaleur	Plafond Froid : Recoit plus qu'il n'emet → Absorbtion de Chaleu

Convection + rayonnement :

Concrètement, les deux phénomènes se conjuguent.
La performance totale d’une installation résulte de l’addition du rayonnement du plafond (environ 80% de la puissance), de la convection naturelle et de la convection liée au système de renouvellement d’air.

Diffusion du rayonnement, hauteur de plafond :

Le rayonnement s’effectue dans toutes les directions et est réfléchi ou absorbé par les parois mais pas par l’air. Ainsi dans une pièce avec une hauteur de plafond importante, la sensation de chauffage ou de rafraîchissement est identique à celle perçue dans une pièce de 2.50 m de haut.
De la même manière, le confort est similaire en position debout ou assise.

Plafond ou plancher ?

Les 2 systèmes présentent l’avantage de disposer d’émetteurs intégrés.
Bien que le plancher chauffant soit tout à fait performant en mode chaud, on lui préfèrera le principe du plafond pour les raisons suivantes :
- Le plafond rayonnant est plus performant en mode froid (demande moins d’énergie pour le même résultat). C’est en partie dû aux mouvements d’air chaud ascendants (convection naturelle).
- Le plancher chauffant/rafraîchissant est limité dans sa température puisqu’il est en contact direct avec les occupants : en été on doit avoir une température de surface T > 18°C (réglementation) ou plutôt T > 20-21 °C (confort). En comparaison, la surface d’un plafond peut facilement descendre à 16°C, ce qui augmente largement sa puissance. Le même raisonnement est aussi valable en mode chauffage.
- Le plafond permet d’exploiter toute la surface du plafond, au contraire d’un plancher dont les meubles réduisent la surface efficace.