Allées chauffées - Systèmes de fonte de neige pour le béton

Uponor (anciennement Wirsbo)

Allées en béton offrent de nombreux avantages par rapport à l'asphalte, notamment une plus grande durabilité, une durée de vie plus longue et moins d'entretien. Mais en hiver, lorsque les températures chutent et que la neige tombe, les surfaces en béton et en asphalte ont des besoins d'entretien égaux: les deux nécessitent un pelletage et un dégivrage fréquents. Ou le font-ils?

Certains propriétaires et entreprises gardent leurs surfaces extérieures en béton sans entretien et en toute sécurité toute l'année en installant des allées chauffées avec des systèmes de fonte de la glace et de la neige. Non seulement ces systèmes de fonte des neiges dans les dalles éliminent le déneigement, le pelletage éreintant et les déversements de glace, mais ils préviennent les dommages potentiels au béton causés par l'équipement de déneigement et les dégivreurs corrosifs.

Bien que les entrepreneurs installent généralement ces systèmes dans de nouvelles dalles avant de placer le béton, les éléments chauffants peuvent également être modernisés dans des dalles existantes.

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AVANTAGES DES SYSTÈMES DE CHAUFFAGE DES VOIES AUTOMOBILES

Les systèmes de fonte de neige sont populaires pour un usage commercial et résidentiel. Voici quelques applications courantes:

• Par commodité. Les propriétaires de maisons haut de gamme installent les systèmes dans toutes leurs dalles extérieures - y compris les allées, les trottoirs, les marches et les patios - pour éliminer complètement le besoin de pelleter.
• Pour cibler les points chauds. Les propriétaires qui n'ont pas les moyens d'installer les systèmes dans toutes leurs dalles de béton extérieures ne les utilisent que là où l'accumulation de neige et de glace pose un problème. Cela peut inclure dans les voies de roue d'une allée, dans la passerelle avant et les marches, ou dans les allées avec des pentes raides.
• Réduire les coûts de déneigement et la responsabilité. Les propriétaires d'entreprise utilisent les systèmes dans les centres commerciaux extérieurs, les parkings, les lave-autos, les passerelles et les rampes de chargement pour éliminer les frais de déneigement et prévenir les accidents de glissade et de chute.

LES QUATRE COMPOSANTS CLÉS DES SYSTÈMES DE FUSION DE NEIGE

En règle générale, deux types de systèmes de fonte de neige sont disponibles pour une utilisation dans les dalles extérieures au sol: hydronique et électrique . Tous deux reposent sur quatre composants clés pour transformer toute la surface de la dalle en une source de chaleur rayonnante.

1. Un élément chauffant, qui est intégré dans la dalle.
2. Capteurs pour détecter la température et l'humidité de l'air extérieur.
3. Une source d'énergie.
4. Un contrôleur pour relier ensemble l'élément chauffant, les capteurs et la source d'alimentation.

SYSTÈMES DE FUSION DE NEIGE HYDRONIQUES

L'élément chauffant dans un système hydronique est un tube en boucle fermée fait d'un polymère flexible (généralement un polyéthylène réticulé) ou d'un caoutchouc synthétique qui fait circuler un mélange d'eau chaude et de propylène glycol (antigel), tout comme le mélange utilisé dans un radiateur de voiture. Le fluide est chauffé à des températures de 140 à 180 F pour fournir une chaleur suffisante pour la fonte de la neige.

Le diamètre du tube varie de 1/2 à 3/4 pouce et est suffisamment flexible pour se plier dans divers modèles de disposition. Il est également conçu pour avoir une longue durée de vie. Le tube résiste aux produits chimiques et à la corrosion et ne devient pas mou à des températures de fonctionnement élevées ni cassant à de basses températures extérieures. «Nous offrons une garantie de 25 ans sur les performances de notre produit», déclare Bill Bailey de Lee Hydronics, un installateur de tubes hydrauliques.

Gracieuseté d'Uponor.

Gracieuseté d'Uponor.

Besoins en énergie hydraulique

La source de chaleur - généralement un chauffe-eau ou une chaudière - peut être alimentée par n'importe quelle source d'énergie qui satisfait aux exigences du système en Btu, y compris le gaz naturel, l'électricité, le mazout, le bois ou même des capteurs solaires. Pour la fonte de la neige résidentielle et commerciale légère, Bailey recommande de fournir environ 100 à 150 Btu par pied carré de surface de dalle. Une pompe de circulation et des collecteurs d'alimentation et de retour installés dans un endroit facilement accessible transfèrent l'eau entre la source de chaleur et la tubulure.

Éléments d'un bon fonctionnement des systèmes de chauffage à eau chaude

Le bon fonctionnement d'un système de chauffage hydronique dépend de l'espacement et de la disposition des tubes. Parce que l'eau chaude dégage de la chaleur lorsqu'elle se déplace à travers la dalle, les fabricants recommandent généralement de poser les tubes en spirale ou en serpentin pour aider à répartir la chaleur uniformément. L'espacement des tubes dépend de plusieurs facteurs, dont le taux de fonte des neiges souhaité, la quantité d'isolant utilisé sous la dalle et le taux prévu de perte de chaleur. Un espacement typique pour une dalle extérieure sur le sol est de 6 pouces au centre, ce qui correspond commodément au motif de grille de 6 pouces de renforcement en fil soudé, mais des espacements plus rapprochés peuvent être nécessaires dans certaines applications.

SYSTÈMES ÉLECTRIQUES DE FUSION DE NEIGE

Au lieu de l'eau chaude, les systèmes électriques utilisent des fils chauds pour chauffer les surfaces de la chaussée. Les fils sont entourés de couches d'isolation, d'une tresse de mise à la terre en cuivre et d'une gaine extérieure protectrice en PVC ou en polyoléfine pour former un câble flexible d'environ 1/8 à 1/4 de pouce de diamètre. Le câble peut être coupé à longueur ou épissé sur le chantier pour s'adapter à diverses configurations.

Pour simplifier l'installation, des tapis pré-dimensionnés avec les câbles déjà intégrés sont également disponibles. Certains fabricants peuvent personnaliser les tapis pour des applications spécifiques.

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Exigences d'alimentation électrique

Pour faire fondre la neige efficacement, le câble doit fournir environ 36 à 50 watts de puissance de chauffage par pied carré de surface de dalle. Selon les dimensions de la zone à chauffer, les propriétaires peuvent avoir besoin de mettre à niveau leur panneau de circuits ou d'installer un circuit séparé pour fournir suffisamment d'énergie.

`` Pour chauffer une allée de 1000 pieds carrés à 36 watts par pied carré, 156 ampères d'électricité (36000 watts divisés par 230 volts) seraient nécessaires '', explique Rodney Blackburn de Warm Floor Center, un installateur de câbles chauffants électriques, principalement pour le marché résidentiel. «Pour réduire les coûts d'exploitation, certains propriétaires installent simplement les câbles dans les traces de pneus d'une allée», ajoute-t-il.

Warm Floor espace généralement les câbles de 3 à 5 pouces au centre, ce qui fera fondre 2 à 4 pouces de neige par heure, dit Blackburn. Pour un chauffage uniforme, les câbles doivent être disposés selon un motif en serpentin s'étendant sur la dimension la plus courte de la dalle. Bien que le câble électrique soit enfoui dans le béton, les deux extrémités du câble se terminent dans une boîte de jonction étanche au-dessus du sol pour un accès facile.

HYDRONIC vs ÉLECTRIQUE: TABLEAU DE COMPARAISON DES SYSTÈMES DE FUSION DE NEIGE

CE QU'IL FAUT CONSIDÉRER LORS DU CHOIX D'UN SYSTÈME DE FUSION DE NEIGE

Les entrepreneurs et leurs clients doivent tenir compte de nombreux facteurs avant de choisir le type et la taille de système de déneigement qui convient le mieux à une application particulière. Une conception de système qui fonctionne bien dans une ville peut être inadéquate dans une autre.

`` Tous les systèmes de fonte des neiges ne sont pas créés égaux '', déclare Larry Drake de la Alliance des professionnels radieux , une organisation pour les entrepreneurs, les grossistes et les fabricants de chauffage et de climatisation par rayonnement. Il offre les conseils suivants pour prendre des décisions judicieuses en matière de planification et de sélection.

• Coûts et disponibilité des services publics:
  Le coût et la disponibilité des services publics varient considérablement à l'échelle nationale. Le propriétaire doit tenir compte du coût de l'électricité par rapport aux autres options énergétiques telles que le propane, le mazout, le gaz naturel et l'énergie solaire. «Avec un système électrique, le seul utilitaire que vous pouvez utiliser est l'électricité», déclare Drake. «Avec un système hydraulique, vous pouvez utiliser n'importe quelle source d'énergie disponible, que ce soit le gaz naturel, le propane, l'énergie solaire ou même électrique.
• Disponibilité de l'espace:
  Un système électrique se branche simplement dans une boîte de jonction. Pour un système hydronique, le propriétaire doit avoir l'espace pour accueillir le chauffe-eau ou la chaudière, la pompe de circulation et le collecteur.
• Attentes des utilisateurs:
  Le propriétaire s'attend-il à ce que l'allée ou le trottoir soit exempt de neige en tout temps, ou est-ce que la fonte progressive dans les quelques heures suivant la chute de neige est acceptable? Le premier entraînera des coûts d'équipement, d'installation et d'exploitation plus élevés.
• Ruissellement:
  Des dispositions ont-elles été prises pour déterminer où la neige fondue va s'écouler? Dans certains cas, un système de drainage peut devoir être installé, surtout si de fortes chutes de neige sont prévues.
• Rénovation:
  Si le système de déneigement doit être installé dans une dalle existante, il est plus facile de rééquiper un câble électrique car il a un diamètre plus petit. «Vous pouvez rainurer le béton et poser les câbles dans les rainures», explique Drake. Pour les tubes hydrauliques, plus d'enlèvement de béton est nécessaire.
• Maintenance:
  Un système hydraulique nécessite généralement plus d'entretien. En plus de l'entretien de la chaudière et de la pompe, «vous devez inspecter périodiquement les niveaux de liquide propylène glycol, tout comme l'antigel d'une voiture», explique Drake.

COÛT DE VOIE CHAUFFÉE

Les coûts d'exploitation des systèmes de fonte de la neige varient considérablement en fonction de la taille de la zone à traiter, des coûts des services publics locaux, du nombre total moyen d'heures de chute de neige et de la vitesse à laquelle l'utilisateur du système souhaite faire fondre la neige. Évidemment, plus la zone chauffée est grande et plus il y a de neige, plus les coûts d'exploitation sont élevés. En outre, un système utilisé dans un climat plus froid peut nécessiter une puissance plus élevée (pour l'électricité) ou plus de Btu (pour l'hydronique) qu'un système similaire utilisé dans un climat plus chaud.

Watts Heatway , un fournisseur de systèmes hydrauliques, affirme que les coûts d'exploitation annuels varient de 12 à 25 cents le pied carré. Donc, en moyenne, il en coûterait de 120 $ à 250 $ chaque hiver pour faire fondre la neige sur une allée de 1 000 pieds carrés.

Selon les tarifs des services publics locaux, les systèmes électriques peuvent coûter encore plus cher à exploiter. EasyHeat , un fournisseur de tapis de fonte de neige électriques, dit que le coût saisonnier pour chauffer une dalle de 1000 pieds carrés à 50 kilowatts sera d'environ 276 $ dans les zones de faibles chutes de neige (50 pouces par an ou moins) et 692 $ dans les zones avec des chutes de neige moyennes (50 à 100 pouces). Ces estimations sont basées sur un coût moyen du kilowatt par heure de 6,92 ¢.

Les coûts de matériel et d'installation varient également considérablement. Pour le système électrique Warm Floor Centres, les matériaux à eux seuls coûtent entre 4 et 6 dollars le pied carré, selon Blackburn. Le système Lee Hydronics coûte environ 5 $ à 10 $ par pied carré installé. «La plus grande variable est la distance entre la tubulure intégrée et la source d'alimentation», affirme Bailey. Plus les services publics sont éloignés, plus les coûts d'installation et d'exploitation sont élevés.

INSTALLATION ET FONCTIONNEMENT DES SYSTÈMES DE FUSION DE NEIGE

La plupart des composants des systèmes de fonte de la neige, en particulier la source d'alimentation et les commandes, sont installés par un entrepreneur en plomberie (pour l'hydronique), en électricité ou en CVC. Mais les entrepreneurs en béton interviennent souvent lorsqu'il est temps d'intégrer les éléments chauffants dans la dalle. Les procédures sont similaires pour les deux types de système.

• Avant le coulage du béton, posez le tube ou le câble à l'espacement prédéterminé.
• Fixez-le au treillis d'armature en fil soudé à l'aide d'attaches ou de clips en nylon ou en plastique qui ne se corrodent pas.
• Utilisez des chaises en plastique pour soutenir le treillis métallique afin que le tube ou le câble attaché soit à environ 2 pouces sous la surface de la dalle finie.
• «Une couverture de béton minimale de 2 pouces donne un bon temps de réponse», déclare Bailey. Si l'élément chauffant est intégré plus bas dans la dalle, la chaleur met plus de temps à atteindre la surface, ce qui gaspille de l'énergie.

Au niveau des joints de dilatation, où le mouvement de la dalle peut entraîner des contraintes, il est nécessaire de prendre des précautions particulières. «Nous faisons passer le câble électrique à partir de la première dalle, formons une boucle de 6 pouces dans la tranchée de sable sous le joint de dilatation, puis faisons remonter le câble dans la dalle suivante. Cela permet de déplacer les dalles sans endommager le câble », explique Blackburn. Bailey recommande d'envelopper les tubes hydrauliques avec un isolant pour tuyaux là où ils se prolongent à travers les joints de dilatation. «Le tube peut prendre l'étirement linéaire au niveau des joints de dilatation, le problème est le mouvement de cisaillement», dit-il. «L'isolation agit comme un coussin si les dalles montent ou descendent.

Les systèmes électriques et hydrauliques doivent être testés avant et pendant la mise en place du béton pour s'assurer qu'aucun dommage n'a été causé aux éléments chauffants pendant l'installation. Pour les systèmes hydrauliques, le tube est testé sous pression avec de l'air comprimé ou de l'eau selon les recommandations du fabricant. Pour les systèmes électriques, un ohmmètre est attaché au câble pour comparer la lecture à la valeur d'usine, qui peut être trouvée sur l'étiquette UL des câbles.

Capteurs et commandes du système

Les systèmes de fonte de neige peuvent être contrôlés manuellement ou automatiquement. Les contrôleurs automatiques utilisent des capteurs pour déclencher l'élément chauffant et pour déterminer quand il est temps d'éteindre l'utilisateur n'a pas besoin d'être là pour activer les commandes. Les capteurs mesurent la température de l'air et la teneur en humidité. Lorsqu'ils détectent la présence d'humidité à des températures de l'air proches de zéro, le système se met en marche automatiquement et élève la température de la surface du béton à environ 45 F.Lorsque les précipitations s'arrêtent ou que la température de l'air augmente, le système s'arrête. Un commutateur de dérogation permet à l'utilisateur de contrôler manuellement le système si nécessaire.

En cas de fortes chutes de neige, lorsque la neige s'accumule plus rapidement, un temps de chauffage supplémentaire peut être nécessaire pour un enlèvement complet. Les capteurs peuvent être montés dans la chaussée chauffée, sur un poteau à proximité ou à tout endroit non protégé des intempéries, comme sur un surplomb ou sur un toit de garage. Les systèmes plus sophistiqués peuvent avoir plusieurs capteurs qui contrôlent indépendamment différentes zones de chaussée.

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Certains propriétaires de systèmes, en particulier les entreprises qui ne fonctionnent pas 24 heures sur 24, préfèrent les commandes manuelles qui ne reposent pas sur des capteurs. Ces contrôleurs sont généralement moins coûteux à installer et ne peuvent être activés que lorsque le déneigement est nécessaire.

Une fois activés, les systèmes hydrauliques ont généralement un temps de réponse plus lent que les systèmes électriques, car le fluide qui circule dans le tube doit d'abord être chauffé. Si une réponse rapide est essentielle, les systèmes hydrauliques peuvent être utilisés pendant l'hiver à un taux de ralenti réduit pour garder le liquide dans les tuyaux suffisamment chaud pour réagir rapidement aux chutes de neige imminentes.

L'importance de l'isolation

L'ajout d'isolant à la fois sous la dalle et près de ses bords exposés réduit les pertes de chaleur dans le sol et permet à la dalle de chauffer plus rapidement, ce qui réduit les coûts d'exploitation totaux. «Nous isolons toujours le substrat car cela aide le système à chauffer plus efficacement», déclare Blackburn. «Si nous ne le faisons pas, l'utilisateur doit faire fonctionner le système à une puissance plus élevée par pied carré.»

De nombreux fabricants recommandent d'isoler la dalle avec de la mousse de polystyrène rigide de 1 à 2 pouces d'épaisseur. Mais Blackburn et Bailey préfèrent tous deux utiliser un isolant réfléchissant constitué d'une couche de papier d'aluminium prise en sandwich entre deux couches de bulles de polyéthylène. Bailey utilise un produit par Fabrication de Covertech c'est seulement environ 5/16 pouces d'épaisseur et sert également de pare-vapeur. «L'épaisseur du panneau de mousse peut être un problème dans une dalle de seulement 4 à 5 pouces d'épaisseur», explique Bailey. De plus, si la mousse n'est pas placée sur une sous-couche parfaitement nivelée, elle peut se fissurer, réduisant sa valeur isolante. Fourni en rouleaux, l'isolation réfléchissante est également plus facile à transporter et à installer pour les travailleurs.

Réparer les systèmes de fonte de neige

Bien que les tubes hydrauliques et les câbles électriques soient protégés par des gaines extérieures solides, ils ne sont pas imperméables aux dommages, en particulier lors de l'installation. La plupart des dommages sont réparables, et c'est pourquoi les fabricants recommandent de tester leurs systèmes avant et pendant la mise en place du béton. À ce stade, il est assez facile pour les entrepreneurs d'effectuer des réparations sur le terrain à l'aide des kits fournis par le fabricant.

Une fois les éléments chauffants encastrés, les réparations sont plus difficiles car le béton autour de la section endommagée doit d'abord être enlevé. La détection du point problématique est également plus délicate. Une rupture dans un tube hydraulique peut être détectée par un pistolet à balayage infrarouge qui détecte la chaleur, dit Bailey. Pour détecter une brèche dans un câble électrique, Blackburn utilise un système de détection électronique qui peut dire combien de pieds linéaires le long du câble se trouve une rupture.

Pour éviter d'endommager les tubes ou les câbles lors de la mise en place du béton, les entrepreneurs ne doivent jamais conduire de camions prêts à l'emploi dessus. Au lieu de cela, ils devraient utiliser des pompes ou des brouettes pour placer le béton.

RESSOURCES POUR LES ENTREPRENEURS POUR EN SAVOIR PLUS SUR LES SYSTÈMES DE FUSION DE NEIGE

Pour que ces systèmes fonctionnent efficacement et offrent tous leurs avantages, ils doivent être installés correctement.

Les entrepreneurs qui souhaitent en savoir plus sur ces systèmes et le processus d'installation peuvent obtenir de l'aide auprès des sources suivantes:

• Voir un projet du Michigan où un un système de fonte de glace électrique a été installé sous les pavés d'allée .
• Les fournisseurs de systèmes peuvent souvent fournir des directives de conception détaillées et des services gratuits de conception assistée par ordinateur pour aider les entrepreneurs à disposer et à installer les tubes correctement.
• La Radiant Professionals Alliance propose conseils aux propriétaires pour la conception et l'installation de systèmes de chauffage radiant résidentiel.
• Les Manuel des applications HVAC , publié par ASHRAE, contient un chapitre sur les systèmes de fonte des neiges hydroniques et électriques. Les sujets comprennent les exigences de chauffage, la conception du système, la conception de la chaussée et les commandes. Le chapitre peut être acheté au Site Web de l'ASHRAE pour 52 $.