Transmission de la chaleur par l'eau chaude
Le chauffage à l'eau chaude, que Ton appelle aussi chauffage central, existait en Angleterre dès le milieu du dix-neuvième siècle. En 1842, un ingénieur de la Nouvelle-Angleterre, Joseph Mason, introduisit en Amérique un système de chauffage à eau chaude mis au point par l'ingénieur anglais Perkins.
Ce système consistait en une bouilloire de laquelle des tuyaux étaient dirigés vers les appartements à chauffer. La circulation de l'eau était continue, le liquide progressant de la bouilloire aux tuyaux qui jouaient le rôle de radiateurs.
La tuyauterie de nos premières installations fut importée d'Angleterre ainsi que les calorifères (coils), qui consistaient en rangées parallèles de tuyaux d'un pouce taraudant dans une tête en fonte et des doubles-coudes.
Les radiateurs en fonte firent leur apparition vers 1875. Leur nom fut lancé par Mason pour mieux illustrer la chaleur radiante, comparable à celle que le soleil irradie.
Depuis le début du présent siècle, des milliers de brevets ont été accordés sur des améliorations aux bouilloires, calorifères, radiateurs, robinets, vannes et, tout dernièrement, sur divers appareils qui permettent le contrôle automatique de la chaleur.
Dès 1880, dans les constructions de quelque importance qui lui étaient confiées, J.-F. Peachy — qui avait à Québec un atelier d'architecture où plusieurs de nos architectes contemporains reçurent leur formation — installait des chauffages à l'eau chaude dont les tuyaux et les montées étaient dissimulés dans les planchers et les murs.
Les calorifères étaient placés dans les allèges et embrasures des fenêtres, et dissimulés par un panneau ou « cache-radiateur » avec grille en cuivre. Après plus de 80 ans de service, la majorité de ces installations sont encore en usage.
Quelques bouilloires ont été remplacées après 30 et 40 ans d'existence, mais le système de distribution pourra survivre à bien des installations récentes.
Aujourd'hui, l'eau chaude est reconnue comme le meilleur agent pour le chauffage des résidences et habitations, principalement à cause du fait qu'elle permet de régler la température au degré désiré.
La hausse constante des prix du matériel, des accessoires et des dispositifs de contrôle des appareils de chauffage, ainsi que du coût de leur installation, sont une source d'embarras aussi bien pour les constructeurs que pour les plombiers.
Il n'est donc pas inapproprié de faire ici une étude raisonnée des divers systèmes de distribution et de diffusion de la chaleur, afin que l'on puisse en réduire le prix d'achat et d'installation — et cela sans leur rien enlever au point de vue confort et sécurité, et en réduisant même le coût d'entretien.
Avant de faire l'étude approfondie des différents systèmes de chauffage à l'eau chaude et à la vapeur, nous parlerons de leurs principes fondamentaux.
PROPRIÉTÉS DE L'EAU
Nous savons que l'eau est un
liquide sans odeur ni saveur, formé par la combinaison de l'oxygène et de
l'hydrogène.
L'eau est à sa plus grande densité et occupe le plus petit
espace à une température de 39° Fahrenheit.
L'eau pèse 62¼ livres par pied cube contenant 6¼ gallons anglais. Un gallon d'eau pèse 10 livres et contient 277.27 pouces cubes. Trois pieds linéaires de tuyau de 1" contiennent 1/8 de gallon, soit une chopine d'eau.
EXPANSION DE L'EAU
La température de l'eau étant abaissée à 39°, elle se dilate si on la refroidit davantage, jusqu'à ce qu'elle ait atteint 32°, alors qu'elle prend en glace. En se dilatant, elle exerce un effort de 1,400 lbs au pouce carré.
Si, au contraire, l'eau est chauffée à partir de 39°, elle se dilate au fur et à mesure que sa température s'accroît ; son expansion se fera d'une manière constante avec chaque degré d'élévation de la température. En passant de 39° à 212°, elle se dilate d'environ 7/23e, ou de 4% dans une chaudière. L'eau bout à 212° Fahrenheit clans un récipient ouvert à la pression atmosphérique.
L'eau en circulation absorbe et transporte très bien la chaleur. Elle dégage plus de chaleur en se refroidissant à un certain degré de température que n'importe quelle autre substance.
EAU CHAUFFÉE EN VASE CLOS
On constate une élévation du point d'ébullition lorsque l'on chauffe l'eau dans un vase entièrement fermé. La vapeur, ne pouvant s'évaporer librement dans l'atmosphère, s'accumule à la surface du liquide qu'elle sature; on peut alors porter l'eau à une température de plus de 212° et même à plus de 215° sans qu'elle dégage de vapeur.
Ce phénomène se produit dans un système fermé, dont nous parlerons plus loin, lorsqu'il sera question de la pression de charge.
L'HYDROSTATIQUE
L'hydrostatique est cette partie de la physique qui traite des caractères généraux des liquides soumis à l'action de la pesanteur, ainsi que de la pression qu'ils exercent dans leur masse et sur les parois qui les enferment.
La pesanteur agit sur les molécules des liquides comme sur celles des solides. Il en résulte dans la masse même du liquide une pression de haut en bas qui se transmet dans tous les sens à l'intérieur et sur les parois du récipient qui le contient.
Cette pression dans l'intérieur d'une masse liquide est proportionnelle à la profondeur de son contenant ; et proportionnelle aussi à la densité du liquide selon sa température. La pression doit être la même sur toute la surface d'une tranche horizontale, quelle que soit sa position dans l'intérieur du liquide.
La pression développée par un liquide de haut en bas en un point quelconque de sa masse fait naître une pression égale et contraire dirigée de bas en haut qui peut être appelée poussée du liquide.
La pression exercée par l'eau sur le fond d'un récipient qui la contient est égale au poids d'une colonne d'eau qui aurait pour base la surface de fond et pour hauteur la distance verticale qui la sépare du niveau supérieur ; le point d'application de cette pression est le centre de gravité du fond du récipient.
TÊTE D'EAU ET PRESSION
La tête d'eau est la distance verticale qui sépare la surface de Peau d'un réservoir, de l'extrémité la plus basse d'une conduite qui la débite.
La quantité ou le volume d'eau passant à travers une conduite dépend d'abord de sa surface de section et ensuite de la vitesse qui est imprimée au liquide par la tête d'eau.
La vitesse de l'eau est grandement affectée par la friction, qui varie selon la conformation de la conduite, son diamètre, sa longueur et son parcours.
PRESSION EN LIVRES D'UNE COLONNE D'EAU
Pour trouver la pression en livres par pouce carré d'une colonne ou tête d'eau, on multiplie la hauteur de la colonne, en pieds, par 0.434.
