Bien que l’eau chaude soit préférée pour les systèmes de chauffage dans les nouvelles constructions, la vapeur est encore largement utilisée dans les anciens bâtiments de New York. Les données recueillies dans le cadre du Plan des bâtiments plus verts et plus grands (GGBP) révèlent que la plupart des bâtiments de plus de 50 000 pieds carrés utilisent encore le chauffage à la vapeur.

• 72,9% des bâtiments ont des chaudières à vapeur alimentées au gaz naturel ou au fioul, tandis que 10% dépendent du service de vapeur du district de Con Edison. En d’autres termes, 81,9% des systèmes de chauffage des grands bâtiments de New York utilisent encore de la vapeur.
• Les chaudières à eau chaude occupent la deuxième place, représentant 13,4% des systèmes de chauffage, tandis que toutes les autres configurations représentent moins de 5% des systèmes de chauffage.

En ce qui concerne la distribution de la chaleur, 68,1% des systèmes de chauffage utilisent des tuyaux de vapeur, tandis que 26% utilisent des tuyaux hydroniques. Le chauffage électrique direct et la distribution d’air forcé se trouvent dans moins de 6% des bâtiments de New York de plus de 50 000 pieds carrés.

Le gaz naturel est la source de chaleur la plus courante pour les chaudières à vapeur, suivie du mazout, et la majorité de ces chaudières à vapeur se trouvent dans les bâtiments résidentiels multifamiliaux. L’Urban Green Council a déterminé que la mise à niveau de ces systèmes de vapeur vers des configurations plus modernes est l’un des domaines d’opportunité les plus prometteurs pour améliorer l’efficacité énergétique à New York, tout en réduisant les émissions de gaz à effet de serre.

Les systèmes à vapeur offrent l’avantage de ne pas nécessiter de pompe, car la vapeur monte d’elle-même jusqu’aux radiateurs individuels, et c’est la principale raison pour laquelle les anciens bâtiments en ont. Cependant, pour une charge de chauffage donnée, un système à base de vapeur consommera beaucoup plus de carburant qu’un système d’eau chaude utilisant une chaudière et des pompes, produisant ainsi plus d’émissions. Afin d’atteindre son objectif de réduction des émissions de 80% d’ici 2050, la ville de New York devra éliminer progressivement le chauffage à la vapeur dans ses bâtiments – c’est l’une des configurations de système de chauffage les plus gourmandes en carbone.

Principales limitations des systèmes de chauffage à vapeur

Les deux principales limitations des systèmes de chauffage à vapeur sont l’inefficacité et un temps de réponse lent. En premier lieu, le processus d’ébullition et de condensation de l’eau est moins efficace que le simple chauffage et la distribution d’eau sans changement de phase. De plus, la réponse lente des systèmes à vapeur limite l’utilisation des commandes automatiques, très efficaces pour économiser de l’énergie et améliorer le confort lorsqu’elles sont déployées dans des systèmes de chauffage plus modernes. Lorsqu’une chaudière à vapeur est réglée, il peut y avoir un long temps d’attente avant qu’il y ait un changement notable de la puissance de chauffage des radiateurs.

Les systèmes de chauffage à vapeur souffrent également d’une limitation de conception qui peut causer de l’inconfort pour les occupants. Certains d’entre eux sont très anciens, alors que les codes du bâtiment de New York exigeaient que les charges de chauffage soient calculées en supposant des fenêtres ouvertes, provoquant une surchauffe des espaces intérieurs. Gardez à l’esprit que les enveloppes de bâtiment étanches à l’air sont une tendance du design moderne de la fin du 20e siècle, alors que de nombreux bâtiments de New York datent d’avant la Seconde Guerre mondiale.

En plus d’être inefficaces, les systèmes de chauffage à vapeur peuvent également être exigeants en termes d’entretien, et cela s’applique à la fois aux configurations à un et à deux tuyaux.

• Les bouches d’aération des radiateurs à un tuyau sont sujettes à une défaillance. Lorsqu’ils se bouchent, la vapeur ne peut pas s’écouler librement dans le radiateur, ce qui réduit la puissance de chauffage. D’autre part, un évent coincé en position ouverte entraîne une fuite constante de vapeur dans l’espace de vie, ce qui augmente l’humidité intérieure et peut également provoquer une brûlure grave si on le touche.
• Dans le cas des systèmes à deux tuyaux, les purgeurs de vapeur peuvent également être verrouillés en position ouverte ou fermée. Cela provoque un déséquilibre du système, où certaines zones peuvent être mal chauffées tandis que d’autres sont surchauffées.

Les systèmes à vapeur monobloc sont plus courants dans les constructions résidentielles de faible hauteur, représentant 37% de toute la superficie auditée dans le secteur multifamilial selon le Plan des bâtiments plus verts et plus grands. D’autre part, les systèmes de vapeur à deux tuyaux sont plus courants dans les constructions résidentielles de grande hauteur, représentant 25% de la superficie auditée. Les systèmes de chauffage à vapeur à un tuyau sont la configuration la plus inefficace, utilisant environ 13% d’énergie en plus que la valeur médiane pour tous les bâtiments audités.

Une faible efficacité énergétique, un temps de réponse lent et une maintenance exigeante augmentent le coût de possession d’un système de chauffage à vapeur. La principale raison pour laquelle ces systèmes sont toujours si courants est qu’une mise à niveau peut être très coûteuse: les murs et les sols doivent être démolis pour enlever les conduites de vapeur, et reconstruits après l’installation de la tuyauterie hydronique. Les diamètres de tuyauterie requis sont également très différents pour une distribution de vapeur et d’eau chaude, et dans le cas des systèmes de vapeur à un tuyau, il n’y a pas de conduite de retour pour renvoyer l’eau vers la chaudière. De plus, de nombreux modèles de radiateurs ne conviennent pas à la conversion en eau chaude.

Mise à niveau des systèmes de chauffage à vapeur

Si une rénovation majeure est prévue pour un bâtiment plus ancien avec chauffage à vapeur, une mise à niveau de la distribution d’eau chaude est fortement recommandée. Étant donné que de nombreuses zones du bâtiment sont complètement modifiées lors d’une rénovation majeure, la mise à niveau du système de chauffage est moins perturbante. Les pompes à chaleur à source d’eau, l’une des options de chauffage les plus efficaces actuellement disponibles, nécessitent une tuyauterie hydronique pour fonctionner.

De nombreux bâtiments utilisent également leurs chaudières à vapeur pour les systèmes d’eau chaude sanitaire. En été, lorsque les charges de chauffage des locaux sont réduites, les chaudières à vapeur fonctionnent bien en dessous de leur charge nominale avec une baisse drastique de l’efficacité. Cependant, comme ces systèmes d’eau chaude sanitaire ont déjà une tuyauterie, leur conversion à une technologie plus moderne et efficace est beaucoup plus facile que pour les systèmes de chauffage des locaux.

Conclusion

La vapeur était un moyen de chauffage pratique il y a un siècle, grâce à l’avantage de ne pas nécessiter de pompe à eau. Cependant, le prix à payer est d’utiliser beaucoup plus de carburant qu’une chaudière à eau chaude et de l’utiliser moins efficacement. Bien qu’une conversion du système de chauffage puisse être un projet coûteux de mise à niveau du bâtiment, elle devient beaucoup plus simple si elle est programmée avec une rénovation majeure du bâtiment. Le chauffage à la vapeur est également un processus à forte intensité de carbone, qui ne correspond pas aux objectifs de réduction des émissions établis par la ville de New York. Même si la nouvelle chaudière à eau chaude utilise du gaz naturel, elle sera généralement de plus petite capacité et plus efficace.

Les propriétaires qui envisagent une mise à niveau de leurs systèmes de chauffage à vapeur peuvent contacter une firme d’ingénierie qualifiée pour obtenir une évaluation de leurs bâtiments. Si le système de chauffage à vapeur est considéré comme adapté à la conversion, le coût de mise à niveau est nettement inférieur.