ISO 11855-2:2012

Building environment design — Design, dimensioning, installation and control of embedded radiant heating and cooling systems — Part 2: Determination of the design heating and cooling capacity

Conception de l'environnement des bâtiments — Conception, dimensionnement, installation et contrôle des systèmes intégrés de chauffage et de refroidissement par rayonnement — Partie 2: Détermination de la puissance calorifique et frigorifique à la conception

ISO 11855-2:2012 spécifie les modes opératoires et conditions permettant la détermination du flux thermique des systèmes de chauffage et de refroidissement de surface à eau en fonction de l'écart de température du medium pour les systèmes. La détermination de la performance thermique des systèmes de chauffage et de refroidissement de surface à eau et leur conformité à la présente partie de l'ISO 11855 sont effectuées par calcul d'après les documents de conception et un modèle. Il convient que ceci permette une évaluation homogène et un calcul des systèmes de chauffage et de refroidissement de surface à eau. Les résultats obtenus sont : la température de surface et l'homogénéité de la température de la surface chauffée/refroidie, la densité nominale de flux thermique entre l'eau et le local, l'écart de température nominal du medium associé et la famille de courbes caractéristiques de la relation entre la densité du flux thermique et les variables d'influence. La présente partie de l'ISO 11855 inclut une méthode générale fondée sur les méthodes des différences finies ou des éléments finis et des méthodes de calcul simplifiées dépendant de la position des tuyaux et du type de structure du bâtiment. La série ISO 11855 s'applique aux systèmes de chauffage et de refroidissement de surface intégrés à eau dans les bâtiments résidentiels, commerciaux et industriels. Ces méthodes s'appliquent aux systèmes intégrés dans les murs, sols ou plafonds, sans ouverture à l'air libre. Elles ne s'appliquent pas aux systèmes de panneaux avec ouvertures à l'air libre, qui ne sont pas intégrés dans une structure de bâtiment. La série ISO 11855 s'applique également, le cas échéant, à l'utilisation d'autres fluides que l'eau en tant que medium de chauffage ou de refroidissement. La série ISO 11855 ne s'applique pas à l'essai des systèmes. Ces méthodes ne s'appliquent pas aux panneaux ou poutres de plafond chauffés ou refroidis.

General Information

• Status: Withdrawn
• Publication Date: 23-Sep-2012
• Withdrawal Date: 23-Sep-2012
• ICS: 91.040.01 - Buildings in general
• Technical Committee: ISO/TC 205 - Building environment design
• Drafting Committee: ISO/TC 205 - Building environment design
• Current Stage: 9599 - Withdrawal of International Standard
• Completion Date: 15-Sep-2021

Relations

• Revised: ISO 11855-2:2021 - Building environment design — Embedded radiant heating and cooling systems — Part 2: Determination of the design heating and cooling capacity
• Effective Date: 14-Oct-2017

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 11855-2
First edition
2012-10-01

Building environment design — Design,
dimensioning, installation and control of
embedded radiant heating and cooling
systems —
Part 2:
Determination of the design heating and
cooling capacity
Conception de l'environnement des bâtiments — Conception,
construction et fonctionnement des systèmes de chauffage et de
refroidissement par rayonnement —
Partie 2: Détermination de la puissance calorifique et frigorifique à la
conception




Reference number
ISO 11855-2:2012(E)
©
ISO 2012

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ISO 11855-2:2012(E)

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Published in Switzerland

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ISO 11855-2:2012(E)
Contents Page
Foreword . iv
Introduction . v
1  Scope . 1
2  Normative references . 1
3  Terms and definitions . 2
4  Symbols and abbreviations . 2
5  Concept of the method to determine the heating and cooling capacity . 3
6  Heat exchange coefficient between surface and space . 4
7  Simplified calculation methods for determining heating and cooling capacity or surface
temperature . 6
7.1  Universal single power function . 7
7.2  Thermal resistance methods . 9
8  Use of basic calculation programs . 11
8.1  Basic calculation programs . 11
8.2  Items to be included in a complete computation documentation . 11
9  Calculation of the heating and cooling capacity . 12
Annex A (normative) Calculation of the heat flux . 13
Annex B (normative) General resistance method . 36
Annex C (normative) Pipes embedded in wooden construction . 42
Annex D (normative) Method for verification of FEM and FDM calculation programs . 50
Annex E (normative) Values for heat conductivity of materials and air layers . 54
Bibliography . 56

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ISO 11855-2:2012(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 11855-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 205, Building environment design.
ISO 11855 consists of the following parts, under the general title Building environment design — Design,
dimensioning, installation and control of embedded radiant heating and cooling systems:
 Part 1: Definition, symbols, and comfort criteria
 Part 2: Determination of the design and heating and cooling capacity
 Part 3: Design and dimensioning
 Part 4: Dimensioning and calculation of the dynamic heating and cooling capacity of Thermo Active
Building Systems (TABS)
 Part 5: Installation
 Part 6: Control
Part 1 specifies the comfort criteria which should be considered in designing embedded radiant heating and
cooling systems, since the main objective of the radiant heating and cooling system is to satisfy thermal
comfort of the occupants. Part 2 provides steady-state calculation methods for determination of the heating
and cooling capacity. Part 3 specifies design and dimensioning methods of radiant heating and cooling
systems to ensure the heating and cooling capacity. Part 4 provides a dimensioning and calculation method to
design Thermo Active Building Systems (TABS) for energy-saving purposes, since radiant heating and cooling
systems can reduce energy consumption and heat source size by using renewable energy. Part 5 addresses
the installation process for the system to operate as intended. Part 6 shows a proper control method of the
radiant heating and cooling systems to ensure the maximum performance which was intended in the design
stage when the system is actually being operated in a building.
iv © ISO 2012 – All rights reserved

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ISO 11855-2:2012(E)
Introduction
The radiant heating and cooling system consists of heat emitting/absorbing, heat supply, distribution, and
control systems. The ISO 11855 series deals with the embedded surface heating and cooling system that
directly controls heat exchange within the space. It does not include the system equipment itself, such as heat
source, distribution system and controller.

The ISO 11855 series addresses an embedded system that is integrated with the building structure.
Therefore, the panel system with open air gap, which is not integrated with the building structure, is not
covered by this series.

The ISO 11855 series shall be applied to systems using not only water but also other fluids or electricity as a
heating or cooling medium.

The object of the ISO 11855 series is to provide criteria to effectively design embedded systems. To do this, it
presents comfort criteria for the space served by embedded systems, heat output calculation, dimensioning,
dynamic analysis, installation, operation, and control method of embedded systems.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 11855-2:2012(E)

Building environment design — Design, dimensioning,
installation and control of embedded radiant heating and
cooling systems —
Part 2:
Determination of the design heating and cooling capacity
1 Scope
This part of ISO 11855 specifies procedures and conditions to enable the heat flow in water based surface
heating and cooling systems to be determined relative to the medium differential temperature for systems. The
determination of thermal performance of water based surface heating and cooling systems and their
conformity to this part of ISO 11855 is carried out by calculation in accordance with design documents and a
model. This should enable a uniform assessment and calculation of water based surface heating and cooling
systems.
The surface temperature and the temperature uniformity of the heated/cooled surface, nominal heat flow
density between water and space, the associated nominal medium differential temperature, and the field of
characteristic curves for the relationship between heat flow density and the determining variables are given as
the result.
This part of ISO 11855 includes a general method based on Finite Difference or Finite Element Methods and
simplified calculation methods depending on position of pipes and type of building structure.
The ISO 11855 series is applicable to water based embedded surface heating and cooling systems in
residential, commercial and industrial buildings. The methods apply to systems integrated into the wall, floor or
ceiling construction without any open air gaps. It does not apply to panel systems with open air gaps which
are not integrated into the building structure.

The ISO 11855 series also applies, as appropriate, to the use of fluids other than water as a heating or cooling
medium. The ISO 11855 series is not applicable for testing of systems. The methods do not apply to heated or
chilled ceiling panels or beams.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 11855-1:2012, Building environment design — Design, dimensioning, installation and control of
embedded radiant heating and cooling systems — Part 1: Definition, symbols, and comfort criteria
EN 1264-2, Water based surface embedded heating and cooling systems — Part 2: Floor heating: Prove
methods for the determination of the thermal output using calculation and test methods
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ISO 11855-2:2012(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 11855-1:2012 apply.
4 Symbols and abbreviations
For the purposes of this document, the symbols and abbreviations in Table 1 apply.
Table 1 — Symbols and abbreviations
Symbol Unit Quantity
 — Parameter factors for calculation of characteristic curves
i
2
A m Surface of the occupied area
A
2
A m Surface of the heating/cooling surface area
F
2
A m Surface of the peripheral area
R
b — Calculation factor depending on the pipe spacing
u
2
B, B , B W/(mK) Coefficients depending on the system
G 0
D m External diameter of the pipe, including sheathing where used
d m External diameter of the pipe
a
d m Internal diameter of the pipe
i
d m External diameter of sheathing
M
c kJ/(kgK) Specific heat capacity of water
W
2
h W/(mK) Total heat exchange coefficient (convection + radiation) between surface and space
t
2
K W/(mK) Equivalent heat transmission coefficient
H
K — Parameter for heat conducting devices
WL
k — Parameter for heat conducting devices
fin
k — Parameter for heat conducting layer
CL
L m Width of heat conducting devices
WL
L m Width of fin (horizontal part of heat conducting device seen as a heating fin)
fin
L m Length of installed pipes
R
m — Exponents for determination of characteristic curves
m kg/s Design heating/cooling medium flow rate
H
n, n — Exponents
G
2
q W/m Heat flux at the surface
2
q W/m Heat flux in the occupied area
A
2
q W/m Design heat flux
des
2
q W/m Limit heat flux
G
2
q W/m Nominal heat flux
N
2
q W/m Heat flux in the peripheral area
R
2
q W/m Outward heat flux
u
2
R mK/W Partial inwards heat transmission resistance of surface structure
o
2
R mK/W Partial outwards heat transmission resistance of surface structure
u
2
R mK/W Thermal resistance of surface covering
,B
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ISO 11855-2:2012(E)
2
R mK/W Thermal resistance of thermal insulation
,ins
s m In Type B systems, thickness of thermal insulation from the outward edge of the
h
insulation to the inward edge of the pipes (see Figure 2)
s m In Type B systems, thickness of thermal insulation from the outward edge of the
l
insulation to the outward edge of the pipes (see Figure 2)
s m Thickness of thermal insulation
ins
s m Pipe wall thickness
R
s m Thickness of the layer above the pipe
u
s m Thickness of heat conducting device
WL
S m Thickness of the screed (excluding the pipes in type A systems)
W m Pipe spacing
2
 W/(mK) Heat exchange coefficient
 °C Maximum surface temperature
s,max
 °C Minimum surface temperature
s,min
 °C Design indoor temperature
i
 °C Temperature of the heating/cooling medium
m
 °C Return temperature of heating/cooling medium
R
 °C Supply temperature of heating/cooling medium
V
 °C Indoor temperature in an adjacent space
u
 K Heating/cooling medium differential temperature
H
 K Design heating/cooling medium differential temperature
H,des
 K Limit of heating/cooling medium differential temperature
H,G
 K Nominal heating/cooling medium differential temperature
N
 K Heating/cooling medium differential supply temperature
V
 K Design heating/cooling medium differential supply temperature
V,des
 W/(mK) Thermal conductivity
 K Temperature drop  
V R
 — Conversion factor for temperatures
 — Content by volume of the attachment burrs in the screed

5 Concept of the method to determine the heating and cooling capacity
A given type of surface (floor, wall, ceiling) delivers, at a given average surface temperature and indoor
temperature (operative temperature  ), the same heat flux in any space independent of the type of embedded
i
system. It is therefore possible to establish a basic formula or characteristic curve for cooling and a basic
formula or characteristic curve for heating, for each of the type of surfaces (floor, wall, ceiling), independent of
the type of embedded system, which is applicable to all heating and cooling surfaces (see Clause 6).
Two methods are included in this part of ISO 11855:
 simplified calculation methods depending on the type of system (see Clause 7);
 Finite Element Method and Finite Difference Method (see Clause 8).
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ISO 11855-2:2012(E)
Different simplified calculation methods are included in Clause 7 for calculation of the surface temperature
(average, maximum and minimum temperature) depending on the system construction (type of pipe, pipe
diameter, pipe distance, mounting of pipe, heat conducting devices, distribution layer) and construction of the
floor/wall/ceiling (covering, insulation layer, trapped air layer, etc.). The simplified calculation methods are
specific for the given type of system, and the boundary conditions listed in Clause 7 shall be met. In the
calculation report, it shall be clearly stated which calculation method has been applied.
In case a simplified calculation method is not available for a given type of system, either a basic calculation
using two or three dimensional finite element or finite difference method can be applied (see Clause 8 and
Annex D).
NOTE In addition, laboratory testing (for example EN 1264-2:2008, Clause 9) may be applied.
Based on the calculated average surface temperature at given combinations of medium (water) temperature
and space temperature, it is possible to determine the steady state heating and cooling capacity (see
Clause 9).
6 Heat exchange coefficient between surface and space
The relationship between the heat flux and mean differential surface temperature [see Figure 1 and
Equations (1) to (4)] depends on the type of surface (floor, wall, ceiling) and whether the temperature of the
surface is lower (cooling) or higher (heating) than the space temperature.

Figure 1 — Basic characteristic curve for floor heating and ceiling cooling
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ISO 11855-2:2012(E)
For floor heating and ceiling cooling in Figure 1, the heat flow density q is given by:
1,1 2
q = 8,92 (  ) (W/m ) (1)
i
S,m
where
 is the average surface temperature in°C;

S,m
 is the nominal indoor operative temperature in °C.
i
For other types of surface heating and cooling systems, the heat flux q is given by:
2
Wall heating and wall cooling: q = 8 (|  |) (W/m ) (2)
i
s,m
2
Ceiling heating: q = 6 (|  |) (W/m ) (3)
i
s,m
2
Floor cooling: q = 7 (|  |) (W/m ) (4)
i
s,m
The heat transfer coefficient is combined convection and radiation.
NOTE In many building system simulations using dynamic computer models, the heat transfer is often split up in a
convective part (between heated/cooled surface and space air) and a radiant part (between heated/cooled surface and the
surrounding surfaces or sources). The radiant heat transfer coefficient may in the normal temperature range 15-30 °C be
2
fixed to 5,5 W/m K. The convective heat transfer coefficient depends on type of surface, heating or cooling, air velocity
(forced convection) or temperature difference between surface and air (natural convection).
For using the simplified calculation method in Annex A the characteristic curves present the heat flux as a
function of the difference between the heating/cooling medium temperature and the indoor temperature. For
the user of Annex A, this means not to do any calculations by directly using values of heat exchange
coefficients. Consequently, Annex A does not include values for such an application or special details or
equations concerning heat exchange coefficients on heating or cooling surfaces.
Thus, the values α of Table A.12 of Annex A are not intended to calculate the heat flux directly. In fact, they
are provided exclusively for the conversion of characteristic curves in accordance with Equation (A.32) in
Clause A.3. For simplifications these calculations are based on the same heat exchange coefficient for floor
2
cooling and ceiling heating, 6,5 W/m K.
For every surface heating and cooling system, there is a maximum allowable heat flux, the limit heat flux q .
G
This is determined for a selected design indoor room temperature of  (for heating, often 20 °C and for
i
and a temperature drop  = 0 K.
cooling, often 26 °C) at the maximum or minimum surface temperature 
F,max
For the calculations, the centre of the heating or cooling surface area, regardless of the type of system, is
used as a reference point for  .
S,max
The average surface temperature,  , which determines the heat flow density (refer to the basic
S,m
characteristic curve) is linked with the maximum or minimum surface temperature:    and.
S,m S,max
   always applies.

S,m S,min
The attainable value,  , depends not only on the type of system, but also on the operating conditions
S,m
(temperature drop  =   , outward heat flow q and heat resistance of the covering R ).
V R u ,B
The following assumptions form the basis for calculation of the heat flux:
 heat transfer between the heated or cooled surface and the space occurs in accordance with the basic
characteristic curve;
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ISO 11855-2:2012(E)
 the temperature drop  = 0. The dependence of the characteristic curve on the temperature drop is
determined by using the logarithmically determined mean differential heating medium temperature 
H
[see Equation (1)];
m kg
H
 turbulent flow in pipe:  4000 ;
dhm
i
 no lateral heat flow.
7 Simplified calculation methods for determining heating and cooling capacity or
surface temperature
Two types of simplified calculation methods can be applied according to this part of ISO 11855:
 one method is based on a single power function product of all relevant parameters developed from the
finite element method (FEM);
 another method is based on calculation of equivalent thermal resistance between the temperature of the
heating or cooling medium and the surface temperature (or room temperature).
A given system construction can only be calculated with one of the simplified methods. The correct method to
apply depends on the type of system, A to G (position of pipes, concrete or wooden construction) and the
boundary conditions listed in Table 2.
Table 2 — Criteria for selection of simplified calculation method
Type of Reference to
Pipe position Figure Boundary conditions
system method
In screed A, C 2 a) W  0,050 m s  0,01 m 7.1
u
Thermally decoupled from the structural 0,008 m  d  0,03 m A.2.2
base of the building by thermal insulation
s /  0,01
u e
In insulation, conductive devices B 2 b) 0,05 m  W  0,45 m 7.1
Not wooden constructions except for A.2.3
weight bearing and thermal diffusion 0,014 m  d  0,022 m
layer
0,01 m  s /  0,18
u e
Plane section system D 2 c) 7.1,
A.2.4
In concrete slab E 4 S /W  0,3 7.2,
T
B.1
Capillar tubes in concrete surface F 5 d /W  0,2 7.2, B.2
a
Wooden constructions, pipes in sub floor G 6   10  7.2, Annex C
wl surroundingmaterial
or under sub floor, conductive devices
S   0,01
WL

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ISO 11855-2:2012(E)
7.1 Universal single power function
The heat flux between embedded pipes (temperature of heating or cooling medium) and the space is
calculated by the general equation:
m
i 2
qB ()a ∆ (W/m ) (5)
 H
i
i
where
2
B is a system-dependent coefficient in W/(mK). This depends on the type of system;
m
i
()a is the power product, which links the parameters of the structure (surface covering, pipe
 i
spacing, pipe diameter and pipe covering).
i
This calculation method is given in Annex A for the following four types of systems:
 Type A with pipes embedded in the screed or concrete (see Figure 2 and A.2.2);
 Type B with pipes embedded outside the screed (see Figure 2 and A.2.3);
 Type C with pipes embedded in the screed (see Figure 2 and A.2.2);
 Type D plane section systems (see A.2.4).
Figure 2 shows the types as embedded in the floor, but the methods can also be applied for wall and ceiling
systems with a corresponding position of the pipes.
This method shall only be used for system configurations meeting the boundary conditions listed for the
different types of systems in Annex A.

a)  Type A and C
Key
1 floor covering
2 weight bearing and thermal diffusion layer (cement screed, anhydrite screed, asphalt screed)
3 thermal insulation
4 structural bearing
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b)  Type B
Key
1 floor covering
2 weight bearing and thermal diffusion layer (cement screed, anhydrite screed, asphalt screed, wood)
3 heat diffusion devices
4 thermal insulation
5 structural bearing
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c)  Type D
Key
1 floor covering R , B

2 weight bearing and thermal diffusion layer (cement screed, anhydrite screed, asphalt screed, timber)
3 thermal insulation
4 structural bearing
Figure 2 — System types A, B and C covered by the method in Annex A
7.2 Thermal resistance methods
The heat flux between embedded pipes (temperature of heating or cooling medium) and the space or surface
is calculated using thermal resistances.
The concept is shown in Figure 3.
An equivalent resistance, R , between the heating or cooling medium to a fictive core (or heat conduction
HC
layer) at the position of the pipes is determined. This resistance includes the influence of type of pipe, pipe
distance and method of pipe installation (in concrete, wooden construction, etc.). In this way a fictive core
temperature is calculated. The heat transfer between this fictive layer and the surfaces, R and R (or space
i e
and neighbour space) is calculated using linear resistances (adding of resistance of the layers above and
below the heat conductive layer).
The equivalent resistance of the heat conductive layer is calculated in different ways depending on the type of
system.
This calculation method, using the general resistance concept, is given in Annex B for the following two types
of systems:
 Type E with pipes embedded in massive concrete slabs (see Figure 4 and B.1);
 Type F with capillary pipes embedded in a layer at the inside surface (see Figure 5 and B.2).
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ISO 11855-2:2012(E)

Figure 3 — Basic network of thermal resistance

Figure 4 — Pipes embedded in a massive concrete layer, Type E

Figure 5 — Capillary pipes embedded in a layer at the inner surface, Type F
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ISO 11855-2:2012(E)
This calculation method, using the general resistance concept, is shown in Annex C for pipes embedded in
wooden floor constructions using heat conducting plates (Figure 6).

Figure 6 — Pipes in wooden constructions, TYPE G
The equivalent resistance of the conductive layer may also be determined either by calculation using Finite
Element Analysis (FEA) or Finite Difference Methods (FDM) (see Clause 8) or by laboratory testing (as in, for
example, EN 1264-2:2008, Annex B).
8 Use of basic calculation programmes
8.1 Basic calculation programmes
A numerical analysis by Finite Element Method or by Finite Difference Method shall be conducted in
accordance with the state-of-the-art practice and the applicable codes and standards, in such a way that they
can readily be verified. The calculation programme used shall be verified according to Annex D.
The numerical analysis may be used to calculate the heating and cooling capacity or the equivalent
resistances. On basis of the equivalent resistances, the heating and cooling capacity is calculated for different
temperature differences between the surface and the room.
8.2 Items to be included in a complete computation documentation
The following items are to be included in a complete computation documentation:
 representation and documentation of the structure to be analysed, by means of the technical drawings,
diagrams and sketches;
 indication of the material data used as a basis and the requisite data sources;
 description of load cases used as a basis, including substantiation by codes and standards;
 description and representation of the numerical model applied, indicating the mathematical and physical
basis, for example the element type, the shape functions, number of elements, nodes and degrees of
freedom;
 name, verification, if available, and origin of the computation programme;
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ISO 11855-2:2012(E)
 description of the technical assumptions, simplifications and restrictions underlying the model.
9 Calculation of the heating and cooling capacity
In some of the described calculation methods, the heating and cooling capacity are determined directly (see
Annex A).
In other described calculation methods, the average surface temperature is determined and the heating and
cooling capacity is calculated according to:
q = h (|   |)
des t s,m i
For evaluation of the performance of the system – and when calculating the total heating and cooling power
needed from the energy generation system (boiler, heat exchanger, chiller, etc.) – the heat transfer at the
outward (back) side shall also be considered. This heat transfer shall be regarded as a loss if the outward side
is facing the outside, an un-conditioned space or another building entity, and it depends on the temperature
difference between the pipe layer as well as the heat transfer resistance to and the temperature in the
neighbour space or outside.
12 © ISO 2012 – All rights reserved

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ISO 11855-2:2012(E)
Annex A
(normative)

Calculation of the heat flux
A.1 General
The basic calculation is done for reference heating systems (see A.2).
For floor heating systems these results apply directly.
The method described in A.3 ena
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 11855-2
Première édition
2012-10-01
Conception de l’environnement des
bâtiments — Conception, construction
et fonctionnement des systèmes de
chauffage et de refroidissement par
rayonnement —
Partie 2:
Détermination de la puissance
calorifique et frigorifique à la
conception
Building environment design — Design, dimensioning, installation
and control of embedded radiant heating and cooling systems —
Part 2: Determination of the design heating and cooling capacity
Numéro de référence
ISO 11855-2:2012(F)
©
ISO 2012

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ISO 11855-2:2012(F)

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ISO 11855-2:2012(F)
Sommaire Page
Avant-propos . iv
Introduction . vi
1  Domaine d'application . 1
2  Références normatives . 1
3  Termes et définitions . 2
4  Symboles et abréviations . 2
5  Concept de la méthode de détermination des puissances calorifique et frigorifique . 4
6  Coefficient d’échange thermique entre la surface et le local . 4
7  Méthodes de calcul simplifiées de détermination de la puissance calorifique et
frigorifique ou de la température de surface . 7
7.1  Fonction de puissance universelle simple . 7
7.2  Méthodes par résistance thermique . 10
8  Utilisation de programmes de calcul de base . 12
8.1  Programmes de calcul de base . 12
8.2  Éléments à inclure dans une documentation exhaustive de calcul . 13
9  Calcul de la puissance calorifique et frigorifique . 13
Annexe A (normative) Calcul du flux thermique . 14
Annexe B (normative) Méthode par résistance globale . 38
Annexe C (normative) Tuyaux intégrés dans une construction en bois . 44
Annexe D (normative) Méthode de vérification des programmes de calcul par la méthode des
éléments finis ou la méthode des différences finies . 52
Annexe E (normative) Valeurs de la conductivité thermique des matériaux et des couches d'air . 56
Bibliographie . 58

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Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 11855-2 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 205, Conception de l'environnement intérieur
des bâtiments.
L'ISO 11855 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Conception de l'environnement
des bâtiments — Conception, dimensionnement, installation et contrôle des systèmes intégrés de chauffage
et de refroidissement par rayonnement :
 Partie 1 : Définition, symboles et critères de confort
 Partie 2 : Détermination de la puissance calorifique et frigorifique à la conception
 Partie 3 : Conception et dimensionnement
 Partie 4 : Dimensionnement et calculs relatifs au chauffage adiabatique et à la puissance frigorifique pour
systèmes thermoactifs (TABS)
 Partie 5 : Installation
 Partie 6 : Contrôle






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ISO 11855-2:2012(F)
La Partie 1 spécifie les critères de confort dont il convient de tenir compte lors de la conception des systèmes
de chauffage et de refroidissement par rayonnement intégrés, le principal objectif d'un système de chauffage
et de refroidissement par rayonnement étant de satisfaire au confort thermique des occupants. La Partie 2
fournit des méthodes de calcul en régime stabilisé pour la détermination de la capacité de chauffage et de
refroidissement. La Partie 3 spécifie les méthodes de conception et de dimensionnement des systèmes de
chauffage et de refroidissement par rayonnement permettant de garantir la puissance calorifique et
frigorifique. La Partie 4 fournit une méthode de dimensionnement et de calcul pour la conception des
systèmes d'éléments de construction thermoactifs (TABS) en vue de réaliser des économies d’énergie, les
systèmes de chauffage et de refroidissement par rayonnement permettant de réduire la consommation
d'énergie et la taille de la source de chaleur en utilisant de l'énergie renouvelable. La Partie 5 examine le
processus d'installation permettant au système de fonctionner comme prévu. La Partie 6 présente une
méthode de contrôle appropriée des systèmes de chauffage et de refroidissement par rayonnement,
permettant de garantir les performances maximales prévues au stade de la conception lorsque le système est
effectivement exploité dans un bâtiment.

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ISO 11855-2:2012(F)
Introduction
Les systèmes de chauffage et de refroidissement par rayonnement sont constitués de systèmes
d'émission/d'absorption de chaleur, de fourniture de chaleur, de distribution et de contrôle. La série de normes
ISO 11855 concerne les systèmes de chauffage et de refroidissement de surface intégrés qui contrôlent
directement l'échange de chaleur dans les locaux. Elle n'inclut pas l'équipement composant le système lui-
même, tel que la source de chaleur, le système de distribution et le contrôleur.
La série ISO 11855 examine un système intégré dans une structure de bâtiment. Le système de panneaux
avec ouverture à l'air libre, qui n'est pas intégré dans une structure de bâtiment, n'est donc pas traité par cette
série de normes.
La série ISO 11855 doit être appliquée aux systèmes utilisant non seulement de l'eau mais également
d'autres fluides ou de l'électricité en tant que medium de chauffage ou de refroidissement.
L'objectif de la série ISO 11855 est de fournir des critères permettant une conception efficace des systèmes
intégrés. À cet effet, elle présente des critères de confort des locaux desservis par les systèmes intégrés, et
traite du calcul de la puissance calorifique, du dimensionnement, de l'analyse dynamique, de l'installation, de
l'exploitation et de la méthode de contrôle des systèmes intégrés.

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NORME INTERNATIONALE ISO 11855-2:2012(F)

Conception de l'environnement des bâtiments — Conception,
dimensionnement, installation et contrôle des systèmes
intégrés de chauffage et de refroidissement par rayonnement —
Partie 2: Détermination de la puissance calorifique et
frigorifique à la conception
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 11855 spécifie les modes opératoires et conditions permettant la détermination du
flux thermique des systèmes de chauffage et de refroidissement de surface à eau en fonction de l’écart de
température du medium pour les systèmes. La détermination de la performance thermique des systèmes de
chauffage et de refroidissement de surface à eau et leur conformité à la présente partie de l'ISO 11855 sont
effectuées par calcul d’après les documents de conception et un modèle. Il convient que ceci permette une
évaluation homogène et un calcul des systèmes de chauffage et de refroidissement de surface à eau.
Les résultats obtenus sont : la température de surface et l’homogénéité de la température de la surface
chauffée/refroidie, la densité nominale de flux thermique entre l’eau et le local, l’écart de température nominal
du medium associé et la famille de courbes caractéristiques de la relation entre la densité du flux thermique et
les variables d’influence.
La présente partie de l'ISO 11855 inclut une méthode générale fondée sur les méthodes des différences finies
ou des éléments finis et des méthodes de calcul simplifiées dépendant de la position des tuyaux et du type de
structure du bâtiment.
La série ISO 11855 s’applique aux systèmes de chauffage et de refroidissement de surface intégrés à eau
dans les bâtiments résidentiels, commerciaux et industriels. Ces méthodes s’appliquent aux systèmes
intégrés dans les murs, sols ou plafonds, sans ouverture à l’air libre. Elles ne s'appliquent pas aux systèmes
de panneaux avec ouvertures à l'air libre, qui ne sont pas intégrés dans une structure de bâtiment.
La série ISO 11855 s'applique également, le cas échéant, à l'utilisation d'autres fluides que l'eau en tant que
medium de chauffage ou de refroidissement. La série ISO 11855 ne s'applique pas à l'essai des systèmes.
Ces méthodes ne s’appliquent pas aux panneaux ou poutres de plafond chauffés ou refroidis.
2 Références normatives
Les documents ci-après sont des références normatives indispensables à l’application du présent document.
Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition
du document de référence s’applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 11855-1:2012, Conception de l'environnement des bâtiments — Conception, dimensionnement,
installation et contrôle des systèmes intégrés de chauffage et de refroidissement par rayonnement —
Partie 1 : Définition, symboles et critères de confort
EN 1264-2, Systèmes de surfaces chauffantes et rafraîchissantes hydrauliques intégrées —
Partie 2 : Chauffage par le sol : méthodes de démonstration pour la détermination de l'émission thermique
utilisant des méthodes par le calcul et à l'aide de méthodes d'essai
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ISO 11855-2:2012(F)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 11855-1:2012
s'appliquent.
4 Symboles et abréviations
Pour les besoins du présent document, les symboles et abréviations figurant dans le Tableau 1 s'appliquent.
Tableau 1 — Symboles et abréviations
Symbole Unité Grandeur

— Facteurs paramétriques de calcul des courbes caractéristiques
i
2
A
m Superficie de la zone occupée
A
2
A
m
Superficie de la zone de chauffage/refroidissement
F
2
A
m
R Aire de la surface périphérique
b
— Facteur de calcul dépendant de l’espacement des tuyaux
u
2
B, B , B
W/(mK)
Coefficients dépendant du système
G 0
D m Diamètre extérieur du tuyau, gainage compris le cas échéant
d
m Diamètre extérieur du tuyau
a
d
m
Diamètre intérieur du tuyau
i
d
m
M Diamètre extérieur du gainage
c
kJ/(kgK) Capacité thermique de l’eau
W
2
h
W/(mK) Coefficient global d'échange thermique (convection + rayonnement) entre la surface et
t
le local
2
K
W/(mK)
H Coefficient de transmission thermique équivalent
K
— Paramètre pour les dispositifs de conduction thermique
WL
k
— Paramètre pour les dispositifs de conduction thermique
fin
k
— Paramètre pour la couche conductrice de chaleur
CL
L
m Largeur des dispositifs de conduction thermique
WL
L
m Largeur d'une ailette (partie horizontale du dispositif de conduction thermique,
fin
considérée comme une ailette de chauffage)
L
m Longueur de tuyaux installés
R
m
— Exposants pour la détermination de courbes caractéristiques
m
kg/s
Débit théorique du medium de chauffage/refroidissement
H
n, n
—
G Exposants
2
q W/m Flux thermique à la surface
2
q
W/m
Flux thermique dans la zone occupée
A
2
q
W/m
des Flux thermique théorique
2
q
W/m Flux thermique limite
G
2
q
W/m
Flux thermique nominal
N
2
q
W/m Flux thermique dans la zone périphérique
R
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2
q
W/m
Flux thermique sortant
u
2
R
mK/W Résistance partielle de la structure de surface à la transmission de chaleur vers
o
l’intérieur
2
R
mK/W Résistance partielle de la structure de surface à la transmission de chaleur vers
u
l’extérieur
2
R
mK/W Résistance thermique du revêtement de surface
,B
2
R
mK/W
Résistance thermique de l’isolation thermique
,ins
s
m Dans les systèmes de type B, épaisseur de l’isolation thermique, du bord extérieur de
h
l’isolant jusqu’au bord intérieur des tuyaux (voir Figure 2).
s
m Dans les systèmes de type B, épaisseur de l’isolation thermique, du bord extérieur de
l
l’isolant jusqu’au bord extérieur des tuyaux (voir Figure 2).
s
m
Épaisseur de l'isolation thermique
ins
s
m
R Épaisseur de la paroi du tuyau
s
m Épaisseur de la couche au-dessus du tuyau
u
s
m
Épaisseur du dispositif de conduction de la chaleur
WL
S m Épaisseur de la chape (sans les tuyaux dans les systèmes de type A)
W m Espacement des tuyaux
2
 W/(mK) Coefficient d’échange thermique

°C
Température de surface maximale
s,max

°C Température de surface minimale
s,min

°C Température intérieure théorique
i

°C
Température du medium de chauffage/refroidissement
m

°C
Température de retour du medium de chauffage/refroidissement
R

°C Température d’alimentation du medium de chauffage/refroidissement
V

°C
Température intérieure d’un local mitoyen
u

K
Écart de température du medium de chauffage/refroidissement
H

K Écart de température théorique du medium de chauffage/refroidissement
H,des

K Écart limite de température du medium de chauffage/refroidissement
H,G

K Écart de température nominal du medium de chauffage/refroidissement
N

K
Écart de température d’alimentation du medium de chauffage/refroidissement
V

K Écart théorique de température d’alimentation du medium de chauffage/refroidissement
V,des
 W/(mK) Conductivité thermique
Chute de température  
 K
V R
 — Facteur de conversion de température
 — Teneur volumique des bavures de fixation dans la chape
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ISO 11855-2:2012(F)
5 Concept de la méthode de détermination des puissances calorifique et
frigorifique
Pour des températures moyennes de surface et intérieure données (température opérative  ), un type donné
i
de surface (sol, mur, plafond) délivre le même flux thermique dans n’importe quel local, quel que soit le type
de système intégré. Il est par conséquent possible d’établir une formule de base ou une courbe
caractéristique pour le refroidissement et une autre pour le chauffage, pour chaque type de surface (sol, mur,
plafond) et quel que soit le type de système intégré, qui soit applicable à toute surface de chauffage et
refroidissement (voir Article 6).
Deux méthodes sont incluses dans la présente partie de l'ISO 11855 :
 des méthodes de calcul simplifiées selon le type de système (voir Article 7) ;
 la méthode des éléments finis et des différences finies (voir Article 8).
Différentes méthodes simplifiées de calcul sont données à l’Article 7 pour calculer la température de surface
(température moyenne, maximale et minimale) en fonction de la construction du système (type, diamètre,
longueur, montage de tuyau, dispositifs de conduction thermique, couche de distribution) et de la construction
du sol/mur/plafond (revêtement, couche isolante, couche d’air emprisonné, etc.). Les méthodes de calcul
simplifiées sont spécifiques au type de système donné et les conditions limites énumérées à l’Article 7 doivent
être respectées. La méthode de calcul qui a été appliquée doit être clairement stipulée dans le rapport de
calcul.
Dans le cas où une méthode de calcul simplifiée n’est pas disponible pour un type de système donné, on peut
appliquer soit une méthode de calcul de base utilisant un élément fini a deux ou trois dimensions, soit une
méthode de différence finie (voir Article 8 et Annexe D).
NOTE De plus, on peut appliquer un essai en laboratoire (voir par exemple l'Article 9 de l'EN 1264-2:2008).
D’après la température de surface moyenne calculée pour des combinaisons données de températures du
medium (eau) et du local, il est possible de déterminer la puissance calorifique et frigorifique en régime
stabilisé (voir Article 9).
6 Coefficient d’échange thermique entre la surface et le local
La relation entre le flux thermique et la différence de température de surface moyenne (voir Figure 1 et
Équations (1) à (4)) dépend du type de surface (sol, mur, plafond) et du fait que la température de surface soit
plus basse (refroidissement) ou plus élevée (chauffage) que la température du local.
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ISO 11855-2:2012(F)

Figure 1 — Courbe caractéristique de base pour le chauffage par le sol et le refroidissement par le
plafond
Pour le chauffage par le sol et le refroidissement par le plafond à la Figure 1, la densité du flux thermique q
est donnée par :
1,1 2
q = 8,92 (   ) (W/m ) (1)
i
S,m
où
 est la température moyenne de surface, en °C ;

S,m
 est la température intérieure opérative nominale, en °C.
i
Pour les autres types de systèmes de chauffage et de refroidissement, le flux thermique q est donné par :
2
Chauffage et refroidissement par les murs : q = 8 (|   |) (W/m ) (2)
i
s,m
2
Chauffage par le plafond : q = 6 (|   |) (W/m ) (3)
i
s,m
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2
Refroidissement par le sol : q = 7 (|   |) (W/m ) (4)
i
s,m
Le coefficient de transmission thermique combine la convection et le rayonnement.
NOTE Dans de nombreuses simulations de système de bâtiment utilisant des modèles numériques dynamiques, la
transmission thermique est souvent scindée entre une partie par convection (entre la surface chauffée/refroidie et l’air du
local) et une partie par rayonnement (entre la surface chauffée/refroidie et les surfaces ou sources environnantes). Dans
la plage normale de températures de 15 °C à 30 °C, le coefficient de transmission thermique par rayonnement peut être
2
fixé à 5,5 W/m K. Le coefficient de transmission thermique par convection dépend du type de surface, du fait qu’il s’agisse
de chauffage ou de refroidissement, de la vitesse de l’air (convection forcée) ou de la différence de température entre la
surface et l’air (convection naturelle).
En vue de l’utilisation de la méthode de calcul simplifiée de l'Annexe A, les courbes caractéristiques
présentent le flux thermique en fonction de la différence entre la température du medium de
chauffage/refroidissement et la température intérieure. Pour l'utilisateur de l'Annexe A, l’utilisation directe des
valeurs des coefficients d'échange thermique ne nécessite aucun calcul. En conséquence, l'Annexe A ne
comporte aucune valeur pour ce type d’application aucun détail particulier, aucune équation concernant les
coefficients d'échange thermique sur les surfaces de chauffage ou de refroidissement.
Ainsi, les valeurs α du Tableau A.12 de l'Annexe A ne sont pas destinées à effectuer un calcul direct du flux
thermique. En fait, elles sont exclusivement fournies pour la conversion des courbes caractéristiques selon
l'Équation (A.32) de l'Article A.3. Pour simplifier, ces calculs sont fondés sur le même coefficient d'échange
2
thermique pour le refroidissement par le sol et le chauffage par le plafond, 6,5 W/m K.
Pour tout système de chauffage et refroidissement de surface, il existe un flux thermique admissible
maximum, le flux thermique limite q . Celui-ci est déterminé pour une température intérieure théorique de la
G
pièce sélectionnée de  (souvent de 20 °C pour le chauffage et souvent de 26 °C pour le refroidissement) à la
i
température de surface maximale ou minimale  et une chute de température  = 0 K.
F,max
Pour les calculs, le point de référence utilisé pour  est le centre de l’aire de la surface de chauffage ou
S,max
de refroidissement, quel que soit le type de système.
La température de surface moyenne,  ,, qui détermine l’intensité du flux thermique (voir la courbe
S,m
caractéristique de base) est liée à la température de surface maximale ou minimale :    et
S,m S,max
   s’appliquent toujours.
S,m S,min
La valeur accessible,  , ne dépend pas seulement du type de système, mais aussi des conditions de
S,m
fonctionnement (chute de température  =   , flux thermique sortant q et résistance thermique du
V R u
revêtement R ).
,B
Les hypothèses suivantes constituent la base du calcul du flux thermique :
 la transmission thermique entre la surface chauffée ou refroidie et le local suit la courbe caractéristique
de base ;
 la chute de température  = 0. L’influence de la chute de température sur la courbe caractéristique
s’établit en utilisant l’écart de température moyen du medium de chauffage déterminée par logarithme
 [voir Équation (1)] ;
H
m kg
H
 Écoulement turbulent dans un tuyau :  4000 ;
dhm
i
 aucun flux thermique latéral.
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7 Méthodes de calcul simplifiées de détermination de la puissance calorifique et
frigorifique ou de la température de surface
On peut appliquer deux types de méthodes de calcul simplifiées selon la présente partie de l'ISO 11855 :
 l’une est fondée sur une simple fonction de puissance produit de tous les paramètres d’influence
développés à partir de la méthode des éléments finis (MEF) ;
 l’autre est fondée sur le calcul de la résistance thermique équivalente entre la température du medium de
chauffage ou de refroidissement et la température de surface (ou température du local).
Une installation de système donnée ne peut être calculée qu’avec une des méthodes simplifiées. La bonne
méthode à employer dépend du type de système A à G (position des tuyaux, construction en béton ou en
bois) et des conditions limites énumérées dans le Tableau 2.
Tableau 2 — Critères de sélection de la méthode de calcul simplifiée
Référence faite
Type de
Position du tuyau Figure Conditions limites à la méthode
système
en
W  0,050 m s  0,01 m
Dans la chape A, C 2 a) 7.1
u
Découplé thermiquement de la base A.2.2
0,008 m  d  0,03 m
structurelle du bâtiment par isolation
s /  0,01
u e
thermique
0,05 m  W  0,45 m
Dans l'isolation, dispositifs conducteurs B 2 b) 7.1
Construction sans bois, à l'exception A.2.3
0,014 m  d  0,022 m
d'une couche de support du poids et de
diffusion thermique
0,01 m  s /  0,18
u e
Système à section plane D 2 c) 7.1,
A.2.4
S /W  0,3
Dans une dalle de béton E 4 7.2,
T
B.1
d /W  0,2
Tuyaux capillaires dans une surface de F 5 7.2, B.2
a
béton
  10 
Constructions en bois, tuyaux en sous- G 6 7.2, Annexe C
wl surroundingmaterial
plancher ou en dessous du sous-
S   0,01
WL
plancher, dispositifs de conduction
7.1 Fonction de puissance universelle simple
Le flux thermique entre les tuyaux intégrés (température du medium de chauffage ou de refroidissement) et le
local est calculé par l’équation générale suivante :
m
i 2
qB ()a ∆ (W/m ) (5)
 i H
i
où
2
B est un coefficient qui dépend du système, en W/(mK). Il dépend du type de système ;
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m est le produit de puissance, qui lie les paramètres de la structure (revêtement de
i
()a
 i
surface, espacement, diamètre et revêtement des tuyaux).
i
Cette méthode de calcul est donnée à l'Annexe A pour les quatre types de systèmes suivants :
 Type A avec tuyaux intégrés dans la chape ou le béton (voir Figure 2 et A.2.2) ;
 Type B avec tuyaux intégrés hors de la chape (voir Figure 2 et A.2.3) ;
 Type C avec tuyaux intégrés dans la chape (voir Figure 2 et A.2.2) ;
 systèmes à section plane de Type D (voir A.2.4).
La Figure 2 montre les types d’incorporation dans un sol, mais les méthodes peuvent aussi être appliquées
aux systèmes intégrés dans un mur ou un plafond pour un même positionnement des tuyaux
Cette méthode ne doit être utilisée que pour les configurations de systèmes répondant aux conditions limites
énumérées à l'Annexe A pour les différents types de systèmes.

a)  Types A et C
Légende
1 revêtement de sol
2 couche de support du poids et de diffusion thermique (chape de ciment, chape d’anhydrite, chape d’asphalte)
3 isolation thermique
4 structure de support

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b)  Type B
Légende
1 revêtement de sol
2 couche de support du poids et de diffusion thermique (chape de ciment, chape d’anhydrite, chape d’asphalte, bois)
3 dispositifs de diffusion thermique
4 isolation thermique
5 structure de support
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c)  Type D
Légende
1 revêtement de sol R , B

2 couche de support du poids et de diffusion thermique (chape de ciment, chape d’anhydrite, chape d’asphalte, bois)
3 isolation thermique
4 structure de support
Figure 2 — Systèmes de types A, B et C couverts par la méthode de l'Annexe A
7.2 Méthodes par résistance thermique
Le flux thermique entre les tuyaux intégrés (température du medium de chauffage ou de refroidissement) et le
local ou la surface est calculé au moyen des résistances thermiques.
Le concept est présenté à la Figure 3.
On détermine la résistance équivalente, R , entre le medium de chauffage ou de refroidissement et un cœur
HC
fictif (ou couche conductrice de chaleur) à l’emplacement des tuyaux. Cette résistance comprend l’influence
du type de tuyau, de sa longueur et de sa méthode d’installation (dans du béton, dans une construction en
bois, etc.). De cette façon, on calcule une température fictive de cœur. La transmission thermique entre cette
couche fictive et les surfaces, R et R (ou le local et le local voisin) est calculée au moyen de résistances
i e
linéaires (ajout des résistances des couches au-dessus et au-dessous de la couche conductrice de chaleur).
La résistance équivalente de la couche conductrice de chaleur est calculée de différentes façons selon le type
de système.
Cette méthode de calcul, qui utilise le concept de résistance globale, est donnée à l'Annexe B pour les deux
types de système suivants :
 Type E avec tuyaux intégrés dans des dalles de béton non armé (voir Figure 4 et B.1) ;
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