Un radiateur est un dispositif qui permet l'échange de chaleur entre deux milieux. Il a pour fonction, soit d'évacuer la chaleur d'un objet pour éviter sa surchauffe, soit de chauffer un espace ou un objet. Le radiateur opère généralement par convection, mais aussi par rayonnement, c'est à ce dernier mode de transfert thermique qu'il doit son nom.

Ancien radiateur à eau chaude domestique en fonte

Domaines d'utilisation

Les domaines d'utilisation des radiateurs sont très vastes. Les radiateurs sont utilisés dès qu'il y a la nécessité d'échanger une grande quantité de chaleur dans un volume restreint.

Radiateur domestique

Un radiateur domestique

Les radiateurs domestiques ont pour but de chauffer un local et le maintenir à une certaine température de confort. Il existe plusieurs types de radiateurs domestiques.

Pour transférer efficacement de la chaleur, un radiateur doit être constitué d'un matériau ayant une forte conductivité thermique (d'où l'utilisation courante de métal) et posséder une grande surface de contact entre les deux systèmes, ce qui explique les formes souvent complexes employées afin de maximiser les échanges thermiques. On fait parfois usage de convection forcée (ventilateur).

La dissipation de chaleur par rayonnement dépend fortement de la température (en T, cf loi de Stefan-Boltzmann).

D'autres facteurs interviennent dans le maintien d'une température de confort : l'isolation du bâtiment et des pièces, la présence de vanne thermostatique, etc.

Radiateur à eau alimenté par chaudière

Le radiateur à eau est le plus ancien. Un fluide caloporteur est chauffé dans une chaudière et ensuite amené dans un élément qui va communiquer la chaleur de ce liquide à son environnement, essentiellement par transferts radiatifs et convectifs. Voici une liste des contraintes techniques expliquant la forme et le fonctionnement d'un radiateur :

transférer un maximum de chaleur du liquide vers son environnement : optimiser les formes des surfaces de contact fluide caloporteur-paroi et paroi-environnement afin de maximiser les échanges de chaleur et minimiser le volume du radiateur.

optimiser les formes des surfaces de contact fluide caloporteur-paroi et paroi-environnement afin de maximiser les échanges de chaleur et minimiser le volume du radiateur.

avoir une inertie thermique élevée. Cela permet d’accumuler beaucoup de chaleur et de la relâcher lentement : l’environnement est chauffé « doucement ». Dans le cas contraire, une pièce deviendrait très chaude lorsque la chaudière fonctionne et très froide lorsque la chaudière est arrêtée.

avoir un liquide avec un maximum d’énergie calorifique : limite la baisse de la température du liquide entre la sortie de la chaudière et le radiateur permet d’avoir un débit plus faible (moins de chute de pression)

limite la baisse de la température du liquide entre la sortie de la chaudière et le radiateur

permet d’avoir un débit plus faible (moins de chute de pression)

minimiser les bulles d’air qui diminuent la surface d’échange liquide caloporteur/interface (ces bulles ont aussi tendance à faire du bruit lorsqu’elles passent dans les tuyaux) : la solution est de faire rentrer l’eau par le bas du radiateur. Elle va le remplir lentement et chasser l’air par le tuyau de sortie. Dans ce cas l’air sera évacué en desserrant la molette de raccordement en haut du radiateur (et en la resserrant dès que l’eau suintera). Parfois, la purge est automatique et se fait au niveau de la chaudière.

la solution est de faire rentrer l’eau par le bas du radiateur. Elle va le remplir lentement et chasser l’air par le tuyau de sortie. Dans ce cas l’air sera évacué en desserrant la molette de raccordement en haut du radiateur (et en la resserrant dès que l’eau suintera). Parfois, la purge est automatique et se fait au niveau de la chaudière.

éviter que les saletés s’accumulant au bas des radiateurs n'obstruent les tuyaux : ici aussi, la solution est de faire entrer le fluide caloporteur par le bas : les grosses saletés décantent plus vite que l’eau ne les soulève et arrivent donc moins facilement dans les tuyaux.

ici aussi, la solution est de faire entrer le fluide caloporteur par le bas : les grosses saletés décantent plus vite que l’eau ne les soulève et arrivent donc moins facilement dans les tuyaux.

être éteint/allumé et réglable en puissance : cette fonction est remplie par le robinet en sortie de radiateur (en haut) à tourner à la main (tourner dans le sens des aiguilles d’une montre ferme le radiateur).

cette fonction est remplie par le robinet en sortie de radiateur (en haut) à tourner à la main (tourner dans le sens des aiguilles d’une montre ferme le radiateur).

assurer un chauffage homogène dans toute la maison en dépit de la chute de pression : le même robinet, ou vis réglable, permet de faciliter ou freiner l’entrée de l’eau dans le radiateur. Resserrer la vis des radiateurs proche de la chaudière permet d’éviter que toute l’eau du circuit ne passe par le radiateur et ne court-circuite toute la maison. Ouvrir la vis du radiateur en bout de circuit (et donc avec peu de pression) permet de faciliter la rentrée de l’eau (et donc le chauffage) dans le radiateur.

le même robinet, ou vis réglable, permet de faciliter ou freiner l’entrée de l’eau dans le radiateur. Resserrer la vis des radiateurs proche de la chaudière permet d’éviter que toute l’eau du circuit ne passe par le radiateur et ne court-circuite toute la maison. Ouvrir la vis du radiateur en bout de circuit (et donc avec peu de pression) permet de faciliter la rentrée de l’eau (et donc le chauffage) dans le radiateur.

bloquer les entrées d’air froid d’une pièce : choisir un emplacement favorisant les échanges thermiques entre le radiateur et son environnement. Ainsi, l'une des raisons pour lesquelles les radiateurs sont fréquemment placés sous les fenêtres est que cela permet d'augmenter le phénomène de convection naturelle, mélangeant l'air froid à l'air chaud.

choisir un emplacement favorisant les échanges thermiques entre le radiateur et son environnement. Ainsi, l'une des raisons pour lesquelles les radiateurs sont fréquemment placés sous les fenêtres est que cela permet d'augmenter le phénomène de convection naturelle, mélangeant l'air froid à l'air chaud.

Radiateur électrique

Tous les radiateurs dont la propagation calorifique est convective sont à nettoyer de temps en temps. Dès que cette convection est assistée ou forcée c'est très régulièrement.

Convecteur Un convecteur est un caisson de section souvent rectangulaire (horizontale ou verticale) et de dimension variée selon la puissance. Il est placé en général à 20 cm du sol. Les parties hautes et basses sont ouvertes (parfois grillagées); la grille basse est l'entrée d'air frais et la haute la sortie d'air chaud. la circulation de l'air s'effectue par convection naturelle. À l’intérieur du radiateur le chauffage de l'air est effectue par des résistances munies d'ailettes afin d'augmenter la surface de diffusion.

Radiateur à Convection assisté

son fonctionnement général est identique au convecteur, décrit ci-dessus. La différence étant la circulation de l'air qui est plus ou moins augmenté par une petite turbine.

Radiateur à Convection forcée

La totalité de l'air traversant est mise en mouvement forcé et le flux est rarement vertical vers le haut. Très souvent ce flux est projeté ou à flux oscillant. Il est parfois à sens anti-méthodique vers le bas (par exemple les rideau d'air chaud de l'entrée des magasins). La turbine peut être aussi bien axiale que radiale. Autres exemples : aérothermes, radiateur soufflant, etc.

Radiateur rayonnant ou radiant 

Un chauffage radiant électrique diffuse la chaleur sous forme de rayonnement par l’intermédiaire d’une plaque métallique chauffée électriquement. Les radiateurs rayonnants produisent une chaleur transmise par rayons infrarouges, diffusée de manière homogène et rapide. Le chauffage par rayonnant étant plus efficace que les radiateur électriques ordinaires, ils ont un meilleur rendement de diffusion. Ces appareils électriques sont les plus couramment utilisés dans les habitations.

Radiateur à inertie 

Les chauffages à inertie sont des radiateurs utilisant des corps de chauffe solides (inertie sèche) ou liquides (inertie à fluide caloporteur). Le principe est de garder le plus longtemps possible la chaleur produite électriquement dans le cas des chauffages électriques pour la diffuser dans l'habitat le plus longtemps possible. Les radiateurs à inertie font partie des modes de chauffage dits à chaleur douce.

Radiateur à accumulation 

Un radiateur à accumulation chauffe quasi continuellement. Pour ce faire, il utilise la chaleur emmagasinée la nuit au tarif heures creuses pour la restituer le jour. Généralement équipé de briques réfractaires, il émet de la chaleur en journée sans consommer d'énergie.

Radiateur infrarouge 

Idéal pour les grandes superficies ou les pièces à haut plafond, un chauffage à infrarouge fonctionne comme les rayons du soleil. Ils sont conçus pour minimiser au maximum l'effet négatif de convection. Ces chauffages peuvent atteindre des rendements de 80 %.

Radiateur halogène 

Il faut distinguer le « chauffage infrarouge long » et les « radiateurs halogènes » souvent commercialisés sous le nom de radiateur à infrarouge. Les chauffages halogènes aussi appelés « halogène » sont utilisés comme chauffage d'appoint pour de petites surfaces types salles de bain.

Radiateur à bain d'huile Il existe aussi des radiateurs à bain d’huile, dans lesquels le chauffage est assuré par des résistances électriques. La capacité calorifique de l’huile étant plus faible que l’eau, il faut moins d’énergie pour la chauffer. Le radiateur est ainsi plus rapide à monter en température.

Radiateur automobile

Radiateur de moteur de voiture

Les moteurs à explosion équipant la plupart des véhicules automobiles génèrent énormément de chaleur inutile. La quasi-totalité des moteurs récents sont équipés d'un circuit de refroidissement, et donc d'un radiateur d'automobile inventé en 1897 par Wilhelm Maybach et amélioré par Samuel Brown.

Dans ce cas, un liquide de refroidissement circule dans le bloc moteur ainsi que dans la culasse, passant au plus près des zones de production de chaleur, son but est de maintenir à une température optimum le corps du moteur (entre 75 °C et 95 °C). Ce fluide caloporteur est forcé par une pompe centrifuge dans des durits jusqu'à un radiateur, monté généralement face à la route, l'air extérieur au véhicule traverse le radiateur transférant l'énergie indésirable du moteur à l'air ambiant. Ce radiateur peut être en aluminium, ou en cuivre, qui bien que plus lourd, dissipe mieux l'énergie. Il est généralement formé d'un faisceau de tubes verticaux entrecroisés, garnis d'ailettes dans lesquels l'eau de refroidissement circule. En hiver, on utilise un liquide antigel pour protéger le système de refroidissement et le moteur.

On trouve ce type de radiateur sur les motos et d'autres véhicules à moteur.

Dispositifs associés pour la régulation de la température

Plusieurs dispositifs permettant d'améliorer le fonctionnement d'un radiateur en régulant la température du fluide caloporteur :

Le flux d'air passant au travers du radiateur peut être accéléré par un ventilateur, en outre à l'arrêt complet du véhicule, Le ventilateur peut être entraîné électriquement, et dans ce cas, il est souvent couplé a un thermocontact commandant son démarrage. Ou il peut être aussi entrainé mécaniquement avec la pompe à eau. Il est souvent aspirant, mais peut être monté soufflant, ce qui est plus efficace, mais pose des problèmes d'encombrements.

Le calorstat permet au moteur d'atteindre sa température optimum de fonctionnement plus rapidement en créant un circuit fermé ne passant pas par le radiateur jusqu'à ce que la température prévue soit atteinte.

Autres utilisations dans le domaine automobile

Dans d'autres cas, le fluide caloporteur peut être de l'huile, provenant du moteur, de la boîte de vitesses ou du pont.

Une autre utilisation du radiateur en automobile est sous forme d'échangeur air/air (souvent couplé à un dispositif de suralimentation), pour diminuer la température de l'air d'admission, permettant d'améliorer le rendement de son cycle thermodynamique. En compétition, certains de ces échangeurs reçoivent des buses projetant de l'eau froide.

Composant électronique

L'électronique et l'informatique produisent de la chaleur qu'il est nécessaire de dissiper sous peine d'endommager le matériel. Ces domaines utilisent des petits radiateurs appelés dissipateur thermique qui peuvent être couplés à des ventilateurs (voir photo ci-dessous). Dans ce domaine on parle d'aircooling ou de refroidissement à air.

Exemple de radiateurs utilisés pour le refroidissement en électronique.

Radiateurs couplés à des ventilateurs (ventirads) pour le refroidissement de microprocesseurs.

Autres domaines d'utilisation

Le radiateur principal de la station spatiale internationale peut évacuer 75 kW de chaleur qui est véhiculée par un circuit dans lequel coule de l'ammoniac

Aéronautique : radiateur sur les ailes d'avion pour les empêcher de geler ;

Industrie : dissipation de chaleur générée par un processus industriel ;

Astronautique : des radiateurs sont utilisés pour évacuer la chaleur générée par les composants électroniques (tous les engins spatiaux) et l'activité humaine (engins habités).

有些设备工作时会产生大量的热量，而这些多余的热量不能有快速散去并聚积起来产生高温，很可能会毁坏正在工作的设备，这时散热器便能有效地解决这个问题。散热器是附在发热设备上的一层良好导热介质，扮演犹如中间人一样的角色，有时在导热介质(导热膏)的基础上还会加上风扇等等东西来加快散热效果。但有时散热器也扮演强盗的角色，如冰箱的散热器是强制抽走热量，来达到比室温更低的温度。

工作原理

散热器的工作原理是热量从发热设备产生传至散热器再传到空气等物质，其中热量通过热力学中的热量传递进行传递。而热量的传递方式主要有热传导、热对流和热辐射，如当物质与物质接触时只要存在温差，就会发生热量传递，直到各处温度相同为止。散热器正是利用这一点，如采用良好的导热材料，薄而大块的鳍片状结构增大由发热设备与散热器到空气等物质的接触的面积与导热速度。 显卡、CPU与芯片组的风冷散热器

用途

分类

风冷，散热是最常见的，而且非常简单，就是使用风扇带走散热器所吸收的热量。价格相对较低，而且安装简单，但对环境依赖比较高，例如气温升高散热性能就会大受影响。

热管，是一种具有极高导热性能的传热组件，它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，它利用毛吸作用等流体原理，起到类似冰箱压缩机制冷的效果。具有很高的导热性、优良的等温性、热流密度可变性、热流方向酌可逆性、可远距离传热、恒温特性（可控热管）、热二极管与热开关性能等一系列优点，并且由热管组成的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小等优点。由于其特殊的传热特性，因而可控制管壁温度，避免露点腐蚀。但价格相对较高。

液冷，则是使用液体在泵的带动下强制循环带走散热器的热量，与风冷相比具有安静、降温稳定、对环境依赖小等等优点。但液冷的价格也相对较高，安装也相对麻烦一些。

半导体制冷利用一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型组件流向P型组件的接头吸收热量，成为冷端由P型组件流向N型组件的接头释放热量，成为热端，从而产生导热作用。

压缩机制冷从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过压缩机对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力，从而实现压缩→冷凝→膨胀→蒸发（吸热） 的制冷循环。如空调、冰箱。