Calcul hydraulique du système de chauffage sur un exemple spécifique

Le chauffage basé sur la circulation d'eau chaude est l'option la plus courante pour organiser une maison privée. Pour une conception de système compétente, il est nécessaire d'avoir des résultats d'analyse préliminaires, le calcul dit hydraulique du système de chauffage, reliant la pression dans toutes les sections du réseau avec les diamètres des tuyaux.

L'article présenté décrit en détail la technique de calcul. Pour mieux comprendre l'algorithme des actions, nous avons examiné la procédure de calcul à l'aide d'un exemple spécifique.

En respectant la séquence décrite, il sera possible de déterminer le diamètre optimal de la canalisation principale, le nombre d'appareils de chauffage, la puissance de la chaudière et d'autres paramètres du système nécessaires pour organiser une alimentation en chaleur individuelle efficace.

Le concept de calcul hydraulique

Le facteur déterminant dans le développement technologique des systèmes de chauffage est devenu l'économie d'énergie habituelle. Le désir d'économiser de l'argent rend une approche plus prudente de la conception, de la sélection des matériaux, des méthodes d'installation et de fonctionnement du chauffage pour la maison.

Par conséquent, si vous décidez de créer un système de chauffage unique et principalement économique pour votre appartement ou votre maison, nous vous recommandons de vous familiariser avec les règles de calcul et de conception.

Avant de définir le calcul hydraulique du système, vous devez comprendre clairement et clairement que le système de chauffage individuel d'un appartement et d'une maison est situé conditionnellement un ordre de grandeur supérieur au système de chauffage central d'un grand bâtiment.

Un système de chauffage personnel est basé sur une approche fondamentalement différente des concepts de chaleur et d'énergie.

L'essence du calcul hydraulique est que le débit de liquide de refroidissement n'est pas réglé à l'avance avec une approximation significative des paramètres réels, mais est déterminé en reliant les diamètres des tuyaux aux paramètres de pression dans tous les anneaux du système.

Il suffit d'effectuer une comparaison triviale de ces systèmes selon les paramètres suivants.

1. Le système de chauffage central (chaufferie-appartement) est basé sur des types d'énergie standard - charbon, gaz. Dans un système autonome, vous pouvez utiliser presque toutes les substances qui ont une chaleur de combustion spécifique élevée, ou une combinaison de plusieurs matériaux liquides, solides et granulaires.
2. Le DSP est construit sur des éléments conventionnels: tuyaux métalliques, batteries «maladroites», vannes d'arrêt. Un système de chauffage individuel vous permet de combiner une variété d'éléments: radiateurs à plusieurs sections avec une bonne dissipation thermique, thermostats de haute technologie, différents types de tuyaux (PVC et cuivre), robinets, bouchons, raccords et bien sûr leurs propres chaudières plus économiques, pompes de circulation.
3. Si vous entrez dans l'appartement d'une maison à panneaux typique construite il y a environ 20 à 40 ans, nous constatons que le système de chauffage se résume à la présence d'une batterie à 7 cellules sous la fenêtre dans chaque pièce de l'appartement plus un tuyau vertical à travers toute la maison (colonne montante), avec lequel vous pouvez "communiquer" avec voisins dessus / dessous. Qu'il s'agisse d'un système de chauffage autonome (ASO), il vous permet de construire un système de toute complexité, en tenant compte des souhaits individuels des résidents de l'appartement.
4. Contrairement au DSP, un système de chauffage séparé prend en compte une liste assez impressionnante de paramètres qui affectent la transmission, la consommation d'énergie et les pertes de chaleur. Le régime de température de l'environnement, la plage de température requise dans les locaux, la superficie et le volume de la pièce, le nombre de fenêtres et de portes, la destination des locaux, etc.

Ainsi, le calcul hydraulique du système de chauffage (GRSO) est un ensemble conditionnel de caractéristiques calculées du système de chauffage, qui fournit des informations complètes sur des paramètres tels que le diamètre du tuyau, nombre de radiateurs et soupapes.

Ce type de radiateur a été installé dans la plupart des maisons à panneaux de l'espace post-soviétique. Économies sur les matériaux et absence d'une idée de conception «sur le visage»

GRSO vous permet de choisir la pompe à eau à anneau droit (chaudière de chauffage) pour transporter l'eau chaude jusqu'aux éléments finaux du système de chauffage (radiateurs) et, finalement, avoir le système le plus équilibré, ce qui affecte directement les investissements financiers dans le chauffage de la maison.

Un autre type de radiateur de chauffage pour DSP. Il s'agit d'un produit plus polyvalent qui peut avoir n'importe quel nombre d'arêtes. Vous pouvez donc augmenter ou diminuer la zone de transfert de chaleur

Séquence d'étapes de calcul

Parlant du calcul du système de chauffage, nous notons que cette procédure est la plus ambiguë et la plus importante en termes de conception.

Avant d'effectuer le calcul, vous devez effectuer une analyse préliminaire du futur système, par exemple:

• régler le bilan thermique dans toutes et spécifiquement chaque pièce de l'appartement;
• sélectionner des thermostats, des vannes et des régulateurs de pression;
• identifier les zones du système avec une consommation maximale et minimale de caloporteur.

De plus, il est nécessaire de déterminer le schéma général de transport du liquide de refroidissement: circuit plein et petit, système monotube ou autoroute à deux tuyaux.

À la suite du calcul hydraulique, nous obtenons plusieurs caractéristiques importantes du système hydraulique qui fournissent des réponses aux questions suivantes:

• quelle devrait être la puissance de la source de chauffage;
• quels sont le débit et la vitesse du liquide de refroidissement;
• quel diamètre du pipeline principal du pipeline de chaleur est nécessaire;
• quelles sont les pertes de chaleur possibles et la masse du liquide de refroidissement lui-même.

Un autre aspect important du calcul hydraulique est la procédure d'équilibrage (liaison) de toutes les parties (branches) du système dans des conditions thermiques extrêmes à l'aide de dispositifs de contrôle.

Il existe plusieurs types principaux de produits de chauffage: fonte multi-section en fonte et aluminium, panneau en acier, radiateurs bimétalliques et convecteurs. Mais les plus courants sont les radiateurs en aluminium à plusieurs sections

La zone de peuplement du pipeline est une section avec un diamètre constant du pipeline lui-même, ainsi qu'un débit inchangé d'eau chaude, qui est déterminé par la formule du bilan thermique des pièces. La liste des zones de conception commence à partir d'une pompe ou d'une source de chaleur.

Conditions initiales de l'exemple

Pour une explication plus spécifique de tous les détails de l'erreur de calcul hydraulique, nous prenons un exemple concret d'un boîtier conventionnel. En stock, nous avons un appartement classique de 2 pièces d'une maison à panneaux d'une superficie totale de 65,54 m², qui comprend deux chambres, une cuisine, WC et salle de bain séparés, double couloir, balcon double.

Après la mise en service, nous avons reçu les informations suivantes concernant l'état de préparation de l'appartement. L'appartement décrit comprend du mastic et des murs apprêtés faits de structures monolithiques en béton armé, des fenêtres profilées avec deux verres de chambre, des portes intérieures pressées par le tyrol et des carreaux de céramique au sol de la salle de bain.

Maison à panneaux typique de 9 étages avec quatre entrées. Il y a 3 appartements à chaque étage: un 2 pièces et deux 3 pièces. L'appartement est situé au cinquième étage

De plus, le logement présenté est déjà équipé d'un câblage en cuivre, de distributeurs et d'un volet séparé, cuisinière à gaz, baignoire, lavabo, WC, sèche-serviettes chauffant, évier.

Et surtout, les salons, la salle de bain et la cuisine ont déjà des radiateurs de chauffage en aluminium. La question des tuyaux et de la chaudière reste ouverte.

Comment les données sont collectées

Le calcul hydraulique du système est en grande partie basé sur des calculs liés au calcul du chauffage sur la surface de la pièce.

Par conséquent, vous devez disposer des informations suivantes:

• la superficie de chaque pièce individuelle;
• dimensions des connecteurs de fenêtres et de portes (les portes internes n'ont presque aucun effet sur les pertes de chaleur);
• conditions climatiques, caractéristiques de la région.

Nous partirons des données suivantes. La superficie de la salle commune est de 18,83 m², chambre - 14.86 m², cuisine - 10,46 m², balcon - 7,83 m² (montant), couloir - 9,72 m² (montant), salle de bain - 3,60 m², toilettes - 1,5 m². Portes d'entrée - 2,20 m², vitrine de la salle commune - 8,1 m², fenêtre de la chambre - 1,96 m², fenêtre de la cuisine - 1,96 m².

La hauteur des murs de l'appartement est de 2 mètres 70 cm Les murs extérieurs sont en béton de classe B7 plus enduit intérieur, 300 mm d'épaisseur.Murs intérieurs et cloisons - portant 120 mm, ordinaire - 80 mm. Plancher et, en conséquence, plafond de dalles de béton de classe B15, épaisseur 200 mm.

La disposition de cet appartement offre la possibilité de créer une seule branche de chauffage traversant la cuisine, la chambre et la salle commune, qui fournira une température moyenne de 20-22⁰C dans les pièces (+)

Et l'environnement? L'appartement est dans la maison, qui est située au milieu d'un petit quartier de la petite ville. La ville est située dans une certaine plaine, la hauteur au-dessus du niveau de la mer est de 130 à 150 m Le climat est continental tempéré avec des hivers frais et des étés assez chauds.

La température annuelle moyenne, + 7,6 ° C La température moyenne de janvier est de -6,6 ° C, juillet + 18,7 ° C. Vent - 3,5 m / s, humidité moyenne - 74%, précipitations 569 mm.

En analysant les conditions climatiques de la région, il convient de noter que nous avons affaire à une large gamme de températures, ce qui affecte à son tour l'exigence particulière d'ajustement du système de chauffage de l'appartement.

Puissance du générateur de chaleur

L'un des principaux composants du système de chauffage est une chaudière: électrique, gaz, combiné - à ce stade, cela n'a pas d'importance. Étant donné que sa principale caractéristique est importante pour nous - la puissance, c'est-à-dire la quantité d'énergie par unité de temps qui sera consacrée au chauffage.

La puissance de la chaudière elle-même est déterminée par la formule ci-dessous:

Chaudière W = (S room * W business) / 10,

où:

• Sroom - la somme des surfaces de toutes les pièces nécessitant du chauffage;
• A fait - puissance spécifique, en tenant compte des conditions climatiques du lieu (c'est pourquoi il fallait connaître le climat de la région).

Ce qui est caractéristique, pour différentes zones climatiques, nous avons les données suivantes:

• régions du nord - 1,5 - 2 kW / m²;
• zone centrale - 1 à 1,5 kW / m²;
• régions du sud - 0,6 - 1 kW / m².

Ces chiffres sont assez arbitraires, mais donnent néanmoins une réponse numérique claire concernant l'impact environnemental sur le système de chauffage de l'appartement.

Cette carte montre les zones climatiques avec différentes conditions de température. L'emplacement du logement par rapport à la zone et combien vous devez dépenser pour chauffer un mètre carré d'énergie (+)

La somme de la surface de l'appartement à chauffer est égale à la surface totale de l'appartement et égale à 65,54-1,80-6,03 = 57,71 m2 (moins le balcon). La puissance spécifique de la chaudière pour la région centrale avec des hivers froids est de 1,4 kW / m2. Ainsi, dans notre exemple, la puissance calculée de la chaudière de chauffage équivaut à 8,08 kW.

Paramètres dynamiques des fluides

Nous passons à l'étape suivante des calculs - l'analyse de la consommation de liquide de refroidissement. Dans la plupart des cas, le système de chauffage d'un appartement diffère des autres systèmes - cela est dû au nombre de panneaux de chauffage et à la longueur du pipeline. La pression est utilisée comme «force motrice» supplémentaire du flux vertical à travers le système.

Dans les bâtiments privés à un ou plusieurs étages, les anciens immeubles à appartements à panneaux, les systèmes de chauffage à haute pression sont utilisés, ce qui permet de transporter la substance dégageant de la chaleur vers toutes les sections d'un système de chauffage à plusieurs anneaux ramifié et de faire monter l'eau sur toute la hauteur (jusqu'au 14e étage) du bâtiment.

Au contraire, un appartement ordinaire de 2 ou 3 pièces avec chauffage indépendant n'a pas une telle variété d'anneaux et de branches du système; il ne comprend pas plus de trois circuits.

Cela signifie que le liquide de refroidissement est transporté en utilisant le processus naturel d'écoulement de l'eau. Mais vous pouvez également utiliser pompes de circulation, le chauffage est assuré par une chaudière gaz / électrique.

Nous recommandons d'utiliser une pompe de circulation pour chauffer des pièces de plus de 100 m². La pompe peut être montée à la fois avant et après la chaudière, mais elle est généralement placée sur le «retour» - température du support inférieure, alimentation en air réduite, durée de vie de la pompe plus longue

Les spécialistes de la conception et de l'installation de systèmes de chauffage déterminent deux approches principales en termes de calcul du volume de liquide de refroidissement:

1. Selon la capacité réelle du système. Tous les volumes de cavités, sans exception, où le flux d'eau chaude va s'écouler sont résumés: la somme des sections individuelles de tuyaux, des sections de radiateurs, etc. Mais c'est une option assez longue.
2. Par la puissance de la chaudière. Ici, les avis des experts divergeaient beaucoup, certains disent 10, d'autres 15 litres par unité de capacité de la chaudière.

D'un point de vue pragmatique, il faut tenir compte du fait que le système de chauffage fournira probablement non seulement de l'eau chaude pour la pièce, mais aussi chauffera l'eau pour la baignoire / douche, le lavabo, l'évier et le sèche-linge, et peut-être aussi pour un hydromassage ou un jacuzzi. Cette option est plus simple.

Par conséquent, dans ce cas, nous recommandons d'installer 13,5 litres par unité de puissance. En multipliant ce nombre par la puissance de la chaudière (8,08 kW), nous obtenons le volume calculé de la masse d'eau - 109,08 litres.

La vitesse calculée du liquide de refroidissement dans le système est précisément ce paramètre qui vous permet de sélectionner un diamètre de tuyau spécifique pour le système de chauffage.

Il est calculé par la formule suivante:

V = (0,86 * W * k) / t à,

où:

• W - puissance de la chaudière;
• t - température de l'eau fournie;
• à - température de l'eau dans le circuit de retour;
• k - efficacité de la chaudière (0,95 pour la chaudière à gaz).

En substituant les données calculées dans la formule, nous avons: (0,86 * 8080 * 0,95) / 80-60 = 6601,36 / 20 = 330kg / h. Ainsi, en une heure, 330 l de liquide de refroidissement (eau) se déplacent dans le système, et la capacité du système est d'environ 110 l.

Détermination du diamètre du tuyau

Pour la détermination finale du diamètre et de l'épaisseur des tuyaux de chauffage, il reste à discuter de la question des pertes de chaleur.

La quantité maximale de chaleur quitte la pièce à travers les murs - jusqu'à 40%, à travers les fenêtres - 15%, le sol - 10%, tout le reste à travers le plafond / toit. L'appartement se caractérise par des pertes principalement dues aux fenêtres et aux modules de balcon

Il existe plusieurs types de pertes de chaleur dans les pièces chauffées:

1. Perte de pression dans les tuyaux. Ce paramètre est directement proportionnel au produit de la perte de friction spécifique à l'intérieur du tuyau (fourni par le fabricant) par la longueur totale du tuyau. Mais étant donné la tâche actuelle, ces pertes peuvent être ignorées.
2. Perte de charge aux résistances locales des tuyaux - Coûts de chaleur sur les raccords et l'équipement intérieur. Mais étant donné les conditions du problème, un petit nombre de coudes de montage et le nombre de radiateurs, de telles pertes peuvent être négligées.
3. Pertes de chaleur en fonction de l'emplacement de l'appartement. Il existe un autre type de coûts de chauffage, mais ils sont davantage liés à l'emplacement de la pièce par rapport au reste du bâtiment. Pour un appartement ordinaire, qui est situé au milieu de la maison et adjacent à gauche / droite / haut / bas avec d'autres appartements, la perte de chaleur à travers les murs latéraux, le plafond et le sol est pratiquement égale à "0".

Vous ne pouvez prendre en compte les pertes que par l'avant de l'appartement - un balcon et la fenêtre centrale de la salle commune. Mais cette question est en cours de fermeture en raison de l'ajout de 2-3 sections à chacun des radiateurs.

La valeur du diamètre des tuyaux est choisie en fonction du débit du liquide de refroidissement et de la vitesse de sa circulation dans la canalisation de chauffage

En analysant les informations ci-dessus, il convient de noter que pour la vitesse calculée de l'eau chaude dans le système de chauffage, la vitesse tabulaire de mouvement des particules d'eau par rapport à la paroi du tuyau dans une position horizontale de 0,3-0,7 m / s est connue.

Pour aider le maître, nous présentons la soi-disant liste de contrôle des calculs pour un calcul hydraulique typique d'un système de chauffage:

• collecte de données et calcul de la puissance de la chaudière;
• volume et vitesse du caloporteur;
• perte de chaleur et diamètre du tuyau.

Parfois, lors d'un mauvais calcul, vous pouvez obtenir un diamètre de tuyau suffisamment grand pour bloquer le volume calculé du liquide de refroidissement. Ce problème peut être résolu en augmentant le déplacement de la chaudière ou en ajoutant un vase d'expansion supplémentaire.

Sur notre site il y a un bloc d'articles consacré au calcul du système de chauffage, nous vous conseillons de lire:

1. Calcul thermique d'un système de chauffage: comment calculer correctement la charge d'un système
2. Calcul du chauffage de l'eau: formules, règles, exemples de mise en œuvre
3. Calcul thermotechnique d'un bâtiment: spécificités et formules pour effectuer des calculs + exemples pratiques

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Caractéristiques, avantages et inconvénients des systèmes de circulation naturelle et forcée pour le fluide caloporteur:

Pour résumer le calcul hydraulique, nous avons ainsi obtenu les caractéristiques physiques spécifiques du futur système de chauffage.

Naturellement, il s'agit d'un schéma de calcul simplifié, qui donne des données approximatives sur le calcul hydraulique pour le système de chauffage d'un appartement de deux pièces typique.

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