Calcul du chauffage de l'eau: formules, règles, exemples de mise en œuvre

L'utilisation de l'eau comme liquide de refroidissement dans un système de chauffage est l'une des options les plus populaires pour chauffer votre maison pendant la saison froide. Il vous suffit de concevoir correctement puis de terminer l'installation du système. Sinon, le chauffage sera inefficace à des coûts de carburant élevés, ce qui, vous le voyez, est extrêmement inintéressant aux prix de l'énergie d'aujourd'hui.

Il est impossible de calculer indépendamment le chauffage de l'eau (ci-après dénommé CBO) sans utiliser de programmes spécialisés, car les calculs utilisent des expressions complexes, dont les valeurs ne peuvent pas être déterminées à l'aide d'une calculatrice conventionnelle. Dans cet article, nous analyserons en détail l'algorithme pour effectuer des calculs, donnerons les formules applicables, en considérant le déroulement des calculs à l'aide d'un exemple spécifique.

Le matériel supplémentaire sera complété par des tableaux avec des valeurs et des indicateurs de référence qui sont nécessaires pendant les calculs, des photos thématiques et une vidéo dans laquelle un exemple clair de calcul en utilisant le programme est montré.

Calcul du bilan thermique du logement

Pour l'introduction d'une installation de chauffage, où l'eau agit comme une substance en circulation, il est nécessaire de calculs hydrauliques.

Lors du développement, de la mise en œuvre de tout type de système de chauffage, il est nécessaire de connaître le bilan thermique (ci-après - TB). Connaissant la puissance thermique pour maintenir la température dans la pièce, vous pouvez choisir le bon équipement et répartir correctement sa charge.

En hiver, la pièce subit certaines pertes de chaleur (ci-après - TP). La majeure partie de l'énergie passe par les éléments enveloppants et les ouvertures de ventilation. Les dépenses insignifiantes sont pour l'infiltration, le chauffage des objets, etc.

Les TP dépendent des couches dont sont constituées les structures enveloppantes (ci-après - OK). Les matériaux de construction modernes, en particulier l'isolation, ont un faible coefficient de conductivité thermique (ci-après dénommé CT), en raison duquel moins de chaleur est expulsée à travers eux. Pour les maisons de la même zone, mais avec une structure OK différente, les coûts de chauffage seront différents.

En plus de déterminer TP, il est important de calculer la TB d'une maison. L'indicateur prend en compte non seulement la quantité d'énergie quittant la pièce, mais également la quantité d'énergie nécessaire pour maintenir certaines mesures de degré dans la maison.

Les résultats les plus précis sont fournis par des programmes spécialisés conçus pour les constructeurs. Grâce à eux, il est possible de prendre en compte plus de facteurs affectant TP.

La plus grande quantité de chaleur quitte la pièce à travers les murs, le sol, le toit, le moins - à travers les portes, les ouvertures de fenêtres

Avec une grande précision, vous pouvez calculer le TP de la maison en utilisant des formules.

La consommation totale de chaleur de la maison est calculée par l'équation:

Q = Q_ok + Q_v,

O Where Q_ok - la quantité de chaleur quittant la pièce par OK; Q_v - les frais de ventilation thermique.

Les pertes par ventilation sont prises en compte si l'air entrant dans la pièce a une température plus basse.

Les calculs prennent généralement en compte OK, entrant dans un côté de la rue. Ce sont les murs extérieurs, le sol, le toit, les portes et les fenêtres.

Général TP Q_ok égal à la somme de TP de chaque OK, soit:

Q_ok = ∑Q_st + ∑Q_okn + ∑Q_dv + ∑Q_ptl + ∑Q_pl,

Où:

• Q_st - la valeur des murs TP;
• Q_okn - Fenêtres TP;
• Q_dv - Portes TP;
  
• Q_ptl - Plafond TP;
  
• Q_pl - Plancher TP.

Si le sol ou le plafond a une structure inégale sur toute la surface, le TP est calculé séparément pour chaque site.

Calcul de la perte de chaleur par OK

Pour les calculs, les informations suivantes sont requises:

• structure des murs, matériaux utilisés, leur épaisseur, CT;
• la température extérieure lors d'un hiver extrêmement froid de cinq jours dans la ville;
• Zone OK;
• orientation OK;
• Température domestique recommandée en hiver.

Pour calculer le TP, vous devez trouver la résistance thermique totale R_ok. Pour ce faire, découvrez la résistance thermique R₁, R₂, R₃, ..., R_n chaque couche est OK.

Coefficient R_n calculé par la formule:

Rn = B / k,

Dans la formule: B - épaisseur de couche OK en mm, k - CT de chaque couche.

Le R total peut être déterminé par l'expression:

R = ∑R_n

Les fabricants de portes et fenêtres indiquent généralement le coefficient R dans le passeport du produit, il n'est donc pas nécessaire de le calculer séparément.

La résistance thermique des fenêtres ne peut pas être calculée, car les données techniques contiennent déjà les informations nécessaires, ce qui simplifie le calcul de TP

La formule générale pour calculer TP via OK est la suivante:

Q_ok = ∑S × (t_vnt - t_nar) × R × l,

Dans l'expression:

• S - zone OK, m²;
• t_vnt - température ambiante souhaitée;
• t_nar - température de l'air extérieur;
• R - coefficient de résistance, calculé séparément ou extrait du passeport du produit;
• l - un coefficient de raffinement tenant compte de l'orientation des parois par rapport aux points cardinaux.

Le calcul de la TB vous permet de choisir l'équipement de la capacité requise, ce qui élimine la probabilité d'un déficit thermique ou de son excès. Le déficit d'énergie thermique est compensé en augmentant le débit d'air à travers la ventilation, l'excédent - en installant des équipements de chauffage supplémentaires.

Coûts de ventilation thermique

La formule générale pour calculer la ventilation TP est la suivante:

Q_v = 0,28 × L_n × p_vnt × c × (t_vnt - t_nar),

Les variables ont les significations suivantes dans une expression:

• L_n - les coûts de l'air entrant;
• p_vnt - densité de l'air à une certaine température dans la pièce;
• c - capacité calorifique de l'air;
• t_vnt - température dans la maison;
• t_nar - température de l'air extérieur.

Si une ventilation est installée dans le bâtiment, le paramètre L_n d'après les caractéristiques techniques de l'appareil. S'il n'y a pas de ventilation, un indicateur standard d'échange d'air spécifique égal à 3 m est pris³ par heure.

Sur cette base, L_n calculé par la formule:

L_n = 3 × S_pl,

En expression S_pl - surface au sol.

2% de toutes les pertes de chaleur sont dues à l'infiltration, 18% - à la ventilation. Si la pièce est équipée d'un système de ventilation, le TP via la ventilation est pris en compte dans les calculs et l'infiltration n'est pas prise en compte

Ensuite, calculez la densité de l'air p_vnt à une température donnée t_vnt.

Vous pouvez le faire par la formule:

p_vnt = 353 / (273 + t_vnt),

Capacité thermique spécifique c = 1.0005.

Si la ventilation ou l'infiltration n'est pas organisée, il y a des fissures ou des trous dans les murs, le calcul du TP à travers les trous doit être confié à des programmes spéciaux.

Dans notre autre article, nous avons donné un exemple de calcul d'ingénierie thermique bâtiments avec des exemples et des formules spécifiques.

Exemple de calcul du bilan thermique

Considérons une maison de 2,5 m de haut, 6 m de large et 8 m de long, située dans la ville d'Okha dans la région de Sakhaline, où le thermomètre thermomètre chute à -29 degrés en une période extrêmement froide de 5 jours.

À la suite de la mesure, la température du sol a été réglée à +5. La température recommandée à l'intérieur de la structure est de +21 degrés.

Il est très pratique de représenter le schéma de la maison sur papier, indiquant non seulement la longueur, la largeur et la hauteur du bâtiment, mais également l'orientation par rapport aux points cardinaux, ainsi que l'emplacement, les dimensions des fenêtres et des portes

Les murs de la maison en question sont constitués de:

• maçonnerie d'une épaisseur de B = 0,51 m, CT k = 0,64;
• laine minérale B = 0,05 m, k = 0,05;
• Parements B = 0,09 m, k = 0,26.

Lors de la détermination de k, il est préférable d'utiliser les tableaux présentés sur le site Web du fabricant ou de trouver des informations dans le passeport technique du produit.

Connaissant la conductivité thermique, il est possible de choisir les matériaux les plus efficaces du point de vue de l'isolation thermique. Sur la base du tableau ci-dessus, il est conseillé d'utiliser des plaques de laine minérale et du polystyrène expansé dans la construction

Le revêtement de sol se compose des couches suivantes:

• Plaques OSB B = 0,1 m, k = 0,13;
• laine minérale B = 0,05 m, k = 0,047;
• chape en ciment B = 0,05 m, k = 0,58;
• mousse de polystyrène B = 0,06 m, k = 0,043.

Il n'y a pas de sous-sol dans la maison et le sol a la même structure sur toute la surface.

Le plafond est composé de couches:

• feuilles de placoplâtre B = 0,025 m, k = 0,21;
• isolation B = 0,05 m, k = 0,14;
• dalle de toiture B = 0,05 m, k = 0,043.

La maison ne dispose que de 6 fenêtres à double chambre avec verre I et argon. Du passeport technique pour les produits, il est connu que R = 0,7. Les fenêtres ont des dimensions de 1,1 x 1,4 m.

Les portes ont des dimensions de 1x2,2 m, indicateur R = 0,36.

Étape # 1 - Calcul de la perte de chaleur des murs

Les murs sur toute la zone se composent de trois couches. Tout d'abord, nous calculons leur résistance thermique totale.

Pourquoi utiliser la formule:

R = ∑R_n,

et expression:

R_n = B / k

Compte tenu des informations initiales, nous obtenons:

R_st = 0.51/0.64 + 0.05/0.05 + 0.09/0.26 = 0.79 +1 + 0.35 = 2.14

Après avoir appris R, nous pouvons commencer à calculer le TP des murs nord, sud, est et ouest.

Des facteurs supplémentaires prennent en compte les particularités de l'emplacement des murs par rapport aux points cardinaux. Habituellement, une «rose des vents» se forme dans la partie nord par temps froid, ce qui fait que les TP de ce côté seront plus élevés que sur les autres

Nous calculons l'aire du mur nord:

S_sev.sten = 8 × 2.5 = 20

Ensuite, en remplaçant dans la formule Q_ok = ∑S × (t_vnt - t_nar) × R × l et considérant que l = 1,1, on obtient:

Q_sev.sten = 20 × (21 + 29) × 1.1 × 2.14 = 2354

Zone du mur sud S_yuch.st = S_sev.st = 20.

Il n'y a pas de fenêtres ou de portes intégrées dans le mur, donc, étant donné le coefficient l = 1, nous obtenons le TP suivant:

Q_yuch.st = 20 × (21 +29) × 1 × 2.14 = 2140

Pour les murs ouest et est, le coefficient l = 1,05. Par conséquent, vous pouvez trouver la superficie totale de ces murs, c'est-à-dire:

S_zap.st + S_vost.st = 2 × 2.5 × 6 = 30

6 fenêtres et une porte sont intégrées dans les murs. Nous calculons la surface totale des fenêtres et des portes S:

S_okn = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S_dv = 1 × 2.2 = 2.2

Définissez les murs S à l'exclusion des fenêtres et portes S:

S_{vost + zap} = 30 – 9.24 – 2.2 = 18.56

Nous calculons le TP total des murs est et ouest:

Q_{vost + zap} =18.56 × (21 +29) × 2.14 × 1.05 = 2085

Après avoir reçu les résultats, nous calculons la quantité de chaleur sortant à travers les murs:

Qst = Q_sev.st + Q_yuch.st + Q_{vost + zap} = 2140 + 2085 + 2354 = 6579

Le TP total total des murs est de 6 kW.

Étape # 2 - Calcul des portes et fenêtres TP

Les fenêtres sont situées sur les murs est et ouest, par conséquent, lors du calcul du coefficient l = 1,05. Il est connu que la structure de toutes les structures est la même et R = 0,7.

En utilisant les valeurs de la zone ci-dessus, nous obtenons:

Q_okn = 9.24 × (21 +29) × 1.05 × 0.7 = 340

Sachant que pour les portes R = 0,36, et S = 2,2, nous définissons leur TP:

Q_dv = 2.2 × (21 +29) × 1.05 × 0.36 = 42

En conséquence, 340 W de chaleur sortent par les fenêtres et 42 W par les portes.

Étape # 3 - Déterminer le TP du plancher et du plafond

De toute évidence, la surface du plafond et du sol sera la même et est calculée comme suit:

S_pol = S_ptl = 6 × 8 = 48

Nous calculons la résistance thermique totale du sol en tenant compte de sa structure.

R_pol = 0.1/0.13 + 0.05/0.047 + 0.05/0.58 + 0.06/0.043 = 0.77 + 1.06 + 0.17 + 1.40 = 3.4

Sachant que la température du sol t_nar= + 5 et en tenant compte du coefficient l = 1, nous calculons le plancher Q:

Q_pol = 48 × (21 – 5) × 1 × 3.4 = 2611

Arrondi, nous obtenons que la perte de chaleur du sol est d'environ 3 kW.

Dans les calculs TP, il est nécessaire de prendre en compte les couches qui affectent l'isolation thermique, par exemple le béton, les panneaux, la maçonnerie, les radiateurs, etc.

Déterminer la résistance thermique du plafond R_ptl et son Q:

• R_ptl = 0.025/0.21 + 0.05/0.14 + 0.05/0.043 = 0.12 + 0.71 + 0.35 = 1.18
• Q_ptl = 48 × (21 +29) × 1 × 1.18 = 2832

Il s'ensuit que près de 6 kW sortent par le plafond et le sol.

Étape # 4 - Calculez la ventilation TP

La ventilation intérieure est organisée, calculée par la formule:

Q_v = 0,28 × L_n × p_vnt × c × (t_vnt - t_nar)

Sur la base des caractéristiques techniques, le transfert de chaleur spécifique est de 3 mètres cubes par heure, soit:

L_n = 3 × 48 = 144.

Pour calculer la densité, nous utilisons la formule:

p_vnt = 353 / (273 + t_vnt).

La température ambiante calculée est de +21 degrés.

La ventilation TP n'est pas calculée si le système est équipé d'un appareil de chauffage à air

En substituant les valeurs connues, on obtient:

p_vnt = 353/(273+21) = 1.2

Nous substituons les chiffres obtenus dans la formule ci-dessus:

Q_v = 0.28 × 144 × 1.2 × 1.005 × (21  – 29) = 2431

Étant donné TP pour la ventilation, le Q total du bâtiment sera:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

En convertissant en kW, nous obtenons une perte de chaleur totale de 16 kW.

Caractéristiques du calcul du CBO

Après avoir trouvé l'indicateur TP, ils procèdent au calcul hydraulique (ci-après - GR).

Sur cette base, des informations sont obtenues sur les indicateurs suivants:

• le diamètre optimal des tuyaux qui, lorsque la pression baisse, pourra passer une quantité donnée de liquide de refroidissement;
• débit de liquide de refroidissement dans une certaine zone;
• vitesse de l'eau;
• valeur de résistivité.

Avant de commencer les calculs, pour simplifier les calculs, ils représentent un schéma spatial du système sur lequel tous ses éléments sont disposés parallèlement les uns aux autres.

Le schéma montre un système de chauffage avec un câblage supérieur, le mouvement du liquide de refroidissement est une impasse

Considérez les principales étapes des calculs de chauffage de l'eau.

GR de l'anneau de circulation principal

La méthodologie de calcul du GR est basée sur l'hypothèse que dans toutes les colonnes montantes et les branches, les différences de température sont les mêmes.

L'algorithme de calcul est le suivant:

1. Dans le schéma illustré, en tenant compte des pertes de chaleur, les charges calorifiques sont appliquées aux appareils de chauffage, colonnes montantes.
2. En fonction du schéma, choisissez l'anneau de circulation principal (ci-après - HCC). La particularité de cet anneau est que la pression de circulation par unité de longueur de l'anneau y prend le moins de valeur.
3. Le HCC est divisé en sections à consommation de chaleur constante. Pour chaque section, indiquez le nombre, la charge thermique, le diamètre et la longueur.

Dans le système monotube vertical, l'anneau à travers lequel passe la colonne montante la plus chargée lorsque l'eau coule dans une impasse ou le long du réseau passe est pris comme fcc. Nous avons parlé plus en détail de la liaison des anneaux de circulation dans un système monotube et du choix du principal dans le prochain article. Nous avons fait attention séparément à l'ordre des calculs, en utilisant un exemple spécifique pour plus de clarté.

Dans les systèmes verticaux de type à deux tuyaux, la fcc passe à travers le dispositif de chauffage inférieur, qui a une charge maximale pendant l'impasse ou le mouvement d'eau associé

Dans un système horizontal de type monotube, la fcc doit avoir la pression de circulation la plus faible et une unité de longueur d'anneau. Pour les systèmes avec circulation naturelle La situation est similaire.

Avec les colonnes montantes GR d'un système vertical d'un type à tube unique, les colonnes montantes à débit réglable et à écoulement unique, ayant des nœuds unifiés dans leur composition, sont considérées comme un circuit unique. Pour les colonnes montantes avec des sections de fermeture, une séparation est effectuée, en tenant compte de la distribution de l'eau dans la canalisation de chaque nœud d'instrument.

La consommation d'eau sur un site donné est calculée par la formule:

G_kont = (3,6 × Q_kont × β₁ × β₂) / ((t_r - t₀) × c)

Dans l'expression, les caractères alphabétiques prennent les significations suivantes:

• Q_kont - charge thermique du circuit;
• β_1, β₂ - des coefficients tabulaires supplémentaires tenant compte du transfert de chaleur dans la pièce;
• c - la capacité calorifique de l'eau est de 4,187;
• t_r - température de l'eau dans la conduite d'alimentation;
• t₀ - température de l'eau dans la conduite de retour.

Après avoir déterminé le diamètre et la quantité d'eau, il est nécessaire de connaître la vitesse de son mouvement et la valeur de la résistivité R. Tous les calculs sont plus commodément effectués à l'aide de programmes spéciaux.

GH de l'anneau de circulation secondaire

Après GR de l'anneau principal, la pression dans le petit anneau de circulation formé à travers ses colonnes montantes les plus proches est déterminée, en tenant compte du fait que les pertes de pression peuvent différer de pas plus de 15% avec une impasse et pas plus de 5% avec une impasse.

S'il n'est pas possible de relier la perte de pression, installez une rondelle d'étranglement dont le diamètre est calculé à l'aide de méthodes logicielles.

Calcul des batteries de radiateur

Revenons au plan de la maison située au dessus. Des calculs ont permis de déterminer que 16 kW d'énergie seraient nécessaires pour maintenir l'équilibre thermique. Dans cette maison, il y a 6 locaux à des fins diverses - un salon, une salle de bain, une cuisine, une chambre, un couloir, un hall d'entrée.

En fonction des dimensions de la structure, vous pouvez calculer le volume V:

V = 6 × 8 × 2,5 = 120 m³

Ensuite, vous devez trouver la quantité d'énergie thermique par m³. Pour ce faire, Q doit être divisé par le volume trouvé, c'est-à-dire:

P = 16000/120 = 133 W par m³

Ensuite, vous devez déterminer la puissance thermique requise pour une pièce. Dans le diagramme, la superficie de chaque pièce a déjà été calculée.

Définissez le volume:

• une salle de bain – 4.19×2.5=10.47;
• salon – 13.83×2.5=34.58;
• la cuisine – 9.43×2.5=23.58;
• la chambre – 10.33×2.5=25.83;
• couloir – 4.10×2.5=10.25;
• couloir – 5.8×2.5=14.5.

Dans les calculs, vous devez également prendre en compte les pièces dans lesquelles il n'y a pas de batteries de chauffage, par exemple un couloir.

Le couloir est chauffé de manière passive, la chaleur y entrera du fait de la circulation de l'air thermique lors des mouvements de personnes, à travers les portes, etc.

Déterminez la quantité de chaleur requise pour chaque pièce, en multipliant le volume de la pièce par l'indicateur R.

Nous obtenons la puissance requise:

• pour la salle de bain - 10,47 × 133 = 1392 W;
• pour le salon - 34,58 × 133 = 4599 W;
• pour la cuisine - 23,58 × 133 = 3136 W;
• pour la chambre - 25,83 × 133 = 3435 W;
• pour le couloir - 10,25 × 133 = 1363 W;
• pour le couloir - 14,5 × 133 = 1889 W.

Nous procédons au calcul des batteries de radiateur. Nous utiliserons des radiateurs en aluminium, dont la hauteur est de 60 cm, la puissance à une température de 70 est de 150 watts.

Nous calculons le nombre requis de batteries de radiateur:

• une salle de bain – 1392/150=10;
• salon – 4599/150=31;
• la cuisine – 3136/150=21;
• la chambre – 3435/150=23;
• couloir – 1889/150=13.

Total requis: 10 + 31 + 21 + 23 + 13 = 98 batteries de radiateur.

Notre site contient également d'autres articles dans lesquels nous avons examiné en détail la procédure pour effectuer le calcul thermique du système de chauffage, le calcul pas à pas de la puissance des radiateurs et des tuyaux de chauffage. Et si votre système suppose la présence de sols chauds, vous devrez effectuer des calculs supplémentaires.

Toutes ces questions sont traitées plus en détail dans nos articles suivants:

• Calcul thermique d'un système de chauffage: comment calculer correctement la charge d'un système
• Calcul des radiateurs de chauffage: comment calculer le nombre et la puissance requis des batteries
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• Comment faire un calcul d'un plancher chaud en utilisant l'exemple d'un système d'eau
• Calcul des tuyaux pour le chauffage par le sol: types de tuyaux, méthodes et étape de pose + calcul du débit

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Dans la vidéo, vous pouvez voir un exemple de calcul du chauffage de l'eau, qui est effectué au moyen du programme Valtec:

Les calculs hydrauliques sont mieux effectués à l'aide de programmes spéciaux qui garantissent une grande précision des calculs, prennent en compte toutes les nuances de la conception.

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