Calcul thermique d'un système de chauffage: comment calculer correctement la charge d'un système

La conception et le calcul thermique du système de chauffage est une étape obligatoire dans l'organisation du chauffage domestique. La tâche principale des activités de calcul est de déterminer les paramètres optimaux de la chaudière et du système de radiateur.

D'accord, à première vue, il peut sembler que seul un ingénieur peut effectuer un calcul de génie thermique. Cependant, tout n'est pas si compliqué. Connaissant l'algorithme des actions, il s'avérera effectuer indépendamment les calculs nécessaires.

L'article détaille la procédure de calcul et fournit toutes les formules nécessaires. Pour une meilleure compréhension, nous avons préparé un exemple de calcul thermique pour une maison privée.

Calcul thermique du chauffage: ordre général

Le calcul thermique classique du système de chauffage est un document technique consolidé, qui comprend les méthodes de calcul normalisées échelonnées obligatoires.

Mais avant d'étudier ces calculs des principaux paramètres, vous devez décider du concept du système de chauffage lui-même.

Le système de chauffage se caractérise par une alimentation forcée et une évacuation involontaire de la chaleur dans la pièce.

Les principales tâches de calcul et de conception du système de chauffage:

• déterminer de la manière la plus fiable la perte de chaleur;
• déterminer la quantité et les conditions d'utilisation du liquide de refroidissement;
• sélectionner les éléments de génération, de déplacement et de transfert de chaleur le plus précisément possible.

Pendant la construction systèmes de chauffage Il est nécessaire de collecter initialement une variété de données sur la pièce / le bâtiment où le système de chauffage sera utilisé. Après avoir effectué le calcul des paramètres thermiques du système, analysez les résultats des opérations arithmétiques.

Sur la base des données obtenues, les composants du système de chauffage sont sélectionnés avec l'achat, l'installation et la mise en service ultérieurs.

Le chauffage est un système à plusieurs composants pour garantir le régime de température approuvé dans une pièce / un bâtiment. C'est une partie distincte du complexe de communication d'un logement moderne

Il est à noter que la méthode de calcul thermique spécifiée vous permet de calculer avec précision un grand nombre de quantités qui décrivent spécifiquement le futur système de chauffage.

À la suite du calcul thermique, les informations suivantes seront disponibles:

• nombre de pertes de chaleur, puissance de la chaudière;
• le nombre et le type de radiateurs de chaleur pour chaque pièce séparément;
• caractéristiques hydrauliques du pipeline;
• volume, vitesse du liquide de refroidissement, puissance de la pompe à chaleur.

Le calcul thermique n'est pas un aperçu théorique, mais des résultats assez précis et raisonnables, qui sont recommandés pour être utilisés dans la pratique lors de la sélection des composants d'un système de chauffage.

Normes de température ambiante

Avant de faire des calculs sur les paramètres du système, il est nécessaire, au minimum, de connaître l'ordre des résultats attendus, ainsi que d'avoir des caractéristiques standardisées de certaines grandeurs tabulaires qui doivent être substituées dans les formules ou orientées sur celles-ci.

En effectuant des calculs de paramètres avec de telles constantes, vous pouvez être sûr de la fiabilité du paramètre système dynamique ou constant souhaité.

Pour les locaux à diverses fins, il existe des normes de référence pour les conditions de température des locaux résidentiels et non résidentiels. Ces normes sont inscrites dans le soi-disant GOST

Pour un système de chauffage, l'un de ces paramètres globaux est la température ambiante, qui doit être constante quelles que soient la saison ou les conditions environnementales.

Selon la réglementation des normes et réglementations sanitaires, il existe des différences de température par rapport aux périodes d'été et d'hiver de l'année. Le système de climatisation est responsable du régime de température de la pièce pendant la saison estivale, le principe de son calcul est décrit en détail dans cet article.

Mais la température ambiante en hiver est fournie par le système de chauffage. Par conséquent, nous nous intéressons aux plages de températures et à leurs tolérances aux écarts pour la saison d'hiver.

La plupart des documents réglementaires spécifient les plages de températures suivantes, qui permettent à une personne d'être à l'aise dans une pièce.

Pour les bureaux non résidentiels jusqu'à 100 m²:

• 22-24 ° C - température optimale de l'air;
• 1 ° C - fluctuation admissible.

Pour les locaux de type bureau d'une superficie de plus de 100 m² la température est de 21 à 23 ° C. Pour les locaux non résidentiels de type industriel, les plages de températures varient considérablement en fonction de l'objectif de la pièce et des normes de protection du travail établies.

La température ambiante confortable pour chaque personne est «propre».Quelqu'un aime être très chaud dans la pièce, quelqu'un à l'aise quand la pièce est fraîche - tout est assez individuel

En ce qui concerne les locaux résidentiels: appartements, maisons privées, domaines, etc., il existe certaines plages de températures qui peuvent être ajustées en fonction des souhaits des résidents.

Et pourtant pour des pièces spécifiques d'un appartement et d'une maison nous avons:

• 20-22 ° C - résidentiel, y compris chambre d'enfant, tolérance ± 2 ° С -
• 19-21 ° C - cuisine, WC, tolérance ± 2 ° C;
• 24-26 ° C - bain, douche, piscine, tolérance ± 1 ° C;
• 16-18 ° C - couloirs, couloirs, cages d'escalier, garde-manger, tolérance + 3 ° C

Il est important de noter qu'il existe plusieurs paramètres de base qui affectent la température dans la pièce et sur lesquels vous devez vous concentrer lors du calcul du système de chauffage: humidité (40-60%), concentration d'oxygène et de dioxyde de carbone dans l'air (250: 1), vitesse de l'air masses (0,13-0,25 m / s), etc.

Calcul des pertes de chaleur dans la maison

Selon la deuxième loi de la thermodynamique (physique scolaire), il n'y a pas de transfert spontané d'énergie des mini ou macro objets moins chauffés vers les plus chauffés. Un cas particulier de cette loi est le «désir» de créer un équilibre de température entre deux systèmes thermodynamiques.

Par exemple, le premier système est un environnement avec une température de -20 ° C, le deuxième système est un bâtiment avec une température interne de + 20 ° C. Selon la loi ci-dessus, ces deux systèmes chercheront à s'équilibrer par l'échange d'énergie. Cela se produira par la perte de chaleur du deuxième système et le refroidissement du premier.

Nous pouvons certainement dire que la température ambiante dépend de la latitude à laquelle la maison privée est située. Et la différence de température affecte la quantité de fuite de chaleur du bâtiment (+)

Par perte de chaleur, on entend la libération involontaire de chaleur (énergie) d'un certain objet (maison, appartement). Pour un appartement ordinaire, ce processus n'est pas aussi «perceptible» par rapport à une maison privée, car l'appartement est situé à l'intérieur du bâtiment et est «adjacent» à d'autres appartements.

Dans une maison privée à travers les murs extérieurs, le sol, le toit, les fenêtres et les portes, à un degré ou à un autre, la chaleur «part».

Connaissant la quantité de perte de chaleur pour les conditions météorologiques les plus défavorables et les caractéristiques de ces conditions, il est possible de calculer la puissance du système de chauffage avec une grande précision.

Ainsi, le volume de fuite de chaleur du bâtiment est calculé par la formule suivante:

Q = Q_sexe+ Q_{le mur}+ Q_{la fenêtre}+ Q_{le toit}+ Q_{la porte}+ ... + Q_jeoù

Qi - la quantité de perte de chaleur due à l'apparence uniforme de l'enveloppe du bâtiment.

Chaque composant de la formule est calculé par la formule:

Q = S * ΔT / Roù

• Q - fuite de chaleur, V;
• S - surface d'un type particulier de structure, sq. m;
• ∆T - la différence de température de l'air ambiant et intérieur, ° C;
• R - résistance thermique d'un certain type de structure, m²* ° C / W.

Il est recommandé de prendre la valeur de la résistance thermique pour les matériaux réels à partir des tableaux auxiliaires.

De plus, la résistance thermique peut être obtenue en utilisant le rapport suivant:

R = d / koù

• R - résistance thermique, (m²* K) / W;
• k - conductivité thermique du matériau, W / (m²* K);
• d - l'épaisseur de ce matériau, m

Dans les maisons anciennes avec une toiture humide, des fuites de chaleur se produisent dans la partie supérieure du bâtiment, à savoir à travers le toit et le grenier. Réaliser des événements pour isolation du plafond ou isolation du toit mansardé résoudre ce problème.

Si vous isolez le grenier et le toit, la perte totale de chaleur de la maison peut être considérablement réduite

Dans la maison, il existe plusieurs autres types de perte de chaleur par les fissures dans les structures, le système de ventilation, la hotte, l'ouverture des fenêtres et des portes. Mais prendre en compte leur volume n'a pas de sens, car ils ne représentent pas plus de 5% du nombre total de fuites de chaleur importantes.

Détermination de la puissance de la chaudière

Pour maintenir la différence de température entre l'environnement et la température à l'intérieur de la maison, un système de chauffage indépendant est nécessaire qui maintient la température souhaitée dans chaque pièce d'une maison privée.

La base du système de chauffage est différente types de chaudières: combustible liquide ou solide, électrique ou gaz.

La chaudière est l'unité centrale du système de chauffage qui génère de la chaleur. La principale caractéristique de la chaudière est sa puissance, à savoir, le taux de conversion est la quantité de chaleur par unité de temps.

Après avoir calculé la charge thermique pour le chauffage, nous obtenons la puissance nominale requise de la chaudière.

Pour un appartement multi-pièces ordinaire, la puissance de la chaudière est calculée par la superficie et la puissance spécifique:

P_chaudière= (S_locaux* P_spécifique)/10où

• S_locaux - superficie totale de la pièce chauffée;
• P_précoce - puissance spécifique par rapport aux conditions climatiques.

Mais cette formule ne prend pas en compte les déperditions de chaleur, ce qui est suffisant dans une maison privée.

Il existe une autre relation qui prend en compte ce paramètre:

P_chaudière= (Q_{les pertes}* S) / 100où

• P_chaudière - puissance de la chaudière;
• Q_{les pertes} - perte de chaleur;
• S - espace chauffé.

La puissance nominale de la chaudière doit être augmentée. Une réserve est nécessaire si vous prévoyez d'utiliser la chaudière pour chauffer l'eau de la salle de bain et de la cuisine.

Dans la plupart des systèmes de chauffage des maisons privées, il est recommandé d'utiliser un vase d'expansion dans lequel l'approvisionnement en liquide de refroidissement sera stocké. Chaque maison privée a besoin d'eau chaude

Afin de prévoir la réserve de marche de la chaudière dans la dernière formule, il est nécessaire d'ajouter le facteur de sécurité K:

P_chaudière= (Q_{les pertes}* S * K) / 100où

À - il sera égal à 1,25, c'est-à-dire que la capacité nominale de la chaudière sera augmentée de 25%.

Ainsi, la capacité de la chaudière offre la possibilité de maintenir la température de l'air standard dans les pièces du bâtiment, ainsi que d'avoir un volume initial et supplémentaire d'eau chaude dans la maison.

Caractéristiques de la sélection de radiateurs

Les composants standard pour fournir de la chaleur dans une pièce sont des radiateurs, des panneaux, des systèmes de chauffage par le sol, des convecteurs, etc. Les pièces les plus courantes d'un système de chauffage sont des radiateurs.

Un radiateur de chaleur est une conception creuse spéciale d'un type modulaire en alliage à forte dissipation thermique. Il est fait d'acier, d'aluminium, de fonte, de céramique et d'autres alliages. Le principe de fonctionnement du radiateur de chauffage est réduit à l'émission d'énergie du liquide de refroidissement dans l'espace de la pièce à travers les «pétales».

Le radiateur de chauffage en aluminium et bimétallique a remplacé les batteries massives en fonte. La facilité de production, la dissipation thermique élevée, la construction et la conception réussies ont fait de ce produit un outil populaire et répandu pour rayonner la chaleur dans une pièce.

Il existe plusieurs techniques calcul des radiateurs de chauffage dans la chambre. La liste de méthodes suivante est triée par ordre croissant de précision.

Options de calcul:

1. Par zone. N = (S * 100) / C, où N est le nombre de sections, S est l'aire de la pièce (m²), C - transfert de chaleur d'une partie du radiateur (W, extrait du passeport ou du certificat de produit), 100 W - la quantité de flux de chaleur nécessaire pour chauffer 1 m² (valeur empirique). La question se pose: comment prendre en compte la hauteur du plafond de la pièce?
2. Par volume. N = (S * H ​​* 41) / C, où N, S, C est similaire. N - hauteur de la pièce, 41 W - la quantité de flux de chaleur, qui est nécessaire pour chauffer 1 m³ (valeur empirique).
3. Selon les coefficients. N = (100 * S * k1 * k2 * k3 * k4 * k5 * k6 * k7) / C, où N, S, C et 100 sont similaires. k1 - en tenant compte du nombre de caméras dans une fenêtre à double vitrage de la fenêtre d'une pièce, k2 - isolation thermique des murs, k3 - rapport de la surface des fenêtres à la surface de la pièce, k4 - température moyenne moins la semaine la plus froide de l'hiver, k5 - nombre de murs extérieurs de la pièce (qui «sortent» dans la rue), k6 - type de pièce sur le dessus, k7 - hauteur du plafond.

Il s'agit de l'option la plus précise pour calculer le nombre de sections. Naturellement, les résultats fractionnaires des calculs sont toujours arrondis à l'entier suivant.

Calcul hydraulique de l'alimentation en eau

Bien sûr, «l'image» du calcul de la chaleur pour le chauffage ne peut être complète sans calculer des caractéristiques telles que le volume et la vitesse du liquide de refroidissement.Dans la plupart des cas, le liquide de refroidissement est de l'eau ordinaire à l'état d'agrégation liquide ou gazeux.

Il est recommandé de calculer le volume réel du liquide de refroidissement en additionnant toutes les cavités du système de chauffage. Lorsque vous utilisez une chaudière à circuit unique, c'est la meilleure option. Lors de l'utilisation de chaudières à double circuit dans le système de chauffage, il est nécessaire de prendre en compte les coûts de l'eau chaude à des fins hygiéniques et domestiques

Le calcul du volume d'eau chauffée par une chaudière à double circuit pour fournir de l'eau chaude aux résidents et le chauffage du liquide de refroidissement se fait en additionnant le volume interne du circuit de chauffage et les besoins réels des utilisateurs en eau chauffée.

Le volume d'eau chaude dans le système de chauffage est calculé par la formule:

W = k * Poù

• W - volume de caloporteur;
• P - puissance de la chaudière de chauffage;
• k - facteur de puissance (le nombre de litres par unité de puissance est de 13,5, la plage est de 10 à 15 litres).

Par conséquent, la formule finale ressemble à ceci:

W = 13,5 * P

La vitesse du liquide de refroidissement est l'évaluation dynamique finale du système de chauffage, qui caractérise le taux de circulation des fluides dans le système.

Cette valeur permet d'évaluer le type et le diamètre du pipeline:

V = (0,86 * P * μ) / ΔToù

• P - puissance de la chaudière;
• μ - efficacité de la chaudière;
• ∆T - différence de température entre l'eau fournie et l'eau de retour.

Utilisation des méthodes précédentes calcul hydraulique, il sera possible d'obtenir des paramètres réels, qui sont le «fondement» du futur système de chauffage.

Exemple de calcul thermique

À titre d'exemple de calcul de la chaleur, il y a une maison ordinaire de 1 étage avec quatre salons, une cuisine, une salle de bain, un «jardin d'hiver» et des buanderies.

La fondation est en dalle de béton armé monolithique (20 cm), les murs extérieurs sont en béton (25 cm) avec du plâtre, le toit est recouvert de poutres en bois, le toit est en tuile métallique et en laine minérale (10 cm)

Indique les paramètres initiaux de la maison, nécessaires aux calculs.

Dimensions du bâtiment:

• hauteur du sol - 3 m;
• une petite fenêtre à l'avant et à l'arrière du bâtiment 1470 * 1420 mm;
• grande fenêtre de la façade 2080 * 1420 mm;
• portes d'entrée 2000 * 900 mm;
• portes arrière (sortie sur la terrasse) 2000 * 1400 (700 + 700) mm.

Largeur totale du bâtiment 9,5 m², longueur 16 m². Seuls les salons (4 pièces), une salle de bain et une cuisine seront chauffés.

Pour calculer avec précision la perte de chaleur sur les murs de la zone des murs extérieurs, vous devez soustraire la zone de toutes les fenêtres et portes - il s'agit d'un type de matériau complètement différent avec sa résistance thermique

Nous commençons par calculer les surfaces de matériaux homogènes:

• surface au sol - 152 m²;
• surface de toit - 180 m² , compte tenu de la hauteur du grenier 1,3 m et la largeur de la piste - 4 m;
• surface de la fenêtre - 3 * 1,47 * 1,42 + 2,08 * 1,42 = 9,22 m²;
• zone de porte - 2 * 0,9 + 2 * 2 * 1,4 = 7,4 m².

La superficie des murs extérieurs sera de 51 * 3-9,22-7,4 = 136,38 m².

Nous procédons au calcul de la perte de chaleur sur chaque matériau:

• Q_sexe= S * ΔT * k / d = 152 * 20 * 0,2 / 1,7 = 357,65 W;
• Q_{le toit}= 180 * 40 * 0,1 / 0,05 = 14400 W;
• Q_{la fenêtre}= 9,22 * 40 * 0,36 / 0,5 = 265,54 W;
• Q_{la porte}= 7,4 * 40 * 0,15 / 0,75 = 59,2 W;

Ainsi que Q_{le mur} équivalent à 136,38 * 40 * 0,25 / 0,3 = 4546. La somme de toutes les pertes de chaleur sera de 19628,4 watts.

En conséquence, nous calculons la puissance de la chaudière: P_chaudière= Q_{les pertes}* S_{chauffage_chambre}* K / 100 = 19628,4 * (10,4 + 10,4 + 13,5 + 27,9 + 14,1 + 7,4) * 1,25 / 100 = 19628,4 * 83,7 * 1,25 / 100 = 20536,2 = 21 kW.

Nous calculerons le nombre de sections de radiateurs pour l'une des pièces. Pour tous les autres, les calculs sont similaires. Par exemple, la pièce d'angle (gauche, coin inférieur du diagramme) fait 10,4 m2.

Par conséquent, N = (100 * k1 * k2 * k3 * k4 * k5 * k6 * k7) / C = (100 * 10,4 * 1,0 * 1,0 * 0,9 * 1,3 * 1,2 * 1,0 * 1,05) /180=8,5176=9.

Pour cette pièce, 9 sections d'un radiateur de chauffage avec un transfert de chaleur de 180 watts sont nécessaires.

Nous passons au calcul de la quantité de liquide de refroidissement dans le système - W = 13,5 * P = 13,5 * 21 = 283,5 litres. Ainsi, la vitesse du liquide de refroidissement sera: V = (0,86 * P * μ) / ∆T = (0,86 * 21000 * 0,9) /20=812,7 l.

Par conséquent, une révolution complète du volume total de liquide de refroidissement dans le système équivaudra à 2,87 fois en une heure.

Une sélection d'articles sur le calcul thermique permettra de déterminer les paramètres exacts des éléments du système de chauffage:

1. Calcul du système de chauffage d'une maison privée: règles et exemples de calcul
2. Calcul thermotechnique d'un bâtiment: spécificités et formules pour effectuer des calculs + exemples pratiques

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Un calcul simple du système de chauffage pour une maison privée est présenté dans la revue suivante:

Toutes les subtilités et méthodes généralement acceptées pour calculer la perte de chaleur d'un bâtiment sont présentées ci-dessous:

Une autre option pour calculer les fuites de chaleur dans une maison privée typique:

Cette vidéo parle des caractéristiques de la circulation d'un vecteur d'énergie pour chauffer une maison:

Le calcul thermique du système de chauffage est de nature individuelle, il doit être fait correctement et avec précision. Plus les calculs seront précis, moins il faudra payer en trop les propriétaires d'une maison de campagne pendant l'exploitation.

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