Calcul des tuyaux de chauffage dans une maison privée par capacité

Méthodes de détermination de la charge

Tout d'abord, expliquons la signification du terme. La charge thermique est la quantité totale de chaleur consommée par le système de chauffage pour chauffer les locaux à la température standard pendant la période la plus froide. La valeur est calculée en unités d'énergie - kilowatts, kilocalories (moins souvent - kilojoules) et est indiquée dans les formules par la lettre latine Q.

Connaissant la charge de chauffage d'une maison privée en général et le besoin de chaque pièce en particulier, il n'est pas difficile de choisir une chaudière, des radiateurs et des batteries d'un système d'eau en termes de puissance. Comment ce paramètre peut-il être calculé:

1. Si la hauteur sous plafond n'atteint pas 3 m, un calcul agrandi est effectué pour la superficie des pièces chauffées.
2. Avec une hauteur sous plafond de 3 m ou plus, la consommation de chaleur est calculée par le volume des locaux.
3. Détermination de la perte de chaleur à travers les clôtures extérieures et du coût du chauffage de l'air de ventilation conformément au SNiP.

Noter. Ces dernières années, les calculatrices en ligne affichées sur les pages de diverses ressources Internet ont gagné en popularité. Avec leur aide, la détermination de la quantité d'énergie thermique est effectuée rapidement et ne nécessite pas d'instructions supplémentaires. L'inconvénient est que la fiabilité des résultats doit être vérifiée, car les programmes sont écrits par des personnes qui ne sont pas des ingénieurs thermiques.

Photo du bâtiment prise avec une caméra thermique
Les deux premières méthodes de calcul reposent sur l'application de la caractéristique thermique spécifique en fonction de la surface chauffée ou du volume du bâtiment. L'algorithme est simple, il est utilisé partout, mais il donne des résultats très approximatifs et ne prend pas en compte le degré d'isolation du chalet.

Il est beaucoup plus difficile de calculer la consommation d'énergie thermique selon SNiP, comme le font les ingénieurs concepteurs. Vous devrez collecter beaucoup de données de référence et travailler dur sur les calculs, mais les chiffres définitifs refléteront l'image réelle avec une précision de 95%. Nous essaierons de simplifier la méthodologie et de rendre le calcul de la charge calorifique aussi simple que possible.

La nécessité de calculer la puissance thermique du système de chauffage

La nécessité de calculer l'énergie thermique nécessaire pour chauffer les locaux et les locaux techniques est due au fait qu'il est nécessaire de déterminer les principales caractéristiques du système, en fonction des caractéristiques individuelles de l'installation conçue, notamment:

• le but du bâtiment et son type;
• la configuration de chaque pièce;
• nombre de résidents;
• l'emplacement géographique et la région dans laquelle se trouve l'établissement;
• d'autres paramètres.

Le calcul de la puissance de chauffage requise est un point important, son résultat est utilisé pour calculer les paramètres de l'équipement de chauffage qu'ils envisagent d'installer:

1. Sélection de la chaudière en fonction de sa puissance
   ... L'efficacité de la structure de chauffage est déterminée par le choix correct de l'unité de chauffage. La chaudière doit avoir une telle capacité pour fournir le chauffage de toutes les pièces en fonction des besoins des personnes vivant dans la maison ou l'appartement, même pendant les jours d'hiver les plus froids. Dans le même temps, si l'appareil a une puissance excessive, une partie de l'énergie générée ne sera pas demandée, ce qui signifie qu'une certaine somme d'argent sera gaspillée.
2. La nécessité de coordonner le raccordement au gazoduc principal
   ... Pour se connecter au réseau de gaz, une spécification technique est requise. Pour ce faire, une demande est déposée auprès du service approprié indiquant la consommation de gaz prévue pour l'année et une estimation de la capacité calorifique totale pour l'ensemble des consommateurs.
3. Effectuer des calculs pour les équipements périphériques
   ... Le calcul des charges thermiques pour le chauffage est nécessaire pour déterminer la longueur de la canalisation et la section transversale des tuyaux, les performances de la pompe de circulation, le type de batteries, etc.

Par exemple, un projet de maison à un étage de 100 m²

Afin d'expliquer clairement toutes les méthodes de détermination de la quantité d'énergie thermique, nous suggérons de prendre comme exemple une maison à un étage d'une superficie totale de 100 carrés (par mesure externe), représentée sur le dessin. Listons les caractéristiques techniques du bâtiment:

• la région de construction est une zone de climat tempéré (Minsk, Moscou);
• épaisseur des clôtures extérieures - 38 cm, matériau - brique de silicate;
• isolation des murs extérieurs - polystyrène 100 mm d'épaisseur, densité - 25 kg / m³;
• planchers - béton au sol, pas de sous-sol;
• chevauchement - dalles de béton armé, isolées du côté du grenier froid avec de la mousse de 10 cm;
• fenêtres - métal-plastique standard pour 2 verres, taille - 1500 x 1570 mm (h);
• porte d'entrée - métal 100 x 200 cm, isolée de l'intérieur avec une mousse de polystyrène extrudé de 20 mm.

Le gîte a des cloisons intérieures en demi-brique (12 cm), la chaufferie est située dans un bâtiment séparé. Les surfaces des pièces sont indiquées sur le dessin, la hauteur des plafonds sera prise en fonction de la méthode de calcul expliquée - 2,8 ou 3 m.

Nous calculons la consommation de chaleur par quadrature

Pour une estimation approximative de la charge calorifique, le calcul thermique le plus simple est généralement utilisé: la surface du bâtiment est prise par les dimensions extérieures et multipliée par 100 W. Ainsi, la consommation de chaleur d'une maison de campagne de 100 m² sera de 10 000 W ou 10 kW. Le résultat vous permet de sélectionner une chaudière avec un facteur de sécurité de 1,2-1,3, dans ce cas, la puissance de l'unité est supposée être de 12,5 kW.

Nous proposons d'effectuer des calculs plus précis, en tenant compte de l'emplacement des pièces, du nombre de fenêtres et de la région du bâtiment. Ainsi, avec une hauteur sous plafond allant jusqu'à 3 m, il est recommandé d'utiliser la formule suivante:

Le calcul est effectué pour chaque pièce séparément, puis les résultats sont additionnés et multipliés par le coefficient régional. Explication des désignations des formules:

• Q est la valeur de charge requise, W;
• Spom - carré de la pièce, m²;
• q est l'indicateur des caractéristiques thermiques spécifiques liées à la surface de la pièce, W / m2;
• k - coefficient tenant compte du climat de la zone de résidence.

Pour référence. Si une maison privée est située dans une zone de climat tempéré, le coefficient k est pris égal à un. Dans les régions du sud, k = 0,7, dans les régions du nord, les valeurs de 1,5 à 2 sont utilisées.

Dans un calcul approximatif selon la quadrature générale, l'indicateur q = 100 W / m². Cette approche ne prend pas en compte l'emplacement des pièces et le nombre différent d'ouvertures lumineuses. Le couloir à l'intérieur du chalet perdra beaucoup moins de chaleur qu'une chambre d'angle avec des fenêtres de la même zone. Nous proposons de prendre la valeur de la caractéristique thermique spécifique q comme suit:

• pour les pièces avec un mur extérieur et une fenêtre (ou porte) q = 100 W / m²;
• pièces d'angle avec une ouverture lumineuse - 120 W / m²;
• le même, avec deux fenêtres - 130 W / m².

La manière de choisir la valeur q correcte est clairement indiquée sur le plan de construction. Pour notre exemple, le calcul ressemble à ceci:

Q = (15,75 x 130 + 21 x 120 + 5 x 100 + 7 x 100 + 6 x 100 + 15,75 x 130 + 21 x 120) x 1 = 10935 W ≈ 11 kW.

Comme vous pouvez le voir, les calculs affinés ont donné un résultat différent - en fait, 1 kW d'énergie thermique de plus sera dépensé pour chauffer une maison spécifique de 100 m². Le chiffre prend en compte la consommation de chaleur pour chauffer l'air extérieur qui pénètre dans l'habitation par les ouvertures et les murs (infiltration).

Caractéristiques techniques des radiateurs en fonte

Les paramètres techniques des batteries en fonte sont liés à leur fiabilité et leur endurance. Les principales caractéristiques d'un radiateur en fonte, comme tout appareil de chauffage, sont le transfert de chaleur et la puissance. En règle générale, les fabricants indiquent la puissance des radiateurs de chauffage en fonte pour une section. Le nombre de sections peut être différent. En règle générale, de 3 à 6. Mais parfois, il peut atteindre 12.Le nombre de sections requis est calculé séparément pour chaque appartement.

Le nombre de sections dépend de plusieurs facteurs:

1. zone de la pièce;
2. hauteur de la pièce;
3. nombre de fenêtres;
4. étage;
5. la présence de fenêtres à double vitrage installées;
6. placement en coin de l'appartement.

Le prix par section est donné pour les radiateurs en fonte, et peut varier selon le fabricant. La dissipation thermique des batteries dépend du type de matériau dont elles sont constituées. À cet égard, la fonte est inférieure à l'aluminium et à l'acier.

Les autres paramètres techniques comprennent:

• pression de service maximale - 9-12 bar;
• la température maximale du liquide de refroidissement est de 150 degrés;
• une section contient environ 1,4 litre d'eau;
• le poids d'une section est d'environ 6 kg;
• largeur de section 9,8 cm.

Ces batteries doivent être installées avec une distance entre le radiateur et le mur de 2 à 5 cm. La hauteur d'installation au-dessus du sol doit être d'au moins 10 cm. S'il y a plusieurs fenêtres dans la pièce, les batteries doivent être installées sous chaque fenêtre . Si l'appartement est angulaire, il est recommandé de procéder à une isolation des murs extérieurs ou d'augmenter le nombre de sections.

Il est à noter que les batteries en fonte sont souvent vendues non peintes. À cet égard, après l'achat, ils doivent être recouverts d'un composé décoratif résistant à la chaleur et doivent d'abord être étirés.

Parmi les radiateurs domestiques, on distingue le modèle ms 140. Pour les radiateurs de chauffage en fonte ms 140, les caractéristiques techniques sont données ci-dessous:

1. transfert de chaleur de la section МС 140-175 W;
2. hauteur - 59 cm;
3. le radiateur pèse 7 kg;
4. la capacité d'une section est de 1,4 litre;
5. la profondeur de la section est de 14 cm;
6. la puissance de section atteint 160 W;
7. la largeur de la section est de 9,3 cm;

• la température maximale du liquide de refroidissement est de 130 degrés;
• pression de service maximale - 9 bar;
• le radiateur a une conception en coupe;
• le test de pression est de 15 bar;
• le volume d'eau dans une section est de 1,35 litre;
• Le caoutchouc résistant à la chaleur est utilisé comme matériau pour les joints d'intersection.

Il est à noter que les radiateurs en fonte ms 140 sont fiables et durables. Et le prix est tout à fait abordable. C'est ce qui détermine leur demande sur le marché intérieur.

Caractéristiques du choix des radiateurs en fonte

Pour choisir les radiateurs de chauffage en fonte les mieux adaptés à vos conditions, vous devez prendre en compte les paramètres techniques suivants:

• transfert de chaleur. Choisissez en fonction de la taille de la pièce;
• poids du radiateur;
• Puissance;
• dimensions: largeur, hauteur, profondeur.

Pour calculer la puissance thermique d'une batterie en fonte, il faut être guidé par la règle suivante: pour une pièce avec 1 mur extérieur et 1 fenêtre, 1 kW de puissance par 10 m2 est nécessaire. la zone de la pièce; pour une pièce avec 2 murs extérieurs et 1 fenêtre - 1,2 kW.; pour chauffer une pièce avec 2 murs extérieurs et 2 fenêtres - 1,3 kW.

Si vous décidez d'acheter des radiateurs de chauffage en fonte, vous devez également prendre en compte les nuances suivantes:

1. si le plafond est supérieur à 3 m, la puissance requise augmentera proportionnellement;
2. si la pièce a des fenêtres avec des fenêtres à double vitrage, la puissance de la batterie peut être réduite de 15%;
3. s'il y a plusieurs fenêtres dans l'appartement, un radiateur doit être installé sous chacune d'elles.

Marché moderne

Les batteries importées ont une surface parfaitement lisse, elles sont de meilleure qualité et sont plus esthétiques. Certes, leur coût est élevé.

Parmi les homologues domestiques, on peut distinguer les radiateurs en fonte konner, qui sont aujourd'hui très demandés. Ils se distinguent par une longue durée de vie, une fiabilité et s'intègrent parfaitement dans un intérieur moderne. Des radiateurs en fonte de chauffage konner dans n'importe quelle configuration sont produits.

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Calcul de la charge thermique par volume des pièces

Lorsque la distance entre les sols et le plafond atteint 3 m ou plus, le calcul précédent ne peut pas être utilisé - le résultat sera incorrect. Dans de tels cas, la charge de chauffage est considérée comme basée sur des indicateurs agrégés spécifiques de la consommation de chaleur pour 1 m³ du volume de la pièce.

La formule et l'algorithme de calcul restent les mêmes, seul le paramètre de surface S passe au volume - V:

En conséquence, un autre indicateur de la consommation spécifique q est pris, rapporté à la capacité cubique de chaque pièce:

• une pièce à l'intérieur d'un bâtiment ou avec un mur extérieur et une fenêtre - 35 W / m³;
• pièce d'angle avec une fenêtre - 40 W / m³;
• le même, avec deux ouvertures lumineuses - 45 W / m³.

Noter. Des coefficients régionaux croissants et décroissants k sont appliqués dans la formule sans changement.

Maintenant, par exemple, déterminons la charge de chauffage de notre chalet, en prenant la hauteur sous plafond égale à 3 m:

Q = (47,25 x 45 + 63 x 40 + 15 x 35 + 21 x 35 + 18 x 35 + 47,25 x 45 + 63 x 40) x 1 = 11182 W ≈ 11,2 kW.

Il est à noter que la puissance thermique requise du système de chauffage a augmenté de 200 W par rapport au calcul précédent. Si nous prenons la hauteur des pièces de 2,7 à 2,8 m et calculons la consommation d'énergie par capacité cubique, les chiffres seront à peu près les mêmes. Autrement dit, la méthode est tout à fait applicable pour le calcul élargi de la perte de chaleur dans des pièces de toute hauteur.

Calcul du diamètre des tuyaux de chauffage

Après avoir décidé du nombre de radiateurs et de leur puissance thermique, vous pouvez procéder au choix de la taille des tuyaux d'alimentation.

Avant de procéder au calcul du diamètre des tuyaux, il convient d'aborder le sujet du choix du bon matériau. Dans les systèmes à haute pression, vous devrez abandonner l'utilisation de tuyaux en plastique. Pour les systèmes de chauffage dont la température maximale est supérieure à 90 ° C, un tuyau en acier ou en cuivre est préférable. Pour les systèmes dont la température du liquide de refroidissement est inférieure à 80 ° C, vous pouvez choisir un tuyau en plastique ou en polymère renforcé.

Les systèmes de chauffage pour maisons privées se caractérisent par une basse pression (0,15 - 0,3 MPa) et une température du liquide de refroidissement ne dépassant pas 90 ° C. Dans ce cas, l'utilisation de tuyaux en polymère peu coûteux et fiables est justifié (par rapport aux tuyaux métalliques).

Pour que la quantité de chaleur requise entre dans le radiateur sans délai, les diamètres des tuyaux d'alimentation des radiateurs doivent être choisis de manière à correspondre au débit d'eau requis pour chaque zone individuelle.

Le calcul du diamètre des tuyaux de chauffage est effectué selon la formule suivante:

D = √ (354 × (0,86 × Q ⁄ Δt °) ⁄ V)où:

ré - diamètre du pipeline, mm.

Q - charge sur cette section de la canalisation, kW.

Δt ° - la différence entre les températures de départ et de retour, ° C

V - vitesse du liquide de refroidissement, m⁄s.

Différence de température (Δt °) un radiateur de chauffage à dix sections entre l'arrivée et le retour, en fonction du débit, varie généralement entre 10 et 20 ° C.

La valeur minimale de la vitesse du liquide de refroidissement (V), il est recommandé de lire 0,2 - 0,25 m⁄s. À des vitesses inférieures, le processus de libération de l'excès d'air contenu dans le liquide de refroidissement commence. Le seuil supérieur pour la vitesse du liquide de refroidissement est de 0,6 à 1,5 m⁄s. De telles vitesses évitent l'apparition de bruit hydraulique dans les canalisations. La valeur optimale de la vitesse de déplacement du liquide de refroidissement est la plage de 0,3 à 0,7 m⁄s.

Pour une analyse plus détaillée de la vitesse du fluide, il est nécessaire de prendre en compte le matériau du tuyau et le coefficient de rugosité de la surface intérieure. Ainsi, pour les canalisations en acier, le débit optimal est considéré comme étant de 0,25 à 0,5 m⁄s, pour les tuyaux en polymère et en cuivre - 0,25 à 0,7 m⁄s.

Un exemple de calcul du diamètre des tuyaux de chauffage en fonction des paramètres spécifiés

Donnée initiale:

• Chambre d'une superficie de 20 m², avec une hauteur sous plafond de 2,8 m.
• La maison est en brique, non isolée. Le coefficient de perte de chaleur de la structure est supposé être de 1,5.
• La chambre a une fenêtre en PVC avec double vitrage.
• Dans la rue -18 ° C, à l'intérieur il est prévu +20 ° C. La différence est de 38 ° C.

Décision:

Tout d'abord, nous déterminons la puissance thermique minimale requise selon la formule précédemment considérée Qt (kW × h) = V × ΔT × K ⁄ 860.

On a Qt = (20 m2 × 2,8 m) × 38 ° C × 1,5 ⁄ 860 = 3,71 kW × h = 3710 L × h.

Maintenant tu peux aller à la formule D = √ (354 × (0,86 × Q ⁄∆t °) ⁄ V). Δt ° - la différence entre les températures d'alimentation et de retour est supposée être de 20 ° С. V - la vitesse du liquide de refroidissement est prise égale à 0,5 m⁄s.

On a D = √ (354 × (0,86 × 3,71 kW ⁄ 20 ° C) ⁄ 0,5 m⁄s) = 10,6 mm. Dans ce cas, il est recommandé de sélectionner un tuyau d'un diamètre intérieur de 12 mm.

Tableau des diamètres de tuyaux pour chauffer une maison

Tableau de calcul du diamètre d'une conduite pour un système de chauffage à deux tubes avec paramètres de conception (Δt ° = 20 ° C, densité de l'eau 971 kg ⁄ m³, capacité calorifique spécifique de l'eau 4,2 kJ ⁄ (kg × ° C)):

Diamètre interne du tuyau, mm	Flux de chaleur / consommation d'eau	Vitesse d'écoulement, m / s
		0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1
8	ΔW, W Q, kg / heure	409 18	818 35	1226 53	1635 70	2044 88	2453 105	2861 123	3270 141	3679 158	4088 176	4496 193
10	ΔW, W Q, kg / heure	639 27	1277 55	1916 82	2555 110	3193 137	3832 165	4471 192	5109 220	5748 247	6387 275	7025 302
12	ΔW, W Q, kg / heure	920 40	1839 79	2759 119	3679 158	4598 198	5518 237	6438 277	728 316	8277 356	9197 395	10117 435
15	ΔW, W Q, kg / heure	1437 62	2874 124	4311 185	5748 247	7185 309	8622 371	10059 433	11496 494	12933 556	14370 618	15807 680
20	ΔW, W Q, kg / heure	2555 110	5109 220	7664 330	10219 439	12774 549	15328 659	17883 769	20438 879	22992 989	25547 1099	28102 1208
25	ΔW, W Q, kg / heure	3992 172	7983 343	11975 515	15967 687	19959 858	23950 1030	27942 1202	31934 1373	35926 1545	39917 1716	43909 1999
32	ΔW, W Q, kg / heure	6540 281	13080 562	19620 844	26160 1125	32700 1406	39240 1687	45780 1969	53220 2250	58860 2534	65401 2812	71941 3093
40	ΔW, W Q, kg / heure	10219 439	20438 879	30656 1318	40875 1758	51094 2197	61343 2636	71532 3076	81751 3515	91969 3955	102188 4394	112407 4834
50	ΔW, W Q, kg / heure	15967 687	31934 1373	47901 2060	63868 2746	79835 3433	95802 4120	111768 4806	127735 5493	143702 6179	159669 6866	175636 7552
70	ΔW, W Q, kg / heure	31295 1346	62590 2691	93885 4037	125181 5383	156476 6729	187771 8074	219066 9420	250361 10766	281656 12111	312952 13457	344247 14803
100	ΔW, W Q, kg / heure	63868 2746	127735 5493	191603 8239	255471 10985	319338 13732	383206 16478	447074 19224	510941 21971	574809 24717	638677 27463	702544 30210

Sur la base de l'exemple précédent et de ce tableau, nous sélectionnerons le diamètre du tuyau de chauffage. On sait que la puissance thermique minimale requise pour une pièce de 20 m² est de 3710 W × h. Nous regardons le tableau et cherchons la valeur la plus proche qui correspond au flux de chaleur calculé et à la vitesse optimale du fluide. On obtient le diamètre intérieur du tuyau 12 mm, qui, à une vitesse de déplacement du liquide de refroidissement de 0,5 m / s, fournira un débit de 198 kg / heure.

Comment profiter des résultats des calculs

Connaissant la demande de chaleur du bâtiment, un propriétaire peut:

• sélectionner clairement la puissance de l'équipement de chauffage pour chauffer un chalet;
• composez le nombre requis de sections de radiateur;
• déterminer l'épaisseur requise de l'isolant et isoler le bâtiment;
• connaître le débit du liquide de refroidissement à n'importe quelle partie du système et, si nécessaire, effectuer un calcul hydraulique des canalisations;
• connaître la consommation moyenne de chaleur journalière et mensuelle.

Le dernier point est particulièrement intéressant. Nous avons trouvé la valeur de la charge thermique pendant 1 heure, mais elle peut être recalculée pour une période plus longue et la consommation de combustible estimée - gaz, bois ou granulés - peut être calculée.

Ce dont vous devez tenir compte lors du calcul

Calcul des radiateurs de chauffage

Assurez-vous de prendre en compte:

• Le matériau à partir duquel la batterie chauffante est fabriquée.
• Sa taille.
• Le nombre de fenêtres et de portes dans la pièce.
• Le matériau à partir duquel la maison est construite.
• Le côté du monde dans lequel se trouve l'appartement ou la chambre.
• La présence d'isolation thermique du bâtiment.
• Type d'acheminement de la tuyauterie.

Et ce n'est qu'une petite partie de ce qui doit être pris en compte lors du calcul de la puissance d'un radiateur de chauffage. N'oubliez pas l'emplacement régional de la maison, ainsi que la température extérieure moyenne.

Il existe deux façons de calculer la dissipation thermique d'un radiateur:

• Régulier - en utilisant du papier, un stylo et une calculatrice. La formule de calcul est connue et utilise les principaux indicateurs - la puissance calorifique d'une section et la surface de la pièce chauffée. Des coefficients sont également ajoutés - décroissants et croissants, qui dépendent des critères précédemment décrits.
• Utilisation d'une calculatrice en ligne. C'est un programme informatique facile à utiliser qui charge des données spécifiques sur les dimensions et la construction d'une maison. Il donne un indicateur assez précis, qui sert de base à la conception du système de chauffage.

Pour un simple profane, les deux options ne sont pas le moyen le plus simple de déterminer le transfert de chaleur d'une batterie chauffante. Mais il existe une autre méthode, pour laquelle une formule simple est utilisée - 1 kW par 10 m² de surface. Autrement dit, pour chauffer une pièce d'une superficie de 10 mètres carrés, vous n'aurez besoin que d'un kilowatt d'énergie thermique.Connaissant le taux de transfert de chaleur d'une section d'un radiateur de chauffage, vous pouvez calculer avec précision le nombre de sections à installer dans une pièce particulière.

Regardons quelques exemples de la manière de réaliser correctement un tel calcul. Différents types de radiateurs ont une large gamme de dimensions, en fonction de la distance centrale. Il s'agit de la dimension entre les axes du collecteur inférieur et supérieur. Pour la plupart des batteries chauffantes, cet indicateur est soit de 350 mm, soit de 500 mm. Il existe d'autres paramètres, mais ceux-ci sont plus courants que d'autres.

C'est la première chose. Deuxièmement, il existe plusieurs types d'appareils de chauffage fabriqués à partir de divers métaux sur le marché. Chaque métal a son propre transfert de chaleur, et cela devra être pris en compte lors du calcul. D'ailleurs, chacun décide lui-même lequel choisir et installer un radiateur chez lui.