Charge thermique sur le chauffage et autres paramètres de

Le sujet de cet article est la définition de la charge thermique du chauffage et d’autres paramètres à calculer pour un système de chauffage autonome. Le matériel est principalement destiné aux propriétaires d’habitations privées, loin des équipements de chauffage et nécessitant les formules et les algorithmes les plus simples.

Alors allez.

Redondance et calcul précis

Dès le début, il est nécessaire de spécifier une subtilité dans les calculs: il est presque impossible de calculer les pertes de chaleur absolument exactes à travers le sol, le plafond et les murs, que le système de chauffage doit compenser. Vous ne pouvez parler que d'un certain degré de fiabilité des estimations.

La raison en est que trop de facteurs affectent la perte de chaleur:

• Résistance thermique des murs principaux et de toutes les couches de matériaux de finition.
• La présence ou l'absence de ponts thermiques.
• La rose des vents et l'emplacement de la maison sur le terrain.
• Le travail de ventilation (qui, à son tour, dépend également de la force et de la direction du vent).
• Degré d'ensoleillement des fenêtres et des murs.

Il y a de bonnes nouvelles. Pratiquement toutes les chaudières modernes et les systèmes de chauffage décentralisés (planchers chauffants, convecteurs électriques et à gaz, etc.) sont équipés de thermostats qui mesurent la consommation de chaleur en fonction de la température ambiante.

Concrètement, cela signifie que l'excès de chaleur ne va affecter que le mode de chauffage: par exemple, 5 kWh de chaleur ne seront pas donnés en une heure de fonctionnement continu avec une puissance de 5 kW, mais en 50 minutes de fonctionnement avec une puissance de 6 kW. Au cours des 10 prochaines minutes, la chaudière ou un autre appareil de chauffage se mettra en veille, sans consommer d'électricité ni d'énergie.

Par conséquent: dans le cas du calcul de la charge thermique, notre tâche est de déterminer sa valeur minimale autorisée.

La seule exception à la règle générale est liée au fonctionnement des chaudières classiques à combustible solide et est due au fait que la diminution de leur chaleur dégagée est associée à une baisse importante du rendement due à une combustion incomplète du combustible. Le problème est résolu en installant un accumulateur de chaleur dans le circuit et en étranglant les éléments chauffants avec des têtes thermiques.

Après l'allumage, la chaudière fonctionne à pleine puissance et avec une efficacité maximale jusqu'à la combustion complète du charbon ou du bois de chauffage. ensuite, la chaleur consommée par l'accumulateur de chaleur accumulé est utilisée pour maintenir la température optimale dans la pièce.

La plupart des autres paramètres à calculer permettent également une certaine redondance. Cependant, à ce sujet - dans les sections pertinentes de l'article.

Liste de paramètres

Alors, que devrions-nous réellement considérer?

• La charge thermique totale sur le chauffage de la maison. Il correspond à la puissance minimale requise de la chaudière ou à la puissance totale des appareils du système de chauffage décentralisé.
• Le besoin de chaleur dans une pièce séparée.
• Le nombre de sections du radiateur sectionnel et la taille du registre correspondant à une certaine valeur de sortie de chaleur.

Remarque: pour les appareils de chauffage préfabriqués (convecteurs, radiateurs à plaques, etc.), les fabricants indiquent généralement le rendement calorifique total dans la documentation jointe.

• Le diamètre de la canalisation est capable, dans le cas du chauffage de l'eau, de fournir le flux de chaleur nécessaire.
• Paramètres de la pompe de circulation qui entraîne le liquide de refroidissement dans le circuit avec les paramètres spécifiés.
• La taille du vase d'expansion pour compenser la dilatation thermique du liquide de refroidissement.

Allons aux formules.

Charge thermique

L'un des principaux facteurs influant sur sa valeur est le degré d'isolation de la maison. Le SNIP 23-02-2003, qui réglemente la protection thermique des bâtiments, normalise ce facteur en déduisant les valeurs recommandées de résistance thermique des murs pour chaque région du pays.

Nous présentons deux méthodes de calcul: pour les bâtiments conformes à SNiP 23-02-2003 et pour les maisons à résistance thermique non normalisée.

Résistance thermique normalisée

Les instructions pour calculer la production de chaleur dans ce cas sont les suivantes:

• 60 watts par 1 m3 de volume total (murs compris) de la maison sont pris comme valeur de base.
• Pour chacune des fenêtres, 100 watts de chaleur sont ajoutés à cette valeur.. Pour chaque porte menant à la rue - 200 watts.

• Un facteur supplémentaire est utilisé pour compenser les pertes qui augmentent dans les régions froides.

Par exemple, effectuons un calcul pour une maison de 12 * 12 * 6 mètres avec douze fenêtres et deux portes donnant sur la rue située à Sébastopol (la température moyenne en janvier est de + 3 ° C).

1. Le volume chauffé est de 12 * 12 * 6 = 864 mètres cubes.
2. La puissance thermique de base est de 864 * 60 = 51 840 watts.
3. Les fenêtres et les portes l’augmenteront légèrement: 51840+ (12 * 100) + (2 * 200) = 53440.
4. Le climat exceptionnellement doux, dû à la proximité de la mer, nous obligera à utiliser un coefficient régional de 0,7. 53440 * 0,7 = 37408 watts. C'est sur cette valeur, et vous pouvez naviguer.

Résistance thermique non normalisée

Que faire si la qualité de l'isolation de la maison est sensiblement meilleure ou pire que celle recommandée? Dans ce cas, vous pouvez utiliser la formule de la forme Q = V * Dt * K / 860 pour estimer la charge thermique.

En cela:

• Q - Puissance calorifique chère en kilowatts.
• V est le volume chauffé en mètres cubes.
• Dt est la différence de température entre la rue et la maison. Habituellement, le delta est compris entre la valeur recommandée pour une utilisation interne dans le bâtiment (+18 - + 22ºC) et la température de rue minimale moyenne durant le mois le plus froid des dernières années.

Clarifions: compter sur le minimum absolu est plus correct en principe; Toutefois, cela entraînera des coûts excessifs pour la chaudière et les appareils de chauffage, dont la pleine capacité ne sera demandée qu'une fois tous les deux ou trois ans. Le prix d’une légère sous-estimation des paramètres calculés est une certaine baisse de la température dans la pièce au plus fort du froid, ce qui peut être facilement compensé par l’inclusion de radiateurs supplémentaires.

• K - coefficient d'isolation, qui peut être tiré du tableau ci-dessous. Les valeurs intermédiaires du coefficient sont dérivées par approximation.

Répétons les calculs pour notre maison à Sébastopol, en précisant que ses murs sont des murs en maçonnerie (roche sédimentaire poreuse) de 40 cm d'épaisseur sans finition extérieure, et que le vitrage est fait avec des fenêtres à simple vitrage.

1. Le coefficient d'isolation thermique est supposé être de 1,2.
2. Nous avons calculé le volume de la maison plus tôt; il est égal à 864 m3.
3. Nous prendrons la température interne égale au SNiP recommandé pour les régions avec des pics de températures inférieurs à -31С - +18 degrés. Les informations sur le minimum moyen inciteront avec bonté la célèbre encyclopédie Internet: elle est égale à -0,4 ° C.
4. Le calcul aura donc la forme Q = 864 * (18 - -0,4) * 1,2 / 860 = 22,2 kW.

Comme on peut facilement le constater, le calcul a donné un résultat qui diffère de celui obtenu par le premier algorithme d'une fois et demie. La raison en premier lieu est que le minimum moyen utilisé par nous diffère sensiblement du minimum absolu (environ -25 ° C). L'augmentation du delta de température d'une fois et demie exactement à la même heure augmentera la demande de chaleur estimée du bâtiment.

Gigacaloria

Dans le calcul de la quantité d'énergie thermique reçue par un bâtiment ou une pièce, ainsi que des kilowattheures, une autre valeur est utilisée - gigacalorie. Cela correspond à la quantité de chaleur nécessaire pour chauffer 1 000 tonnes d’eau à 1 degré et à une pression de 1 atmosphère.

Comment recalculer les kilowatts de production de chaleur en gigacalories de chaleur consommée? C'est simple: une gigacalorie équivaut à 1162,2 kW / h. Ainsi, avec une puissance calorifique maximale de 54 KW, la charge horaire maximale de chauffage sera de 54 / 1162,2 = 0,046 Gcal * heure.

C'est utile: pour chaque région du pays, les autorités locales régulent la consommation de chaleur en gigcalorias par mètre carré d'espace pendant le mois. La valeur moyenne dans la Fédération de Russie est de 0,0342 Gcal / m2 par mois.

Chambre

Comment calculer le besoin de chaleur pour une seule pièce? Ici, les mêmes schémas de calcul sont utilisés que pour la maison dans son ensemble, avec un seul amendement. Si une pièce chauffée est adjacente à une pièce sans ses propres appareils de chauffage, elle est incluse dans le calcul.

Ainsi, si un couloir de 1,2 * 4 * 3 mètres jouxte une pièce de 4 * 5 * 3 mètres, la puissance calorifique de l'appareil de chauffage est calculée pour un volume de 4 * 5 * 3 + 1,2 * 4 * 3 = 60 + 14, 4 = 74,4 m3.

Appareils de chauffage

Radiateurs sectionnels

En général, les informations sur le flux de chaleur par section sont toujours disponibles sur le site Web du fabricant.

S'il est inconnu, vous pouvez compter sur les valeurs approximatives suivantes:

• Section en fonte - 160 watts.
• Section bimétallique - 180 watts.
• Section en aluminium - 200 watts.

Comme toujours, il existe un certain nombre de subtilités. Avec une connexion latérale d'un radiateur à 10 sections ou plus, la variation de température entre la section proximale de la chemise et les sections d'extrémité sera très importante.

Soit dit en passant, l'effet sera nul si la doublure est raccordée en diagonale ou de bas en bas.

De plus, les fabricants d'appareils de chauffage spécifient généralement la puissance pour un delta de température très spécifique entre le radiateur et l'air, égal à 70 degrés. La dépendance du flux thermique sur Dt est linéaire: si la batterie a une température supérieure de 35 degrés à celle de l’air, la puissance thermique de la batterie sera exactement égale à la moitié de celle déclarée.

Par exemple, lorsque la température de l'air dans la pièce est de + 20 ° C et la température du liquide de refroidissement de + 55 ° C, la puissance de la section en aluminium de la taille standard sera de 200 / (70/35) = 100 watts. Afin de fournir une puissance de 2 kW, vous avez besoin de 2000/100 = 20 sections.

Registres

Les registres fabriqués par l'utilisateur se distinguent dans la liste des appareils de chauffage.

Les fabricants pour des raisons évidentes ne peuvent pas spécifier leur capacité thermique; Cependant, il est facile de le calculer vous-même.

• Pour la première section du registre (tuyau horizontal de dimensions connues), la puissance est égale au produit de son diamètre extérieur et de sa longueur en mètres, du delta de température entre le réfrigérant et l’air en degrés et d’un coefficient constant de 36,5356.
• Un facteur supplémentaire de 0,9 est utilisé pour les sections suivantes dans lesquelles l'air chaud monte.

Analysons un autre exemple: nous calculons le flux de chaleur pour un registre à quatre rangées de 159 mm de diamètre, 4 mètres de long et une température de 60 degrés dans une pièce où la température interne est de + 20 ° C.

1. La température delta dans notre cas est 60-20 = 40C.
2. Nous convertissons le diamètre du tuyau en mètres. 159 mm = 0,159 m.
3. Calculez la puissance thermique de la première section. Q = 0,159 * 4 * 40 * 36,5356 = 929,46 watts.
4. Pour chaque section suivante, la puissance sera égale à 929,46 * 0,9 = 836,5 watts.
5. La puissance totale sera de 929,46 + (836,5 * 3) = 3 500 watts (arrondis).

Diamètre de la canalisation

Comment déterminer la valeur minimale du diamètre interne du remplissage du tuyau ou de la gaine du dispositif de chauffage? Nous n'allons pas grimper dans la nature et utiliser le tableau contenant les résultats finis pour la différence entre le flux et le flux de retour de 20 degrés. Cette valeur est typique des systèmes autonomes.

La vitesse maximale du liquide de refroidissement ne doit pas dépasser 1,5 m / s afin d'éviter le bruit; le plus souvent, ils sont guidés par la vitesse de 1 m / s.

Par exemple, pour une chaudière de 20 kW, le diamètre interne minimum du remplissage à un débit de 0,8 m / s sera égal à 20 mm.

Remarque: le diamètre interne est proche de la télécommande (passage conditionnel) du tuyau en acier. Les tuyaux en plastique et en métal-plastique portent généralement un diamètre extérieur supérieur de 6 à 10 mm à celui interne. Ainsi, un tuyau en polypropylène de 26 mm de diamètre a un diamètre interne de 20 mm.

Pompe de circulation

Deux paramètres de la pompe sont importants pour nous: sa tête et ses performances. Dans une maison privée, quelle que soit la longueur du circuit, la pression minimale pour les pompes les moins chères est de 2 mètres (0,2 kgf / cm2): c’est cette valeur différentielle qui fait circuler le système de chauffage des immeubles collectifs.

La performance requise est calculée par la formule G = Q / (1,163 * Dt).

En cela:

• G - productivité (m3 / heure).
• Q est la puissance du circuit dans lequel la pompe est installée (KW).
• Dt est la différence de température entre les canalisations directe et de retour en degrés (dans un système autonome, la valeur typique est Dt = 20С).

Pour un circuit avec une charge thermique de 20 kilowatts, avec un delta de température standard, la capacité nominale sera de 20 / (1,163 * 20) = 0,86 m3 / heure.

Vase d'expansion

L'un des paramètres à calculer pour un système autonome est le volume du vase d'expansion.

Le calcul exact est basé sur une série assez longue de paramètres:

• Température et type de liquide de refroidissement. Le coefficient de dilatation dépend non seulement du degré de chauffage des batteries, mais également de la teneur en lesquelles elles sont remplies: les mélanges eau-glycol se dilatent davantage.
• Pression de travail maximale dans le système.
• La pression de charge du réservoir dépend à son tour de la pression hydrostatique du circuit (hauteur du point haut du circuit au-dessus du vase d'expansion).

Il existe cependant une nuance qui permet de simplifier grandement le calcul. Si une sous-estimation du volume du réservoir entraînait au mieux un actionnement constant de la soupape de sécurité et, au pire, à la destruction du circuit, son excès de volume ne ferait aucun mal.

C'est pourquoi un réservoir est généralement pris avec un déplacement égal à 1/10 de la quantité totale de liquide de refroidissement dans le système.

Astuce: pour connaître le volume du circuit, il suffit de le remplir d'eau et de le vider dans un bol à mesurer.

Conclusion

Nous espérons que les schémas de calcul ci-dessus simplifieront la vie du lecteur et le soulageront de nombreux problèmes. Comme d'habitude, la vidéo jointe à l'article offrira des informations supplémentaires à son attention.

Des succès!