Le confort des personnes qui restent à l'intérieur, surtout en hiver, dépend en grande partie de la température de l'air ambiant. Par conséquent, parmi les services publics qui sont équipés dans des locaux résidentiels, le système de chauffage occupe la première place. Dans les conditions urbaines, les problèmes de chauffage des appartements sont le plus souvent résolus de manière centralisée, mais dans les bâtiments privés, leurs propriétaires doivent équiper des systèmes de chauffage autonomes, dont l'élément principal est une chaudière à eau chaude. C'est à partir des caractéristiques techniques et économiques de ce dernier que dépendent les performances globales du système.
Comment calculer la puissance de la chaudière
La capacité d'une chaudière de chauffage est le principal indicateur caractérisant ses capacités associées à un chauffage optimal des pièces lors des pics de charge. L'essentiel ici est de calculer correctement la quantité de chaleur nécessaire pour les chauffer. Ce n'est que dans ce cas qu'il sera possible de choisir la bonne chaudière pour chauffer une maison privée par capacité.
Pour calculer la puissance de la chaudière de la maison, différentes méthodes sont utilisées, dans lesquelles la surface ou le volume des locaux chauffés est pris comme base. Plus récemment, la puissance requise d'une chaudière de chauffage a été déterminée à l'aide des soi-disant coefficients de maison fixés pour différents types de maisons à l'intérieur (W / m²):
- 130 ... 200 - maisons sans isolation thermique;
- 90 ... 110 - maisons avec une façade partiellement isolée;
- 50 ... 70 - maisons construites en utilisant les technologies du 21e siècle.
En multipliant la superficie de la maison par le coefficient de maison correspondant, nous obtenons la puissance requise de la chaudière de chauffage.
Calcul de la puissance de la chaudière en fonction des dimensions géométriques de la pièce
Calculer provisoirement la puissance de la chaudière pour chauffer une maison par sa superficie. Utilisez la formule:
Wkot = S * Wud / 10où:
- Wkot - puissance nominale de la chaudière, kW;
- S - superficie totale de la pièce chauffée, m².;
- Wud - la puissance spécifique de la chaudière, qui représente tous les 10 mètres carrés. zone chauffée.
Dans le cas général, on suppose que, selon la région dans laquelle se trouve la pièce, la puissance spécifique de la chaudière est (kW \ m. Sq.):
- pour les régions du sud - 0,7 ... 0,9;
- pour les zones de la bande médiane - 1,0 ... 1,2;
- pour Moscou et la région de Moscou - 1,2 ... 1,5;
- pour les régions du nord - 1,5 ... 2,0.
La formule ci-dessus pour calculer une chaudière pour chauffer une maison par zone est utilisée dans les cas où le chauffe-eau ne sera utilisé que pour chauffer des pièces d'une hauteur ne dépassant pas 2,5 m.
Si l'on suppose qu'une chaudière à double circuit sera installée dans la pièce, qui, en plus du chauffage, devrait fournir de l'eau chaude aux utilisateurs, la puissance de calcul calculée doit être augmentée de 25%.
Si la hauteur des pièces chauffées dépasse 2,5 m, le résultat obtenu est ajusté en le multipliant par le coefficient Kv. Kv = N / 2,5, où N est la hauteur réelle de la pièce, m.
Dans ce cas, la formule finale est la suivante: P = (S * Wud / 10) * Qu
Cette méthode de calcul de la puissance requise que doit avoir la chaudière convient aux petits bâtiments avec un grenier isolé, la présence d'isolation thermique des murs et des fenêtres (fenêtres à double vitrage), etc. Dans d'autres cas, le résultat obtenu à partir d'un calcul approximatif peut conduire à que la chaudière achetée ne pourra pas fonctionner normalement. Dans ce cas, une puissance excessive ou insuffisante contribue à un certain nombre de problèmes indésirables pour l'utilisateur:
- réduction des indicateurs techniques et économiques de la chaudière;
- dysfonctionnement des systèmes d'automatisation;
- usure rapide des pièces et accessoires;
- condensation dans la cheminée;
- obstruction de la cheminée par des produits de combustion incomplète du combustible, etc .;
Pour obtenir des résultats plus précis, il est nécessaire de prendre en compte la quantité de perte de chaleur réelle à travers les éléments individuels des bâtiments (fenêtres, portes, murs, etc.).
Calcul raffiné de la puissance de la chaudière
Le calcul du système de chauffage, qui comprend une chaudière de chauffage, doit être effectué individuellement pour chaque objet. En plus de ses dimensions géométriques, il est important de prendre en compte un certain nombre de ces paramètres:
- la présence d'une ventilation forcée;
- zone climatique;
- disponibilité de l'approvisionnement en eau chaude;
- le degré d'isolation des éléments individuels de l'objet;
- la présence d'un grenier et d'un sous-sol, etc.
De manière générale, la formule pour un calcul plus précis de la puissance de la chaudière est la suivante:
Wkot = Qt * Kzapoù:
- Qt - perte de chaleur d'un objet, kW.
- Kzap - facteur de sécurité, dont la valeur est recommandée pour augmenter la capacité de conception de l'installation. En règle générale, sa valeur se situe dans la plage de 1,15 ... 1,20 (15-20%).
La perte de chaleur prévue est déterminée par les formules:
Qt = V * ΔT * Kp / 860, V = S * H; Où:
- V - le volume de la pièce, m3;
- ΔT - la différence entre la température de l'air extérieur et intérieur, ° C;
- Kr - coefficient de dispersion, en fonction du degré d'isolation thermique de l'objet.
Le coefficient de dispersion est choisi en fonction du type de bâtiment et du degré d'isolation thermique.
- Objets sans isolation thermique: hangars, casernes en bois, structures en tôle ondulée, etc. - Кр = 3,0 ... 4,0.
- Bâtiments à faible isolation thermique: murs en une seule brique, fenêtres en bois, toitures en ardoise ou en fer - Cr égal à 2,0 ... 2.9.
- Maisons avec un degré moyen d'isolation thermique: murs à deux briques, un petit nombre de fenêtres, un toit standard, etc. - Cr est de 1,0 ... 1,9.
- Bâtiments modernes et bien isolés: chauffage au sol, fenêtres à double vitrage, etc. - Kr est de l'ordre de 0,6 ... 0,9.
Pour permettre aux consommateurs de trouver plus facilement une chaudière de chauffage, de nombreux fabricants placent des calculateurs spéciaux sur leurs sites Web et sur les sites Web des concessionnaires. Avec leur aide, après avoir entré les informations nécessaires dans les champs correspondants, il est possible de déterminer avec une grande probabilité quelle zone est conçue, par exemple, pour une chaudière de 24 kW.
En règle générale, une telle calculatrice calcule en fonction des données suivantes:
- la valeur moyenne de la température extérieure pendant la semaine la plus froide de la saison d'hiver;
- température de l'air à l'intérieur de l'installation;
- la présence ou l'absence d'approvisionnement en eau chaude;
- données sur l'épaisseur des murs et plafonds extérieurs;
- les matériaux dont sont faits les plafonds et les murs extérieurs;
- hauteur de plafond;
- dimensions géométriques de tous les murs extérieurs;
- nombre de fenêtres, leurs dimensions et description détaillée;
- des informations sur la présence ou l'absence de ventilation forcée.
Après avoir traité les données, le calculateur fournira au client la puissance requise de la chaudière de chauffage, ainsi que le type et la marque de l'unité qui répond à la demande. Un exemple de calcul de la gamme de chaudières à gaz conçues pour chauffer des maisons de différentes tailles est donné dans le tableau:
Note à la colonne 11: Ns - chaudière atmosphérique montée, A - chaudière au sol, Nd - chaudière murale turbocompressée.
Selon les méthodes ci-dessus, la capacité de la chaudière à gaz est calculée. Cependant, ils peuvent également être utilisés pour calculer les caractéristiques de puissance des chauffe-eau fonctionnant avec d'autres types de combustibles.
Comptabilité des pertes de chaleur
En commençant à développer un système de chauffage autonome, il est d'abord nécessaire de déterminer la quantité de chaleur qui pénètre dans la rue pendant les gelées les plus sévères à travers les structures dites de clôture. Il s'agit notamment des murs, des fenêtres, du sol et du toit. Ce n'est qu'en déterminant la quantité de déperdition de chaleur qu'il sera possible de s'occuper de la sélection d'une source de chaleur de la puissance appropriée.Il ne faut pas oublier que la perte de chaleur d'un bâtiment pendant la saison hivernale ne se produit pas uniquement à travers les enveloppes des bâtiments. Une part importante de la chaleur générée (jusqu'à 30%) est dépensée pour chauffer l'air froid provenant de la rue grâce à la ventilation naturelle.
La quantité totale de chaleur nécessaire pour chauffer la pièce est déterminée par la formule:
Q = Qconst + Qstaroù:
- Qconstru - la quantité de chaleur perdue par le même modèle, W;
- Qstar - la quantité de chaleur dépensée pour chauffer l'air provenant de la rue, W.
En résumant les valeurs obtenues à la suite des calculs, la charge thermique totale sur le système de chauffage de l'ensemble du bâtiment est déterminée.
Toutes les mesures sont effectuées à l'extérieur du bâtiment, sans faute de capturer ses coins. Sinon, le calcul de la perte de chaleur sera inexact.
Il existe d'autres moyens de fuite de chaleur dans les locaux, par exemple à travers une hotte, des portes et fenêtres ouvertes, des fissures dans les structures, etc. Cependant, la quantité de chaleur perdue pour ces raisons ne dépasse pratiquement pas 5% de la perte totale de chaleur et n'est donc pas prise en compte dans les calculs. .
Calcul des pertes de chaleur à travers les enveloppes des bâtiments
La complexité du calcul réside dans le fait qu'il doit être effectué séparément pour chaque pièce, inspectant soigneusement, mesurant et évaluant l'état de chacun de ses éléments adjacents à l'environnement. Seulement dans ce cas, vous pouvez prendre en compte toute la chaleur sortant de la maison.
Selon les résultats des mesures, l'aire S de chaque élément de l'enveloppe du bâtiment est déterminée, qui est ensuite insérée dans la formule de base pour calculer la quantité d'énergie thermique perdue:
Qconstructeur = 1 / R * (Tv-Tn) * S * (1 + Σβ), R = δ / λ; Où:
- R - résistance thermique du matériau de construction, m² S ° C / W;
- δ - conductivité thermique du matériau de construction, W / m ° C);
- λ - épaisseur du matériau de construction, m;
- S - la superficie de la clôture extérieure, en m²;
- La télé - température de l'air intérieur, ° C;
- T - la température de l'air la plus basse de la saison d'hiver, ° С;
- β - la perte de chaleur, qui dépend de l'orientation du bâtiment.
Si la conception se compose de plusieurs matériaux, par exemple un mur de briques avec isolation, la valeur de résistance thermique R est calculée séparément pour chacun de ces matériaux, puis additionnée.
Les pertes de chaleur en fonction de l'orientation du bâtiment sont sélectionnées en fonction de l'orientation de l'élément d'enceinte:
- au nord - β = 0,1;
- à l'ouest ou au sud-est - β = 0,05;
- au sud et si le sud-ouest - β = 0.
Le calcul des pertes de chaleur à travers les éléments des enveloppes du bâtiment est effectué pour chaque pièce du bâtiment, puis en les additionnant, ils obtiennent la perte de chaleur totale prévue à l'intérieur. Après cela, ils procèdent au calcul dans la pièce suivante. À la suite de ces travaux, le propriétaire de la maison sera en mesure d'identifier les moyens de fuite maximale de chaleur et d'éliminer les causes de leur apparition.
Calcul de la chaleur dépensée pour chauffer l'air de ventilation
La quantité de chaleur dépensée pour chauffer l'air de ventilation atteint dans certains cas 30% de la perte totale d'énergie thermique. Il s'agit d'une valeur suffisamment élevée, qu'il est inapproprié d'ignorer. Pour calculer la quantité de chaleur qui devra être dépensée pour chauffer l'air soufflé, la formule est utilisée:
Qtrain = c * m * (Tv-Tn)où:
- c - la capacité calorifique du mélange d'air, dont la valeur est de 0,28 W / kg ° C;
- m - débit massique d'air entrant dans la pièce par la rue, kg.
Le débit massique d'air entrant dans la pièce depuis l'extérieur est déterminé en supposant que l'air est mis à jour dans toute la maison une fois par heure. Dans ce cas, en additionnant les volumes de toutes les pièces, ils obtiennent le débit volumique d'air. Ensuite, en utilisant la valeur de la densité de l'air, son volume est transféré à la masse. Ici, il est nécessaire de prendre en compte le fait que la densité de l'air dépend de sa température.
| Température de l'air soufflé ºС | – 25 | – 20 | – 15 | – 10 | -5 | 0 | + 5 | + 10 |
| Densité, kg / m3 | 1,422 | 1,394 | 1,367 | 1,341 | 1,316 | 1,290 | 1,269 | 1,247 |
En remplaçant toutes les valeurs connues dans la formule ci-dessus, déterminez la quantité de chaleur requise pour chauffer l'air soufflé.
Erreurs courantes
Le calcul d'un système de chauffage autonome est un processus complexe composé de plusieurs procédures interconnectées et échelonnées:
- Calcul de la perte de chaleur de l'objet.
- Détermination du régime de température des pièces individuelles et du bâtiment dans son ensemble.
- Calcul de la puissance des batteries de radiateurs de chauffage.
- Calcul hydraulique du système de chauffage.
- Calcul de la puissance de la chaudière de chauffage.
- Détermination du volume total du système de chauffage autonome.
Le calcul thermique d'un système de chauffage n'est pas une recherche théorique, mais un résultat précis et raisonnable, dont la mise en œuvre pratique vous permettra de sélectionner correctement tous les composants nécessaires et d'équiper un système de chauffage efficace qui fonctionne sans problème depuis de nombreuses années.
La principale erreur que de nombreux propriétaires de maisons privées font est d'ignorer certaines étapes du calcul. Ils croient que pour résoudre le problème, il suffit de choisir une chaudière plus puissante, en se concentrant uniquement sur les données d'un calcul approximatif de sa capacité par la surface de la pièce. Une telle approche est lourde de coûts de fonctionnement excessifs et conduit souvent au fait que la chaudière fonctionnera en continu, les batteries de radiateur seront chaudes et la pièce sera froide. Dans ce cas, il est nécessaire de revenir à l'état d'origine et de faire un calcul complet du système de chauffage. Ce n'est qu'après cela que nous pourrons commencer à éliminer les lacunes causées par des erreurs critiques dans les calculs.
