Supposons que vous vouliez acheter vous-même une chaudière, des radiateurs et des tuyaux pour le système de chauffage d'une maison privée. Tâche numéro 1 - calculer la charge thermique pour le chauffage, en d'autres termes, pour déterminer la consommation totale de chaleur nécessaire pour chauffer le bâtiment à une température intérieure confortable. Nous proposons d'étudier 3 méthodes de calcul - différentes en complexité et en précision des résultats.
Méthodes de détermination de la charge
Tout d'abord, nous expliquons le sens 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 avec 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 du système d'eau pour l'électricité. Comment calculer ce paramètre:
- Si la hauteur sous plafond n'atteint pas 3 m, un calcul agrandi est effectué en fonction de la superficie des pièces chauffées.
- Avec une hauteur sous plafond de 3 m ou plus, la consommation de chaleur est prise en compte par le volume des locaux.
- Détermination de la perte de chaleur par une clôture extérieure et du coût de chauffage de l'air de ventilation selon SNiP.
Remarque. Ces dernières années, les calculatrices en ligne situées sur les pages de diverses ressources Internet ont gagné en popularité. Avec leur aide, la détermination de la quantité d'énergie thermique est rapide et ne nécessite pas d'instructions supplémentaires. Moins - la fiabilité des résultats doit être vérifiée, car les programmes sont écrits par des personnes qui ne sont pas des ingénieurs en chaleur.
Les deux premières méthodes de calcul sont basées sur l'application de caractéristiques thermiques spécifiques en fonction de la surface chauffée ou du volume du bâtiment. L'algorithme est simple, il est utilisé partout, mais donne des résultats très approximatifs et ne prend pas en compte le degré d'isolation du chalet.
Selon SNiP, il est beaucoup plus difficile de calculer la consommation d'énergie thermique selon SNiP. Vous devrez collecter de nombreuses données de référence et travailler sur les calculs, mais les chiffres finaux 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 accessible que possible à la compréhension.
Par exemple, un projet de maison de plain-pied de 100 m²
Pour expliquer clairement toutes les méthodes de détermination de la quantité d'énergie thermique, nous suggérons de prendre comme exemple une maison à un étage avec une superficie totale de 100 carrés (selon la mesure externe), montrée dans le dessin. Nous listons les caractéristiques techniques du bâtiment:
- région de construction - une bande de climat tempéré (Minsk, Moscou);
- l'épaisseur de la clôture extérieure est de 38 cm, le matériau est de la brique de silicate;
- isolation des murs extérieurs - polystyrène d'une épaisseur de 100 mm, densité - 25 kg / m³;
- planchers - béton au sol, il n'y a pas de sous-sol;
- chevauchement - dalles de béton armé isolées du côté du grenier froid avec 10 cm de polystyrène;
- fenêtres - métal-plastique standard sur 2 verres, taille - 1500 x 1570 mm (h);
- la porte d'entrée est en métal 100 x 200 cm, isolée avec de la mousse de polystyrène extrudé à 20 mm de l'intérieur.
Le chalet dispose de cloisons intérieures en demi-brique (12 cm), la chaufferie est située dans un bâtiment séparé. La superficie des pièces est indiquée 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 en fonction de la mesure externe et multipliée par 100 watts. En conséquence, la consommation de chaleur d'un chalet de 100 m² sera de 10 000 W ou 10 kW.Le résultat vous permet de choisir une chaudière avec un facteur de sécurité de 1,2-1,3, dans ce cas, la puissance unitaire est prise égale à 12,5 kW.
Nous suggérons d'effectuer des calculs plus précis en tenant compte de l'emplacement des pièces, du nombre de fenêtres et de la région de développement. Ainsi, avec des plafonds jusqu'à 3 m, il est recommandé d'utiliser la formule suivante:
Le calcul est effectué séparément pour chaque pièce, puis les résultats sont additionnés et multipliés par le coefficient régional. Explication de la notation de la formule:
- Q est la charge souhaitée, W;
- Spom - la quadrature de la pièce, m²;
- q est l'indicateur de la caractéristique thermique spécifique liée à la superficie 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 tempérée, le coefficient k est considéré comme égal à un. Dans les régions du sud, k = 0,7; dans les régions du nord, des valeurs de 1,5 à 2 sont utilisées.
Un calcul approximatif de l'indicateur de quadrature totale 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;
- chambres d'angle avec une ouverture lumineuse - 120 W / m²;
- la même avec deux fenêtres - 130 W / m².
Comment choisir la valeur q est clairement indiqué sur le plan d'étage. 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 raffinés ont donné un résultat différent - en fait, pour chauffer une maison particulière, 100 m² seront dépensés pour 1 kW d'énergie thermique de plus. La figure tient compte de la consommation de chaleur pour chauffer l'air extérieur pénétrant dans la maison par les ouvertures et les murs (infiltration).
Calcul de la charge calorifique en volume des pièces
Lorsque la distance entre les sols et le plafond atteint 3 m ou plus, l'option de calcul précédente ne peut pas être utilisée - le résultat sera incorrect. Dans de tels cas, la charge de chauffage est considérée comme étant basée sur des indicateurs agrégés spécifiques de consommation de chaleur pour 1 m³ de volume de la pièce.
La formule et l'algorithme de calcul restent les mêmes, seul le paramètre de zone S change en volume - V:
En conséquence, un autre indicateur de la consommation spécifique q est pris, par rapport à la cylindrée de chaque pièce:
- une pièce à l'intérieur du bâtiment ou avec un mur extérieur et une fenêtre - 35 W / m³;
- chambre d'angle avec une fenêtre - 40 W / m³;
- la même chose avec deux ouvertures lumineuses - 45 W / m³.
Remarque. Des coefficients régionaux croissants et décroissants k sont appliqués dans la formule sans changement.
Maintenant, par exemple, nous déterminons la charge sur le chauffage de notre chalet, en prenant la hauteur du 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 dépense énergétique à travers le mètre cube, alors les chiffres seront approximativement les mêmes. Autrement dit, la méthode est tout à fait applicable pour le calcul intégré de la perte de chaleur dans des pièces de toute hauteur.
Algorithme de calcul selon SNiP
Cette méthode est la plus précise de toutes celles qui existent. Si vous utilisez nos instructions et effectuez correctement le calcul, vous pouvez être sûr à 100% du résultat et sélectionner calmement les équipements de chauffage. La procédure ressemble à ceci:
- Mesurez la quadrature des murs extérieurs, des planchers et des plafonds séparément dans chaque pièce. Déterminez la superficie des fenêtres et des portes d'entrée.
- Calculez la perte de chaleur à travers toutes les clôtures extérieures.
- Découvrez la consommation d'énergie thermique utilisée pour chauffer l'air de ventilation (infiltration).
- Résumez les résultats et obtenez un véritable indicateur de la charge thermique.
Un point important. Dans un chalet à deux étages, les plafonds internes ne sont pas pris en compte, car ils ne limitent pas l'environnement.
L'essence du calcul de la perte de chaleur est relativement simple: vous devez savoir combien d'énergie chaque type de structure de bâtiment perd, car les fenêtres, les murs et les sols sont faits de matériaux différents. Lors de la détermination de la quadrature des parois extérieures, soustrayez la zone des ouvertures vitrées - ces dernières permettent un flux de chaleur plus important et sont donc considérées séparément.
Lorsque vous mesurez la largeur des pièces, ajoutez-y la moitié de l'épaisseur de la cloison intérieure et capturez le coin extérieur, comme indiqué dans le diagramme. L'objectif est de prendre en compte la quadrature complète de la clôture externe, en perdant de la chaleur sur toute la surface.
Nous déterminons la perte de chaleur des murs et des toits
La formule de calcul du flux thermique traversant une structure du même type (par exemple un mur) est la suivante:
Déchiffrez la notation:
- la quantité de perte de chaleur à travers une clôture que nous avons désignée Qi, W;
- A - la quadrature du mur dans la même pièce, m²;
- tv - température confortable à l'intérieur de la pièce, généralement +22 ° С;
- tн - la température minimale de l'air ambiant qui dure les 5 jours d'hiver les plus froids (prenez la valeur réelle pour votre région);
- R est la résistance de l'épaisseur de la clôture extérieure au transfert de chaleur, m² ° C / W.
Un paramètre incertain reste dans la liste ci-dessus - R. Sa valeur dépend du matériau de la structure du mur et de l'épaisseur de la clôture. Pour calculer la résistance au transfert de chaleur, procédez comme suit:
- Déterminer l'épaisseur de la partie portante du mur extérieur et, séparément, la couche isolante. La lettre dans les formules - δ, est considérée en mètres.
- Découvrez les coefficients de conductivité thermique des matériaux de structure λ dans les tableaux de référence, et l'unité de mesure est W / (mºС).
- Remplacez les valeurs trouvées dans la formule une par une:
- Définissez R pour chaque couche de mur séparément, ajoutez les résultats, puis utilisez-les dans la première formule.
Répétez les calculs séparément pour les fenêtres, les murs et les plafonds d'une même pièce, puis passez à la pièce suivante. Les pertes de chaleur à travers les planchers sont considérées séparément, comme décrit ci-dessous.
Pointe. Les coefficients de conductivité thermique corrects de divers matériaux sont indiqués dans la documentation normative. Pour la Russie, il s'agit du code de règles SP 50.13330.2012, pour l'Ukraine - DBN V.2.6–31 ~ 2006. Attention! Dans les calculs, utilisez la valeur de λ prescrite dans la colonne "B" pour les conditions de fonctionnement.
Exemple de calcul pour le séjour de notre maison de plain-pied (hauteur sous plafond 3 m):
- La superficie des murs extérieurs avec les fenêtres: (5,04 + 4,04) x 3 = 27,24 m². Le carré des fenêtres est de 1,5 x 1,57 x 2 = 4,71 m². Surface nette de clôture: 27,24 - 4,71 = 22,53 m².
- La conductivité thermique λ pour la pose de briques de silicate est de 0,87 W / (m º C), mousse 25 kg / m ³ - 0,044 W / (m º C). L'épaisseur est de 0,38 et 0,1 m, respectivement, nous considérons la résistance au transfert de chaleur: R = 0,38 / 0,87 + 0,1 / 0,044 = 2,71 m² ° C / W.
- Température extérieure - moins 25 ° С, à l'intérieur du salon - plus 22 ° С. La différence est de 25 + 22 = 47 ° C.
- Nous déterminons la perte de chaleur à travers les murs du salon: Q = 1 / 2,71 x 47 x 22,53 = 391 watts.
De même, le flux de chaleur à travers les fenêtres et les planchers est pris en compte. La résistance thermique des structures translucides est généralement indiquée par le fabricant, les caractéristiques des sols en béton armé d'une épaisseur de 22 cm se retrouvent dans la littérature normative ou de référence:
- R du plancher isolé = 0,22 / 2,04 + 0,1 / 0,044 = 2,38 m² ° C / W, la perte de chaleur à travers le toit est de 1 / 2,38 x 47 x 5,04 x 4,04 = 402 W.
- Pertes par les ouvertures des fenêtres: Q = 0,32 x 47 x71 = 70,8 W.
La perte totale de chaleur dans le salon (hors sols) sera de 391 + 402 + 70,8 = 863,8 watts. Des calculs similaires sont effectués pour les autres pièces, les résultats sont résumés.
Remarque: le couloir à l'intérieur du bâtiment n'entre pas en contact avec l'enveloppe extérieure et ne perd de la chaleur que par le toit et les sols. Quelles protections doivent être prises en compte dans la méthodologie de calcul, voir la vidéo.
Division du sol en zones
Pour connaître la quantité de chaleur perdue par les sols au sol, le bâtiment du plan est divisé en zones de 2 m de large, comme le montre le schéma. La première bande part de la surface extérieure de la structure du bâtiment.
L'algorithme de calcul est le suivant:
- Décrivez le plan du chalet, divisez-le en bandes de 2 m de large. Le nombre maximum de zones est de 4.
- Calculez la superficie du plancher qui tombe séparément dans chaque zone, en négligeant les cloisons intérieures. Attention: la quadrature aux coins est comptée deux fois (grisée sur le dessin).
- En utilisant la formule de calcul (pour plus de commodité, nous la répétons), déterminez la perte de chaleur dans tous les domaines, résumez les chiffres.
- La résistance de transfert de chaleur R pour la zone I est supposée être de 2,1 m² ° C / W, II - 4,3, III - 8,6, le reste du sol - 14,2 m² ° C / W.
Remarque. Si nous parlons d'un sous-sol chauffé, la première bande est située sur la partie souterraine du mur, à partir du niveau du sol.
Les sols isolés avec de la laine minérale ou de la mousse de polystyrène sont calculés de manière identique, seule la résistance thermique de la couche isolante, déterminée par la formule δ / λ, est ajoutée aux valeurs R fixes.
Exemple de calcul dans le salon d'une maison de campagne:
- La quadrature de la zone I est (5,04 + 4,04) x 2 = 18,16 m², tracé II - 3,04 x 2 = 6,08 m². Les zones restantes n'entrent pas dans le salon.
- La consommation d'énergie pour la 1ère zone sera de 1 / 2,1 x 47 x 18,16 = 406,4 W, pour la seconde - 1 / 4,3 x 47 x 6,08 = 66,5 W.
- La quantité de flux de chaleur à travers les planchers du salon est de 406,4 + 66,5 = 473 watts.
Il est désormais facile de réduire la perte totale de chaleur dans la pièce en question: 863,8 + 473 = 1336,8 W, arrondi - 1,34 kW.
Chauffage par ventilation
La grande majorité des maisons et appartements privés disposent d'une ventilation naturelle. L'air de la rue pénètre à travers les narthexes des fenêtres et des portes, ainsi que par les ouvertures d'alimentation en air. La masse froide entrante est chauffée par le système de chauffage, dépensant de l'énergie supplémentaire. Comment connaître le montant de ces pertes:
- Le calcul de l'infiltration étant trop compliqué, les documents réglementaires autorisent l'allocation de 3 m³ d'air par heure pour chaque mètre carré de logement. L'apport total d'air soufflé L est considéré comme simple: la quadrature de la pièce est multipliée par 3.
- L est le volume, et la masse m du flux d'air est nécessaire. Découvrez-le en multipliant par la densité du gaz extrait du tableau.
- La masse d'air m est substituée dans la formule du cours de physique scolaire, ce qui permet de déterminer la quantité d'énergie dépensée.
Nous calculons la quantité de chaleur requise sur l'exemple d'un salon de longue durée d'une superficie de 15,75 m². Le volume entrant L = 15,75 x 3 = 47,25 m³ / h, masse - 47,25 x 1,422 = 67,2 kg / h. En supposant une capacité thermique de l'air (indiquée par la lettre C) égale à 0,28 W / (kg ºС), nous trouvons la consommation d'énergie: Qvent = 0,28 x 67,2 x 47 = 884 W. Comme vous pouvez le voir, le chiffre est assez impressionnant, c'est pourquoi le chauffage des masses d'air doit être pris en compte.
Le calcul final de la perte de chaleur du bâtiment plus la consommation de chaleur pour la ventilation est déterminé en additionnant tous les résultats précédemment obtenus. En particulier, la charge sur le chauffage du salon se traduira par le chiffre 0,88 + 1,34 = 2,22 kW. De même, toutes les pièces du chalet sont calculées, à la fin des coûts énergétiques s'additionnent à un chiffre.
Règlement final
Si votre cerveau n'a pas encore commencé à bouillir en raison de l'abondance de formules 😊, il est certainement intéressant de voir le résultat dans toute la maison à un étage. Dans les exemples précédents, nous avons fait le gros du travail, il ne reste plus qu'à parcourir d'autres pièces et connaître la déperdition thermique de l'ensemble de l'enveloppe extérieure du bâtiment. Données brutes trouvées:
- résistance thermique des murs - 2,71, fenêtres - 0,32, sols - 2,38 m² ° С / W;
- hauteur de plafond - 3 m;
- R pour la porte d'entrée isolée avec de la mousse de polystyrène extrudé est de 0,65 m² ° C / W;
- température interne - 22, externe - moins 25 ° С.
Pour simplifier les calculs, nous proposons de créer un tableau dans Exel, puis nous y mettrons les résultats intermédiaires et finaux.
À la fin des calculs et en remplissant le tableau, les valeurs suivantes de consommation d'énergie thermique pour les locaux ont été obtenues:
- salon - 2,22 kW;
- cuisine - 2,536 kW;
- couloir - 745 W;
- couloir - 586 W;
- salle de bain - 676 W;
- chambre - 2,22 kW;
- enfants - 2,536 kW.
La charge totale sur le système de chauffage d'une maison privée de 100 m² était de 11,518 W, arrondie à 11,6 kW.Il est à noter que le résultat diffère littéralement des méthodes de calcul approximatives de 5%.
Comment utiliser les résultats des calculs
Connaissant la demande de chaleur du bâtiment, le propriétaire peut:
- sélectionner clairement la puissance des équipements thermiques pour chauffer le chalet;
- composer le nombre souhaité de sections de radiateurs;
- déterminer l'épaisseur requise de l'isolation et effectuer l'isolation thermique du bâtiment;
- connaître le débit du liquide de refroidissement dans n'importe quelle partie du système et, si nécessaire, effectuer le calcul hydraulique des canalisations;
- Découvrez la consommation moyenne quotidienne et mensuelle de chaleur.
Le dernier paragraphe présente un intérêt particulier. Nous avons trouvé la valeur de la charge thermique en 1 heure, mais elle peut être recalculée sur une plus longue période et calculer la consommation de carburant estimée - gaz, bois de chauffage ou granulés.