Calcul hydraulique d'un système de chauffage à partir d'un exemple précis

Le chauffage basé sur la circulation d'eau chaude est l'option la plus courante pour aménager une maison privée.Pour un développement compétent du système, il est nécessaire de disposer de résultats d'analyse préliminaires, appelés calculs hydrauliques du système de chauffage, reliant la pression dans toutes les sections du réseau aux diamètres des tuyaux.

L'article présenté décrit en détail la méthodologie de calcul. Pour mieux comprendre l'algorithme des actions, nous avons examiné la procédure de calcul à l'aide d'un exemple précis.

En respectant la séquence décrite, il sera possible de déterminer le diamètre optimal du pipeline, le nombre d'appareils de chauffage, la puissance de la chaudière et d'autres paramètres du système nécessaires pour organiser un approvisionnement en chaleur individuel efficace.

Concept de calcul hydraulique

Le facteur déterminant dans le développement technologique des systèmes de chauffage a été les économies d'énergie habituelles. Le désir d'économiser de l'argent nous oblige à adopter une approche plus prudente dans la conception, le choix des matériaux, les méthodes d'installation et le fonctionnement du chauffage de la maison.

Par conséquent, si vous décidez de créer un système de chauffage unique et avant tout économique pour votre appartement ou votre maison, nous vous recommandons de vous familiariser avec les règles de calcul et de conception.

Avant de définir le calcul hydraulique du système, il faut comprendre clairement et clairement que le système de chauffage individuel d'un appartement ou d'une maison est situé, classiquement, d'un ordre de grandeur supérieur par rapport au système de chauffage central d'un grand bâtiment.

Un système de chauffage individuel repose sur une approche fondamentalement différente des notions de ressources thermiques et énergétiques.

L'essence du calcul hydraulique est que le débit du liquide de refroidissement n'est pas réglé à l'avance avec une approximation significative des paramètres réels, mais est déterminé en reliant les diamètres des canalisations aux paramètres de pression dans tous les anneaux du système.

Il suffit de réaliser une comparaison triviale de ces systèmes selon les paramètres suivants.

1. Le système de chauffage central (chaufferie-maison-appartement) repose sur des types standards de vecteurs énergétiques - charbon, gaz. Dans un système autonome, vous pouvez utiliser presque n'importe quelle substance ayant une chaleur spécifique de combustion élevée, ou une combinaison de plusieurs matériaux liquides, solides ou granulaires.
2. Le DSP est construit sur des éléments ordinaires : tuyaux métalliques, batteries « maladroites », vannes d'arrêt. Un système de chauffage individuel permet de combiner de nombreux éléments : radiateurs multisections avec un bon transfert de chaleur, thermostats high-tech, différents types de tuyaux (PVC et cuivre), robinets, bouchons, raccords et bien sûr nos propres chaudières et pompes de circulation plus économiques.
3. Si vous entrez dans l'appartement d'une maison à panneaux typique construite il y a 20 à 40 ans, nous voyons que le système de chauffage se résume à la présence d'une batterie à 7 sections sous la fenêtre dans chaque pièce de l'appartement plus un tuyau vertical traversant le maison entière (contremarche), avec laquelle vous pouvez « communiquer » avec les voisins du dessus/du dessous. Un système de chauffage autonome (AHS) vous permet de construire un système de toute complexité, en tenant compte des souhaits individuels des résidents de l'appartement.
4. Contrairement à un DSP, un système de chauffage séparé prend en compte une liste assez impressionnante de paramètres qui affectent le transfert, la consommation d'énergie et les déperditions thermiques. Conditions de température ambiante, plage de température requise dans les pièces, superficie et volume de la pièce, nombre de fenêtres et de portes, destination des pièces, etc.

Ainsi, le calcul hydraulique du système de chauffage (HRSO) est un ensemble conditionnel de caractéristiques calculées du système de chauffage, qui fournit des informations complètes sur des paramètres tels que le diamètre des tuyaux, nombre de radiateurs et les vannes.

Ce type de radiateur a été installé dans la plupart des maisons à panneaux de l'espace post-soviétique. Les économies de matériaux et le manque d'idées de conception sont évidents

GRSO vous permet de sélectionner correctement une pompe à anneau d'eau (chaudière) pour transporter l'eau chaude vers les éléments finaux du système de chauffage (radiateurs) et, par conséquent, d'avoir le système le plus équilibré, ce qui affecte directement les investissements financiers dans le chauffage de la maison. .

Un autre type de radiateur de chauffage pour DSP. Il s'agit d'un produit plus polyvalent qui peut comporter n'importe quel nombre de côtes. De cette façon, vous pouvez augmenter ou diminuer la surface d'échange thermique

Séquence des étapes de calcul

Parlant du calcul du système de chauffage, notons que cette procédure est la plus controversée et la plus importante en termes de conception.

Avant d'effectuer le calcul, vous devez effectuer une analyse préliminaire du futur système, par exemple :

• établir un bilan thermique dans toutes et spécifiquement chaque pièce de l'appartement ;
• approuver les thermostats, les vannes et les régulateurs de pression ;
• choisir des radiateurs, surfaces d'échange thermique, panneaux de transfert de chaleur ;
• déterminer les zones du système avec un débit de liquide de refroidissement maximum et minimum.

De plus, il est nécessaire de déterminer le schéma général de transport du liquide de refroidissement : circuit complet et petit circuit, système monotube ou conduite principale à deux tuyaux.

À la suite du calcul hydraulique, nous obtenons plusieurs caractéristiques importantes du système hydraulique, qui apportent des réponses aux questions suivantes :

• quelle devrait être la puissance de la source de chauffage ;
• quels sont le débit et la vitesse du liquide de refroidissement ;
• quel est le diamètre requis de la canalisation de chauffage principale ;
• quelles sont les pertes possibles de chaleur et la masse du liquide de refroidissement lui-même.

Un autre aspect important du calcul hydraulique est la procédure d'équilibrage (liaison) de toutes les parties (branches) du système dans des conditions thermiques extrêmes à l'aide de dispositifs de contrôle.

Il existe plusieurs grands types de produits de chauffage : multi-sections en fonte et aluminium, panneaux en acier, radiateurs et covecteurs bimétalliques. Mais les plus courants sont les radiateurs multi-sections en aluminium

La zone de conception de la conduite principale est une section avec un diamètre constant de la conduite principale elle-même, ainsi qu'un débit constant d'eau chaude, qui est déterminé par la formule du bilan thermique des pièces. La liste des zones de conception commence par la pompe ou la source de chaleur.

Exemple de conditions initiales

Pour une explication plus précise de tous les détails du calcul hydraulique, prenons un exemple précis d’un espace de vie ordinaire. Nous disposons d'un appartement classique de 2 pièces dans une maison à panneaux d'une superficie totale de 65,54 m2.²qui comprend deux chambres, une cuisine, WC et salle de bains séparés, double couloir, balcon jumelé.

Après la mise en service, nous avons reçu les informations suivantes concernant l'état de préparation de l'appartement.L'appartement décrit comprend des murs constitués de structures monolithiques en béton armé traitées avec du mastic et un apprêt, des fenêtres profilées avec verre à deux chambres, des portes intérieures embouties, des carreaux de céramique au sol de la salle de bain.

Une maison à panneaux typique de 9 étages avec quatre entrées. Il y a 3 appartements à chaque étage : un 2 pièces et deux 3 pièces. L'appartement est situé au cinquième étage

De plus, le logement présenté est déjà équipé d'un câblage en cuivre, de distributeurs et d'un panneau séparé, d'une cuisinière à gaz, d'une baignoire, d'un lavabo, de toilettes, d'un sèche-serviettes et d'un lavabo.

Et surtout, les salons, la salle de bain et la cuisine disposent déjà de radiateurs de chauffage en aluminium. La question des canalisations et de la chaudière reste ouverte.

Comment les données sont collectées

Le calcul hydraulique du système repose principalement sur des calculs liés au calcul du chauffage en fonction de la superficie de la pièce.

Il est donc nécessaire d'avoir les informations suivantes :

• la superficie de chaque pièce individuelle ;
• dimensions des connecteurs de fenêtres et de portes (les portes intérieures n'ont pratiquement aucun effet sur les pertes de chaleur) ;
• conditions climatiques, caractéristiques de la région.

Nous partirons des données suivantes. Surface de la salle commune - 18,83 m², chambre - 14,86 m², cuisine - 10,46 m², balcon - 7,83 m² (somme), couloir - 9,72 m² (montant), salle de bain - 3,60 m², toilettes - 1,5 m². Portes d'entrée - 2,20 m², vitrine de la salle commune - 8,1 m², fenêtre de la chambre - 1,96 m², fenêtre de cuisine - 1,96 m².

La hauteur des murs de l'appartement est de 2 mètres 70 cm. Les murs extérieurs sont en béton de classe B7 plus enduit intérieur de 300 mm d'épaisseur. Murs et cloisons intérieurs - porteurs 120 mm, ordinaires - 80 mm. Le sol et, par conséquent, le plafond sont constitués de dalles de sol en béton de classe B15, épaisseur 200 mm.

La disposition de cet appartement offre la possibilité de créer une seule branche de chauffage passant par la cuisine, la chambre et le salon, ce qui assurera une température moyenne de 20-22⁰C dans les pièces (+)

Qu’en est-il de l’environnement ? L'appartement est situé dans une maison située au milieu d'un microquartier d'une petite ville. La ville est située dans une certaine plaine, l'altitude au-dessus du niveau de la mer est de 130 à 150 m. Le climat est continental modéré avec des hivers frais et des étés assez chauds.

La température annuelle moyenne est de +7,6°C. La température moyenne en janvier est de -6,6°C, en juillet de +18,7°C. Vent - 3,5 m/s, humidité moyenne de l'air - 74%, précipitations 569 mm.

En analysant les conditions climatiques de la région, il convient de noter que nous avons affaire à une large plage de températures, ce qui à son tour affecte l'exigence particulière de réglage du système de chauffage de l'appartement.

Puissance du générateur de chaleur

L'un des principaux composants du système de chauffage est la chaudière : électrique, gaz, combinée - cela n'a pas d'importance à ce stade. Parce que sa principale caractéristique est importante pour nous - la puissance, c'est-à-dire la quantité d'énergie par unité de temps qui sera consacrée au chauffage.

La puissance de la chaudière elle-même est déterminée par la formule ci-dessous :

Wchaudière = (Sroom*Wshare) / 10,

Où:

• Placer - la somme des superficies de toutes les pièces nécessitant du chauffage ;
• Wdel — puissance spécifique tenant compte des conditions climatiques du lieu (c'est pourquoi il fallait connaître le climat de la région).

Généralement, pour différentes zones climatiques, nous disposons des données suivantes :

• régions du nord — 1,5 — 2 kW/m²;
• zone centrale — 1 — 1,5 kW/m²;
• régions du sud — 0,6 — 1 kW/m².

Ces chiffres sont assez arbitraires, mais apportent néanmoins une réponse numérique claire quant à l'influence de l'environnement sur le système de chauffage des appartements.

Cette carte montre les zones climatiques avec différents régimes de température. L'emplacement du logement par rapport à la zone détermine la quantité d'énergie à dépenser pour chauffer un mètre carré de kWatt d'énergie (+)

La superficie de l'appartement à chauffer est égale à la superficie totale de l'appartement et est égale à 65,54-1,80-6,03 = 57,71 m2 (moins le balcon). La puissance spécifique de la chaudière pour la région centrale aux hivers froids est de 1,4 kW/m2. Ainsi, dans notre exemple, la puissance calculée de la chaudière de chauffage équivaut à 8,08 kW.

Paramètres dynamiques du liquide de refroidissement

Nous passons à l'étape suivante des calculs : l'analyse de la consommation de liquide de refroidissement. Dans la plupart des cas, le système de chauffage d'un appartement diffère des autres systèmes, en raison du nombre de panneaux chauffants et de la longueur du pipeline. La pression est utilisée comme « force motrice » supplémentaire pour l’écoulement vertical à travers le système.

Dans les bâtiments privés à un ou plusieurs étages, les anciens immeubles d'habitation à panneaux, des systèmes de chauffage à haute pression sont utilisés, ce qui permet de transporter la substance dégageant de la chaleur vers toutes les sections du système de chauffage ramifié à plusieurs anneaux et d'élever l'eau jusqu'à toute la hauteur (jusqu'au 14ème étage) du bâtiment.

Au contraire, un appartement ordinaire de 2 ou 3 pièces avec chauffage autonome ne dispose pas d'une telle variété d'anneaux et de branches du système, il ne comprend pas plus de trois circuits.

Cela signifie que le liquide de refroidissement est transporté selon le processus naturel d'écoulement de l'eau. Mais vous pouvez aussi utiliser pompes de circulation, le chauffage est assuré par une chaudière gaz/électrique.

Nous recommandons d'utiliser une pompe de circulation pour chauffer des pièces de plus de 100 m². La pompe peut être installée avant ou après la chaudière, mais elle est généralement installée du côté « retour » - température du fluide plus basse, moins de légèreté, durée de vie de la pompe plus longue.

Les spécialistes dans le domaine de la conception et de l'installation de systèmes de chauffage définissent deux approches principales en termes de calcul du volume de liquide de refroidissement :

1. Selon la capacité réelle du système. Sans exception, tous les volumes de cavités où s'écoulera le flux d'eau chaude sont additionnés : la somme des tronçons individuels de canalisations, des tronçons de radiateurs, etc. Mais c'est une option plutôt exigeante en main-d'œuvre.
2. Selon la puissance de la chaudière. Ici, les avis des experts diffèrent considérablement, certains disent 10, d'autres 15 litres par unité de puissance de chaudière.

D'un point de vue pragmatique, il faut tenir compte du fait que le système de chauffage fournira probablement non seulement de l'eau chaude pour la pièce, mais aussi chauffera l'eau pour le bain/douche, le lavabo, l'évier et le sèche-linge, et peut-être pour un hydromassage ou jacuzzi. Cette option est plus simple.

Par conséquent, dans ce cas, nous recommandons de régler 13,5 litres par unité de puissance. En multipliant ce nombre par la puissance de la chaudière (8,08 kW), nous obtenons le volume estimé de masse d'eau - 109,08 litres.

La vitesse calculée du liquide de refroidissement dans le système est précisément le paramètre qui vous permet de sélectionner un certain diamètre de tuyau pour le système de chauffage.

Il est calculé selon la formule suivante :

V = (0,86*W*k)/t-à,

Où:

• W — puissance de la chaudière ;
• t — température de l'eau fournie;
• à — température de l'eau dans le circuit de retour ;
• k — rendement de la chaudière (0,95 pour une chaudière à gaz).

En remplaçant les données calculées dans la formule, nous obtenons : (0,86 * 8080 * 0,95)/80-60 = 6601,36/20 = 330 kg/h.Ainsi, en une heure, 330 litres de liquide de refroidissement (eau) circulent dans le système et la capacité du système est d'environ 110 litres.

Détermination du diamètre du tuyau

Pour enfin déterminer le diamètre et l'épaisseur des tuyaux de chauffage, il reste à aborder la question des déperditions thermiques.

La quantité maximale de chaleur quitte la pièce par les murs - jusqu'à 40 %, par les fenêtres - 15 %, le sol - 10 %, tout le reste par le plafond/toit. L'appartement se caractérise par des pertes principalement à travers les fenêtres et les modules de balcon

Il existe plusieurs types de déperditions thermiques dans les pièces chauffées :

1. Perte de pression d'écoulement dans le tuyau. Ce paramètre est directement proportionnel au produit de la perte de friction spécifique à l'intérieur du tuyau (fournie par le fabricant) et de la longueur totale du tuyau. Mais étant donné la tâche actuelle, ces pertes peuvent être ignorées.
2. Perte de pression au niveau des résistances locales des tuyaux — les frais de chauffage au niveau des installations et des équipements intérieurs. Mais compte tenu des conditions du problème, du petit nombre de coudes de montage et du nombre de radiateurs, de telles pertes peuvent être négligées.
3. Déperdition de chaleur en fonction de l'emplacement de l'appartement. Il existe un autre type de coût thermique, mais il est davantage lié à la localisation du local par rapport au reste du bâtiment. Pour un appartement ordinaire, situé au milieu de la maison et adjacent à d’autres appartements à gauche/droite/haut/bas, les déperditions de chaleur à travers les murs latéraux, le plafond et le sol sont presque égales à « 0 ».

Vous ne pouvez prendre en compte les pertes que par la partie avant de l'appartement - le balcon et la fenêtre centrale de la salle commune. Mais ce problème peut être résolu en ajoutant 2 à 3 sections à chacun des radiateurs.

Le diamètre du tuyau est choisi en fonction du débit du liquide de refroidissement et de la vitesse de sa circulation dans le réseau de chauffage

En analysant les informations ci-dessus, il convient de noter que pour la vitesse calculée de l'eau chaude dans le système de chauffage, la vitesse de déplacement des particules d'eau par rapport à la paroi du tuyau en position horizontale est connue pour être de 0,3 à 0,7 m/s.

Pour aider le maître, nous présentons la liste de contrôle pour effectuer des calculs pour un calcul hydraulique typique d'un système de chauffage :

• collecte de données et calcul de la puissance de la chaudière ;
• volume et vitesse du liquide de refroidissement ;
• perte de chaleur et diamètre du tuyau.

Parfois, lors des calculs, vous pouvez obtenir un diamètre de tuyau suffisamment grand pour couvrir le volume calculé de liquide de refroidissement. Ce problème peut être résolu en augmentant la cylindrée de la chaudière ou en ajoutant un vase d'expansion supplémentaire.

Sur notre site il y a un bloc d'articles consacré au calcul du système de chauffage, nous vous recommandons de lire :

1. Calcul thermique d'un système de chauffage : comment calculer correctement la charge sur le système
2. Calcul du chauffage de l'eau : formules, règles, exemples de mise en œuvre
3. Calcul thermique d'un bâtiment : spécificités et formules pour réaliser les calculs + exemples pratiques

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Caractéristiques, avantages et inconvénients des systèmes à circulation naturelle et forcée du liquide de refroidissement pour les systèmes de chauffage :

En résumant les calculs hydrauliques, le résultat a été les caractéristiques physiques spécifiques du futur système de chauffage.

Naturellement, il s'agit d'un schéma de calcul simplifié qui fournit des données approximatives concernant les calculs hydrauliques pour le système de chauffage d'un appartement typique de deux pièces.

Vous envisagez de réaliser vous-même un calcul hydraulique de votre système de chauffage ? Ou peut-être n’êtes-vous pas d’accord avec le matériel présenté ? Nous attendons vos commentaires et questions - le bloc de commentaires se trouve ci-dessous.