Calcul d'un système de chauffage monotube : ce qu'il faut prendre en compte lors du calcul + exemple pratique
Un système de chauffage monotube est l'une des solutions pour la pose de canalisations à l'intérieur des bâtiments avec raccordement d'appareils de chauffage.Ce schéma semble être le plus simple et le plus efficace. La construction d'une branche de chauffage selon l'option « monotube » est moins chère pour les propriétaires que les autres méthodes.
Pour assurer le fonctionnement du système, il est nécessaire d'effectuer un calcul préliminaire d'un système de chauffage monotube - cela vous permettra de maintenir la température souhaitée dans la maison et d'éviter une perte de pression dans le réseau. Il est tout à fait possible de faire face à cette tâche par vous-même. Vous doutez de vos capacités ?
Nous vous expliquerons quelles sont les caractéristiques de conception d'un système monotube, donnerons des exemples de schémas de travail et expliquerons quels calculs doivent être effectués au stade de la planification du circuit de chauffage.
Le contenu de l'article :
Conception de circuit de chauffage monotube
La stabilité hydraulique du système est traditionnellement assurée par le choix optimal du diamètre nominal des canalisations (Dusl). Il est assez simple de mettre en œuvre un schéma stable en sélectionnant des diamètres, sans configurer au préalable les systèmes de chauffage avec thermostats.
C'est directement lié à de tels systèmes de chauffage schéma monotube avec installation verticale/horizontale de radiateurs et en l'absence totale de vannes d'arrêt et de régulation sur les colonnes montantes (dérivations vers les appareils).
En modifiant les diamètres des tuyaux dans un circuit de chauffage en anneau monotube, il est possible d'équilibrer assez précisément les pertes de charge existantes. Le contrôle des flux de liquide de refroidissement à l'intérieur de chaque appareil de chauffage individuel est assuré par installer un thermostat.
Habituellement, dans le cadre du processus de conception d'un système de chauffage utilisant un système monotube, des unités de tuyauterie de radiateur sont construites dans un premier temps. Dans un deuxième temps, les anneaux de circulation sont liés.
La conception d'une unité de tuyauterie pour un seul appareil implique de déterminer la perte de pression au niveau de l'unité. Le calcul est effectué en tenant compte de la répartition uniforme du débit de liquide de refroidissement par le thermostat par rapport aux points de raccordement de cette section de circuit.
Dans le cadre de la même opération, le coefficient de mèche est calculé, ainsi que la détermination de la plage des paramètres de répartition du débit dans la section de fermeture. S'appuyant déjà sur la gamme calculée de branches, ils construisent un anneau de circulation.
Relier les anneaux de circulation
Afin de relier efficacement les anneaux de circulation d'un circuit monotube, un calcul des pertes de charge possibles (∆Po) est d'abord effectué. Dans ce cas, la perte de pression au niveau de la vanne de régulation (∆Рк) n'est pas prise en compte.
Ensuite, sur la base du débit de liquide de refroidissement dans la section finale de l'anneau de circulation et de la valeur de ∆Рк (graphique dans la documentation technique de l'appareil), la valeur de réglage de la vanne de régulation est déterminée.
Le même indicateur peut être déterminé par la formule :
Kv=0,316G / √∆Рк,
Où:
- Kv – valeur de réglage ;
- g – le débit du liquide de refroidissement ;
- ∆Рк – perte de pression au niveau de la vanne de régulation.
Des calculs similaires sont effectués pour chaque vanne de régulation individuelle dans un système monotube.
Certes, la plage des pertes de charge au niveau de chaque vanne est calculée à l'aide de la formule :
∆Ркo=∆Ро + ∆Рк – ∆Рn,
Où:
- ∆Ro – une éventuelle perte de pression ;
- ∆Рк – perte de charge sur le PV ;
- ∆Рn – perte de charge dans la section de l'anneau de circulation n (sans tenir compte des pertes dans l'air en circulation).
Si, à la suite des calculs, les valeurs requises pour un système de chauffage monotube dans son ensemble n'ont pas été obtenues, il est recommandé d'utiliser la version d'un système monotube, qui comprend des régulateurs de débit automatiques.
Des dispositifs tels que des régulateurs automatiques sont montés aux extrémités du circuit (nœuds de raccordement sur colonnes montantes, dérivations de sortie) aux points de raccordement à la conduite de retour.
Si vous modifiez techniquement la configuration du régulateur automatique (intervertissez le robinet de vidange et le bouchon), l'installation de dispositifs est également possible sur les conduites d'alimentation en liquide de refroidissement.
A l'aide de régulateurs de débit automatiques, les anneaux de circulation sont reliés. Dans ce cas, la perte de charge ∆Рс au niveau des sections d'extrémité (colonnes montantes, branches d'instruments) est déterminée.
Les pertes de charge résiduelles dans les limites de l'anneau de circulation sont réparties entre les sections communes de canalisations (∆Рмр) et un régulateur de débit commun (∆Рр).
La valeur du réglage temporaire du régulateur général est choisie selon les graphiques présentés dans la documentation technique, en tenant compte des ∆Рмр des sections d'extrémité.
Calculez la perte de charge aux extrémités à l'aide de la formule :
∆Рс=∆Рпп – ∆Рмр – ∆Рр,
Où:
- ∆Рр – valeur calculée ;
- ∆Рpp – chute de pression spécifiée ;
- ∆Рмр – Pertes Prab sur les tronçons de pipeline ;
- ∆Рр – pertes Prab sur le RV commun.
Le régulateur automatique de l'anneau de circulation principal (à condition que la perte de charge ne soit pas initialement spécifiée) est configuré en tenant compte du réglage de la valeur minimale possible à partir de la plage de réglage dans la documentation technique de l'appareil.
La qualité du contrôle du débit par l'automatisation du régulateur général est contrôlée par la différence de perte de charge sur chaque régulateur individuel de la colonne montante ou de la branche d'instrument.
Candidature et analyse de rentabilisation
L'absence d'exigences concernant la température du liquide de refroidissement refroidi est le point de départ de la conception de systèmes de chauffage monotube utilisant des thermostats avec l'installation de thermostats sur les conduites d'alimentation des radiateurs. Dans ce cas, il est obligatoire d'équiper l'unité de chauffage d'un contrôle automatique.
Des solutions de circuits où il n'y a pas de dispositifs thermostatiques sur les conduites d'alimentation des radiateurs sont également utilisées dans la pratique. Mais le recours à de tels programmes est déterminé par des priorités légèrement différentes pour garantir le microclimat.
Généralement, les schémas monotubes, où il n'y a pas de contrôle automatique, sont utilisés pour des groupes de pièces conçus en tenant compte de la compensation des déperditions thermiques (50 % ou plus) dues à des dispositifs supplémentaires : ventilation de soufflage, climatisation, chauffage électrique.
De plus, la conception de systèmes monotubes se retrouve dans des projets où la réglementation autorise une température du liquide de refroidissement dépassant la valeur limite de la plage de fonctionnement du thermostat.
Les projets d'immeubles d'habitation, où le fonctionnement du système de chauffage est basé sur la consommation de chaleur via des compteurs, sont généralement construits selon un schéma périmétrique à tube unique.
La justification économique de la mise en œuvre d'un tel schéma est conditionnée à la localisation des principales contremarches en différents points de l'ouvrage.
Les principaux critères de calcul sont le coût de deux matériaux principaux : tuyaux de chauffage et les aménagements.
Selon des exemples pratiques de mise en œuvre d'un système périmétrique monotube, une augmentation de Dу de la surface d'écoulement des canalisations d'un facteur deux s'accompagne d'une augmentation du coût d'achat des canalisations de 2 à 3 fois. Et le coût des raccords augmente jusqu'à 10 fois la taille, selon le matériau dont sont faits les raccords.
Base de calcul pour l'installation
L'installation d'un circuit monotube, du point de vue de la disposition des éléments de travail, n'est pratiquement pas différente de l'installation du même systèmes à deux tuyaux. Les contremarches principales sont généralement situées à l'extérieur des locaux d'habitation.
Les règles SNiP recommandent de poser les contremarches à l'intérieur de puits ou de gouttières spéciaux. La branche des appartements est traditionnellement construite autour du périmètre.
Les canalisations sont posées à une hauteur de 70 à 100 mm du bord supérieur du socle. Ou l'installation se fait sous un socle décoratif d'une hauteur de 100 mm ou plus et d'une largeur allant jusqu'à 40 mm. La production moderne produit de tels revêtements spécialisés pour l'installation de plomberie ou de communications électriques.
La tuyauterie du radiateur est réalisée selon un schéma descendant avec des tuyaux fournis d'un côté ou des deux côtés. L'emplacement des thermostats « d'un côté précis » n'est pas critique, mais si pose d'appareil de chauffage est réalisée à côté de la porte du balcon, l'installation du TP doit être effectuée du côté le plus éloigné de la porte.
La pose de tuyaux derrière la plinthe semble avantageuse d'un point de vue décoratif, mais rappelle les inconvénients lorsqu'il s'agit de traverser des zones où se trouvent des portes intérieures.
Le raccordement des appareils de chauffage (radiateurs) avec des colonnes montantes monotubes est effectué selon des schémas permettant un léger allongement linéaire des tuyaux ou selon des schémas avec compensation de l'allongement des tuyaux résultant des changements de température.
La troisième option pour les solutions de circuit, qui implique l'utilisation d'un régulateur à trois voies, n'est pas recommandée pour des raisons d'économie.
Si la conception du système implique la pose de colonnes montantes cachées dans les rainures murales, il est recommandé d'utiliser des thermostats d'angle de type RTD-G et des vannes d'arrêt similaires aux appareils de la série RLV comme raccords.
Le diamètre du branchement du tuyau vers les appareils de chauffage est calculé à l'aide de la formule :
D>= 0,7√V,
Où:
- 0,7 - coefficient ;
- V – volume interne du radiateur.
Le branchement est réalisé avec une certaine pente (au moins 5%) en direction de la sortie libre du liquide de refroidissement.
Sélection de l'anneau de circulation principal
Si la solution de conception implique l'installation d'un système de chauffage basé sur plusieurs anneaux de circulation, il est nécessaire de sélectionner l'anneau de circulation principal. Théoriquement (et pratiquement), le choix doit être fait en fonction de la valeur maximale de transfert thermique du radiateur le plus éloigné.
Ce paramètre influence dans une certaine mesure l'évaluation de la charge hydraulique dans son ensemble tombant sur l'anneau de circulation.
Le transfert de chaleur d'un appareil distant est calculé par la formule :
Atp = Qv / Qop + ΣQop,
Où:
- ATP – transfert de chaleur calculé de l'appareil distant ;
- Qv – le transfert de chaleur requis de l'appareil distant ;
- Qop – transfert de chaleur des radiateurs vers la pièce ;
- ΣQop – la somme du transfert de chaleur requis de tous les appareils du système.
Dans ce cas, le paramètre de la quantité de transfert de chaleur requise peut être constitué de la somme des valeurs des appareils conçus pour desservir le bâtiment dans son ensemble ou seulement une partie du bâtiment.Par exemple, lors du calcul de la chaleur séparément pour des pièces couvertes par une colonne montante distincte ou des zones individuelles desservies par une branche d'instrument.
En général, le transfert de chaleur calculé de tout autre radiateur de chauffage installé dans le système est calculé par une formule légèrement différente :
Atp = Qop / Qpom,
Où:
- Qop – transfert de chaleur requis pour un radiateur séparé ;
- Qpom – demande de chaleur pour une pièce spécifique où un circuit monotube est utilisé.
Le moyen le plus simple de comprendre les calculs et d'appliquer les valeurs obtenues est d'utiliser un exemple spécifique.
Exemple de calcul pratique
Un immeuble résidentiel nécessite un système monotube contrôlé par un thermostat.
Le débit nominal de l'appareil à la limite de réglage maximale est de 0,6 m3/h/barre (k1). La caractéristique de débit maximale possible pour cette valeur de réglage est de 0,9 m3/h/barre (k2).
La pression différentielle maximale possible du TR (à un niveau sonore de 30 dB) ne dépasse pas 27 kPa (ΔР1). Pression de la pompe 25 kPa (ΔР2) Pression de service du système de chauffage – 20 kPa (ΔР).
Il est nécessaire de déterminer la plage de perte de charge pour le TR (ΔР1).
La valeur du transfert thermique interne est calculée comme suit : Atr = 1 – k1/k2 (1 – 06/09) = 0,56. À partir de là, la plage requise de pertes de charge au TR est calculée : ΔР1 = ΔР * Atr (20 * 0,56...1) = 11,2...20 kPa.
Si calculs indépendants conduire à des résultats inattendus, il est préférable de contacter des spécialistes ou d'utiliser une calculatrice informatique pour vérifier.
Conclusions et vidéo utile sur le sujet
Analyse détaillée des calculs à l'aide d'un programme informatique avec explications pour l'installation et l'amélioration des fonctionnalités du système :
Il convient de noter qu'un calcul à grande échelle, même des solutions les plus simples, s'accompagne d'une masse de paramètres calculés. Bien entendu, il est juste de tout calculer sans exception, à condition que la structure de chauffage soit organisée de manière proche de la structure idéale. Pourtant, en réalité, rien n’est idéal.
Ils s’appuient donc souvent sur des calculs en tant que tels, ainsi que sur des exemples pratiques et sur les résultats de ces exemples. Cette approche est particulièrement populaire pour la construction de logements privés.
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La bonne installation d'un système de chauffage dans une maison est, à mon avis, l'un des points les plus importants lors de la construction d'une maison. À une certaine époque, lorsque je chauffais ma maison, j'utilisais une méthode horizontale pour connecter les radiateurs et je posais des tuyaux de chauffage dans les sols. Je pense aussi qu'il est important de choisir la bonne pompe, car avec un schéma électrique horizontal, le mouvement du liquide de refroidissement doit être stimulé par une unité de circulation.