Combien d'électricité consomme une chaudière électrique : comment calculer avant d'acheter

L'utilisation de l'électricité comme source d'énergie pour chauffer une maison de campagne est intéressante pour de nombreuses raisons : disponibilité facile, prévalence et respect de l'environnement.Dans le même temps, le principal obstacle à l'utilisation de chaudières électriques reste les tarifs assez élevés.

Avez-vous également réfléchi à la faisabilité d’installer une chaudière électrique ? Voyons ensemble combien d'électricité consomme une chaudière électrique. Pour lequel nous utiliserons les règles de calcul et les formules évoquées dans notre article.

Les calculs vous aideront à comprendre en détail combien de kW d'électricité vous devrez payer mensuellement si vous utilisez une chaudière électrique pour chauffer une maison ou un appartement. Les chiffres obtenus vous permettront de prendre une décision finale concernant l'achat/non-achat de la chaudière.

Méthodes de calcul de la puissance d'une chaudière électrique

Il existe deux méthodes principales pour calculer la puissance requise d'une chaudière électrique. La première est basée sur la surface chauffée, la seconde sur le calcul des déperditions thermiques à travers l’enveloppe du bâtiment.

Le calcul selon la première option est très approximatif, basé sur un seul indicateur : la puissance spécifique. Le pouvoir spécifique est donné dans les ouvrages de référence et dépend de la région.

Le calcul de la deuxième option est plus compliqué, mais prend en compte de nombreux indicateurs individuels d'un bâtiment particulier. Un calcul thermique complet d'un bâtiment est une tâche assez complexe et laborieuse. On envisagera ensuite un calcul simplifié, qui présente néanmoins la précision nécessaire.

Quelle que soit la méthode de calcul, la quantité et la qualité des données initiales collectées affectent directement l'évaluation correcte de la puissance requise de la chaudière électrique.

A puissance réduite, l'équipement fonctionnera constamment à charge maximale, n'offrant pas le confort de vie nécessaire. Avec une puissance surestimée, il y a une consommation d'électricité déraisonnablement importante et un coût élevé des équipements de chauffage.

Contrairement à d’autres types de combustibles, l’électricité est une option écologique, assez propre et simple, mais elle est liée à la présence d’un réseau électrique ininterrompu dans la région.

La procédure de calcul de la puissance d'une chaudière électrique

Ensuite, nous examinerons en détail comment calculer la puissance requise de la chaudière pour que l'équipement remplisse pleinement sa tâche de chauffage de la maison.

Étape #1 - collecte des données initiales pour le calcul

Pour effectuer les calculs, vous aurez besoin des informations suivantes sur le bâtiment :

• S – superficie de la pièce chauffée.
• W_battre – un pouvoir spécifique.

L'indicateur de puissance spécifique indique la quantité d'énergie thermique nécessaire pour 1 m² à 1 heure

En fonction des conditions naturelles locales, les valeurs suivantes peuvent être prises :

• pour la partie centrale de la Russie : 120 – 150 W/m²;
• pour les régions du sud : 70-90 W/m²;
• pour les régions du nord : 150-200 W/m².

W_battre - une valeur théorique, qui sert principalement à des calculs très grossiers, car elle ne reflète pas les déperditions thermiques réelles du bâtiment. Ne tient pas compte de la surface vitrée, du nombre de portes, du matériau des murs extérieurs ou de la hauteur des plafonds.

Des calculs thermiques précis sont effectués à l'aide de programmes spécialisés, prenant en compte de nombreux facteurs. Pour nos besoins, un tel calcul n'est pas nécessaire, il est tout à fait possible de se contenter du calcul des déperditions thermiques des structures d'enceinte externes.

Grandeurs à utiliser dans les calculs :

R. – la résistance au transfert thermique ou coefficient de résistance thermique. Il s'agit du rapport entre la différence de température aux bords de la structure enveloppante et le flux de chaleur traversant cette structure. A la dimension m²×⁰С/W.

C'est en fait simple : R exprime la capacité d'un matériau à retenir la chaleur.

Q – une valeur indiquant la quantité de flux de chaleur traversant 1 m² surfaces avec une différence de température de 1⁰C pendant 1 heure. Autrement dit, il montre combien d'énergie thermique 1 m perd² enveloppe du bâtiment par heure avec une différence de température de 1 degré. A une dimension W/m²×h.

Pour les calculs donnés ici, il n’y a pas de différence entre les kelvins et les degrés Celsius, puisque ce n’est pas la température absolue qui compte, seulement la différence.

Q_{en général} – la quantité de flux de chaleur traversant la zone S de la structure enveloppante par heure. A la dimension W/h.

P. – puissance de la chaudière de chauffage.Elle est calculée comme la puissance maximale requise de l'équipement de chauffage à la différence maximale de température de l'air extérieur et intérieur. Autrement dit, une puissance de chaudière suffisante pour chauffer le bâtiment pendant la saison la plus froide. A la dimension W/h.

Efficacité – le facteur d'efficacité d'une chaudière de chauffage, une quantité sans dimension montrant le rapport entre l'énergie reçue et l'énergie dépensée. Dans la documentation des équipements, il est généralement indiqué sous la forme d'un pourcentage de 100, par exemple 99 %. Dans les calculs, une valeur à partir de 1 est utilisée, c'est-à-dire 0,99.

∆T – montre la différence de température sur les deux côtés de la structure enveloppante. Pour mieux comprendre comment la différence est calculée correctement, regardez l'exemple. Si extérieur : -30 °C, et à l'intérieur +22°C, alors ∆T = 22 - (-30) = 52 °C

Ou pareil, mais en Kelvin : ∆T = 293 – 243 = 52K

Autrement dit, la différence sera toujours la même pour les degrés et les kelvins, de sorte que les données de référence en kelvins peuvent être utilisées pour les calculs sans corrections.

d – épaisseur de la structure enveloppante en mètres.

k – coefficient de conductivité thermique du matériau de l'enveloppe du bâtiment, tiré des ouvrages de référence ou du SNiP II-3-79 « Building Heat Engineering » (SNiP - codes et réglementations du bâtiment). A la dimension W/m×K ou W/m×⁰С.

La liste de formules suivante montre la relation entre les quantités :

• R = j/k
• R = ∆T / Q
• Q = ∆T/R
• Q_{en général} = Q × S
• P = Q_{en général} / efficacité

Pour les structures multicouches, la résistance de transfert thermique R est calculée pour chaque structure séparément puis additionnée.

Parfois, le calcul des structures multicouches peut s'avérer trop fastidieux, par exemple lors du calcul des déperditions thermiques d'une fenêtre à double vitrage.

Ce qu'il faut prendre en compte lors du calcul de la résistance au transfert de chaleur des fenêtres :

• épaisseur du verre;
• le nombre de verres et les espaces d'air entre eux ;
• type de gaz entre les verres : inerte ou air ;
• présence d'un revêtement d'isolation thermique des vitres.

Cependant, vous pouvez trouver des valeurs toutes faites pour l'ensemble de la structure soit auprès du fabricant, soit dans l'ouvrage de référence ; à la fin de cet article se trouve un tableau pour les fenêtres à double vitrage de conception courante.

Étape #2 - calcul des déperditions thermiques du sous-sol

Par ailleurs, il est nécessaire de s'attarder sur le calcul des pertes de chaleur à travers le plancher du bâtiment, car le sol présente une résistance importante au transfert de chaleur.

Lors du calcul des déperditions thermiques du sous-sol, il est nécessaire de prendre en compte la pénétration dans le sol. Si la maison est au niveau du sol, la profondeur est supposée être égale à 0.

Selon la méthode généralement admise, la surface au sol est divisée en 4 zones.

• 1 zone - reculer de 2 m du mur extérieur jusqu'au centre du sol le long du périmètre. En cas d'approfondissement du bâtiment, celui-ci est reculé du niveau du sol au niveau du sol le long d'un mur vertical. Si le mur est enterré à 2 m dans le sol, alors la zone 1 sera entièrement sur le mur.
• 2 zones – recule de 2 m le long du périmètre vers le centre à partir de la limite de la zone 1.
• 3 zones – recule de 2 m le long du périmètre vers le centre à partir de la limite de la zone 2.
• 4 zones – l'étage restant.

Selon une pratique établie, chaque zone possède son propre R :

• R1 = 2,1 m²×°C/W ;
• R2 = 4,3 m²×°C/W ;
• R3 = 8,6 m²×°C/W ;
• R4 = 14,2 m²×°C/W.

Les valeurs R indiquées sont valables pour les sols non revêtus. Dans le cas de l'isolation, chaque R augmente de R de l'isolation.

De plus, pour les planchers posés sur solives, R est multiplié par un facteur de 1,18.

La zone 1 mesure 2 mètres de large. Si la maison est enterrée, vous devez alors prendre la hauteur des murs dans le sol, soustraire 2 mètres et transférer le reste au sol.

Étape #3 - calcul des déperditions thermiques du plafond

Vous pouvez maintenant commencer à faire des calculs.

Une formule qui peut servir à estimer grossièrement la puissance d'une chaudière électrique :

W=W_battre ×S

Tâche : calculer la puissance requise de la chaudière à Moscou, surface chauffée 150 m².

Lors des calculs, nous tenons compte du fait que Moscou appartient à la région centrale, c'est-à-dire W_battre peut être pris égal à 130 W/m².

W_battre = 130 × 150 = 19 500 W/h ou 19,5 kW/h

Ce chiffre est tellement inexact qu'il ne nécessite pas de prendre en compte l'efficacité des équipements de chauffage.

Déterminons maintenant la perte de chaleur après 15 m² zone de plafond isolée avec de la laine minérale. L'épaisseur de la couche d'isolation thermique est de 150 mm, la température de l'air extérieur est de -30°C, à l'intérieur du bâtiment +22°C en 3 heures.

Solution : à l'aide du tableau, nous trouvons le coefficient de conductivité thermique de la laine minérale, k=0,036 W/m×°C. L'épaisseur d doit être prise en mètres.

La procédure de calcul est la suivante :

• R = 0,15 / 0,036 = 4,167 m²×°C/W
• ∆T= 22 — (-30) = 52°С
• Q= 52 / 4,167 = 12,48 W/m²×h
• Q_{en général} = 12,48 × 15 = 187 W/h.

Nous avons calculé que la perte de chaleur à travers le plafond dans notre exemple sera de 187 * 3 = 561 W.

Pour nos besoins, il est tout à fait possible de simplifier les calculs en calculant les déperditions thermiques uniquement des structures extérieures : murs et plafonds, sans prêter attention aux cloisons et portes intérieures.

De plus, vous pouvez vous passer du calcul des pertes de chaleur pour la ventilation et l'assainissement. Nous ne prendrons pas en compte l'infiltration et la charge du vent. Dépendance de l'emplacement du bâtiment par rapport aux points cardinaux et à la quantité de rayonnement solaire reçu.

Des considérations générales, une conclusion peut être tirée. Plus le volume du bâtiment est grand, moins il y a de perte de chaleur par 1 m². C'est facile à expliquer, puisque la surface des murs augmente quadratiquement et le volume augmente dans un cube. Le ballon a le moins de perte de chaleur.

Dans les structures enveloppantes, seules les couches d'air fermées sont prises en compte. Si votre maison a une façade ventilée, alors une telle couche d'air est considérée comme non fermée et n'est pas prise en compte. Toutes les couches qui précèdent la couche à l'air libre ne sont pas reprises : carreaux de façade ou cassettes.

Les couches d'air fermées, par exemple dans les fenêtres à double vitrage, sont prises en compte.

Tous les murs de la maison sont extérieurs. Les combles ne sont pas chauffés, la résistance thermique des matériaux de couverture n'est pas prise en compte

Étape #4 - calcul des déperditions thermiques totales du chalet

Après la partie théorique, vous pouvez commencer la partie pratique.

Par exemple, calculons une maison :

• dimensions des murs extérieurs : 9x10 m ;
• hauteur : 3 m ;
• fenêtre avec double vitrage 1,5×1,5 m : 4 pièces ;
• porte en chêne 2.1×0,9 m, épaisseur 50 mm ;
• Planchers en pin de 28 mm, sur mousse extrudée de 30 mm d'épaisseur, posés sur solives ;
• plafond en plaques de plâtre de 9 mm, sur laine minérale de 150 mm d'épaisseur ;
• matériau des murs : maçonnerie de 2 briques silicatées, isolation avec laine minérale 50 mm ;
• la période la plus froide est de 30 °C, la température estimée à l'intérieur du bâtiment est de 20 °C.

Nous effectuerons des calculs préparatoires des zones requises. Lors du calcul des zones au sol, nous supposons une profondeur de mur nulle. Le plancher est posé sur des solives.

• fenêtres – 9 m²;
• porte – 1,9 m²;
• murs, moins fenêtres et portes - 103,1 m²;
• plafond - 90 m²;
• surfaces au sol : S1 = 60 m², S2 = 18 m², S3 = 10 m², S4 = 2 m²;
• ΔT = 50 °C.

Ensuite, à l'aide d'ouvrages de référence ou de tableaux donnés à la fin de ce chapitre, nous sélectionnons les valeurs requises du coefficient de conductivité thermique pour chaque matériau. Nous vous recommandons de lire davantage sur coefficient de conductivité thermique et ses valeurs pour les matériaux de construction les plus populaires.

Pour les planches de pin, le coefficient de conductivité thermique doit être relevé le long des fibres.

L'ensemble du calcul est assez simple :

Étape 1: Le calcul des pertes de chaleur à travers les structures de murs porteurs comprend trois étapes.

On calcule le coefficient de déperdition thermique des murs en briques : R_Cyrus = d / k = 0,51 / 0,7 = 0,73 m²×°C/W.

Idem pour l'isolation des murs : R_Utah = d / k = 0,05 / 0,043 = 1,16 m²×°C/W.

Perte de chaleur 1 m² murs extérieurs : Q = ΔT/(R_Cyrus +R_Utah) = 50 / (0,73 + 1,16) = 26,46 m²×°C/W.

En conséquence, la perte totale de chaleur des murs sera de : Q_St = Q×S = 26,46 × 103,1 = 2 728 Wh.

Étape 2: Calcul des déperditions d'énergie thermique par les fenêtres : Q_{les fenêtres} = 9 × 50 / 0,32 = 1406 W/h.

Étape 3: Calcul des fuites d'énergie thermique par une porte en chêne : Q_dv = 1,9 × 50 / 0,23 = 413 W/h.

Étape 4: Déperdition de chaleur par l'étage supérieur - plafond : Q_transpirer = 90 × 50 / (0,06 + 4,17) = 1064 W/h.

Étape n°5 : Calcul de R_Utah pour le sol également en plusieurs étapes.

On trouve d’abord le coefficient de déperdition thermique de l’isolant : R_Utah= 0,16 + 0,83 = 0,99 m²×°C/W.

Puis on ajoute R_Utah à chaque zone :

• R1 = 3,09 m²×°C/W; R2 = 5,29 m²×°C/W;
• R3 = 9,59 m²×°C/W; R4 = 15,19 m²×°C/W.

Étape n°6 : Le sol étant posé sur des rondins, on multiplie par un facteur de 1,18 :

R1 = 3,64 m²×°C/W; R2 = 6,24 m²×°C/W;

R3 = 11,32 m²×°C/W; R4 = 17,92 m²×°C/W.

Étape n°7 : Calculons Q pour chaque zone :

Q1 = 60 × 50 / 3,64 = 824 W/h ;

Q2 = 18 × 50 / 6,24 = 144 W/h ;

Q3 = 10 × 50 / 11,32 = 44 W/h ;

Q4 = 2 × 50 / 17,92 = 6 W/h.

Étape n°8 : Vous pouvez maintenant calculer Q pour tout l’étage : Q_sol = 824 + 144 + 44 + 6 = 1018 W/h.

Étape n°9 : Grâce à nos calculs, nous pouvons indiquer le montant de la perte de chaleur totale :

Q_{en général} = 2728 + 1406 + 413 + 1064 + 1018 = 6629Wh.

Le calcul n'incluait pas les pertes de chaleur associées à l'assainissement et à la ventilation. Afin de ne pas compliquer les choses au-delà de toute mesure, ajoutons simplement 5 % aux fuites répertoriées.

Bien entendu, une réserve est requise, au moins 10 %.

Ainsi, le chiffre final des déperditions thermiques de la maison donné à titre d'exemple sera :

Q_{en général} = 6629 × 1,15 = 7623 W/h.

Q_{en général} indique la perte de chaleur maximale d'une maison lorsque la différence de température entre l'air extérieur et l'air intérieur est de 50 °C.

Si l'on calcule selon la première version simplifiée en utilisant Wsp alors :

W_battre = 130 × 90 = 11 700 W/h.

Il est clair que la deuxième option de calcul, bien que beaucoup plus compliquée, donne un chiffre plus réaliste pour les bâtiments isolés. La première option permet d'obtenir une valeur généralisée des déperditions thermiques pour les bâtiments avec un faible degré d'isolation thermique ou sans isolation thermique du tout.

Dans le premier cas, la chaudière devra renouveler intégralement toutes les heures les pertes d’énergie thermique se produisant à travers les ouvertures, les plafonds et les murs sans isolation.

Dans le second cas, il est nécessaire de chauffer jusqu'à ce qu'une température confortable soit atteinte une seule fois. La chaudière n'aura alors plus qu'à restituer les pertes de chaleur, dont la valeur est nettement inférieure à celle de la première option.

Tableau 1. Conductivité thermique de divers matériaux de construction.

Le tableau montre les coefficients de conductivité thermique pour les matériaux de construction courants

Tableau 2. Épaisseur des joints de ciment pour différents types de maçonnerie.

Lors du calcul de l'épaisseur de la maçonnerie, une épaisseur de joint de 10 mm est prise en compte. En raison des joints de ciment, la conductivité thermique de la maçonnerie est légèrement supérieure à celle d'une brique séparée

Tableau 3. Conductivité thermique de différents types de dalles de laine minérale.

Le tableau montre les valeurs du coefficient de conductivité thermique pour diverses dalles de laine minérale. Une dalle rigide est utilisée pour isoler les façades

Tableau 4.Perte de chaleur des fenêtres de différentes conceptions.

Désignations dans le tableau : Ar – remplissage des fenêtres à double vitrage avec du gaz inerte, K – le verre extérieur a un revêtement de protection thermique, épaisseur de verre 4 mm, les chiffres restants indiquent l'espace entre les verres

7,6 kW/h est la puissance maximale estimée nécessaire pour chauffer un bâtiment bien isolé. Cependant, les chaudières électriques ont également besoin d’une certaine charge pour fonctionner.

Comme vous l’avez remarqué, une maison ou un appartement mal isolé nécessitera de grandes quantités d’électricité pour se chauffer. De plus, cela est vrai pour tout type de chaudière. Une bonne isolation des sols, des plafonds et des murs peut réduire considérablement les coûts.

Nous avons des articles sur notre site Internet sur les méthodes d'isolation et les règles de choix des matériaux d'isolation thermique. Nous vous invitons à vous familiariser avec eux :

• Isolation d'une maison privée par l'extérieur : technologies populaires + revue des matériaux
• Isolation des sols par poutres : matériaux pour l'isolation thermique + schémas d'isolation
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• Types d'isolation des murs d'une maison par l'intérieur : matériaux d'isolation et leurs caractéristiques
• Isolation du plafond d'une maison privée : types de matériaux utilisés + comment choisir le bon
• Isolation d'un balcon à faire soi-même : options et technologies populaires pour isoler un balcon de l'intérieur

Étape #5 – calculer les coûts énergétiques

Si nous simplifions l'essence technique d'une chaudière de chauffage, nous pouvons alors l'appeler un convertisseur conventionnel d'énergie électrique en son analogue thermique. Lors de l'exécution des travaux de conversion, il consomme également une certaine quantité d'énergie. Ceux. la chaudière reçoit une unité complète d'électricité, et seulement 0,98 de celle-ci est fournie pour le chauffage.

Pour obtenir un chiffre précis de la consommation énergétique de la chaudière électrique étudiée, sa puissance (nominale dans le premier cas et calculée dans le second) doit être divisée par la valeur de rendement déclarée par le constructeur.

En moyenne, l'efficacité d'un tel équipement est de 98 %. En conséquence, le montant de la consommation d'énergie sera, par exemple, pour l'option de conception :

7,6 / 0,98 = 7,8 kW/h.

Il ne reste plus qu'à multiplier la valeur par le tarif local. Calculez ensuite le coût total du chauffage électrique et commencez à chercher des moyens de le réduire.

Par exemple, achetez un compteur à deux tarifs, qui vous permet de payer partiellement à des tarifs « nuit » inférieurs. Pourquoi faut-il remplacer l’ancien compteur électrique par un nouveau modèle ? La procédure et les règles pour effectuer le remplacement en détail examiné ici.

Une autre façon de réduire les coûts après le remplacement du compteur consiste à inclure un accumulateur thermique dans le circuit de chauffage pour stocker de l'énergie bon marché la nuit et l'utiliser pendant la journée.

Étape #6 – calculer les coûts de chauffage saisonniers

Maintenant que vous maîtrisez la méthode de calcul des déperditions thermiques futures, vous pouvez facilement estimer les coûts de chauffage sur toute la période de chauffage.

Selon le SNiP 23-01-99 « Climatologie du bâtiment », dans les colonnes 13 et 14, nous trouvons pour Moscou la durée de la période avec une température moyenne inférieure à 10 °C.

Pour Moscou, cette période dure 231 jours et la température moyenne est de -2,2 °C. Pour calculer Q_{en général} pour ΔT=22,2 °C, il n'est pas nécessaire de refaire tout le calcul.

Il suffit de sortir Q_{en général} par 1 °C :

Q_{en général} = 7623 / 50 = 152,46 W/h

En conséquence, pour ΔT= 22,2 °C :

Q_{en général} = 152,46 × 22,2 = 3 385 Wh

Pour connaître l'électricité consommée, multipliez par la période de chauffage :

Q = 3 385 × 231 × 24 × 1,05 = 1 8766 440 W = 18 766 kW

Le calcul ci-dessus est également intéressant car il permet d'analyser toute la structure de la maison du point de vue de l'efficacité de l'isolation.

Nous avons considéré une version simplifiée des calculs. Nous vous recommandons également de lire l'intégralité calcul thermique du bâtiment.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Comment éviter les pertes de chaleur à travers la fondation :

Comment calculer les pertes de chaleur en ligne :

L'utilisation de chaudières électriques comme équipement de chauffage principal est très limitée par les capacités des réseaux électriques et le coût de l'électricité..

Cependant, en complément, par exemple pour chaudière à combustible solide, peut être très efficace et utile. Ils peuvent réduire considérablement le temps nécessaire pour réchauffer le système de chauffage ou être utilisés comme chaudière principale à des températures pas très basses.

Utilisez-vous une chaudière électrique pour vous chauffer ? Dites-nous quelle méthode vous avez utilisée pour calculer la puissance requise pour votre maison. Ou peut-être souhaitez-vous simplement acheter une chaudière électrique et avez-vous des questions ? Demandez-les dans les commentaires de l'article - nous essaierons de vous aider.