Comment calculer un plancher chauffant en utilisant un système d'eau comme exemple

L'efficacité du chauffage par le sol est influencée par de nombreux facteurs.Sans les prendre en compte, même si le système est correctement installé et que les matériaux les plus modernes sont utilisés pour sa construction, l'efficacité thermique réelle ne sera pas à la hauteur des attentes.

Pour cette raison, les travaux d'installation doivent être précédés d'un calcul compétent du plancher chauffant, et ce n'est qu'alors qu'un bon résultat peut être garanti.

Développer un projet de système de chauffage n'est pas bon marché, c'est pourquoi de nombreux artisans effectuent eux-mêmes les calculs. D'accord, l'idée de réduire le coût d'installation des planchers chauffants semble très tentante.

Nous vous expliquerons comment créer un projet, quels critères prendre en compte lors du choix des paramètres d'un système de chauffage, et décrirons une méthode de calcul étape par étape. Pour plus de clarté, nous avons préparé un exemple de calcul d'un plancher chauffant.

Données initiales pour le calcul

Dans un premier temps, un déroulement bien planifié des travaux de conception et d'installation éliminera les surprises et les problèmes désagréables à l'avenir.

Lors du calcul d'un plancher chauffant, vous devez partir des données suivantes :

• matériau du mur et caractéristiques de conception ;
• dimensions de la pièce en plan ;
• type de revêtement de finition ;
• conceptions de portes, fenêtres et leur emplacement ;
• disposition des éléments structurels dans le plan.

Pour réaliser une conception compétente, il est nécessaire de prendre en compte le régime de température établi et la possibilité de son ajustement.

Pour effectuer un calcul approximatif, on suppose que 1 m² le système de chauffage doit compenser une perte de chaleur de 1 kW.Si un circuit de chauffage à eau est utilisé en complément du système principal, il ne doit couvrir qu'une partie des pertes de chaleur.

Il existe des recommandations concernant la température du sol qui garantissent un séjour confortable dans des pièces à des fins diverses :

• 29°C - secteur d'habitation ;
• 33°C- bains, chambres avec piscine et autres à forte humidité ;
• 35°C — zones froides (au niveau des portes d'entrée, des murs extérieurs, etc.).

Le dépassement de ces valeurs entraîne une surchauffe du système lui-même et du revêtement de finition, suivie d'inévitables dommages au matériau.

Après avoir effectué des calculs préliminaires, vous pouvez choisir la température optimale du liquide de refroidissement en fonction de vos sentiments personnels, déterminer la charge sur le circuit de chauffage et acheter un équipement de pompage parfaitement adapté à la stimulation du mouvement du liquide de refroidissement. Il est sélectionné avec une marge de 20 % du débit de liquide de refroidissement.

Il faut beaucoup de temps pour réchauffer une chape d'une capacité supérieure à 7 cm. Par conséquent, lors de l'installation de systèmes d'eau, ils essaient de ne pas dépasser la limite spécifiée. La céramique de sol est considérée comme le revêtement le plus approprié pour les sols à base d'eau ; les sols chauffants ne sont pas posés sous le parquet en raison de leur conductivité thermique ultra faible.

Au stade de la conception, vous devez décider si le plancher chauffant sera le principal fournisseur de chaleur ou s'il sera utilisé uniquement en complément de la branche de chauffage par radiateurs. La part des pertes d'énergie thermique qu'elle doit compenser en dépend. Il peut varier de 30 à 60 % avec des variations.

Le temps de chauffage du plancher d'eau dépend de l'épaisseur des éléments inclus dans la chape. L'eau comme liquide de refroidissement est très efficace, mais le système lui-même est difficile à installer.

Détermination des paramètres d'un plancher chauffant

Le but du calcul est d'obtenir la valeur de la charge thermique. Le résultat de ce calcul influence les étapes ultérieures prises. À son tour, la charge thermique est affectée par la température hivernale moyenne dans une région particulière, la température attendue à l'intérieur des pièces et le coefficient de transfert thermique du plafond, des murs, des fenêtres et des portes.

La cause des pertes de chaleur est la mauvaise isolation des murs, des fenêtres et des portes de la maison. Le plus grand pourcentage de chaleur est perdu par le système de ventilation et le toit (+)

Le résultat final des calculs avant appareil de chauffage par le sol le type d'eau dépendra également de la présence d'appareils de chauffage supplémentaires, y compris l'émission de chaleur des personnes vivant dans la maison et des animaux domestiques. La présence d'infiltrations doit être prise en compte dans le calcul.

L'un des paramètres importants est la configuration des pièces, vous aurez donc besoin d'un plan d'étage de la maison et des sections correspondantes.

Méthode de calcul des pertes de chaleur

Après avoir déterminé ce paramètre, vous saurez quelle quantité de chaleur le sol doit générer pour le bien-être confortable des personnes présentes dans la pièce, et vous pourrez sélectionner la chaudière, la pompe et le sol en fonction de la puissance. Autrement dit : la chaleur dégagée par les circuits de chauffage doit compenser les déperditions thermiques du bâtiment.

La relation entre ces deux paramètres est exprimée par la formule :

MP = 1,2 x Q, Où

• Député - puissance de circuit requise ;
• Q - perte de chaleur.

Pour déterminer le deuxième indicateur, des mesures et des calculs de la surface des fenêtres, des portes, des plafonds et des murs extérieurs sont effectués. Le sol étant chauffé, la superficie de cette structure enveloppante n'est pas prise en compte. Les mesures sont prises à l'extérieur, y compris aux angles du bâtiment.

Le calcul prendra en compte à la fois l'épaisseur et la conductivité thermique de chaque structure. Valeurs standards coefficient de conductivité thermique (λ) pour les matériaux les plus couramment utilisés peut être extrait du tableau.

Dans le tableau, vous pouvez prendre la valeur du coefficient pour le calcul. Il est important de se renseigner auprès du fournisseur sur la valeur de la résistance thermique du matériau si des fenêtres en métal-plastique sont installées (+)

Les déperditions thermiques sont calculées séparément pour chaque élément du bâtiment à l'aide de la formule :

Q = 1/R*(tв-tн)*S x (1+∑b), Où

• R. — la résistance thermique du matériau à partir duquel la structure d'enceinte est constituée ;
• S — superficie de l'élément structurel ;
• tв et tн — températures intérieure et extérieure, respectivement, le deuxième indicateur étant pris selon la valeur la plus basse ;
• b — les déperditions thermiques supplémentaires liées à l'orientation du bâtiment par rapport aux directions cardinales.

L'indice de résistance thermique (R) est obtenu en divisant l'épaisseur de la structure par le coefficient de conductivité thermique du matériau qui la constitue.

La valeur du coefficient b dépend de l'orientation de la maison :

• 0,1 - nord, nord-ouest ou nord-est ;
• 0,05 - ouest, sud-est ;
• 0 - sud, sud-ouest.

Si l'on considère la question à l'aide d'un exemple de calcul d'un plancher chauffant à eau, elle devient plus claire.

Exemple de calcul spécifique

Disons que les murs d'une maison de résidence non permanente, d'une épaisseur de 20 cm, sont constitués de blocs de béton cellulaire. La superficie totale des murs d'enceinte hors ouvertures de fenêtres et de portes est de 60 m². Température extérieure -25°С, intérieure +20°С, la conception est orientée vers le sud-est.

En considérant que le coefficient de conductivité thermique des blocs est λ = 0,3 W/(m°*C), il est possible de calculer la déperdition thermique à travers les murs : R=0,2/0,3= 0,67 m²°C/W.

Des pertes de chaleur sont également observées à travers la couche de plâtre. Si son épaisseur est de 20 mm, alors Rpcs. = 0,02/0,3 = 0,07 m²°C/W. La somme de ces deux indicateurs donnera la valeur des déperditions thermiques à travers les murs : 0,67+0,07 = 0,74 m²°C/W.

Ayant toutes les données initiales, nous les substituons dans la formule et obtenons la perte de chaleur d'une pièce avec les murs suivants : Q = 1/0,74*(20 - (-25)) *60*(1+0,05) = 3831,08 W .

De la même manière, les déperditions de chaleur à travers d'autres structures enveloppantes sont calculées : fenêtres, portes, toiture.

La chaleur émise par les circuits de chauffage peut ne pas suffire à chauffer l'air intérieur de la maison à la valeur requise si leur puissance est sous-estimée. S’il y a un excès de puissance, il y aura une consommation excessive de liquide de refroidissement

Pour déterminer les déperditions thermiques à travers le plafond, sa résistance thermique est prise égale à la valeur du type d'isolation prévu ou existant : R = 0,18/0,041 = 4,39 m²°C / W.

La surface sous plafond est identique à la surface au sol et est égale à 70 m². En substituant ces valeurs dans la formule, on obtient la perte de chaleur à travers l'enveloppe supérieure du bâtiment : Q sueur. = 1/4,39*(20 - (-25))* 70* (1+0,05) = 753,42 W.

Pour déterminer la perte de chaleur à travers la surface des fenêtres, vous devez calculer leur superficie. S'il y a 4 fenêtres de 1,5 m de largeur et 1,4 m de hauteur, leur superficie totale sera : 4 * 1,5 * 1,4 = 8,4 m².

Si le fabricant indique séparément la résistance thermique du vitrage et du profilé - respectivement 0,5 et 0,56 m²°C/W, alors Rocon = 0,5*90+0,56*10)/100 = 0,56 m²°C/ Tue Ici, 90 et 10 sont la part de chaque élément de la fenêtre.

Sur la base des données obtenues, d'autres calculs se poursuivent : Qwindow = 1/0,56*(20 - (-25))*8,4*(1+0,05) = 708,75 W.

La porte extérieure a une superficie de 0,95 * 2,04 = 1,938 m². Puis Rdv. = 0,06/0,14 = 0,43 m²°C/W. Porte Q = 1/0,43*(20 - (-25))* 1,938*(1+0,05) = 212,95 W.

Étant donné que les portes extérieures sont ouvertes fréquemment, une grande quantité de chaleur est perdue à travers elles. Il est donc important de s’assurer qu’ils ferment hermétiquement.

En conséquence, la perte de chaleur sera : Q = 3831,08 +753,42 + 708,75 + 212,95 + 7406,25 = W.

A ce résultat ajoutez encore 10 % pour l'infiltration d'air, alors Q = 7406,25 + 740,6 = 8146,85 W.

Vous pouvez désormais déterminer la puissance thermique du sol : Mp = 1.*8146,85 = 9776,22 W ou 9,8 kW.

Chaleur nécessaire pour chauffer l'air

Si la maison équipé d'un système de ventilation, alors une partie de la chaleur dégagée par la source doit être consacrée au chauffage de l'air provenant de l'extérieur.

La formule est utilisée pour le calcul :

Qv. = c*m*(tв—tн), Où

• c = 0,28 kg⁰С et désigne la capacité thermique de la masse d'air ;
• m Le symbole indique le débit massique d'air extérieur en kg.

Le dernier paramètre est obtenu en multipliant le volume total d'air, égal au volume de toutes les pièces, à condition que l'air soit renouvelé toutes les heures, par la densité, qui varie en fonction de la température.

Le graphique montre la dépendance de la densité de l'air sur sa température.Les données sont nécessaires pour calculer la quantité de chaleur nécessaire pour chauffer la masse d'air entrant dans la maison grâce à la ventilation forcée (+)

Si le bâtiment reçoit 400 m³/h, alors m=400*1,422 = 568,8 kg/h. Qv. = 0,28*568,8*45 = 7166,88 W.

Dans ce cas, la puissance thermique requise du sol augmentera considérablement.

Calcul du nombre de tuyaux requis

Pour installer un plancher chauffant à eau, choisissez différents méthodes de pose de tuyaux, de forme différente : trois types de serpents - le serpent proprement dit, angulaire, double et escargot. Dans un circuit monté, il peut y avoir une combinaison de différentes formes. Parfois, un « escargot » est choisi pour la zone centrale du sol, et l'un des types de « serpent » est choisi pour les bords.

« Escargot » est un choix rationnel pour les grandes pièces à géométrie simple. Dans les pièces très allongées ou aux contours complexes, il est préférable d'utiliser un « serpent » (+)

La distance entre les tuyaux s'appelle le pas. Lorsque vous choisissez cette option, vous devez répondre à deux exigences : votre pied ne doit pas ressentir la différence de température dans certaines zones du sol et vous devez utiliser les tuyaux aussi efficacement que possible.

Pour les zones limites du sol, il est recommandé d'utiliser un pas de 100 mm. Dans d'autres domaines, vous pouvez choisir un pas allant de 150 à 300 mm.

L'isolation thermique du sol est importante. Au rez-de-chaussée, son épaisseur doit atteindre au moins 100 mm. Pour cela, utilisez de la laine minérale ou de la mousse de polystyrène extrudé.

Pour calculer la longueur du tuyau, il existe une formule simple :

L = S/N*1,1, Où

• S — zone de contour ;
• N — étape de pose ;
• 1,1 — marge de flexion 10 %.

À la valeur finale s'ajoute un tronçon de tuyau posé depuis le collecteur jusqu'à la distribution du circuit chaud aussi bien au retour qu'au départ.

Exemple de calcul.

Valeurs initiales:

• carré — 10 m² ;
• distance au collecteur — 6 m;
• étape de pose - 0,15 m.

La solution au problème est simple : 10/0,15*1,1+(6*2) = 85,3 m.

Lors de l'utilisation de tuyaux métal-plastique jusqu'à 100 m de long, un diamètre de 16 ou 20 mm est le plus souvent choisi. Avec une longueur de tuyau de 120 à 125 m, sa section doit être de 20 mm².

La conception à circuit unique ne convient qu'aux pièces de petite superficie. Le sol des grandes pièces est divisé en plusieurs contours dans un rapport de 1:2 - la longueur de la structure doit être 2 fois supérieure à la largeur.

La valeur calculée précédemment est l'étendue tuyaux de sol en général. Cependant, pour compléter le tableau, il est nécessaire de souligner la longueur d'un contour distinct.

Ce paramètre est influencé par la résistance hydraulique du circuit, déterminée par le diamètre des canalisations sélectionnées et le volume d'eau fourni par unité de temps. Si ces facteurs sont négligés, la perte de pression sera si importante qu'aucune pompe ne forcera la circulation du liquide de refroidissement.

Détermination du débit des canalisations en fonction de l'étape de pose choisie

Les contours de même longueur sont un cas idéal, mais dans la pratique, ils sont rarement rencontrés, car la superficie des pièces destinées à des fins différentes est très différente et il est tout simplement peu pratique de réduire la longueur des contours à une seule valeur. Les professionnels autorisent une différence de longueur de tuyaux de 30 à 40 %.

Le diamètre du collecteur et le débit de l'unité de mélange déterminent le nombre autorisé de boucles qui y sont connectées. Dans le passeport de l'unité de mélange, vous pouvez toujours trouver la quantité de charge thermique pour laquelle elle est conçue.

Disons le coefficient de débit (Kvs) est égal à 2,23 m³/h. Avec ce coefficient, certains modèles de pompes peuvent supporter une charge de 10 à 15 W.

Pour déterminer le nombre de circuits, vous devez calculer la charge thermique de chacun.Si la surface occupée par un plancher chauffant est de 10 m² et que le transfert thermique est de 1 m², alors l'indicateur Kvs est de 80 W, alors 10*80 = 800 W. Cela signifie que l'unité de mélange pourra fournir 15 000/800 = 18,8 pièces ou circuits d'une superficie de 10 m².

Ces chiffres sont maximum et ne peuvent être appliqués que théoriquement, mais en réalité il faut réduire ce chiffre d'au moins 2, donc 18 - 2 = 16 circuits.

Obligatoire lors de la sélection unité de mélange (collecteur) voir s'il a un tel nombre de conclusions.

Vérification de la sélection correcte des diamètres de tuyaux

Pour vérifier si la section du tuyau a été correctement sélectionnée, vous pouvez utiliser la formule :

υ = 4*Q*10ᶾ/n*d²

Lorsque la vitesse correspond à la valeur trouvée, la section du tuyau est sélectionnée correctement. Les documents réglementaires autorisent une vitesse maximale de 3 m/sec. avec un diamètre allant jusqu'à 0,25 m, mais la valeur optimale est de 0,8 m/sec., car à mesure que sa valeur augmente, l'effet sonore dans le pipeline augmente.

Des informations complémentaires sur le calcul des tuyaux de chauffage par le sol sont données dans Cet article.

Calcul de la pompe de circulation

Pour rendre le système économique, vous avez besoin choisir une pompe de circulation, fournissant la pression requise et un débit d'eau optimal dans les circuits. Les passeports de pompe indiquent généralement la pression dans le circuit de la plus grande longueur et le débit total de liquide de refroidissement dans toutes les boucles.

La pression est influencée par les pertes hydrauliques :

∆h = L*Q²/k1, Où

• L — longueur du contour ;
• Q — consommation d'eau l/sec;
• k1 - coefficient caractérisant les pertes dans le système ; l'indicateur peut être tiré des référentiels hydrauliques ou du passeport matériel.

Connaissant l'ampleur de la pression, calculer le débit dans le système :

Q = k*√H, Où

k est le coefficient de débit.Les professionnels supposent que le débit pour 10 m² d’une maison est compris entre 0,3 et 0,4 l/s.

Parmi les composants d'un plancher à eau chaude, un rôle particulier est attribué à la pompe de circulation. Seule une unité dont la puissance est 20 % supérieure au débit réel du liquide de refroidissement pourra vaincre la résistance dans les canalisations.

Les chiffres concernant la pression et les débits indiqués dans le passeport ne peuvent pas être pris au pied de la lettre - c'est le maximum, mais en fait ils sont influencés par la longueur et la géométrie du réseau. Si la pression est trop élevée, réduisez la longueur du circuit ou augmentez le diamètre des canalisations.

Recommandations pour le choix de l'épaisseur de la chape

Dans les ouvrages de référence, vous pouvez trouver des informations selon lesquelles l'épaisseur minimale de la chape est de 30 mm. Lorsque la pièce est assez haute, une isolation est placée sous la chape, ce qui augmente l'efficacité d'utilisation de la chaleur dégagée par le circuit de chauffage.

Le matériau de support le plus populaire est mousse de polystyrène extrudé. Sa résistance au transfert de chaleur est nettement inférieure à celle du béton.

Lors de la pose d'une chape, afin d'équilibrer la dilatation linéaire du béton, le périmètre de la pièce est décoré d'un ruban amortisseur. Il est important de choisir la bonne épaisseur. Les experts conseillent d'installer une couche compensatrice de 5 mm pour une superficie de pièce n'excédant pas 100 m².

Si les valeurs de surface sont plus grandes en raison d'une longueur supérieure à 10 m, l'épaisseur est calculée à l'aide de la formule :

b = 0,55*L, Où

L est la longueur de la pièce en m.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Cette vidéo concerne le calcul et l'installation d'un plancher hydraulique chauffant :

La vidéo fournit des recommandations pratiques pour la pose du sol. Ces informations vous aideront à éviter les erreurs que commettent habituellement les amateurs :

Le calcul permet de concevoir un système « plancher chaud » avec des indicateurs de performance optimaux. Il est permis d'installer le chauffage en utilisant les données et les recommandations du passeport.

Cela fonctionnera, mais les professionnels conseillent de consacrer encore du temps aux calculs pour que le système consomme finalement moins d'énergie.

Avez-vous de l'expérience dans le calcul du chauffage par le sol et dans la préparation d'une conception de circuit de chauffage ? Ou vous avez encore des questions sur le sujet ? S'il vous plaît partagez votre opinion et laissez des commentaires.