Calcul du chauffage : comment calculer la puissance d'un appareil de chauffage de l'air pour le chauffage
Les radiateurs ont des performances élevées, donc avec leur aide, vous pouvez chauffer même de très grandes pièces en un temps assez court. De nombreux modèles de ces appareils fonctionnant sur la base de différents liquides de refroidissement sont mis en vente.
Pour choisir la meilleure option, vous devez calculer le chauffage, ce qui peut être effectué manuellement ou à l'aide d'un calculateur en ligne. Nous vous aiderons à comprendre la question des calculs - dans cet article, nous donnerons un exemple des calculs qui seront nécessaires lors du choix d'un appareil approprié pour chauffer l'air.
Nous examinerons également les caractéristiques de conception de différents types d'aérothermes, les avantages et les inconvénients d'un système de chauffage utilisant de tels appareils.
Le contenu de l'article :
Avantages et inconvénients du chauffage avec un radiateur
Un système de chauffage domestique, basé sur l’apport d’air chauffé à une température définie directement dans la maison, présente un intérêt particulier pour les propriétaires.
Cette conception de système de chauffage comprend les éléments importants suivants :
- un radiateur agissant comme un générateur de chaleur qui chauffe l'air ;
- canaux (conduits d'air) par lesquels les masses d'air chauffées pénètrent dans la maison ;
- un ventilateur qui dirige l'air bien chauffé dans toute la pièce.
Les avantages de ce type de système sont nombreux.Ceux-ci incluent un rendement élevé, l'absence d'éléments auxiliaires pour l'échange thermique sous forme de radiateurs, de tuyaux et la possibilité de le combiner avec un système climatique, ainsi qu'une faible inertie, grâce à laquelle de grands volumes sont chauffés très rapidement.
Pour de nombreux propriétaires, l'inconvénient est que l'installation du système n'est possible qu'en même temps que la construction de la maison elle-même et qu'une modernisation ultérieure est alors impossible.
L'inconvénient est une nuance telle que la présence obligatoire d'une alimentation de secours et la nécessité d'un entretien régulier.
Sur notre site Web, vous trouverez des documents plus détaillés sur l'installation du chauffage à air dans une maison et un chalet. Nous vous recommandons de vous familiariser avec eux :
- Chauffage à air à faire soi-même : tout sur les systèmes de chauffage à air
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Classification des aérothermes
Les aérothermes sont inclus dans la conception d’un système de chauffage pour chauffer l’air. Il existe les groupes suivants de ces appareils selon le type de liquide de refroidissement utilisé : eau, électricité, vapeur, feu.
Il est logique d'utiliser des appareils électriques pour des pièces d'une superficie ne dépassant pas 100 m². Pour les bâtiments de grandes surfaces, un choix plus rationnel serait les chauffe-eau, qui fonctionnent uniquement en présence d'une source de chaleur.
Les plus populaires sont la vapeur et Chauffe-eau. La forme de la première et de la deuxième surfaces est divisée en 2 sous-types : tube nervuré et lisse. Selon la géométrie des ailettes, les radiateurs à ailettes peuvent être à plaques ou enroulés en spirale.
De par leur conception, ces dispositifs peuvent être à passage unique, lorsque le liquide de refroidissement qu'ils contiennent se déplace à travers des tubes, adhérant à une direction constante, et à passages multiples, dans les couvercles desquels se trouvent des cloisons, de sorte que la direction de mouvement de le liquide de refroidissement change constamment.
Il existe 4 modèles de chauffe-eau et de vapeur disponibles à la vente, différant par la surface de chauffe :
- CM - le plus petit avec une rangée de tuyaux ;
- M — petit avec deux rangées de tuyaux ;
- AVEC — moyen avec des tuyaux sur 3 rangées ;
- B - grand, avec 4 rangées de tuyaux.
Pendant le fonctionnement, les chauffe-eau peuvent résister à de grandes fluctuations de température - 70-110⁰.Pour qu'un radiateur de ce type fonctionne bien, l'eau circulant dans le système doit être chauffée à un maximum de 180⁰. Pendant la saison chaude, le radiateur peut faire office de ventilateur.
Conception de différents types d'aérothermes
Un chauffe-eau se compose d'un boîtier en métal, d'un échangeur de chaleur placé à l'intérieur sous la forme d'une série de tubes et d'un ventilateur. À l'extrémité de l'unité se trouvent des tuyaux d'entrée par lesquels elle est connectée à une chaudière ou à un système de chauffage centralisé.
En règle générale, le ventilateur est situé à l'arrière de l'appareil. Sa tâche est de faire circuler l'air à travers l'échangeur de chaleur.
Après chauffage, l'air retourne dans la pièce à travers la grille située sur la partie avant du radiateur.
Le plus souvent, le boîtier a la forme d'un rectangle, mais il existe des modèles conçus pour les conduits de ventilation ronds. Des vannes à deux ou trois voies sont installées sur la conduite d'alimentation pour réguler la puissance de l'unité.
Les aérothermes diffèrent également par la méthode d'installation : ils peuvent être montés au plafond ou au mur. Les modèles du premier type sont placés derrière un faux plafond, seule la grille regarde au-delà. Les unités murales sont plus populaires.
Type n°1 – radiateurs à tubes lisses
La conception à tubes lisses est constituée d'éléments chauffants sous forme de tubes creux minces d'un diamètre de 20 à 32 mm, situés à une distance de 0,5 cm les uns par rapport aux autres. Le liquide de refroidissement circule à travers eux. L'air, lavant les surfaces chauffées des tubes, est chauffé grâce à l'échange thermique par convection.
Les tubes de l'aérotherme sont disposés en damier ou en couloir. Leurs extrémités sont soudées dans les collecteurs - supérieur et inférieur. Le liquide de refroidissement entre dans le boîtier de distribution par le tuyau d'entrée, puis, après avoir traversé les tubes et les avoir chauffés, il ressort par le tuyau de sortie sous forme de condensat ou d'eau glacée.
Un transfert de chaleur plus stable est assuré par des appareils dotés d'une disposition décalée des tubes, mais la résistance aux flux d'air est ici plus élevée. Il est nécessaire de calculer la puissance de l'appareil afin de connaître les capacités réelles de l'appareil.
Il existe certaines exigences concernant l'air : il ne doit pas contenir de fibres, de particules en suspension ou de substances collantes. La teneur en poussière admissible est inférieure à 0,5 mg/mᶾ. La température d'entrée est d'au moins 20⁰.
Les caractéristiques thermiques des radiateurs à tubes lisses ne sont pas très élevées.Leur utilisation est conseillée lorsqu'un débit d'air important et un chauffage à haute température ne sont pas nécessaires.
Type n°2 – aérothermes à ailettes
Les tuyaux des appareils à ailettes ont une surface nervurée, leur transfert de chaleur est donc plus important. Avec moins de tuyaux, leurs caractéristiques thermiques sont supérieures à celles des aérothermes à tubes lisses.
Les plaques chauffantes comprennent des tubes sur lesquels sont montées des plaques - rectangulaires ou rondes.
Le premier type de plaques est monté sur un groupe de tuyaux. Le liquide de refroidissement passe dans le boîtier de distribution de l'appareil par un raccord, réchauffe l'air passant à une vitesse importante dans des canaux de petit diamètre, puis sort du boîtier de montage par le raccord.
Les radiateurs de ce type sont compacts, faciles à entretenir et à installer.
Les appareils à plaque à passage unique sont désignés : KFB, KFS, KVB, STD3009V, KZPP, K4PP et les appareils à plaque multi-passe sont désignés par KVB, K4VP, KZVP, KVS, KMS, STDZOYUG, KMB. Le modèle du milieu est désigné KFS et le grand est désigné KFB.
Un ruban d'acier ondulé de 1 cm de large et 0,4 mm d'épaisseur est enroulé sur les tubes de ces radiateurs. Le liquide de refroidissement pour eux peut être de la vapeur ou de l'eau.
Le premier est équipé de trois rangées de tubes et le second de quatre. Les assiettes du moyen modèle ont une épaisseur de 0,5 mm et des dimensions de 11,7 x 13,6 cm. Les assiettes du grand modèle de même épaisseur et largeur sont plus longues - 17,5 cm.
Les plaques sont situées à une distance de 0,5 cm les unes des autres et sont disposées en zigzag, alors que dans les modèles de type intermédiaire, les plaques sont disposées selon le principe du couloir.
Les aérothermes marqués STD portent 5 chiffres (5, 7, 8, 9, 14). Dans les radiateurs STD4009V, le liquide de refroidissement est de la vapeur et dans le STD3010G, c'est de l'eau. L'installation du premier est réalisée avec une orientation verticale des tubes, celle du second - avec une orientation horizontale.
Type #3 - radiateurs bimétalliques avec ailettes
Dans les systèmes de chauffage à air chauffé, des modèles de radiateurs bimétalliques KP3-SK, KP4-SK, KSk - 3 et 4 avec un type spécial d'ailettes - enroulées en spirale - sont souvent utilisés. Le liquide de refroidissement pour les radiateurs KP3-SK, KP4-SK est de l'eau chaude avec une pression maximale de 1,2 MPa et une température maximale de 180⁰.
Pour faire fonctionner les deux autres aérothermes, il faut de la vapeur avec la même pression de fonctionnement que pour les premiers, mais avec une température légèrement plus élevée - 190⁰. Les fabricants doivent effectuer des tests de réception. Les appareils sont également testés pour détecter les fuites.
Il existe 2 gammes d'aérothermes bimétalliques - KSK3, KPZ, qui ont 3 rangées de tubes, sont de taille moyenne, et KSK4, KP4 avec 4 rangées de tubes sont de grands modèles. Les composants de ces appareils sont des éléments d'échange thermique bimétalliques, des écrans latéraux, des grilles tubulaires et des couvercles avec cloisons.
L'élément d'échange thermique se compose de 2 tubes - un tube intérieur d'un diamètre de 1,6 cm, en acier et un tube extérieur en aluminium sur lequel sont montées des ailettes. L'espacement transversal entre les tubes de transfert de chaleur est de 4,15 cm et l'espacement longitudinal est de 3,6 cm.
Règles de calcul et de sélection d'une unité appropriée
Lors de la conception d'un système de chauffage avec un ou un groupe de radiateurs, ainsi que lors de la réalisation de calculs, un certain nombre de règles doivent être respectées. Regardons-les plus en détail dans la sélection de photos ci-dessous.
Calcul de chauffe-eau
Pour calculer la puissance d'un chauffe-eau ou d'un chauffe-vapeur, les paramètres initiaux suivants sont nécessaires :
- Performances du système, ou en d’autres termes, la quantité d’air distillé par heure. L'unité de mesure du débit volumique est mᶾ/h, masse kg/h. Symbole - L.
- Température initiale ou extérieure - tul.
- La température finale de l'air est fine.
- Densité et capacité thermique de l'air à une certaine température - les données sont tirées de tableaux.
Tout d’abord, la surface de la section transversale le long de l’avant du dispositif de chauffage de l’air est calculée.Après avoir appris cette valeur, les dimensions préliminaires de l'ensemble sont obtenues avec une marge.
Pour le calcul, utilisez la formule :
Af = Lρ / 3600 (ϑρ),
Où L — débit volumétrique d'air ou productivité en m³/h, ρ — densité de l'air extérieur mesurée en kg/m³ ϑρ – vitesse massique de l'air dans la section calculée, mesurée en kg/(cm²).
Après avoir reçu ce paramètre, pour des calculs ultérieurs, ils prennent la taille typique du radiateur, la plus proche en taille. Si la valeur finale de la surface est grande, plusieurs unités identiques sont installées en parallèle, dont la superficie totale est égale à la valeur résultante.
Pour déterminer la puissance requise pour chauffer un volume d'air spécifique, vous devez connaître la consommation totale d'air chauffé en kg par heure à l'aide de la formule :
G = Lxp,
Où R. - densité de l'air à température moyenne. Elle est déterminée en additionnant les températures à l'entrée et à la sortie de l'unité, puis en divisant par 2. Les indicateurs de densité sont tirés du tableau.
Vous pouvez maintenant calculer la consommation de chaleur pour chauffer l'air, pour laquelle la formule suivante est utilisée :
Q (W) = G x c x (t fin - t début),
Où g — débit massique d'air en kg/heure. La capacité thermique spécifique de l'air, mesurée en J/(kg x K), est également prise en compte lors du calcul. Cela dépend de la température de l'air entrant, et ses valeurs sont dans le tableau ci-dessus. La température à l'entrée et à la sortie de l'appareil est indiquée je ne commence pas. Et t con. respectivement.
Disons que nous devons sélectionner un radiateur d'une capacité de 10 000 mᶾ/heure pour qu'il chauffe l'air à 20⁰ à une température extérieure de -30⁰. Le liquide de refroidissement est de l'eau avec une température à l'entrée de l'unité de 95⁰ et 50⁰ à la sortie.
Débit massique d'air : G = 10 000 mᶾ/h. x 1,318 kg/mᶾ = 13 180 kg/h.
Valeur de densité : ρ = (-30 + 20) = -10, en divisant ce résultat par deux, nous obtenons -5. Dans le tableau, nous avons sélectionné la densité correspondant à la température moyenne.
En substituant le résultat obtenu dans la formule, la consommation de chaleur est obtenue : Q = 13 180 /3 600 x 1 013 x 20 – (-30) = 185 435 W. Ici, 1013 est la capacité thermique spécifique sélectionnée dans le tableau à une température de - 30⁰ en J/(kg x K). De 10 à 15 % de la réserve est ajoutée à la valeur calculée de la puissance du réchauffeur.
La raison en est que les paramètres tabulés diffèrent souvent des paramètres réels vers le bas et que les performances thermiques de l'unité, dues au colmatage des tubes, diminuent avec le temps. Le dépassement de la valeur de réserve n'est pas souhaitable.
Avec une augmentation significative de la surface de chauffe, une hypothermie et même un dégivrage en cas de fortes gelées peuvent survenir.
La puissance des chauffe-vapeurs est calculée de la même manière que celle des chauffe-eau. Seule la formule de calcul du liquide de refroidissement diffère :
G = Q/r,
Où r - chaleur spécifique dégagée lors de la condensation de la vapeur, mesurée en kJ/kg.
Calcul du chauffage électrique
Les fabricants dans les catalogues d'aérothermes électriques indiquent souvent la puissance installée et le débit d'air, ce qui simplifie grandement le choix.L'essentiel est que les paramètres ne soient pas inférieurs à ceux indiqués dans le passeport, sinon cela échouera rapidement.
La conception du radiateur comprend plusieurs éléments chauffants électriques spéciaux, dont la surface est augmentée en appuyant dessus des ailettes.
La puissance des appareils peut être très importante, parfois des centaines de kilowatts. Jusqu'à 3,5 kW, le radiateur peut être alimenté à partir d'une prise de 220 V, et à des tensions supérieures, il est nécessaire de le connecter avec un câble séparé directement au panneau. S'il est nécessaire d'utiliser un appareil de chauffage d'une puissance supérieure à 7 kW, une alimentation électrique de 380 V sera nécessaire.
Ces appareils sont de petite taille et de poids, ils sont totalement autonomes, ils ne nécessitent pas forcément la présence d'une alimentation centralisée en eau chaude ou en vapeur.
Un inconvénient majeur est que la faible puissance est insuffisante pour les utiliser sur de grandes surfaces. Le deuxième inconvénient est la consommation électrique élevée.
Pour connaître la quantité de courant consommée par le radiateur, vous pouvez utiliser la formule :
I = P/U,
Où P. - pouvoir, U - tension d'alimentation.
Avec un raccordement monophasé du radiateur, U est pris égal à 220 V. Avec un raccordement triphasé - 660 V.
La température à laquelle un appareil de chauffage d'une certaine puissance chauffe la masse d'air est déterminée par la formule :
T =2,98 x P/L,
Où L - la performance du système. Les valeurs optimales de puissance de chauffage pour une maison sont de 1 à 5 kW et pour les bureaux de 5 à 50 kW.
Conclusions et vidéo utile sur le sujet
La densité de l'air à prendre lors du calcul est décrite dans cette vidéo :
Vidéo sur le fonctionnement d'un appareil de chauffage dans un système de chauffage :
Lors du choix d'un type spécifique de chauffage, vous devez partir de considérations de faisabilité et de caractéristiques opérationnelles de la maison.
Pour les petites surfaces, un radiateur électrique serait un bon achat, mais pour chauffer une grande maison, il est préférable de choisir une autre option. Dans tous les cas, on ne peut pas se passer d’un calcul préalable..
Connaissez-vous bien la question du choix et du calcul d'un appareil de chauffage ? Peut-être aimeriez-vous partager des recommandations utiles pour choisir un aérotherme ou signaler une erreur ou une inexactitude dans les calculs dans le matériel discuté ci-dessus ? Laissez votre commentaire sous cet article - votre avis peut être utile aux personnes qui choisissent le bon radiateur pour leur maison.
Tout dépend des objectifs. Je recommanderais de prendre des radiateurs électriques pour les pièces qui ne sont pas destinées à une résidence permanente et qui doivent être chauffées pendant une courte période, mais rapidement. À propos, il est important non seulement de faire les calculs corrects et de choisir le radiateur lui-même, mais également de prendre en compte les pertes de chaleur dues à une construction inappropriée ou à l'utilisation de matériaux d'isolation thermique bon marché.
Le choix du type de système de chauffage, Igor, est dicté par l'infrastructure énergétique entourant l'installation. Par exemple, avoir sa propre chaufferie à proximité d’un immeuble transforme le chauffage électrique en un projet peu rentable.
Le mode de chauffage est dicté par les fluctuations de température admissibles. Par exemple, une cave à vin qui nécessite de minuscules variations de température est généralement « chauffée » avec des systèmes split de précision. Votre « court terme, mais rapide » fera gâter le vin.
L'article, Igor, décrit un algorithme de sélection d'un appareil de chauffage basé sur plusieurs paramètres de l'air soufflé.La comptabilité des pertes de chaleur est une « histoire » sur calcul du système de chauffage.