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La maison perd de la chaleur à travers les structures d'enceinte (murs, fenêtres, toit, fondations), la ventilation et les égouts. Les principales pertes de chaleur passent par les structures enveloppantes - 60 à 90% de toutes les pertes de chaleur.
Le calcul de la perte de chaleur à la maison est au moins nécessaire pour choisir la bonne chaudière. Vous pouvez également estimer combien d'argent sera dépensé pour le chauffage de la maison prévue. Voici un exemple de calcul pour une chaudière à gaz et une électrique. Il est également possible, grâce aux calculs, d'analyser l'efficacité financière de l'isolation, c'est-à-dire pour comprendre si le coût d'installation de l'isolant sera rentable avec une économie de carburant pendant la durée de vie de l'isolant.
Perte de chaleur par les structures enveloppantes
Je vais donner un exemple de calcul pour les murs extérieurs d'une maison à deux étages.
| 1) Nous calculons la résistance au transfert de chaleur de la paroi, en divisant l'épaisseur du matériau par son coefficient de conductivité thermique. Par exemple, si le mur est construit en céramique chaude de 0,5 m d'épaisseur avec un coefficient de conductivité thermique de 0,16 W / (m × ° C), alors nous divisons 0,5 par 0,16: 0,5 m / 0,16 W / (m × ° C) = 3,125 m2 × ° C / W Les coefficients de conductivité thermique des matériaux de construction peuvent être trouvés ici. |
| 2) Nous calculons la superficie totale des murs extérieurs. Voici un exemple simplifié de maison carrée: (10 m de large x 7 m de haut x 4 côtés) - (16 fenêtres x 2,5 m2) = 280 m2 - 40 m2 = 240 m2 |
| 3) Nous divisons l'unité par la résistance au transfert de chaleur, obtenant ainsi une perte de chaleur d'un mètre carré du mur par un degré de différence de température. 1 / 3,125 m2 × ° C / W = 0,32 W / m2 × ° C |
| 4) Nous calculons la perte de chaleur des murs. Nous multiplions la perte de chaleur d'un mètre carré de mur par la surface des murs et par la différence de température à l'intérieur et à l'extérieur de la maison. Par exemple, si l'intérieur est à + 25 ° C et l'extérieur à –15 ° C, alors la différence est de 40 ° C. 0,32 W / m2 × ° C × 240 m2 × 40 ° C = 3072 W Ce nombre correspond à la perte de chaleur des murs. La perte de chaleur est mesurée en watts, c.-à-d. c'est la puissance de perte de chaleur. |
| 5) En kilowattheures, il est plus pratique de comprendre la signification de la perte de chaleur. En 1 heure, l'énergie thermique traverse nos murs à une différence de température de 40 ° C: 3072 W × 1 h = 3,072 kW × h L'énergie est consommée en 24 heures: 3072 W × 24 h = 73,728 kW × h |
Il est clair que pendant la période de chauffage, le temps est différent, c'est-à-dire la différence de température change tout le temps. Par conséquent, afin de calculer la perte de chaleur pour toute la période de chauffage, il est nécessaire au point 4 de multiplier par la différence de température moyenne pour tous les jours de la période de chauffage.
Par exemple, pendant 7 mois de la période de chauffage, la différence de température moyenne dans la pièce et à l'extérieur était de 28 degrés, ce qui signifie une perte de chaleur à travers les murs pendant ces 7 mois en kilowattheures:
0,32 W / m2 × ° C × 240 m2 × 28 ° C × 7 mois × 30 jours × 24 h = 10838016 L × h = 10838 kW × h
Le nombre est assez tangible. Par exemple, si le chauffage était électrique, vous pouvez calculer combien d'argent serait dépensé pour le chauffage en multipliant le nombre résultant par le coût du kWh. Vous pouvez calculer combien d'argent a été dépensé pour le chauffage au gaz en calculant le coût du kWh d'énergie d'une chaudière à gaz. Pour ce faire, vous devez connaître le coût du gaz, la chaleur de combustion du gaz et le rendement de la chaudière.
À propos, dans le dernier calcul, au lieu de la différence de température moyenne, le nombre de mois et de jours (mais pas d'heures, nous quittons l'horloge), il était possible d'utiliser le degré-jour de la période de chauffage - GSOP, certains des informations sur GSOP sont ici. Vous pouvez trouver le GSOP déjà calculé pour différentes villes de Russie et multiplier la perte de chaleur d'un mètre carré par la surface du mur, par ces GSOP et par 24 heures, après avoir reçu une perte de chaleur en kW * h.
Comme pour les murs, vous devez calculer les valeurs de perte de chaleur pour les fenêtres, la porte d'entrée, le toit et les fondations. Ensuite, additionnez tout et vous obtenez la valeur de la perte de chaleur à travers toutes les structures enveloppantes.Pour les fenêtres, en passant, il ne sera pas nécessaire de connaître l'épaisseur et la conductivité thermique, il existe généralement déjà une résistance prête à l'emploi au transfert de chaleur d'une unité de verre calculée par le fabricant. Pour le sol (dans le cas d'une fondation en dalle), la différence de température ne sera pas trop importante, le sol sous la maison n'est pas aussi froid que l'air extérieur.
À peu près le complexe - calcul par caractéristiques spécifiques
Le calcul de la perte de chaleur peut facilement se transformer en un véritable casse-tête. En pratique, les indicateurs peuvent être calculés en fonction des caractéristiques spécifiques du bâtiment. Le plus important est de se rappeler que le calcul n'est pas basé sur la superficie, mais sur le volume du bâtiment. Il est également nécessaire de prendre en compte son objectif et son nombre d'étages. La chaleur est évacuée de la maison par l'enveloppe du bâtiment.
Les «portes» par lesquelles l'air chaud quitte le bâtiment sont les fenêtres, les portes, les murs, les planchers et les toits. De plus, les températures delta - la différence entre la température de l'air à l'intérieur et à l'extérieur de la maison - ont un effet. Vous ne pouvez pas écarter les conditions climatiques de la région. Une partie importante de la chaleur est émise par le système de ventilation. Le paradoxe est que lors des calculs, de nombreux constructeurs novices oublient de prendre en compte ce paramètre et obtiennent des chiffres qui sont loin de l'objectivité.
Perte de chaleur par ventilation
Le volume approximatif d'air disponible dans la maison (je ne prends pas en compte le volume des murs intérieurs et des meubles):
10 m х 10 m х 7 m = 700 m3
Densité de l'air à une température de + 20 ° C 1,2047 kg / m3. Capacité thermique spécifique de l'air 1,005 kJ / (kg × ° C). Masse d'air dans la maison:
700 m3 × 1,2047 kg / m3 = 843,29 kg
Disons que tout l'air de la maison change 5 fois par jour (c'est un nombre approximatif). Avec un écart moyen entre les températures interne et externe de 28 ° C pendant toute la période de chauffage, de l'énergie thermique sera consommée en moyenne par jour pour chauffer l'air froid entrant:
5 × 28 ° C × 843,29 kg × 1,005 kJ / (kg × ° C) = 118,650,903 kJ
118 650,903 kJ = 32,96 kWh (1 kWh = 3600 kJ)
Ceux. pendant la saison de chauffage, avec un renouvellement d'air quintuple, la maison par ventilation perdra en moyenne 32,96 kWh d'énergie thermique par jour. Pendant 7 mois de la période de chauffage, les pertes d'énergie seront:
7 x 30 x 32,96 kWh = 6921,6 kWh
Quelle est la meilleure façon de réduire les pertes de chaleur dans votre maison?
En règle générale, après l'imagerie thermique professionnelle et le traitement des résultats, un rapport est établi, qui décrit en détail les lacunes identifiées et donne des recommandations dont la mise en œuvre garantit la réduction maximale des pertes de chaleur ou leur élimination complète.
L'expérience pratique montre que il est possible de réduire les pertes de chaleur si les mesures suivantes sont prises:
- Isolez les fondations, les murs et le toit. La création d'une barrière d'isolation thermique supplémentaire est un moyen efficace d'améliorer le régime de température dans les pièces.
- Installez des fenêtres à double vitrage modernes à plusieurs chambres ou remplacez les joints et les raccords des anciennes fenêtres.
- Aménagez le système «plancher chaud», qui assure un chauffage efficace de l'espace utilisé dans la pièce.
- Installez un écran en aluminium derrière le radiateur qui réfléchira et dirigera la chaleur dans la pièce.
- Sceller les interstices et les fissures dans les murs avec un scellant à base de polyuréthane.
S'il n'est pas possible de réaliser une isolation totale, il vaut la peine d'utiliser des méthodes simples avec des coûts minimes visant à sceller les joints et les fissures, ainsi que de garder les fenêtres et les portes bien fermées, en aérant non pas une fois en une heure, mais plusieurs fois pendant 10 -15 minutes ...
Perte de chaleur par l'égout
Pendant la période de chauffage, l'eau entrant dans la maison est plutôt froide, par exemple, elle a une température moyenne de + 7 ° C. Le chauffage de l'eau est requis lorsque les résidents lavent leur vaisselle et prennent des bains. En outre, l'eau est partiellement chauffée à partir de l'air ambiant dans la citerne des toilettes. Toute la chaleur reçue par l'eau est évacuée dans le drain.
Disons qu'une famille dans une maison consomme 15 m3 d'eau par mois.La capacité thermique spécifique de l'eau est de 4,183 kJ / (kg × ° C). La densité de l'eau est de 1000 kg / m3. Disons qu'en moyenne l'eau entrant dans la maison est chauffée à + 30 ° C, c'est-à-dire différence de température 23 ° C
En conséquence, par mois, la perte de chaleur par l'égout sera:
1000 kg / m3 × 15 m3 × 23 ° C × 4,183 kJ / (kg × ° C) = 1443135 kJ
1443135 kJ = 400,87 kWh
Pendant 7 mois de la période de chauffage, les résidents versent à l'égout:
7 × 400,87 kWh = 2806,09 kWh
Le choix des radiateurs de chauffage
Traditionnellement, il est recommandé de choisir la puissance du radiateur de chauffage en fonction de la surface de la pièce chauffée, et avec une surestimation de 15 à 20% des besoins en puissance, au cas où.
À l'aide d'un exemple, considérons à quel point la méthode de choix d'un radiateur «10 m2 de surface - 1,2 kW» est correcte.
La puissance thermique des radiateurs dépend de la manière dont ils sont connectés, ce qui doit être pris en compte lors du calcul du système de chauffage
Données initiales: une pièce d'angle au premier niveau d'une maison à deux étages IZHS; la paroi extérieure est faite de briques en céramique à deux rangées; largeur de la pièce 3 m, longueur 4 m, hauteur sous plafond 3 m.
Selon un schéma de sélection simplifié, il est proposé de calculer la superficie de la pièce, on considère:
3 (largeur) 4 (longueur) = 12 m2
Ceux. la puissance requise du radiateur de chauffage avec un supplément de 20% est de 14,4 kW. Et maintenant, calculons les paramètres de puissance du radiateur de chauffage en fonction de la perte de chaleur de la pièce.
En effet, la surface de la pièce influe moins sur la perte d'énergie thermique que la surface de ses murs, un côté faisant face à l'extérieur du bâtiment (façade).
Par conséquent, nous considérerons la superficie des murs «rue» dans la pièce:
3 (largeur) 3 (hauteur) + 4 (longueur) 3 (hauteur) = 21 m2
Connaissant la surface des murs qui transmettent la chaleur "à la rue", nous calculerons la perte de chaleur à une différence entre les températures ambiante et extérieure de 30 ° (dans la maison +18 ° C, à l'extérieur -12 ° C), et immédiatement en kilowattheures:
0,91 21 30: 1 000 = 0,57 kW,
Où: 0,91 - résistance au transfert de chaleur m2 des murs de la pièce face à la rue; 21 - la superficie des murs «rue»; 30 - différence de température à l'intérieur et à l'extérieur de la maison; 1000 est le nombre de watts en kilowatts.
Selon les normes du bâtiment, les appareils de chauffage sont situés dans des endroits où la perte de chaleur est maximale. Par exemple, les radiateurs sont installés sous les ouvertures de fenêtres, les pistolets thermiques - au-dessus de l'entrée de la maison. Dans les pièces d'angle, les batteries sont installées sur des murs vierges exposés à l'effet maximal des vents.
Il s'avère que pour compenser les pertes de chaleur à travers les murs de façade de cette conception, à une différence de température de 30 ° dans la maison et dans la rue, un chauffage d'une capacité de 0,57 kWh est suffisant. Augmentons la puissance requise de 20, voire de 30% - nous obtenons 0,74 kWh.
Ainsi, les besoins réels en puissance de chauffage peuvent être nettement inférieurs aux 1,2 kW par mètre carré de système d'échange de surfaces au sol.
De plus, le calcul correct des capacités requises des radiateurs de chauffage réduira le volume de liquide de refroidissement dans le système de chauffage, ce qui réduira la charge sur la chaudière et les coûts de carburant.
Mesure de la chaleur pour le chauffage de l'air
Lors du calcul de la perte de chaleur d'un bâtiment, il est important de prendre en compte la quantité d'énergie thermique consommée par le système de chauffage pour chauffer l'air de ventilation. La part de cette énergie atteint 30% des pertes totales, il est donc inacceptable de l'ignorer. Vous pouvez calculer la perte de chaleur de ventilation à la maison grâce à la capacité thermique de l'air en utilisant la formule populaire du cours de physique:
Qair = cm (tв - tн). Dans celui-ci:
- Qair - chaleur consommée par le système de chauffage pour chauffer l'air soufflé, W;
- tв et tн - les mêmes que dans la première formule, ° С;
- m est le débit massique d'air entrant dans la maison depuis l'extérieur, en kg;
- c est la capacité calorifique du mélange d'air, égale à 0,28 W / (kg ° C).
Ici, toutes les valeurs sont connues, à l'exception du débit massique d'air pour la ventilation des locaux. Afin de ne pas compliquer votre tâche, vous devez accepter la condition selon laquelle l'air ambiant est renouvelé dans toute la maison une fois par heure.Ensuite, le débit d'air volumétrique peut être facilement calculé en ajoutant les volumes de toutes les pièces, puis vous devez le convertir en masse par densité. Étant donné que la densité du mélange d'air change en fonction de sa température, vous devez prendre une valeur appropriée du tableau:
| Température du mélange d'air, ºС | — 25 | — 20 | — 15 | — 10 | — 5 | 0 | + 5 | + 10 |
| Densité, kg / m3 | 1,422 | 1,394 | 1,367 | 1,341 | 1,316 | 1,290 | 1,269 | 1,247 |
Exemple. Il est nécessaire de calculer la perte de chaleur de ventilation du bâtiment, qui reçoit 500 m³ par heure avec une température de -25 ° C, à l'intérieur il est maintenu + 20 ° C. Tout d'abord, le débit massique est déterminé:
m = 500 x 1,422 = 711 kg / h
Chauffer une telle masse d'air à 45 ° C nécessitera une telle quantité de chaleur:
Qair = 0,28 x 711 x 45 = 8957 W, ce qui équivaut approximativement à 9 kW.
À la fin des calculs, les résultats des pertes de chaleur à travers les clôtures extérieures sont additionnés aux pertes de chaleur de ventilation, ce qui donne la charge thermique totale du système de chauffage du bâtiment.
Les méthodes de calcul présentées peuvent être simplifiées si les formules sont entrées dans le programme Excel sous la forme de tableaux avec des données, cela accélérera considérablement le calcul.
Formules de base
Pour obtenir un résultat plus ou moins précis, il est nécessaire d'effectuer des calculs selon toutes les règles, une méthode simplifiée (100 W de chaleur pour 1 m2 de surface) ne fonctionnera pas ici. La perte totale de chaleur par le bâtiment pendant la saison froide se compose de 2 parties:
- perte de chaleur par les structures enveloppantes;
- les pertes d'énergie utilisées pour chauffer l'air de ventilation.
La formule de base pour calculer la consommation d'énergie thermique à travers les clôtures extérieures est la suivante:
Q = 1 / R x (tv - tn) x S x (1+ ∑β). Ici:
- Q est la quantité de chaleur perdue par une structure d'un type, W;
- R - résistance thermique du matériau de construction, m² ° С / W;
- S est la surface de la clôture extérieure, m²;
- tv - température de l'air interne, ° С;
- tн - la température ambiante la plus basse, ° С;
- β - perte de chaleur supplémentaire, en fonction de l'orientation du bâtiment.
La résistance thermique des murs ou du toit d'un bâtiment est déterminée en fonction des propriétés du matériau dans lequel ils sont fabriqués et de l'épaisseur de la structure. Pour cela, la formule R = δ / λ est utilisée, où:
- λ - valeur de référence de la conductivité thermique du matériau de la paroi, W / (m ° C);
- δ est l'épaisseur de la couche de ce matériau, m.
Si le mur est construit avec 2 matériaux (par exemple, une brique avec isolation en laine minérale), la résistance thermique est calculée pour chacun d'eux et les résultats sont résumés. La température extérieure est sélectionnée à la fois en fonction des documents réglementaires et des observations personnelles, la température interne est sélectionnée au besoin. Les pertes de chaleur supplémentaires sont des coefficients déterminés par les normes:
- Lorsque le mur ou une partie du toit est tourné vers le nord, le nord-est ou le nord-ouest, alors β = 0,1.
- Si la structure fait face au sud-est ou à l'ouest, β = 0,05.
- β = 0 lorsque le garde-corps extérieur fait face au sud ou au sud-ouest.
