Calcul du système de chauffage d'une maison individuelle : règles et exemples de calcul

Le chauffage d'une maison individuelle est un élément nécessaire d'un logement confortable. Convenez que l'aménagement du système de chauffage doit être abordé avec attention, car les erreurs coûteraient cher. Mais vous n'avez jamais effectué de tels calculs et vous ne savez pas comment les réaliser correctement ?

Nous vous aiderons – dans notre article, nous examinerons en détail comment est effectué le calcul du système de chauffage d'une maison individuelle pour compenser efficacement les pertes de chaleur pendant les mois d'hiver.

Nous fournirons des exemples concrets, en complétant le contenu de l'article avec des photos illustratives et des conseils vidéo utiles, ainsi que des tableaux à jour avec des indicateurs et des coefficients nécessaires aux calculs.

Pertes de chaleur d'une maison individuelle

Le bâtiment perd de la chaleur en raison de la différence de température entre l'air intérieur et l'extérieur de la maison. Les déperditions de chaleur sont d'autant plus élevées que la superficie des structures enveloppantes du bâtiment (fenêtres, toiture, murs, fondations) est importante.

De plus, les pertes d'énergie thermique sont liées aux matériaux des structures enveloppantes et à leurs dimensions. Par exemple, les pertes de chaleur des murs minces sont plus importantes que celles des murs épais.

Un calcul de chauffage efficace pour une maison individuelle prend nécessairement en compte les matériaux utilisés dans la construction des structures enveloppantes.

Par exemple, à épaisseur égale, un mur en bois et un mur en brique conduisent la chaleur avec une intensité différente – les pertes de chaleur à travers les structures en bois sont plus lentes. Certains matériaux laissent mieux passer la chaleur (métal, brique, béton), d'autres moins bien (bois, laine minérale, polystyrène expansé).

L'atmosphère à l'intérieur d'un bâtiment résidentiel est indirectement liée à l'air extérieur. Les murs, les baies vitrées et les portes, le toit et les fondations transmettent en hiver la chaleur de la maison vers l'extérieur, en apportant du froid en retour. Ils représentent 70 à 90 % des pertes thermiques totales du cottage.

Murs, toit, fenêtres et portes – tout laisse échapper la chaleur en hiver. Une caméra thermique montrera visuellement les fuites de chaleur.

Une fuite constante d'énergie thermique pendant la saison de chauffage se produit également par la ventilation et les égouts.

Lors du calcul des pertes de chaleur d'une construction de logements individuels, ces données ne sont généralement pas prises en compte. Mais inclure les pertes de chaleur par les systèmes d'égouts et de ventilation dans le calcul thermique global de la maison reste une décision correcte.

Un système d'isolation thermique bien conçu peut réduire considérablement les fuites de chaleur à travers les structures de construction, les ouvertures de portes et de fenêtres.

Il est impossible d'effectuer le calcul d'un circuit de chauffage autonome pour une maison de campagne sans évaluer les pertes de chaleur de ses structures enveloppantes. Plus précisément, il ne sera pas possible de déterminer la puissance de la chaudière de chauffage suffisante pour chauffer le cottage lors des gelées les plus sévères.

L'analyse de la consommation réelle d'énergie thermique à travers les murs permettra de comparer les coûts de l'équipement de chaudière et du carburant avec les dépenses liées à l'isolation thermique des structures enveloppantes.

En effet, plus la maison est économe en énergie, c'est-à-dire moins elle perd d'énergie thermique pendant les mois d'hiver, plus les dépenses d'achat de combustible sont faibles.

Pour un calcul judicieux du système de chauffage, il faudra le coefficient de conductivité thermique des matériaux de construction courants.

Tableau des valeurs du coefficient de conductivité thermique de divers matériaux de construction les plus couramment utilisés dans la construction

Calcul des pertes de chaleur à travers les murs

À l'exemple d'un cottage hypothétique à deux étages, calculons les pertes de chaleur à travers ses structures murales.

Données initiales :

• boîte carrée « corps » avec des murs de façade de 12 m de large et 7 m de haut ;
• 16 ouvertures dans les murs, chacune d'une superficie de 2,5 m² ;
• matériau des murs de façade – brique céramique pleine;
• épaisseur du mur – 2 briques.

Ensuite, nous allons calculer un groupe d'indicateurs qui constituent la valeur totale des pertes de chaleur à travers les murs.

Indice de résistance thermique

Pour déterminer l'indice de résistance thermique d'un mur de façade, il faut diviser l'épaisseur du matériau du mur par son coefficient de conductivité thermique.

Pour une série de matériaux de construction, les données sur le coefficient de conductivité thermique sont présentées dans les images ci-dessus et ci-dessous.

Pour des calculs précis, vous aurez besoin du coefficient de conductivité thermique des matériaux d'isolation thermique indiqués dans le tableau et utilisés dans la construction.

Notre mur conditionnel est construit en brique céramique pleine, dont le coefficient de conductivité thermique est de 0,56 W/m·^°C. Son épaisseur, compte tenu de la maçonnerie au mortier ciment-sable, est de 0,51 m. En divisant l'épaisseur du mur par le coefficient de conductivité thermique de la brique, nous obtenons la résistance thermique du mur :

0,51 : 0,56 = 0,91 W/m^2×°C

Nous arrondissons le résultat de la division à deux décimales ; il n'est pas nécessaire d'avoir des données plus précises sur la résistance thermique.

Surface des murs extérieurs

Comme l'exemple choisi est un bâtiment carré, la surface de ses murs est déterminée en multipliant la largeur par la hauteur d'un mur, puis par le nombre de murs extérieurs :

12 · 7 · 4 = 336 m²

Nous connaissons donc la surface des murs de façade. Mais qu'en est-il des ouvertures de fenêtres et de portes, qui occupent ensemble 40 m² (2,5·16=40 m²) du mur de façade ? Faut-il les prendre en compte ?

En effet, comment calculer correctement le chauffage autonome dans une maison en bois sans tenir compte de la résistance thermique des fenêtres et des portes.

Coefficient de conductivité thermique des matériaux d'isolation thermique utilisés pour l'isolation des murs porteurs

S'il est nécessaire de calculer les pertes de chaleur d'un bâtiment de grande surface ou d'une maison chaude (écoénergétique) – oui, prendre en compte les coefficients de transfert thermique des cadres de fenêtres et des portes d'entrée dans le calcul sera correct.

Cependant, pour les constructions de faible hauteur de logements individuels (IJS), réalisées avec des matériaux traditionnels, il est permis de négliger les ouvertures de portes et de fenêtres. C'est-à-dire de ne pas soustraire leur surface de la surface totale des murs de façade.

Pertes de chaleur totales des murs

Nous déterminons les pertes de chaleur d'un mètre carré du mur pour une différence de température de l'air à l'intérieur et à l'extérieur de la maison d'un degré.

Pour cela, nous divisons l'unité par la résistance thermique du mur, calculée précédemment :

1 : 0,91 = 1,09 W/m²·^°C

Connaissant les pertes de chaleur par mètre carré du périmètre des murs extérieurs, on peut déterminer les pertes de chaleur pour des températures extérieures spécifiques.

Par exemple, si la température dans les pièces du chalet est de +20 ^°C et qu'à l'extérieur elle est de -17 ^°C, la différence de température sera de 20+17=37 ^°C. Dans cette situation, les pertes de chaleur totales des murs de notre maison hypothétique seront :

0,91 · 336 · 37 = 11313 W,

Où : 0,91 – résistance thermique d'un mètre carré de mur ; 336 – surface des murs de façade ; 37 – différence de température entre l'air intérieur et l'air extérieur.

Coefficient de conductivité thermique des matériaux d'isolation utilisés pour l'isolation du sol/des murs, pour la réalisation d'une chape sèche et le nivellement des murs

Recalculons la valeur obtenue des pertes de chaleur en kilowattheures, ils sont plus pratiques pour la compréhension et les calculs ultérieurs de la puissance du système de chauffage.

Pertes de chaleur des murs en kilowattheures

Tout d'abord, déterminons combien d'énergie thermique traversera les murs en une heure avec une différence de température de 37 ^°C.

Rappelons que le calcul est effectué pour une maison avec des caractéristiques de construction choisies arbitrairement pour des calculs de démonstration :

11313 · 1 : 1000 = 11,313 kWh,

Où : 11313 – valeur des pertes de chaleur obtenue précédemment ; 1 – heure ; 1000 – nombre de watts dans un kilowatt.

Coefficient de conductivité thermique des matériaux de construction utilisés pour l'isolation des murs et des planchers

Pour calculer les pertes de chaleur par jour, multiplions la valeur des pertes de chaleur par heure par 24 heures :

11,313 · 24 = 271,512 kWh

Pour illustrer, déterminons les pertes d'énergie thermique pour une saison de chauffage complète :

7 · 30 · 271,512 = 57017,52 kWh,

Où : 7 – nombre de mois dans la saison de chauffage ; 30 – nombre de jours dans un mois ; 271,512 – pertes de chaleur quotidiennes des murs.

Ainsi, les pertes de chaleur calculées de la maison avec les caractéristiques des structures enveloppantes choisies ci-dessus s'élèveront à 57017,52 kWh pour sept mois de saison de chauffage.

Prise en compte de l'influence de la ventilation d'une maison individuelle

Le calcul des pertes de chaleur par ventilation pendant la saison de chauffage sera effectué à titre d'exemple pour un chalet hypothétique de forme carrée, avec un mur de 12 mètres de largeur et 7 mètres de hauteur.

Sans tenir compte des meubles et des murs intérieurs, le volume d'air intérieur de ce bâtiment sera :

12 · 12 · 7 = 1008 m³

À une température de l'air de +20 ^°C (norme en saison de chauffage), sa masse volumique est de 1,2047 kg/m³, et la capacité thermique spécifique est de 1,005 kJ/(kg·^°C).

Calculons la masse d'air dans la maison :

1008 · 1,2047 = 1214,34 kg,

Où : 1008 – volume d'air intérieur ; 1,2047 – masse volumique de l'air à t +20 ^°C.

Tableau des valeurs du coefficient de conductivité thermique des matériaux qui peuvent être nécessaires lors de calculs précis

Supposons un renouvellement quintuple du volume d'air dans les pièces de la maison. Notons que le besoin précis en volume d'air frais dépend du nombre d'habitants du cottage.

Avec une différence de température moyenne entre la maison et l'extérieur pendant la saison de chauffage de 27 ^oC (20 ^oC à l'intérieur, -7 ^oC à l'extérieur), il faudra par jour pour chauffer l'air froid entrant l'énergie thermique suivante :

5 · 27 · 1214,34 · 1,005 = 164755,58 kJ,

Où : 5 – nombre de renouvellements d'air dans les pièces ; 27 – différence de température entre l'air intérieur et extérieur ; 1214,34 – densité de l'air à t +20 ^oC ; 1,005 – capacité thermique spécifique de l'air.

Convertissons les kilojoules en kilowattheures en divisant la valeur par le nombre de kilojoules dans un kilowattheure (3600) :

164755,58 : 3600 = 45,76 kWh

Après avoir déterminé les dépenses d'énergie thermique pour chauffer l'air de la maison avec un renouvellement quintuple par ventilation mécanique, on peut calculer les pertes de chaleur « aériennes » pour une saison de chauffage de sept mois :

7 · 30 · 45,76 = 9609,6 kWh,

Où : 7 – nombre de mois « chauffés » ; 30 – nombre moyen de jours dans un mois ; 45,76 – dépenses journalières d'énergie thermique pour chauffer l'air entrant.

Les dépenses énergétiques de ventilation (infiltration) sont inévitables car le renouvellement de l'air dans les pièces du cottage est vital.

Les besoins de chauffage de l'air renouvelé dans la maison doivent être calculés, additionnés aux pertes de chaleur à travers les structures enveloppantes et pris en compte lors du choix de la chaudière de chauffage. Il existe un autre type de dépenses d'énergie thermique, le dernier : les pertes de chaleur par les égouts.

Coûts énergétiques pour la préparation de l'ECS

Si pendant les mois chauds l'eau froide arrive du robinet dans le cottage, pendant la saison de chauffage elle est glaciale, avec une température ne dépassant pas +5 ^oC. Le bain, la vaisselle et le linge sont impossibles sans chauffer l'eau.

L'eau remplissant le réservoir des toilettes entre en contact avec l'atmosphère intérieure à travers les parois, en absorbant un peu de chaleur. Que devient l'eau chauffée par la combustion de combustible non gratuit et utilisée pour les besoins domestiques ? Elle est évacuée dans les égouts.

Chaudière à double circuit avec ballon d'eau chaude à chauffage indirect, utilisée à la fois pour chauffer le fluide caloporteur et pour fournir de l'eau chaude au circuit conçu à cet effet

Prenons un exemple. Une famille de trois personnes, supposons, consomme 17 m³ d'eau par mois. 1000 kg/m³ – la densité de l'eau, et 4,183 kJ/kg·^oC – sa capacité thermique spécifique.

Que la température moyenne de l'eau chauffée pour les besoins domestiques soit de +40 ^°C. Par conséquent, la différence de température moyenne entre l'eau froide entrant dans la maison (+5 ^°C) et l'eau chauffée dans le chauffe-eau (+30 ^°C) est de 25 ^°C.

Pour calculer les pertes de chaleur des eaux usées, nous considérons :

17 · 1000 · 25 · 4,183 = 1777775 kJ,

Où : 17 – volume mensuel de consommation d'eau ; 1000 – densité de l'eau ; 25 – différence de température entre l'eau froide et l'eau chauffée ; 4,183 – capacité thermique spécifique de l'eau ;

Pour convertir les kilojoules en kilowattheures plus compréhensibles :

1777775 : 3600 = 493,82 kWh

Ainsi, sur une période de sept mois de la saison de chauffage, l'énergie thermique évacuée dans les eaux usées est de :

493,82 · 7 = 3456,74 kWh

La consommation d'énergie thermique pour chauffer l'eau à des fins hygiéniques est faible par rapport aux pertes de chaleur à travers les murs et la ventilation. Mais ce sont aussi des dépenses énergétiques qui sollicitent la chaudière ou le chauffe-eau et entraînent une consommation de combustible.

Calcul de la puissance de la chaudière de chauffage

La chaudière dans le système de chauffage est destinée à compenser les pertes de chaleur du bâtiment. De plus, dans le cas d'un système à double circuit ou lors de l'équipement de la chaudière d'un ballon de chauffage indirect, elle sert à chauffer l'eau pour les besoins hygiéniques.

Après avoir calculé les pertes de chaleur quotidiennes et la consommation d'eau chaude « pour les eaux usées », il est possible de déterminer avec précision la puissance nécessaire de la chaudière pour une maison d'une certaine superficie et des caractéristiques des structures enveloppantes.

Une chaudière à circuit unique ne produit que le chauffage du fluide caloporteur pour le système de chauffage.

Pour déterminer la puissance de la chaudière de chauffage, il est nécessaire de calculer les pertes d'énergie thermique de la maison à travers les murs de façade et pour le chauffage de l'air renouvelé des pièces intérieures.

Des données sur les pertes de chaleur en kilowattheures par jour sont nécessaires – dans le cas d'une maison type calculée à titre d'exemple, cela représente :

271,512 + 45,76 = 317,272 kWh,

Où : 271,512 – pertes de chaleur quotidiennes à travers les murs extérieurs ; 45,76 – pertes de chaleur quotidiennes pour le chauffage de l'air soufflé.

Par conséquent, la puissance de chauffage nécessaire de la chaudière sera :

317,272 : 24 (heures) = 13,22 kW

Cependant, une telle chaudière serait soumise à une charge constamment élevée, réduisant sa durée de vie. Et lors des jours particulièrement froids, la puissance calculée de la chaudière serait insuffisante, car en cas de forte différence de température entre l'atmosphère intérieure et extérieure, les pertes de chaleur du bâtiment augmentent considérablement.

Par conséquent, il ne vaut pas la peine de choisir la chaudière sur la base d'un calcul moyen des coûts d'énergie thermique – elle pourrait ne pas résister aux fortes gelées.

Il serait rationnel d'augmenter la puissance requise de l'équipement de la chaudière de 20 % :

13,22 · 0,2 + 13,22 = 15,86 kW

Pour calculer la puissance requise du deuxième circuit de la chaudière, qui chauffe l'eau pour la vaisselle, le bain, etc., vous devez diviser la consommation mensuelle de chaleur des pertes de chaleur « d'égout » par le nombre de jours dans le mois et par 24 heures :

493,82 : 30 : 24 = 0,68 kW

D'après les résultats des calculs, la puissance optimale de la chaudière pour le cottage exemple est de 15,86 kW pour le circuit de chauffage et de 0,68 kW pour le circuit de production d'eau chaude.

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, avec une majoration de 15 à 20 % des besoins en puissance par précaution.

Prenons un exemple pour voir dans quelle mesure la méthode de sélection du radiateur « 10 m² de surface – 1,2 kW » est correcte.

La puissance thermique des radiateurs dépend de leur mode de raccordement, ce qui doit être pris en compte lors des calculs du système de chauffage.

Données initiales : une pièce d'angle au premier niveau d'une maison individuelle de deux étages ; mur extérieur en maçonnerie double de brique céramique ; largeur de la pièce 3 m, longueur 4 m, hauteur sous plafond 3 m.

Selon le schéma simplifié de sélection, il est proposé de calculer la surface de la pièce, nous calculons :

3 (largeur) · 4 (longueur) = 12 m²

C'est-à-dire que la puissance nécessaire du radiateur de chauffage avec une majoration de 20 % est de 14,4 kW. Et maintenant, calculons les paramètres de puissance du radiateur de chauffage sur la base des pertes de chaleur de la pièce.

En réalité, la surface de la pièce influence les pertes d'énergie thermique moins que la surface de ses murs donnant sur l'extérieur du bâtiment (les murs de façade).

Par conséquent, nous allons calculer la surface des murs « extérieurs » présents dans la pièce :

3 (largeur) · 3 (hauteur) + 4 (longueur) · 3 (hauteur) = 21 m²

Connaissant la surface des murs qui transmettent la chaleur « vers l'extérieur », calculons les pertes de chaleur pour une différence de température intérieure et extérieure de 30^° (dans la maison +18 ^°C, dehors -12 ^°C), et ce directement en kilowattheures :

0,91 · 21 · 30 : 1000 = 0,57 kW,

Où : 0,91 – résistance thermique des m² des murs de la pièce donnant « sur l'extérieur » ; 21 – surface des murs « extérieurs » ; 30 – différence de température à l'intérieur et à l'extérieur de la maison ; 1000 – nombre de watts dans un kilowatt.

Selon les normes de construction, les appareils de chauffage sont placés dans les zones de pertes de chaleur maximales. Par exemple, les radiateurs sont installés sous les ouvertures de fenêtres, les canons à chaleur – au-dessus de l'entrée de la maison. Dans les pièces d'angle, les radiateurs sont installés sur les murs aveugles, soumis à l'impact maximal des vents.

Il s'avère que pour compenser les pertes de chaleur à travers les murs de façade de cette construction, avec une différence de température de 30^° entre la maison et l'extérieur, un chauffage d'une puissance de 0,57 kWh est suffisant. Augmentons la puissance nécessaire de 20, voire 30 % – nous obtenons 0,74 kWh.

Ainsi, les besoins réels en puissance de chauffage peuvent être bien inférieurs au schéma commercial « 1,2 kW par mètre carré de surface de la pièce ».

De plus, un calcul correct des puissances nécessaires des radiateurs de chauffage permettra de réduire le volume de fluide caloporteur dans le système de chauffage, ce qui diminuera la charge sur la chaudière et les coûts de combustible.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Où va la chaleur de la maison ? Une vidéo explicative apporte les réponses :

La vidéo présente la méthode de calcul des pertes de chaleur de la maison via les structures d'enveloppe. En connaissant les pertes de chaleur, il sera possible de calculer avec précision les puissances du système de chauffage :

Voir ci-dessous une vidéo détaillée sur les principes de sélection des caractéristiques de puissance de la chaudière de chauffage :

La production de chaleur devient chaque année plus chère – les prix du combustible augmentent. Et la chaleur manque constamment. On ne peut pas se montrer indifférent aux dépenses énergétiques du cottage – c'est totalement désavantageux.

D'un côté, chaque nouvelle saison de chauffage coûte de plus en plus cher au propriétaire. De l'autre côté, l'isolation des murs, des fondations et de la toiture d'une maison de campagne coûte cher. Cependant, moins il y a de chaleur qui s'échappe du bâtiment, moins il coûtera cher à chauffer.

La conservation de la chaleur dans les pièces de la maison est la tâche principale du système de chauffage pendant les mois d'hiver. Le choix de la puissance de la chaudière de chauffage dépend de l'état de la maison et de la qualité de l'isolation de ses structures d'enveloppe. Le principe « kilowatt pour 10 mètres carrés de surface » fonctionne pour un cottage dont l'état des façades, de la toiture et des fondations est moyen.

Avez-vous calculé vous-même le système de chauffage de votre maison ? Ou avez-vous remarqué une incohérence dans les calculs présentés dans l'article ? Partagez votre expérience pratique ou vos connaissances théoriques en laissant un commentaire dans le bloc situé sous cet article.