Comment calculer la puissance d'une chaudière à gaz de chauffage : formules et exemple de calcul

Avant de concevoir un système de chauffage et d'installer un équipement de chauffage, il est important de choisir une chaudière à gaz capable de générer la quantité de chaleur nécessaire pour la pièce.  Il est donc important de choisir un appareil dont la puissance permet une performance maximale et la longévité – grande.

Nous allons vous expliquer comment calculer la puissance d'une chaudière à gaz avec une grande précision et en tenant compte de certains paramètres. Dans notre article, tous les types de pertes de chaleur à travers les ouvertures et les structures de construction sont décrits en détail, et les formules pour les calculer sont fournies. Un exemple concret vous familiarisera avec les particularités de la réalisation des calculs.

Erreurs typiques lors du choix d'une chaudière

Un calcul correct de la puissance d'une chaudière à gaz permettra non seulement d'économiser sur les matériaux consommables, mais aussi d'augmenter l'efficacité de l'appareil. Un équipement dont la puissance calorifique dépasse les besoins réels en chaleur fonctionnera de manière inefficace, tandis qu'un appareil insuffisamment puissant ne pourra pas chauffer la pièce correctement.

Il existe des équipements automatisés modernes qui régulent eux-mêmes l'alimentation en gaz, ce qui évite des dépenses inutiles. Mais si une telle chaudière fonctionne à la limite de ses capacités, sa durée de vie est réduite.

En conséquence, le rendement de l'équipement diminue, les pièces s'usent plus rapidement et de la condensation se forme. Il devient donc nécessaire de calculer la puissance optimale.

On croit souvent que la puissance de la chaudière dépend uniquement de la surface de la pièce et que pour tout logement, le calcul optimal est de 100 W par m². Ainsi, pour choisir la puissance de la chaudière, par exemple pour une maison de 100 m², il faudrait un équipement produisant 100*10 = 10 000 W, soit 10 kW.

Ces calculs sont fondamentalement erronés en raison de l'apparition de nouveaux matériaux de finition et d'isolants améliorés, qui réduisent la nécessité d'acquérir un équipement de grande puissance.

La puissance de la chaudière à gaz est choisie en tenant compte des caractéristiques individuelles du logement. Un équipement correctement sélectionné fonctionnera de manière optimale avec une consommation de combustible minimale.

Le calcul de la puissance d'une chaudière à gaz de chauffage peut être effectué de deux manières : manuellement ou à l'aide du programme spécial Valtec, qui est destiné à des calculs professionnels de haute précision.

La puissance nécessaire de l'équipement dépend directement des déperditions thermiques du local. En connaissant l'indice de déperdition thermique, on peut calculer la puissance de la chaudière à gaz ou de tout autre appareil de chauffage.

Qu'est-ce que les pertes de chaleur d'une pièce ?

Tout local présente certaines déperditions thermiques. La chaleur s'échappe par les murs, les fenêtres, les sols, les portes, le plafond ; la tâche de la chaudière à gaz est donc de compenser la quantité de chaleur perdue et d'assurer une température donnée dans le local. Pour cela, une certaine puissance thermique est nécessaire.

Il a été établi expérimentalement que la plus grande quantité de chaleur s'échappe par les murs (jusqu'à 70 %). Jusqu'à 30 % de l'énergie thermique peut sortir par le toit et les fenêtres, et jusqu'à 40 % par le système de ventilation. Les déperditions thermiques les plus faibles concernent les portes (jusqu'à 6 %) et le sol (jusqu'à 15 %).

Les facteurs suivants influencent les déperditions thermiques de la maison.

• Emplacement de la maison. Chaque ville a ses particularités climatiques. Dans les calculs des pertes de chaleur, il est nécessaire de prendre en compte la température négative critique caractéristique de la région, ainsi que la température moyenne et la durée de la saison de chauffage (pour des calculs précis à l'aide d'un programme).
• Orientation des murs par rapport aux points cardinaux. On sait que la rose des vents se trouve au nord, donc les pertes de chaleur du mur situé dans cette zone seront les plus importantes. En hiver, un vent froid souffle avec force de l'ouest, du nord et de l'est, donc les pertes de chaleur de ces murs seront plus élevées.
• Surface de la pièce chauffée. La quantité de chaleur perdue dépend des dimensions de la pièce, de la surface des murs, des plafonds, des fenêtres et des portes.
• Thermique des structures de construction. Tout matériau a son propre coefficient de résistance thermique et coefficient de transfert thermique – la capacité à laisser passer une certaine quantité de chaleur. Pour les connaître, il est nécessaire d'utiliser des données tabulaires et d'appliquer certaines formules. Les informations sur la composition des murs, plafonds, sols et leur épaisseur peuvent être trouvées dans le plan technique du logement.
• Ouvertures de fenêtres et de portes. Taille, modification de la porte et des fenêtres à double vitrage. Plus la surface des ouvertures de fenêtres et de portes est grande, plus les pertes de chaleur sont élevées. Il est important de prendre en compte les caractéristiques des portes et des fenêtres à double vitrage installées lors des calculs.
• Prise en compte de la ventilation. La ventilation existe toujours dans la maison, indépendamment de la présence d'une hotte artificielle. Par les fenêtres ouvertes, la pièce est aérée; le mouvement de l'air est créé lors de la fermeture et de l'ouverture des portes d'entrée, des déplacements de personnes d'une pièce à l'autre, ce qui favorise la sortie de l'air chaud de la pièce, sa circulation.

En connaissant les paramètres susmentionnés, on peut non seulement calculer les pertes thermiques de la maison et déterminer la puissance de la chaudière, mais aussi identifier les endroits nécessitant une isolation supplémentaire.

Formules pour le calcul des pertes de chaleur

Ces formules peuvent être utilisées pour calculer les pertes de chaleur non seulement d'une maison individuelle, mais aussi d'un appartement. Avant de commencer les calculs, il est nécessaire de dessiner le plan de la pièce, de noter l'orientation des murs par rapport aux points cardinaux, d'indiquer les fenêtres, les ouvertures de portes, et de calculer les dimensions de chaque mur, des fenêtres et des portes.

Pour déterminer les pertes de chaleur, il est nécessaire de connaître la structure du mur ainsi que l'épaisseur des matériaux utilisés. Dans les calculs, la maçonnerie et les isolants sont pris en compte.

Pour calculer les pertes de chaleur, deux formules sont utilisées – la première permet de déterminer la valeur de la résistance thermique des structures enveloppantes, la seconde les pertes de chaleur.

Pour déterminer la résistance thermique, on utilise l'expression :

R = B/K

Ici :

• R – valeur de la résistance thermique des structures enveloppantes, mesurée en (m²*K)/W.
• K – coefficient de conductivité thermique du matériau de la structure enveloppante, mesuré en W/(m·K).
• B – l'épaisseur du matériau, exprimée en mètres.

Le coefficient de conductivité thermique K est un paramètre tabulaire, l'épaisseur B provient du plan technique de la maison.

Le coefficient de conductivité thermique est une valeur tabulaire, il dépend de la densité et de la composition du matériau, peut différer de la valeur tabulaire, il est donc important de consulter la documentation technique du matériau (+)

On utilise également la formule de base pour le calcul des déperditions de chaleur :

Q = L × S × dT/R

Dans l'expression :

• Q – les déperditions de chaleur, mesurées en W.
• S – la surface des structures enveloppantes (murs, planchers, plafonds).
• dT – la différence entre la température intérieure souhaitée et la température extérieure, mesurée et exprimée en °C.
• R – la valeur de la résistance thermique de la structure, m²·°C/W, qui se calcule selon la formule ci-dessus.
• L – coefficient dépendant de l'orientation des murs par rapport aux points cardinaux.

Avec les informations nécessaires à portée de main, il est possible de calculer manuellement les déperditions de chaleur d'un bâtiment donné.

Exemple de calcul des pertes de chaleur

À titre d'exemple, calculons les déperditions de chaleur d'une maison possédant les caractéristiques spécifiées.

La figure montre le plan de la maison pour laquelle nous allons calculer les déperditions de chaleur. Lors de l'élaboration d'un plan individuel, il est important de déterminer correctement l'orientation des murs par rapport aux points cardinaux, de calculer la hauteur, la largeur et la longueur de la structure, et de noter l'emplacement des ouvertures de fenêtres et de portes, ainsi que leurs dimensions (+)

D'après le plan, la largeur de la structure est de 10 m, la longueur – 12 m, la hauteur des plafonds – 2,7 m, les murs sont orientés au nord, au sud, à l'est et à l'ouest. Dans le mur ouest, 3 fenêtres sont intégrées, deux d'entre elles ont des dimensions de 1,5×1,7 m, une – 0,6×0,3 m.

Lors du calcul de la toiture, la couche d'isolant, le matériau de finition et le matériau de couverture sont pris en compte. Les films pare-vapeur et d'étanchéité, qui n'affectent pas l'isolation thermique, ne sont pas pris en considération.

Dans le mur sud, une porte de dimensions 1,3×2 m est installée, ainsi qu'une petite fenêtre de 0,5×0,3 m. Du côté est, se trouvent deux fenêtres de 2,1×1,5 m et une de 1,5×1,7 m.

Les murs sont constitués de trois couches :

• revêtement mural en panneaux de fibres (isorel) à l'extérieur et à l'intérieur – 1,2 cm chacun, coefficient – 0,05.
• laine de verre située entre les murs, d'une épaisseur de 10 cm et d'un coefficient de 0,043.

La résistance thermique de chaque mur est calculée séparément, car l'emplacement de la structure par rapport aux points cardinaux, le nombre et la superficie des ouvertures sont pris en compte. Les résultats des calculs pour les murs sont additionnés.

Le sol est multicouche, réalisé sur toute la surface selon une seule technique, et comprend :

• une planche rainurée et languetée découpée, son épaisseur est de 3,2 cm, coefficient de conductivité thermique – 0,15.
• une couche de nivellement à sec en DSP d'une épaisseur de 10 cm et d'un coefficient de 0,15.
• l'isolant – de la laine minérale d'une épaisseur de 5 cm, coefficient 0,039.

Supposons que le sol ne possède pas de trappes vers le sous-sol ni d'ouvertures similaires qui dégraderaient ses performances thermiques. Par conséquent, le calcul est effectué pour la superficie de toutes les pièces selon une formule unique.

Les plafonds sont réalisés en :

• panneaux de bois de 4 cm avec un coefficient de 0,15.
• laine minérale de 15 cm, son coefficient – 0,039.
• une couche pare-vapeur et d'étanchéité.

Supposons que le plafond n'ait pas non plus d'accès au grenier au-dessus d'une pièce d'habitation ou de service.

La maison se situe dans l'oblast de Briansk, dans la ville de Briansk, où la température négative critique est de -26 degrés. Par expérience, il a été établi que la température du sol est de +8 degrés. La température souhaitée dans la pièce est de +22 degrés.

Calcul des pertes thermiques des murs

Pour trouver la résistance thermique totale d'un mur, il faut d'abord calculer la résistance thermique de chaque couche.

La couche de laine de verre a une épaisseur de 10 cm. Il faut convertir cette valeur en mètres, soit :

B = 10 × 0.01 = 0.1

Nous avons obtenu la valeur B=0,1. Le coefficient de conductivité thermique de l'isolant est de 0,043. En substituant les données dans la formule de résistance thermique, on obtient :

R_verre=0.1/0.043=2.32

Par un exemple similaire, calculons la résistance thermique de l'Isoplat :

R_Isoplat=0.012/0.05=0.24

La résistance thermique totale du mur sera égale à la somme des résistances thermiques de chaque couche, en tenant compte du fait que nous avons deux couches de DVP.

R=R_verre+2×R_Isoplat=2.32+2×0.24=2.8

Après avoir déterminé la résistance thermique totale du mur, on peut trouver les pertes thermiques. Pour chaque mur, elles sont calculées séparément. Calculons Q pour le mur nord.

Les coefficients supplémentaires permettent de prendre en compte dans les calculs les particularités des pertes thermiques des murs situés dans différentes orientations.

D'après le plan, le mur nord n'a pas d'ouvertures de fenêtres, sa longueur est de 10 m, sa hauteur de 2,7 m. La surface S du mur se calcule alors par la formule :

S_nord=10×2.7=27

Calculons le paramètre dT. On sait que la température critique de l'environnement pour Briansk est de -26 degrés, et la température souhaitée dans la pièce est de +22 degrés. Alors

dT=22-(-26)=48

Pour le côté nord, on prend en compte le coefficient supplémentaire L=1,1.

Le tableau présente les coefficients de conductivité thermique de certains matériaux utilisés pour la construction des murs. Comme vous pouvez le constater, la laine minérale laisse passer une quantité minimale de chaleur, le béton armé – une quantité maximale.

Après avoir effectué des calculs préliminaires, vous pouvez utiliser la formule pour calculer les pertes de chaleur :

Q_mur.nord=27×48×1,1/2,8=509 (W)

Calculons les pertes de chaleur pour le mur ouest. D'après les données, celui-ci comporte 3 fenêtres, deux d'entre elles ont des dimensions de 1,5 x 1,7 m et une – 0,6 x 0,3 m. Calculons la superficie.

S_mur.ouest1=12×2,7=32,4.

De la superficie totale du mur ouest, il faut exclure la superficie des fenêtres, car leurs pertes de chaleur seront différentes. Pour cela, il faut calculer la superficie.

S_fen1=1,5×1,7=2,55

S_fen2=0,6×0,4=0,24

Pour les calculs des pertes de chaleur, nous utiliserons la superficie du mur sans tenir compte de la superficie des fenêtres, soit :

S_mur.ouest=32,4-2,55×2-0,24=25,6

Pour le côté ouest, le coefficient supplémentaire est de 1,05. Nous substituons les données obtenues dans la formule principale de calcul des pertes de chaleur.

Q_mur.ouest=25,6×1,05×48/2,8=461.

Nous effectuons des calculs similaires pour le côté est. Ici se trouvent 3 fenêtres, l'une a des dimensions de 1,5 x 1,7 m, les deux autres – 2,1 x 1,5 m. Calculons leur superficie.

S_fen3=1,5×1,7=2,55

S_fen4=2,1×1,5=3,15

La superficie du mur est est :

S_mur.est1=12×2,7=32,4

De la superficie totale du mur, nous soustrayons les valeurs de superficie des fenêtres :

S_mur.est=32,4-2,55-2×3,15=23,55

Le coefficient supplémentaire pour le mur est est de 1,05. En nous basant sur les données, nous calculons les pertes de chaleur du mur est.

Q_mur.est=1,05×23,55×48/2,8=424

Sur le mur sud se trouvent une porte de dimensions 1,3 x 2 m et une fenêtre de 0,5 x 0,3 m. Calculons leur superficie.

S_fen5=0,5×0,3=0,15

S_porte=1,3×2=2,6

La superficie du mur sud sera :

S_mur.sud1=10×2,7=27

Nous déterminons la superficie du mur sans tenir compte des fenêtres et des portes.

S_mur.sud=27-2,6-0,15=24,25

Nous calculons les pertes de chaleur du mur sud en tenant compte du coefficient L=1.

Q_mur.sud=1×24,25×48/2,80=416

Après avoir déterminé les pertes de chaleur de chaque mur, vous pouvez trouver leurs pertes thermiques totales avec la formule :

Q_murs=Q_mur.sud+Q_mur.est+Q_mur.ouest+Q_mur.nord

En substituant les valeurs, nous obtenons :

Q_murs=509+461+424+416=1810 W

Au total, les pertes de chaleur des murs s'élèvent à 1810 W par heure.

Calcul des pertes de chaleur des fenêtres

Au total, la maison compte 7 fenêtres, trois d'entre elles ont des dimensions de 1,5×1,7 m, deux – 2,1×1,5 m, une – 0,6×0,3 m et une autre – 0,5×0,3 m.

Les fenêtres de dimensions 1,5×1,7 m sont en profilé PVC à double vitrage avec verre I. D'après la documentation technique, leur R=0,53. Les fenêtres de dimensions 2,1×1,5 m sont à double vitrage avec argon et verre I, avec une résistance thermique R=0,75, les fenêtres de 0,6×0,3 m et 0,5×0,3 m ont R=0,53.

La superficie des fenêtres a été calculée ci-dessus.

S_fen1=1,5×1,7=2,55

S_fen2=0,6×0,4=0,24

S_fen3=2,1×1,5=3,15

S_fen4=0,5×0,3=0,15

Il est également important de prendre en compte l'orientation des fenêtres par rapport aux points cardinaux.

Généralement, il n'est pas nécessaire de calculer la résistance thermique des fenêtres, ce paramètre est indiqué dans la documentation technique du produit.

Calculons les pertes thermiques des fenêtres ouest, en tenant compte du coefficient L=1,05. Sur ce côté se trouvent 2 fenêtres de dimensions 1,5×1,7 m et une de 0,6×0,3 m.

Q_fen1=2,55×1,05×48/0,53=243

Q_fen2=0,24×1,05×48/0,53=23

Ainsi, les pertes totales des fenêtres ouest sont

Q_ouest.fen=243×2+23=509

Du côté sud se trouve une fenêtre de 0,5×0,3, son R=0,53. Calculons ses pertes thermiques en tenant compte du coefficient 1.

Q_sud.fen=0,15*48×1/0,53=14

Du côté est se trouvent 2 fenêtres de dimensions 2,1×1,5 et une fenêtre de 1,5×1,7. Calculons les pertes thermiques en tenant compte du coefficient L=1,05.

Q_fen1=2,55×1,05×48/0,53=243

Q_fen3=3,15×1,05×48/075=212

Additionnons les pertes thermiques des fenêtres est.

Q_est.fen=243+212×2=667.

Les pertes thermiques totales des fenêtres seront égales à :

Q_fen=Q_est.fen+Q_sud.fen+Q_ouest.fen=667+14+509=1190

Au total, 1190 W d'énergie thermique sortent par les fenêtres.

Détermination des pertes de chaleur des portes

La maison comporte une porte, encastrée dans le mur sud, de dimensions 1,3×2 m. D'après les données techniques, la conductivité thermique du matériau de la porte est de 0,14, son épaisseur – 0,05 m. Grâce à ces valeurs, on peut calculer la résistance thermique de la porte.

R_porte=0,05/0,14=0,36

Pour les calculs, il sera nécessaire de calculer sa surface.

S_porte=1,3×2=2,6

Après le calcul de la résistance thermique et de la surface, on peut trouver les pertes thermiques. La porte est située du côté sud, donc on utilise un coefficient supplémentaire de 1.

Q_porte=2,6×48×1/0,36=347.

Au total, 347 W de chaleur sortent par la porte.

Calcul de la résistance thermique du sol

Selon la documentation technique, le sol est multicouche, réalisé de manière identique sur toute la surface, avec des dimensions de 10×12 m. Calculons sa surface.

S_sol=10×12=210.

La composition du sol comprend des planches, de l'aggloméré et un isolant.

À partir du tableau, on peut connaître les coefficients de conductivité thermique de certains matériaux utilisés pour le revêtement de sol. Ce paramètre peut également être indiqué dans la documentation technique des matériaux et différer des valeurs du tableau.

La résistance thermique doit être calculée séparément pour chaque couche du sol.

R_planches=0,032/0,15=0,21

R_aggloméré=0,01/0,15=0,07

R_isolant=0,05/0,039=1,28

La résistance thermique totale du sol est :

R_sol=R_planches+R_aggloméré+R_isolant=0,21+0,07+1,28=1,56

Étant donné qu'en hiver la température du sol se maintient à +8 degrés, la différence de température sera :

dT=22-8=14

En utilisant les calculs préliminaires, on peut trouver les pertes thermiques de la maison à travers le sol.

Lors du calcul des pertes thermiques du sol, les matériaux affectant l'isolation thermique sont pris en compte (+)

Lors du calcul des pertes thermiques du sol, nous prenons en compte le coefficient L=1.

Q_sol=210×14×1/1.56=1885

Les pertes thermiques totales du sol sont de 1885 W.

Calcul des pertes de chaleur par le plafond

Lors du calcul des pertes thermiques du plafond, on tient compte de la couche de laine minérale et des panneaux de bois. La pare-vapeur et l'étanchéité ne participent pas au processus d'isolation thermique, nous ne les prenons donc pas en compte. Pour les calculs, nous devons trouver la résistance thermique des panneaux de bois et de la couche de laine minérale. Nous utilisons leurs coefficients de conductivité thermique et leur épaisseur.

R_pan.bois=0.04/0.15=0.27

R_{laine min.}=0.05/0.039=1.28

La résistance thermique totale est égale à la somme de R_pan.bois et R_{laine min.}.

R_toiture=0.27+1.28=1.55

La surface du plafond est la même que celle du sol.

S _plafond = 120

Ensuite, on effectue le calcul des pertes thermiques du plafond en tenant compte du coefficient L=1.

Q_plafond=120×1×48/1.55=3717

Au total, 3717 W s'échappent à travers le plafond.

Le tableau présente les isolants de plafond courants et leurs coefficients de conductivité thermique. Le polyuréthane est l'isolant le plus efficace, la paille a le coefficient de pertes thermiques le plus élevé.

Pour déterminer les pertes thermiques totales de la maison, il faut additionner les pertes thermiques des murs, des fenêtres, de la porte, du plafond et du sol.

Q_total=1810+1190+347+1885+3717=8949 W

Pour chauffer la maison ayant les paramètres indiqués, une chaudière à gaz d'une puissance de 8949 W, soit environ 10 kW, est nécessaire.

Détermination des pertes de chaleur en tenant compte de l'infiltration

L'infiltration est un processus naturel d'échange thermique avec l'environnement extérieur, qui se produit lors des déplacements des personnes dans la maison, de l'ouverture des portes d'entrée, des fenêtres.

Pour calculer les pertes thermiques dues à la ventilation, on peut utiliser la formule :

Q_inf=0.33×K×V×dT

Dans l'expression :

• K est le taux de renouvellement d'air calculé. Pour les pièces à vivre, on utilise le coefficient 0.3, pour les pièces chauffées – 0.8, pour la cuisine et la salle de bain – 1.
• V est le volume de la pièce, calculé en fonction de la hauteur, de la longueur et de la largeur.
• dT est la différence de température entre l'environnement extérieur et l'intérieur de la maison.

Une formule similaire peut être utilisée si la pièce est équipée d'une ventilation.

En présence d'une ventilation artificielle dans la maison, il faut utiliser la même formule que pour l'infiltration, en remplaçant K par les paramètres de la hotte, et en effectuant les calculs de dT en tenant compte de la température de l'air entrant.

Hauteur de la pièce – 2.7 m, largeur – 10 m, longueur – 12 m. Connaissant ces données, on peut trouver son volume.

V=2.7 × 10 × 12=324

La différence de température sera égale à

dT=48

En tant que coefficient K, nous prenons l'indicateur 0,3. Alors

Q_inf=0.33×0.3×324×48=1540

À l'indicateur de calcul total Q, il faut ajouter Q_inf. En fin de compte

Q_total=1540+8949=10489.

Au total, en tenant compte de l'infiltration, les pertes de chaleur de la maison s'élèvent à 10489 W soit 10,49 kW.

Calcul de la puissance de la chaudière

Lors du calcul de la puissance de la chaudière, il faut utiliser un coefficient de sécurité de 1,2. C'est-à-dire que la puissance sera égale à :

W = Q × k

Ici :

• Q – les pertes de chaleur du bâtiment.
• k – le coefficient de sécurité.

Dans notre exemple, nous substituons Q=9237 W et calculons la puissance nécessaire de la chaudière.

W=10489×1,2=12587 W.

Compte tenu du coefficient de sécurité, la puissance nécessaire de la chaudière pour chauffer une maison de 120 m² est d'environ 13 kW.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Vidéo d'instructions : comment calculer les pertes de chaleur de la maison et la puissance de la chaudière à l'aide du programme Valtec.

Un calcul précis des pertes de chaleur et de la puissance de la chaudière à gaz, à l'aide de formules ou de méthodes logicielles, permet de déterminer avec une grande précision les paramètres nécessaires de l'équipement, ce qui permet d'éliminer les dépenses injustifiées en combustible.

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