Consommation moyenne de gaz pour le chauffage d'une maison de 150 m² : exemple de calcul et aperçu des formules thermotechniques

Le financement de la saison de chauffage constitue une part importante du budget consacré à l'entretien du logement. En connaissant le prix et la consommation moyenne de gaz pour le chauffage d'une maison de 150 m², il est possible de déterminer assez précisément les coûts de chauffage des pièces. Ces calculs sont faciles à effectuer soi-même sans payer les services de thermiciens.

Vous apprendrez tout sur les normes de consommation de gaz et les méthodes de calcul de la consommation de carburant bleu dans l'article que nous présentons. Nous vous expliquerons combien d'énergie sera nécessaire pour compenser les pertes thermiques de la maison pendant la saison de chauffage. Nous vous indiquerons quelles formules utiliser dans les calculs.

Chauffage des maisons de campagne

Lors du calcul de la consommation de gaz nécessaire pour chauffer une maison, la tâche la plus difficile sera le calcul des pertes de chaleur, que le système de chauffage doit entièrement compenser pendant son fonctionnement.

L'ensemble des pertes de chaleur dépend du climat, des caractéristiques de conception du bâtiment, des matériaux utilisés et des paramètres de fonctionnement du système de ventilation.

Calcul de la quantité de chaleur à compenser

Le système de chauffage de tout bâtiment doit compenser ses déperditions thermiques Q (W) pendant la période froide. Elles se produisent pour deux raisons :

1. l'échange thermique à travers le périmètre de la maison ;
2. la perte de chaleur due à l'entrée d'air froid par le système de ventilation.

Formellement, les déperditions thermiques à travers le mur et le toit Q_tp peuvent être calculées à l'aide de la formule suivante :

Q_tp = S * dT / R,

où :

• S – la surface (m²) ;
• dT – la différence de température entre l'air intérieur et l'air extérieur (°C) ;
• R – l'indice de résistance thermique des matériaux (m² * °C / W).

Ce dernier indicateur (également appelé “coefficient de résistance thermique”) peut être extrait des tableaux fournis avec les matériaux ou produits de construction.

Le type de vitrage isolant influence considérablement l'indice de déperdition thermique de la maison. Le prix élevé des fenêtres isolées sera justifié par les économies de combustible.

Exemple. Supposons que le mur extérieur de la pièce a une surface de 12 m², dont 2 m² sont occupés par une fenêtre.

Les indices de résistance thermique sont les suivants :

• Blocs de béton cellulaire D400 : R = 3.5.
• Triple vitrage avec argon “4M1 – 16Ar – 4M1 – 16Ar – 4I” : R = 0,75.

Dans ce cas, avec une température intérieure de “+22 °C” et une température extérieure de “–30 °C”, les déperditions thermiques du mur extérieur de la pièce seront :

• Q_tp (mur) = 10 * (22 – (– 30)) / 3,5 = 149 W :
• Q_tp (fenêtre) = 2 * (22 – (– 30)) / 0,75 = 139 W :
• Q_tp = Q_tp (mur) + Q_tp (fenêtre) = 288 W.

Un tel calcul donne un résultat correct à condition qu'il n'y ait pas d'échange d'air non contrôlé (infiltration).

Celle-ci peut survenir dans les cas suivants :

• Présence de défauts de construction, tels qu'un mauvais ajustement des cadres de fenêtres aux murs ou un décollement du matériau isolant. Ceux-ci doivent être corrigés.
• Vieillissement du bâtiment, entraînant la formation d'éclats, de fissures ou de vides dans la maçonnerie. Dans ce cas, il est nécessaire d'introduire des coefficients de correction dans l'indice de résistance thermique des matériaux.

De la même manière, il faut déterminer les déperditions thermiques par le toit si l'objet est situé au dernier étage. À travers le sol, une perte d'énergie significative ne se produit qu'en présence d'un sous-sol non chauffé et ventilé, comme un garage. En revanche, la chaleur ne s'échappe pratiquement pas dans le sol.

Pour calculer l'indice de résistance thermique des matériaux multicouches, il faut additionner les indices des couches individuelles. En général, on ne prend en compte que les matériaux les moins conducteurs de chaleur.

Considérons la deuxième cause de déperditions thermiques : la ventilation du bâtiment. La consommation d'énergie pour le chauffage de l'air entrant (Q_v) peut être calculée par la formule :

Q_v = L * q * c * dT, où :

• L – débit d'air (m³ / h) ;
• q – masse volumique de l'air (kg / m³) ;
• c – capacité thermique massique de l'air entrant (kJ / kg * °C) ;
• dT – différence de température entre l'air intérieur et extérieur (°C).

La capacité thermique massique de l'air dans la plage de température qui nous intéresse [–50.. +30 °C] est de 1,01 kJ / kg * °C, ou dans l'unité souhaitée : 0,28 W * h / kg * °C. La masse volumique de l'air dépend de la température et de la pression, mais pour les calculs, on peut prendre une valeur de 1,3 kg / m³.

Exemple. Pour une pièce de 12 m² avec la même différence de température que dans l'exemple précédent, les déperditions thermiques dues au fonctionnement de la ventilation seront :

Q_v = (12 * 3) * 1,3 * 0,28 * (22 – (– 30)) = 681 W.

Les concepteurs prennent le débit d'air conformément au SNiP 41-01-2003 (dans notre exemple, 3 m³ / h par 1 m² de surface de pièce habitable), mais cette valeur peut être considérablement réduite par le propriétaire du bâtiment.

Au total, les déperditions thermiques totales de la pièce modèle sont :

Q = Q_tp + Q_v = 969 W.

Pour calculer les pertes de chaleur sur une journée, une semaine ou un mois, il est nécessaire de connaître la température moyenne sur ces périodes.

D'après les formules ci-dessus, il apparaît que le calcul du volume de gaz consommé, que ce soit sur une courte période ou sur toute la saison froide, doit être effectué en tenant compte du climat de la région où se trouve le bâtiment chauffé. Par conséquent, les solutions types qui ont fait leurs preuves ne peuvent être utilisées que pour des conditions naturelles similaires.

Pour déterminer des paramètres climatiques similaires, vous pouvez utiliser les cartes des températures mensuelles moyennes en période hivernale. Elles sont facilement trouvables sur Internet.

En cas de géométrie complexe de la maison et de diversité des matériaux utilisés pour sa construction et son isolation, vous pouvez faire appel à des spécialistes pour calculer la quantité de chaleur nécessaire.

Méthodes de minimisation des déperditions thermiques

Les dépenses de chauffage d'une maison constituent une part importante des frais d'entretien. Il est donc raisonnable d'effectuer certains types de travaux visant à réduire les pertes de chaleur en isolant le plafond, les murs de la maison, l'isolation thermique du sol et des structures adjacentes.

L'utilisation de schémas d'isolation extérieure et intérieure de la maison permet de réduire considérablement cet indicateur. Cela concerne en particulier les bâtiments anciens dont les murs et les planchers sont très usés. Les mêmes panneaux de polystyrène expansé permettent non seulement de réduire ou d'éliminer complètement le gel, mais aussi de minimiser l'infiltration d'air à travers le revêtement protégé.

Vous pouvez également réaliser des économies substantielles en ne raccordant pas au chauffage les pièces d'été de la maison, telles que les vérandas ou l'étage des combles. Dans ce cas, le périmètre de la partie chauffée de la maison est considérablement réduit.

L'utilisation de l'étage des combles uniquement en été permet d'économiser considérablement les coûts de chauffage de la maison en hiver. Cependant, dans ce cas, le plafond de l'étage supérieur doit être bien isolé.

Si l'on respecte strictement les normes de ventilation des locaux prescrites dans le SNiP 41-01-2003, les pertes de chaleur dues au renouvellement d'air seront plus élevées que celles dues au gel des murs et du toit du bâtiment. Ces règles sont obligatoires pour les concepteurs et toute personne morale si le local est utilisé pour la production ou la prestation de services. Cependant, les résidents de la maison peuvent, à leur discrétion, réduire les valeurs indiquées dans le document.

De plus, pour réchauffer l'air froid venant de l'extérieur, on peut utiliser des échangeurs de chaleur plutôt que des appareils consommant de l'électricité ou du gaz. Ainsi, un simple récupérateur à plaques peut économiser plus de la moitié de l'énergie, et un dispositif plus complexe avec caloporteur environ 75 %.

Calcul du volume de gaz nécessaire

Le gaz combustible doit compenser les pertes de chaleur. Pour cela, en plus des pertes de chaleur de la maison, il est nécessaire de connaître le volume d'énergie dégagé lors de la combustion, qui dépend du rendement de la chaudière et du pouvoir calorifique du mélange.

Règle de choix de la chaudière

Le choix du chauffage doit être effectué en tenant compte des pertes de chaleur de la maison. Il doit être suffisant pour la période où les températures minimales annuelles sont atteintes. Dans la fiche technique d'une chaudière à gaz au sol ou murale, le paramètre “puissance thermique nominale” en est responsable, qui pour les appareils domestiques se mesure en kW.

Comme toute construction possède une inertie thermique, pour calculer la puissance nécessaire de la chaudière, on prend généralement comme température minimale la valeur de la période la plus froide de cinq jours. Pour une localité donnée, on peut la connaître auprès des organismes collectant et traitant les informations météorologiques, ou à partir du tableau 1 du SNiP 23-01-99 (colonne n°4).

Extrait du tableau 1 du SNiP 23-01-99. Il permet d'obtenir les données nécessaires sur le climat de la localité où se trouve le bâtiment chauffé.

Si la puissance de la chaudière dépasse l'indicateur suffisant pour chauffer la pièce, cela n'entraîne pas une augmentation de la consommation de gaz. Dans ce cas, la période d'arrêt de l'équipement sera plus longue.

Il est parfois judicieux de choisir une chaudière légèrement moins puissante. Ces appareils peuvent être nettement moins chers à l'achat et à l'exploitation. Cependant, dans ce cas, il est nécessaire de disposer d'une source de chaleur de secours (par exemple, un aérotherme avec un générateur à essence) que l'on pourra utiliser en cas de fortes gelées.

Le principal indicateur de l'efficacité et de l'économie de la chaudière est le rendement. Pour les équipements domestiques modernes, il se situe entre 88 et 95%. Le rendement est mentionné dans la fiche technique de l'appareil et est utilisé pour calculer la consommation de gaz.

Formule de dégagement de chaleur

Pour calculer correctement la consommation de gaz naturel ou liquéfié pour le chauffage d'une maison d'une superficie d'environ 150 m², il est nécessaire de connaître un autre indicateur – le pouvoir calorifique (chaleur de combustion spécifique) du combustible fourni. Selon le système “SI”, il se mesure en J/kg pour le gaz liquéfié ou en J/m³ pour le gaz naturel.

Les gazomètres (réservoirs de stockage de gaz liquéfié) sont caractérisés en litres. Pour savoir combien de combustible en kilogrammes il peut contenir, on peut utiliser le rapport 0,54 kg / 1 L.

Il existe deux valeurs de cet indicateur – le pouvoir calorifique inférieur (H_l) et supérieur (H_h). Il dépend de l'humidité et de la température du combustible. Pour le calcul, on prend l'indicateur H_l – c'est celui qu'il faut obtenir auprès du fournisseur de gaz.

Si ces informations ne sont pas disponibles, on peut prendre les valeurs suivantes pour les calculs :

• pour le gaz naturel H_l = 33.5 MJ / m³;
• pour le gaz liquéfié H_l = 45.2 MJ / kg.

En considérant que 1 MJ = 278 Wh, nous obtenons les valeurs suivantes de pouvoir calorifique :

• pour le gaz naturel H_l = 9.3 kWh / m³;
• pour le gaz liquéfié H_l = 12.6 kWh / kg.

Le volume de gaz consommé sur une période donnée V (m³ ou kg) peut être calculé à l'aide de la formule suivante :

V = Q * E / (H_l * K), où :

• Q – les pertes thermiques du bâtiment (kW) ;
• E – la durée de la période de chauffage (h) ;
• H_l – le pouvoir calorifique minimal du gaz (kWh / m³) ;
• K – le rendement de la chaudière.

Pour le gaz liquéfié, la dimension de H_l est kWh / kg.

Exemple de calcul de la consommation de gaz

Prenons comme exemple un chalet typique à ossature bois de deux étages. Région – le kraï de l'Altaï, ville de Barnaoul.

Les dimensions du chalet sont de 10 x 8,5 m. L'angle d'inclinaison du toit à deux pans est de 30°. Ce projet se caractérise par un grenier chaud, une surface vitrée relativement grande, l'absence de sous-sol et de parties saillantes de la maison.

Étape 1. Calculons les principaux paramètres de la maison pour estimer les pertes thermiques :

• Sol. En l'absence d'un sous-sol ventilé, les pertes par le sol et les fondations peuvent être négligées.
• Fenêtres. Double vitrage “4M1 – 16Ar – 4M1 – 16Ar – 4I”: R_o = 0.75. Surface vitrée S_o = 40 m².
• Murs. La surface du mur longitudinal (latéral) est de 10 * 3.5 = 35 m². La surface du mur transversal (façade) est de 8.5 * 3.5 + 8.5² * tg(30) / 4 = 40 m². Ainsi, la surface totale du périmètre du bâtiment est de 150 m², et en tenant compte du vitrage, la valeur recherchée S_s = 150 – 40 = 110 m².
• Murs. Les principaux matériaux d'isolation thermique sont le bois lamellé-collé d'une épaisseur de 200 mm (R_b = 1.27) et l'isolant en basalte d'une épaisseur de 150 mm (R_u = 3.95). L'indice de résistance thermique total pour le mur R_s = R_b + R_u = 5.22.
• Toit. L'isolation suit exactement la forme du toit. La surface de la toiture sans débords S_k = 10 * 8.5 / cos (30) = 98 m².
• Toit. Les principaux matériaux d'isolation thermique sont le lambris d'une épaisseur de 12.5 mm (R_v = 0.07) et l'isolant en basalte d'une épaisseur de 200 mm (R_u = 5.27). L'indice de résistance thermique total pour le toit R_k = R_v + R_u = 5.34.
• Ventilation. Supposons que le débit d'air soit calculé non pas en fonction de la surface de la maison, mais en tenant compte de l'exigence d'assurer une valeur d'au moins 30 m³ par personne par heure. Comme quatre personnes vivent en permanence dans le cottage, L = 30 * 4 = 120 m³/h.

Étape 2. Calculons la puissance nécessaire de la chaudière. Si l'équipement a déjà été acheté, cette étape peut être ignorée.

Pour nos calculs, nous devons connaître seulement deux indicateurs de la chaudière à gaz : le rendement et la puissance nominale. Ils doivent être indiqués dans le passeport de l'appareil.

La température de la période la plus froide de cinq jours est “–41 °C”. Prenons la température de confort comme “+24 °C”. Ainsi, la différence de température moyenne au cours de cette période sera de dT = 65 °C.

Calculons les pertes de chaleur :

• par les fenêtres : Q_o = S_o * dT / R_o = 40 * 65 / 0.75 = 3467 W ;
• par les murs : Q_s = S_s * dT / R_s = 110 * 65 / 5.22 = 1370 W ;
• par le toit : Q_k = S_k * dT / R_k = 98 * 65 / 5.34 = 1199 W ;
• en raison de la ventilation : Q_v = L * q * c * dT = 120 * 1.3 * 0.28 * 65 = 2839 W.

Les pertes de chaleur totales de toute la maison pendant la période de froid de cinq jours seront de :

Q = Q_o + Q_s + Q_k + Q_v = 3467 + 1370 + 1199 + 2839 = 8875 W.

Ainsi, pour cette maison modèle, on peut choisir une chaudière à gaz avec un paramètre de puissance thermique maximale de 10-12 kW. Si le gaz est également utilisé pour l'alimentation en eau chaude sanitaire, il faudra prendre un appareil plus performant.

Étape 3. Calculons la durée de la période de chauffage et les pertes de chaleur moyennes.

Par période froide de l'année où le chauffage est nécessaire, on entend la saison avec des températures quotidiennes moyennes inférieures à 8-10 °C. Par conséquent, pour les calculs, on peut prendre soit les colonnes n° 11-12, soit les colonnes n° 13-14 du tableau 1 du SNiP 23-01-99.

Ce choix revient aux propriétaires du cottage. Il n'y aura pas de différence significative dans la consommation annuelle de carburant. Dans notre cas, nous nous arrêtons sur la période avec une température inférieure à “+10 °C”. La durée de cette période est de 235 jours ou E = 5640 heures.

Avec le chauffage centralisé, l'activation et la désactivation de l'alimentation en fluide caloporteur se fait selon des normes établies. L'un des avantages d'une maison individuelle est le démarrage du mode chauffage à la demande des habitants.

Les pertes de chaleur de la maison pour la température moyenne au cours de cette période sont calculées comme à l'étape 2, seulement le paramètre dT = 24 – (– 6.7) = 30.7 °C. Après calcul, nous obtenons Q = 4192 W.

Étape 4. Calculons le volume de gaz consommé.

Supposons que le rendement de la chaudière K = 0,92. Alors le volume de gaz consommé (avec des valeurs moyennes du pouvoir calorifique inférieur du mélange gazeux) pendant la période froide sera :

• pour le gaz naturel : V = Q * E / (H_l * K) = 4192 * 5640 / (9300 * 0,92) = 2763 m³ ;
• pour le gaz liquéfié : V = Q * E / (H_l * K) = 4192 * 5640 / (12600 * 0,92) = 2040 kg.

Connaissant les prix du gaz, on peut également calculer les coûts financiers du chauffage.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Réduction de la consommation de gaz en éliminant les erreurs liées à l'isolation de la maison. Exemple concret :

Consommation de gaz pour une puissance thermique connue :

Tous les calculs des pertes de chaleur peuvent être effectués de manière indépendante uniquement si les propriétés d'isolation thermique des matériaux avec lesquels la maison est construite sont connues. Si le bâtiment est ancien, il faut d'abord vérifier qu'il ne gèle pas et résoudre les problèmes identifiés.

Ensuite, en utilisant les formules présentées dans l'article, on peut effectuer le calcul de la consommation de gaz avec une grande précision.

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