Combien d'électricité consomme une chaudière électrique : comment effectuer les calculs avant l'achat

L'utilisation de l'électricité comme source d'énergie pour le chauffage d'une maison de campagne est attrayante pour de nombreuses raisons : accessibilité, disponibilité, respect de l'environnement. Cependant, le principal obstacle à l'utilisation des chaudières électriques reste les tarifs assez élevés.

Vous aussi, vous vous interrogez sur la pertinence d'installer une chaudière électrique ? Ensemble, examinons combien d'électricité consomme une chaudière électrique. Pour cela, nous utiliserons les règles de calcul et les formules présentées dans notre article.

Les calculs vous aideront à comprendre en détail combien de kWh d'électricité vous devrez payer chaque mois si vous utilisez une chaudière électrique pour chauffer une maison ou un appartement. Les chiffres obtenus vous permettront de prendre une décision finale quant à l'achat ou non de la chaudière.

Méthodes de calcul de la puissance d'une chaudière électrique

On peut distinguer deux méthodes principales pour calculer la puissance nécessaire d'une chaudière électrique. La première est basée sur la surface chauffée, la seconde sur le calcul des pertes de chaleur à travers les enveloppes du bâtiment.

Le calcul selon la première méthode est très approximatif, basé sur un seul indicateur – la puissance spécifique. La puissance spécifique est donnée dans les ouvrages de référence et dépend de la région.

Le calcul selon la deuxième méthode est plus complexe, mais il prend en compte de nombreux indicateurs individuels du bâtiment spécifique. Un calcul thermique complet d'un bâtiment est une tâche assez complexe et laborieuse. Par la suite, un calcul simplifié sera examiné, qui possède néanmoins la précision nécessaire.

Indépendamment de la méthode de calcul, la quantité et la qualité des données initiales collectées influencent directement l'évaluation correcte de la puissance nécessaire de la chaudière électrique.

Si la puissance est sous-dimensionnée, l'équipement fonctionnera constamment à pleine charge sans offrir le confort de vie nécessaire. Si la puissance est surdimensionnée, la consommation d'électricité sera anormalement élevée et le coût de l'équipement de chauffage sera injustement important.

À la différence des autres types de combustibles, l'électricité – est une option écologique, assez propre et simple, mais elle dépend de la présence d'un réseau électrique ininterrompu dans la région.

Procédure de calcul de la puissance d'une chaudière électrique

Nous allons maintenant détailler comment calculer la puissance nécessaire de la chaudière pour que l'équipement accomplisse pleinement sa tâche de chauffage de la maison.

Étape #1 – Collecte des données initiales pour le calcul

Pour effectuer les calculs, vous aurez besoin des informations suivantes sur le bâtiment :

• S – surface de la pièce chauffée.
• W_ud – puissance spécifique.

L'indicateur de puissance spécifique montre la quantité d'énergie thermique nécessaire par 1 m² par heure.

Cela dépend des conditions climatiques locales ; vous pouvez adopter les valeurs suivantes :

• pour la partie centrale de la Russie : 120 – 150 W/m² ;
• pour les régions du sud : 70-90 W/m² ;
• pour les régions du nord : 150-200 W/m².

W_ud est une valeur théorique, utilisée principalement pour des calculs très approximatifs, car elle ne reflète pas les pertes thermiques réelles du bâtiment. Elle ne tient pas compte de la surface vitrée, du nombre de portes, du matériau des murs extérieurs ni de la hauteur sous plafond.

Un calcul thermique précis est effectué à l'aide de logiciels spécialisés prenant en compte de nombreux facteurs. Pour nos besoins, un tel calcul n'est pas nécessaire ; on peut se contenter d'estimer les pertes thermiques des parois extérieures.

Les grandeurs à utiliser dans les calculs :

R – résistance thermique ou coefficient de résistance thermique. C'est le rapport de la différence de température entre les faces d'une paroi au flux thermique qui la traverse. Son unité est le m²×°C/W.

En réalité, c'est simple : R exprime la capacité du matériau à retenir la chaleur.

Q – grandeur indiquant la quantité de flux thermique traversant 1 m² de surface pour une différence de température de 1°C pendant 1 heure. Autrement dit, elle montre combien d'énergie thermique perd 1 m² de paroi par heure pour un écart de température de 1 degré. Son unité est le W/m²×h.

Pour les calculs présentés ici, il n'y a pas de différence entre les kelvins et les degrés Celsius, car seule la différence de température importe, et non la température absolue.

Q_tot – quantité de flux thermique traversant la surface S de la structure d’enceinte par heure. Elle s’exprime en W/h.

P – puissance de la chaudière de chauffage. Elle se calcule comme la valeur maximale requise de puissance de l’équipement de chauffage lors de la différence maximale de température entre l’air extérieur et intérieur. En d’autres termes, la puissance suffisante de la chaudière pour chauffer le bâtiment pendant la saison la plus froide. Elle s’exprime en W/h.

Rendement – rendement de la chaudière de chauffage, grandeur sans dimension indiquant le rapport entre l’énergie obtenue et l’énergie dépensée. Dans la documentation de l’équipement, il est généralement exprimé en pourcentage de 100, par exemple 99 %. Dans les calculs, on utilise une valeur de 1, soit 0,99.

∆T – indique la différence de température de part et d’autre de la structure d’enceinte. Pour comprendre comment calculer correctement cette différence, regardez l’exemple. Si à l’extérieur : -30 °C et à l’intérieur +22 °C, alors ∆T = 22 – (-30) = 52 °C

Ou de même, mais en kelvins : ∆T = 293 – 243 = 52 K

Autrement dit, la différence sera toujours la même pour les degrés et les kelvins, donc pour les calculs, les données de référence en kelvins peuvent être utilisées sans correction.

d – épaisseur de la structure d’enceinte en mètres.

k – coefficient de conductivité thermique du matériau de la structure d’enceinte, qui est tiré des ouvrages de référence ou du SNiP II-3-79 « Génie thermique du bâtiment » (SNiP – normes et règles de construction). Il s’exprime en W/m×K ou W/m×°C.

La liste suivante de formules montre la relation entre les grandeurs :

• R = d / k
• R= ∆T / Q
• Q = ∆T / R
• Q_tot = Q × S
• P = Q_tot / Rendement

Pour les structures multicouches, la résistance thermique R est calculée pour chaque couche séparément, puis additionnée.

Parfois, le calcul des structures multicouches peut être trop lourd, par exemple pour le calcul des pertes de chaleur d’un vitrage isolant.

Qu’est-ce qu’il faut prendre en compte lors du calcul de la résistance thermique pour les fenêtres :

• l’épaisseur du verre ;
• le nombre de vitres et d’intervalles d’air entre elles ;
• le type de gaz entre les vitres : gaz inerte ou air ;
• la présence d’un revêtement isolant thermique sur le verre de la fenêtre.

Cependant, on peut trouver des valeurs prêtes à l’emploi pour l’ensemble de la structure, soit chez le fabricant, soit dans un ouvrage de référence. À la fin de cet article se trouve un tableau pour les vitrages isolants de construction courante.

Étape #2 – Calcul des pertes de chaleur du sol du sous-sol

Il faut s’arrêter séparément sur le calcul des pertes de chaleur à travers le plancher du bâtiment, car le sol offre une résistance importante au transfert de chaleur.

Lors du calcul des pertes de chaleur du sous-sol, il faut prendre en compte l’enfouissement dans le sol. Si la maison est au niveau du sol, l’enfouissement est considéré égal à 0.

Selon la méthode généralement acceptée, la surface du plancher est divisée en 4 zones.

• Zone 1 – on recule de 2 m du mur extérieur vers le centre du plancher le long du périmètre. En cas d’enfouissement du bâtiment, on recule du niveau du sol au niveau du plancher le long du mur vertical. Si le mur est enfoui dans le sol de 2 m, alors la zone 1 sera entièrement sur le mur.
• Zone 2 – on recule de 2 m le long du périmètre vers le centre à partir de la limite de la zone 1.
• Zone 3 – on recule de 2 m le long du périmètre vers le centre à partir de la limite de la zone 2.
• Zone 4 – le sol restant.

Pour chaque zone, selon la pratique établie, des valeurs R propres sont définies :

• R1 = 2,1 m²×°C/W;
• R2 = 4,3 m²×°C/W;
• R3 = 8,6 m²×°C/W;
• R4 = 14,2 m²×°C/W.

Les valeurs R indiquées sont valables pour les sols sans revêtement. En cas d'isolation, chaque valeur R est augmentée de la valeur R de l'isolant.

De plus, pour les sols posés sur lambourdes, R est multiplié par un coefficient de 1,18.

La zone 1 a une largeur de 2 mètres. Si la maison est enterrée, vous devez prendre la hauteur des murs dans le sol, soustraire 2 mètres, puis reporter le reste sur le sol.

Étape #3 – Calcul des pertes de chaleur du plafond

Maintenant, vous pouvez procéder aux calculs.

Formule qui peut servir à estimer approximativement la puissance d'une chaudière électrique :

W=W_ud × S

Objectif : calculer la puissance nécessaire de la chaudière à Moscou, surface chauffée 150 m².

Lors des calculs, nous tenons compte que Moscou appartient à la région centrale, c'est-à-dire que W_ud peut être pris égal à 130 W/m².

W_ud = 130 × 150 = 19500 W/h ou 19,5 kW/h

Ce chiffre est tellement imprécis qu'il ne nécessite pas la prise en compte du rendement de l'équipement de chauffage.

Déterminons maintenant les déperditions thermiques à travers 15 m² de surface de plafond isolé avec de la laine minérale. Épaisseur de la couche isolante 150 mm, température extérieure -30 °C, intérieure +22 °C sur 3 heures.

Solution : d'après le tableau, trouvons le coefficient de conductivité thermique de la laine minérale, k=0,036 W/m×°C. L'épaisseur d doit être prise en mètres.

L'ordre de calcul est le suivant :

• R = 0,15 / 0,036 = 4,167 m²×°C/W
• ∆T= 22 – (-30) = 52°C
• Q= 52 / 4,167 = 12,48 W/m²×h
• Q_total = 12,48 × 15 = 187 W/h.

Nous avons calculé que les déperditions thermiques par le plafond s'élèveront dans notre exemple à 187 * 3 = 561 W.

Pour nos besoins, il est tout à fait acceptable de simplifier les calculs en ne considérant que les déperditions thermiques des structures extérieures : murs et plafonds, sans tenir compte des cloisons intérieures ni des portes.

De plus, on peut se passer du calcul des pertes de chaleur par ventilation et par évacuation des eaux usées. Nous ne prendrons pas en compte l'infiltration ni la charge du vent. Nous ne prendrons pas non plus en compte l'orientation du bâtiment par rapport aux points cardinaux et la quantité de rayonnement solaire reçu.

D'un point de vue général, on peut tirer une conclusion. Plus le volume du bâtiment est grand, moins il y a de déperditions thermiques par m². Il est facile de l'expliquer, car la surface des murs augmente au carré, tandis que le volume augmente au cube. La sphère a les plus faibles déperditions thermiques.

Dans les enveloppes du bâtiment, seules les couches d'air fermées sont prises en compte. Si votre maison a une façade ventilée, cette couche d'air est considérée comme non fermée et n'est pas prise en compte. Toutes les couches qui précèdent la couche d'air non fermée (carreaux de façade ou cassettes) ne sont pas prises en compte non plus.

Les couches d'air fermées, par exemple dans les vitrages isolants, sont prises en compte.

Tous les murs de la maison sont extérieurs. Le grenier n'est pas chauffé, la résistance thermique des matériaux de toiture n'est pas prise en compte.

Étape #4 – Calcul des pertes de chaleur totales du cottage

Après la partie théorique, on peut passer à la partie pratique.

Pour l'exemple, prenons une maison :

• dimensions des murs extérieurs : 9x10 m ;
• hauteur : 3 m ;
• fenêtre avec double vitrage 1,5×1,5 m : 4 pièces ;
• porte en chêne 2,1×0,9 m, épaisseur 50 mm ;
• planchers en pin de 28 mm, sur polystyrène extrudé de 30 mm d'épaisseur, posés sur des lambourdes ;
• plafond en plaque de plâtre de 9 mm, sur laine minérale de 150 mm d'épaisseur ;
• matériau des murs : maçonnerie en deux briques silico-calcaires, isolation en laine minérale de 50 mm ;
• période la plus froide –30 °C, température intérieure de calcul 20 °C.

Effectuons les calculs préparatoires des surfaces nécessaires. Lors du calcul des zones au sol, nous prenons un enfoncement nul des murs. La planche de plancher est posée sur des lambourdes.

• fenêtres – 9 m² ;
• porte – 1,9 m² ;
• murs, déduction faite des fenêtres et de la porte – 103,1 m² ;
• plafond – 90 m² ;
• surfaces des zones du sol : S1 = 60 m², S2 = 18 m², S3 = 10 m², S4 = 2 m² ;
• ΔT = 50 °C.

Ensuite, à partir des ouvrages de référence ou des tableaux donnés à la fin de ce chapitre, choisissez les valeurs nécessaires du coefficient de conductivité thermique pour chaque matériau. Nous vous recommandons de vous familiariser plus en détail avec le coefficient de conductivité thermique et ses valeurs pour les matériaux de construction les plus populaires.

Pour les planches en pin, le coefficient de conductivité thermique doit être pris le long des fibres.

L'ensemble du calcul est assez simple :

Étape n°1 : Le calcul des pertes de chaleur à travers les murs porteurs comprend trois actions.

Nous calculons le coefficient de déperdition thermique des murs en brique : R_kir = d / k = 0,51 / 0,7 = 0,73 m²×°C/W.

De même pour l'isolant des murs : R_ut = d / k = 0,05 / 0,043 = 1,16 m²×°C/W.

Déperdition thermique de 1 m² de murs extérieurs : Q = ΔT/(R_kir + R_ut) = 50 / (0,73 + 1,16) = 26,46 m²×°C/W.

Au final, la déperdition thermique totale des murs sera : Q_mur = Q×S = 26,46 × 103,1 = 2728 W/h.

Étape n°2 : Calcul des pertes d'énergie thermique par les fenêtres : Q_fen = 9 × 50 / 0,32 = 1406 W/h.

Étape n° 3 : Calcul des fuites d'énergie thermique par la porte en chêne : Q_port = 1,9 × 50 / 0,23 = 413 W/h.

Étape n°4 : Pertes de chaleur par le plafond supérieur – plafond : Q_plaf = 90 × 50 / (0,06 + 4,17) = 1064 W/h.

Étape n°5 : Calcul de R_iso pour le sol de la même manière en plusieurs étapes.

D'abord, nous trouvons le coefficient de déperdition thermique de l'isolant : R_ut = 0,16 + 0,83 = 0,99 m²×°C/W.

Ensuite, nous ajoutons R_iso à chaque zone :

• R1 = 3,09 m²×°C/W; R2 = 5,29 m²×°C/W;
• R3 = 9,59 m²×°C/W; R4 = 15,19 m²×°C/W.

Étape n°6 : Comme le sol est posé sur des lambourdes, nous multiplions par un coefficient de 1,18 :

R1 = 3,64 m²×°C/W; R2 = 6,24 m²×°C/W;

R3 = 11,32 m²×°C/W; R4 = 17,92 m²×°C/W.

Étape n°7 : Calculez Q pour chaque zone :

Q1 = 60 × 50 / 3,64 = 824 W/h;

Q2 = 18 × 50 / 6,24 = 144 W/h;

Q3 = 10 × 50 / 11,32 = 44 W/h;

Q4 = 2 × 50 / 17,92 = 6 W/h.

Étape n°8 : Maintenant, nous pouvons calculer Q pour l'ensemble du sol : Q_sol = 824 + 144 + 44 + 6 = 1018 W/h.

Étape n°9 : Suite à nos calculs, nous pouvons déterminer la somme des pertes de chaleur totales :

Q_tot = 2728 + 1406 + 413 + 1064 + 1018 = 6629 W/h.

Les pertes de chaleur liées aux égouts et à la ventilation n'ont pas été incluses dans le calcul. Pour ne pas trop compliquer les choses, ajoutons simplement 5% pour ces fuites.

Bien sûr, une marge est nécessaire, au moins 10%.

Ainsi, le chiffre final des pertes de chaleur de la maison donnée en exemple sera :

Q_tot = 6629 × 1,15 = 7623 W/h.

Q_tot indique les pertes de chaleur maximales de la maison pour une différence de température entre l'air extérieur et intérieur de 50 °C.

Si l'on calcule selon la première méthode simplifiée via W_sp alors :

W_ud = 130 × 90 = 11700 W/h.

Il est clair que la deuxième méthode de calcul, bien que nettement plus complexe, donne un chiffre plus réaliste pour les bâtiments isolés. La première méthode permet d'obtenir une valeur généralisée des pertes de chaleur pour les bâtiments avec un faible niveau d'isolation thermique, voire sans isolation du tout.

Dans le premier cas, la chaudière devra compenser chaque heure à plein régime les pertes d'énergie thermique se produisant à travers les ouvertures, les planchers et les murs sans isolation.

Dans le second cas, il suffit de chauffer une seule fois jusqu'à atteindre une température confortable. Ensuite, la chaudière n'aura qu'à compenser les pertes de chaleur, dont l'ampleur est nettement inférieure à celle du premier cas.

Tableau 1. Conductivité thermique de divers matériaux de construction.

Le tableau présente les coefficients de conductivité thermique pour les matériaux de construction courants.

Tableau 2. Épaisseur du joint de ciment pour différents types de maçonnerie.

Lors du calcul de l'épaisseur de la maçonnerie, l'épaisseur du joint (10 mm) est prise en compte. En raison des joints de ciment, la conductivité thermique de la maçonnerie est légèrement supérieure à celle d'une brique individuelle.

Tableau 3. Conductivité thermique de différents types de panneaux de laine minérale.

Le tableau présente les valeurs du coefficient de conductivité thermique pour différents panneaux de laine minérale. Pour l'isolation des façades, on utilise un panneau rigide.

Tableau 4. Pertes de chaleur des fenêtres de différentes conceptions.

Légendes du tableau : Ar – remplissage des fenêtres à double vitrage avec un gaz inerte, K – le verre extérieur a un revêtement thermoprotecteur, épaisseur du verre 4 mm, les autres chiffres indiquent l'espace entre les vitres.

7,6 kW/h – il s'agit de la puissance maximale nécessaire calculée qui est consommée pour le chauffage d'un bâtiment bien isolé. Cependant, les chaudières électriques ont également besoin d'une certaine charge pour leur propre alimentation.

Comme vous l'avez remarqué, une maison ou un appartement mal isolé nécessitera des dépenses élevées en électricité pour le chauffage. De plus, cela est vrai pour tout type de chaudière. Une bonne isolation du sol, du plafond et des murs permet de réduire considérablement les coûts.

Sur notre site, vous trouverez des articles sur les méthodes d'isolation et les règles de choix du matériau isolant. Nous vous proposons de les consulter :

• Isolation extérieure d'une maison individuelle : technologies courantes + aperçu des matériaux
• Isolation du sol sur lambourdes : matériaux d'isolation thermique + schémas d'isolation
• Isolation du toit des combles : instructions détaillées pour la mise en place de l'isolation thermique dans les combles d'une maison de faible hauteur
• Types d'isolants pour les murs intérieurs d'une maison : matériaux d'isolation et leurs caractéristiques
• Isolant pour plafond dans une maison individuelle : types de matériaux utilisés + comment bien choisir
• Isolation du balcon par soi-même : options populaires et techniques d'isolation intérieure du balcon

Étape #5 – Calcul des coûts d'électricité

Si l'on simplifie l'essence technique d'une chaudière de chauffage, on peut l'appeler un convertisseur ordinaire d'énergie électrique en son équivalent thermique. En effectuant la conversion, elle consomme également une certaine quantité d'énergie. C'est-à-dire que la chaudière reçoit une unité complète d'électricité, mais seule une partie de 0,98 est utilisée pour le chauffage.

Pour obtenir un chiffre précis de la consommation d'électricité de la chaudière électrique de chauffage étudiée, il faut diviser sa puissance (nominale dans le premier cas et calculée dans le second) par la valeur du rendement déclarée par le fabricant.

En moyenne, le rendement de ce type d'équipement est de 98 %. En conséquence, la consommation d'énergie sera, par exemple pour le cas calculé :

7,6 / 0,98 = 7,8 kW/h.

Il reste à multiplier la valeur par le tarif local. Ensuite, calculer le montant total des coûts de chauffage électrique et chercher des moyens de les réduire.

Par exemple, acheter un compteur bi-tarifaire qui permet de payer partiellement selon les tarifs “nocturnes” plus bas. Pour cela, il faudra remplacer l'ancien compteur électrique par un nouveau modèle. La procédure et les règles de remplacement sont examinées en détail ici.

Une autre façon de réduire les coûts après le remplacement du compteur – intégrer un accumulateur thermique dans le circuit de chauffage, afin de stocker l'énergie bon marché la nuit et de la consommer le jour.

Étape #6 – Estimation des coûts saisonniers de chauffage

Maintenant que vous maîtrisez la méthode de calcul des futures pertes de chaleur, vous pourrez facilement estimer les coûts de chauffage pendant toute la période de chauffage.

Selon le SNiP 23-01-99 « Climatologie de la construction », dans les colonnes 13 et 14, on trouve pour Moscou la durée de la période avec une température moyenne inférieure à 10 °C.

Pour Moscou, cette période dure 231 jours et a une température moyenne de -2,2 °C. Pour calculer Q_tot pour ΔT=22,2 °C, il n'est pas nécessaire de refaire tout le calcul.

Il suffit de sortir Q_tot pour 1 °C :

Q_tot = 7623 / 50 = 152,46 W/h

En conséquence, pour ΔT= 22,2 °C :

Q_tot = 152,46 × 22,2 = 3385 W/h

Pour trouver l'énergie électrique consommée, multiplions par la période de chauffage :

Q = 3385 × 231 × 24 × 1,05 = 18766440 W = 18766 kW

Ce calcul est également intéressant car il permet d'analyser l'ensemble de la structure de la maison du point de vue de l'efficacité de l'isolation.

Nous avons examiné une version simplifiée des calculs. Nous vous recommandons également de consulter le calcul thermique complet du bâtiment.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Comment éviter les pertes de chaleur par les fondations :

Comment calculer les pertes de chaleur en ligne :

L'utilisation de chaudières électriques comme équipement de chauffage principal est très fortement limitée par les capacités des réseaux électriques et le coût de l'électricité.

Cependant, en tant que complément, par exemple à une chaudière à combustible solide, ils peuvent être très efficaces et utiles. Ils sont capables de réduire considérablement le temps de chauffage du système de chauffage ou d'être utilisés comme chaudière principale à des températures pas très basses.

Utilisez-vous une chaudière électrique pour le chauffage ? Dites-nous, par quelle méthode avez-vous calculé la puissance nécessaire pour votre maison. Ou peut-être voulez-vous simplement acheter une chaudière électrique et avez-vous des questions ? Posez-les dans les commentaires de l'article – nous essaierons de vous aider.