Calcul des radiateurs de chauffage : comment déterminer le nombre et la puissance nécessaires des batteries

Un système de chauffage bien conçu assurera la température nécessaire dans le logement et il fera confortable dans toutes les pièces par tous les temps. Mais pour transmettre la chaleur à l'espace aérien des pièces à vivre, vous devez connaître le nombre nécessaire de batteries, n'est-ce pas ?

Le calcul des radiateurs de chauffage, basé sur les calculs de la puissance thermique requise des appareils de chauffage installés, vous aidera à le déterminer.

Vous n'avez jamais effectué de tels calculs et vous avez peur de vous tromper ? Nous vous aidons à comprendre les formules – l'article présente un algorithme détaillé de calcul, ainsi que les valeurs des différents coefficients utilisés dans le processus de calcul.

Pour vous faciliter la compréhension des subtilités du calcul, nous avons sélectionné des photos thématiques et des vidéos utiles expliquant le principe de calcul de la puissance des appareils de chauffage.

Calcul simplifié de la compensation des pertes de chaleur

Tout calcul repose sur certains principes. Le calcul de la puissance thermique requise des batteries repose sur le principe que des appareils de chauffage efficaces doivent compenser intégralement les pertes de chaleur qui surviennent pendant leur fonctionnement en raison des caractéristiques des pièces chauffées.

Pour les pièces à vivre situées dans une maison bien isolée, elle-même située dans une zone climatique tempérée, un calcul simplifié de la compensation des fuites thermiques peut convenir dans certains cas.

Pour ces pièces, les calculs sont basés sur la puissance normative de 41 W nécessaire pour chauffer 1 m³ d'espace habitable.

Pour que l'énergie thermique émise par les appareils de chauffage soit réellement dirigée vers le chauffage des pièces, il est nécessaire d'isoler les murs, les combles, les fenêtres et les sols.

La formule pour déterminer la puissance thermique des radiateurs nécessaire pour maintenir des conditions de vie optimales dans la pièce est la suivante :

Q = 41 x V,

où V est le volume de la pièce chauffée en mètres cubes.

Le résultat à quatre chiffres obtenu peut être exprimé en kilowatts, en le réduisant selon le calcul 1 kW = 1000 W.

Formule détaillée pour le calcul de la puissance thermique

Lors des calculs détaillés du nombre et des dimensions des batteries de chauffage, on part généralement de la puissance relative de 100 W nécessaire pour chauffer normalement 1 m² d'une pièce de référence.

La formule pour déterminer la puissance thermique requise des appareils de chauffage est la suivante :

Q = ( 100 x S ) x R x K x U x T x H x W x G x X x Y x Z

Le multiplicateur S dans les calculs n'est autre que la surface de la pièce chauffée, exprimée en mètres carrés.

Les autres lettres sont divers coefficients correcteurs, sans lesquels le calcul serait limité.

L'essentiel dans les calculs thermiques est de se rappeler le proverbe “le chaud ne casse pas les os” et de ne pas craindre de se tromper par excès.

Mais même les paramètres de calcul supplémentaires ne peuvent pas toujours refléter toute la spécificité d'une pièce ou d'une autre. Il est recommandé, en cas de doute dans les calculs, de privilégier les valeurs les plus élevées.

Il est plus facile de réduire la température des radiateurs à l'aide de dispositifs de régulation thermique que de geler en cas de manque de puissance thermique.

Ensuite, chacun des coefficients intervenant dans la formule de calcul de la puissance thermique des batteries est analysé en détail.

À la fin de l'article, des informations sont données sur les caractéristiques des radiateurs démontables en différents matériaux, et la procédure de calcul du nombre de sections et des batteries elles-mêmes sur la base du calcul principal est examinée.

Orientation des pièces selon les points cardinaux

Même pendant les jours les plus froids, l'énergie solaire influence l'équilibre thermique à l'intérieur de l'habitation.

Le coefficient «R» de la formule de calcul de la puissance thermique dépend de l'orientation des pièces.

1. Pièce avec fenêtre orientée au sud – R = 1,0. Pendant la journée, elle recevra la chaleur externe supplémentaire maximale par rapport aux autres pièces. Cette orientation est considérée comme la base, et le paramètre additionnel est dans ce cas minimal.
2. Fenêtre orientée à l'ouest – R = 1,0 ou R = 1,05 (pour les régions avec une courte journée d'hiver). Cette pièce recevra également sa part de lumière solaire. Bien que le soleil ne l'atteigne qu'en fin d'après-midi, l'orientation de cette pièce est tout de même plus avantageuse que celles orientées à l'est ou au nord.
3. Pièce orientée à l'est – R = 1,1. Le soleil levant d'hiver aura du mal à bien chauffer une telle pièce de l'extérieur. La puissance des radiateurs nécessitera des watts supplémentaires. Par conséquent, nous ajoutons une correction sensible de 10 % au calcul.
4. La fenêtre est exposée uniquement au nord – R = 1,1 ou R = 1,15 (un habitant des latitudes nordiques qui prendrait 15 % supplémentaires ne se tromperait pas). En hiver, une telle pièce ne reçoit aucun rayon solaire direct. Il est donc recommandé d'augmenter également les calculs de la puissance thermique requise des radiateurs de 10 %.

Si, dans votre région de résidence, les vents d'une direction particulière prédominent, il est conseillé, pour les pièces exposées au vent, d'augmenter R jusqu'à 20 % selon la force du vent (×1,1÷1,2), et pour les pièces dont les murs sont parallèles aux courants froids, d'augmenter la valeur de R de 10 % (×1,1).

Les pièces dont les fenêtres sont orientées au nord et à l'est, ainsi que les pièces exposées au vent, nécessiteront un chauffage plus puissant.

Prise en compte de l'influence des murs extérieurs

Outre le mur intégrant la ou les fenêtres, les autres murs de la pièce peuvent également être en contact avec le froid extérieur.

Les murs extérieurs de la pièce déterminent le coefficient «K» de la formule de calcul de la puissance thermique des radiateurs :

• La présence d'un seul mur extérieur pour une pièce est un cas typique. Ici, le coefficient est simple – K = 1,0.
• Deux murs extérieurs nécessiteront 20 % de chaleur supplémentaire pour chauffer la pièce – K = 1,2.
• Chaque mur extérieur supplémentaire ajoute 10 % de la puissance thermique requise aux calculs. Pour trois murs extérieurs – K = 1,3.
• Le fait qu'une pièce ait quatre murs extérieurs ajoute également 10% – K = 1,4.

En fonction des caractéristiques de la pièce pour laquelle le calcul est effectué, vous devez prendre le coefficient approprié.

Dépendance des radiateurs par rapport à l'isolation thermique

Un logement bien et fiablement isolé du froid hivernal permet de réduire le budget de chauffage de l'espace intérieur, et de manière significative.

Le coefficient «U», qui diminue ou augmente la puissance thermique de calcul des appareils de chauffage, est soumis au degré d'isolation des murs extérieurs:

• U = 1,0 – pour les murs extérieurs standard.
• U = 0,85 – si l'isolation des murs extérieurs a été réalisée selon un calcul spécial.
• U = 1,27 – si les murs extérieurs ne sont pas suffisamment résistants au froid.

Les murs constitués de matériaux et d'épaisseur adaptés au climat sont considérés comme standard. Ainsi que les murs d'épaisseur réduite, mais avec une surface extérieure enduite ou avec une isolation thermique extérieure en surface.

Si la surface de la pièce le permet, on peut réaliser l'isolation des murs par l'intérieur. Et il y aura toujours un moyen d'isoler les murs du froid par l'extérieur.

Une pièce d'angle bien isolée selon un calcul spécial permettra d'économiser un pourcentage significatif sur les coûts de chauffage de toute la surface habitable de l'appartement.

Le climat – un facteur important dans le calcul

Différentes zones climatiques ont différents indicateurs de températures extérieures minimales basses.

Lors du calcul de la puissance de transfert de chaleur des radiateurs, un coefficient «T» est prévu pour tenir compte des différences de température.

Examinons les valeurs de ce coefficient pour différentes conditions climatiques:

• T = 1,0 jusqu'à -20 °C.
• T = 0,9 pour les hivers avec un froid jusqu'à -15 °C
• T = 0,7 – jusqu'à -10 °C.
• T = 1,1 pour les gelées jusqu'à -25 °C,
• T = 1,3 – jusqu'à -35 °C,
• T = 1,5 – en dessous de -35 °C.

Comme on peut le voir dans la liste ci-dessus, le temps hivernal jusqu'à -20 °C est considéré comme normal. Pour les régions avec ce froid minimal, on prend une valeur égale à 1.

Pour les régions plus chaudes, ce coefficient de calcul réduira le résultat global des calculs. En revanche, pour les zones au climat rigoureux, la quantité d'énergie thermique requise des appareils de chauffage augmentera.

Particularités du calcul pour les pièces hautes

Il est évident que de deux pièces de même superficie, celle avec un plafond plus haut nécessitera plus de chaleur. Le coefficient «H» permet de prendre en compte dans les calculs de puissance thermique la correction du volume de l'espace chauffé.

Au début de l'article, il a été mentionné une pièce dite normative. Est considérée comme telle une pièce avec un plafond à 2,7 mètres ou moins. Pour celle-ci, on prend une valeur de coefficient égale à 1.

Examinons la dépendance du coefficient H par rapport à la hauteur des plafonds:

• H = 1,0 – pour les plafonds de 2,7 mètres de haut.
• H = 1,05 – pour une pièce d'une hauteur jusqu'à 3 mètres.
• H = 1,1 – pour une pièce avec un plafond jusqu'à 3,5 mètres.
• H = 1,15 – jusqu'à 4 mètres.
• H = 1,2 – besoin en chaleur pour une pièce plus haute.

Comme nous le voyons, pour les pièces avec des plafonds hauts, il convient d'ajouter 5 % pour chaque demi-mètre de hauteur à partir de 3,5 m.

Selon les lois de la nature, l'air chaud chauffé monte. Pour mélanger tout son volume, les appareils de chauffage devront travailler durement.

À surface égale, une pièce de plus grand volume peut nécessiter un nombre supplémentaire de radiateurs connectés au système de chauffage.

Rôle du plafond et du sol dans le calcul

La réduction de la puissance thermique des batteries est due non seulement à des murs extérieurs bien isolés. Un plafond en contact avec une pièce chauffée permet également de minimiser les pertes lors du chauffage de la pièce.

Le coefficient «W» dans la formule de calcul est justement là pour prévoir cela :

• W = 1,0 – si au-dessus se trouve, par exemple, un grenier non chauffé et non isolé.
• W = 0,9 – pour un grenier non chauffé mais isolé, ou une autre pièce isolée au-dessus.
• W = 0,8 – si la pièce à l'étage supérieur est chauffée.

Le coefficient W peut être augmenté pour les pièces du rez-de-chaussée si elles sont situées sur le sol, au-dessus d'un sous-sol non chauffé ou d'un espace de vide sanitaire. Les chiffres seront alors : sol isolé +20 % (x1,2) ; sol non isolé +40 % (x1,4).

La qualité des cadres – la garantie de la chaleur

Les fenêtres – autrefois un point faible dans l'isolation thermique d'un espace de vie. Les cadres modernes à double vitrage ont permis d'améliorer considérablement la protection des pièces contre le froid extérieur.

Le degré de qualité des fenêtres dans la formule de calcul de la puissance thermique est décrit par le coefficient «G».

La base de calcul est un cadre standard à simple vitrage, dont le coefficient est égal à 1.

Examinons d'autres variantes d'application du coefficient :

• G = 1,0 – cadre à simple vitrage.
• G = 0,85 – si le cadre est équipé d'un double ou triple vitrage.
• G = 1,27 – si la fenêtre a un vieux cadre en bois.

Ainsi, si la maison a de vieux cadres, les pertes de chaleur seront importantes. Par conséquent, des radiateurs plus puissants seront nécessaires. Idéalement, il est souhaitable de remplacer ces cadres, car cela représente des frais de chauffage supplémentaires.

La taille de la fenêtre a son importance

En suivant la logique, on peut affirmer que plus le nombre de fenêtres dans une pièce est grand et plus leur surface est vaste, plus les pertes de chaleur à travers elles sont sensibles. Le coefficient «X» de la formule de calcul de la puissance thermique requise des radiateurs reflète précisément cela.

Dans une pièce avec de grandes fenêtres, les radiateurs doivent avoir un nombre de sections correspondant à la taille et à la qualité des cadres.

La norme est que le résultat de la division de la surface des ouvertures de fenêtres par la surface de la pièce soit compris entre 0,2 et 0,3.

Voici les valeurs principales du coefficient X pour différentes situations :

• X = 1,0 – pour un rapport de 0,2 à 0,3.
• X = 0,9 – pour un rapport de surfaces de 0,1 à 0,2.
• X = 0,8 – pour un rapport jusqu'à 0,1.
• X = 1,1 – si le rapport de surfaces est de 0,3 à 0,4.
• X = 1,2 – lorsqu'il est de 0,4 à 0,5.

Si la superficie des ouvertures de fenêtres (par exemple, dans les pièces avec des fenêtres panoramiques) dépasse les rapports proposés, il est raisonnable d'ajouter encore 10 % à la valeur de X pour chaque augmentation de 0,1 du rapport de surfaces.

Une porte dans la pièce, utilisée régulièrement en hiver pour accéder à un balcon ouvert ou à une loggia, apporte ses corrections à l'équilibre thermique. Pour une telle pièce, il est correct d'augmenter X de 30 % supplémentaires (x1,3).

Les pertes d'énergie thermique sont facilement compensées par l'installation compacte d'un convecteur à eau ou électrique canalisé sous l'entrée du balcon.

Influence de l'occultation du radiateur

Bien sûr, le radiateur qui est le moins entravé par divers obstacles artificiels et naturels dégagera mieux la chaleur. Dans ce cas, la formule de calcul de sa puissance thermique est étendue par le coefficient « Y », qui prend en compte les conditions de fonctionnement du radiateur.

L'emplacement le plus courant des appareils de chauffage est sous le rebord de la fenêtre. Dans cette position, la valeur du coefficient est égale à 1.

Examinons les situations typiques de placement des radiateurs :

• Y = 1,0 – juste sous le rebord de la fenêtre.
• Y = 0,9 – si le radiateur est soudainement complètement ouvert de tous les côtés.
• Y = 1,07 – lorsque le radiateur est masqué par une saillie horizontale du mur
• Y = 1,12 – si le radiateur situé sous le rebord de la fenêtre est recouvert d'un boîtier frontal.
• Y = 1,2 – lorsque l'appareil de chauffage est obstrué de tous les côtés.

Des rideaux longs et épais tirés deviennent également une cause de refroidissement dans la pièce.

Le design moderne des radiateurs de chauffage permet de les utiliser sans aucun cache décoratif, garantissant ainsi un maximum de dégagement de chaleur.

Efficacité du raccordement des radiateurs

L'efficacité de fonctionnement d'un radiateur dépend directement de la manière dont il est raccordé au réseau de chauffage intérieur. Souvent, les propriétaires sacrifient cet indicateur au profit de l'esthétique de la pièce. La formule de calcul de la puissance thermique requise prend tout cela en compte via le coefficient « Z ».

Voici les valeurs de cet indicateur pour différentes situations :

• Z = 1,0 – raccordement du radiateur au circuit général du système de chauffage par la méthode « en diagonale », ce qui est le plus justifié.
• Z = 1,03 – une autre méthode, la plus courante en raison de la faible longueur de la conduite, consiste à raccorder « par le côté ».
• Z = 1,13 – la troisième méthode « par le bas, des deux côtés ». Grâce aux tuyaux en plastique, elle s'est rapidement imposée dans les nouvelles constructions, malgré une efficacité bien moindre.
• Z = 1,28 – une autre méthode très peu efficace « par le bas, d'un seul côté ». Elle mérite d'être considérée uniquement parce que certaines conceptions de radiateurs sont équipées d'ensembles prêts à l'emploi avec raccordement à un seul point pour les tuyaux d'alimentation et de retour.

Des purgeurs d'air intégrés aux appareils de chauffage contribueront à augmenter leur rendement, en protégeant le système de la formation de poches d'air.

Avant de dissimuler les tuyaux de chauffage dans le sol en utilisant des raccordements de radiateurs peu efficaces, il convient de penser aux murs et au plafond.

Le principe de fonctionnement de tout appareil de chauffage à eau repose sur les propriétés physiques du liquide chaud qui monte, puis redescend après refroidissement.

Il est donc fortement déconseillé d'utiliser des raccordements des systèmes de chauffage aux radiateurs où le tuyau d'alimentation se trouve en bas et le tuyau de retour en haut.

Exemple pratique de calcul de la puissance thermique

Données initiales :

1. Pièce d'angle sans balcon au deuxième étage d'une maison à deux étages en parpaings enduits, située dans une zone sans vent de la Sibérie occidentale.
2. Longueur de la pièce 5,30 m x largeur 4,30 m = surface 22,79 m².
3. Largeur de la fenêtre 1,30 m x hauteur 1,70 m = surface 2,21 m².
4. Hauteur de la pièce = 2,95 m.

Séquence de calcul :

Vous trouverez ci-dessous une description du calcul du nombre de sections de radiateurs et du nombre de batteries requis. Il est basé sur les résultats des puissances thermiques obtenus, en tenant compte des dimensions des emplacements prévus pour les appareils de chauffage.

Quels que soient les résultats, il est recommandé dans les pièces d'angle d'équiper de radiateurs non seulement les niches sous les fenêtres. Les batteries doivent être installées contre les murs extérieurs « aveugles » ou près des angles qui sont les plus exposés au gel sous l'effet du froid extérieur.

Puissance thermique spécifique des sections de batteries

Avant même d'effectuer le calcul général du transfert de chaleur requis des appareils de chauffage, il est nécessaire de décider de quel matériau seront constituées les batteries démontables qui seront installées dans les pièces.

Le choix doit être basé sur les caractéristiques du système de chauffage (pression interne, température du fluide caloporteur). Il ne faut pas oublier le coût très variable des produits achetés.

Voici comment calculer correctement le nombre de radiateurs nécessaires pour le chauffage.

Avec un fluide caloporteur à 70 °C, les sections standard de 500 mm de radiateurs en matériaux différents ont une puissance thermique spécifique « q » inégale.

1. Fonte – q = 160 Watt (puissance spécifique d'une section en fonte). Les radiateurs en ce métal conviendront à tout système de chauffage.
2. Acier – q = 85 Watt. Les radiateurs tubulaires en acier peuvent fonctionner dans les conditions d'exploitation les plus sévères. Leurs sections sont belles avec leur éclat métallique, mais elles ont le plus faible rendement thermique.
3. Aluminium – q = 200 Watt. Les radiateurs en aluminium, légers et esthétiques, ne doivent être installés que dans des systèmes de chauffage autonomes où la pression est inférieure à 7 atmosphères. Mais en termes de dégagement de chaleur, leurs sections sont inégalées.
4. Bimétal – q = 180 Watt. L'intérieur des radiateurs bimétalliques est en acier, et la surface de dissipation thermique est en aluminium. Ces batteries résistent à tous les régimes de pression et de température. La puissance thermique spécifique des sections en bimétal est également élevée.

Les valeurs q données sont assez conventionnelles et sont utilisées pour un calcul préliminaire. Des chiffres plus précis figurent dans les fiches techniques des appareils de chauffage achetés.

Calcul du nombre de sections de radiateurs

Les radiateurs démontables en tout matériau ont l'avantage que l'on peut ajouter ou retirer des sections individuelles pour atteindre leur puissance thermique calculée.

Pour déterminer le nombre nécessaire « N » de sections de radiateurs du matériau choisi, on suit la formule :

N = Q / q,

Où :

• Q = la puissance thermique requise précédemment calculée des appareils pour chauffer la pièce,
• q = la puissance thermique spécifique d'une section individuelle des radiateurs prévus pour l'installation.

Après avoir calculé le nombre total de sections de radiateurs nécessaires dans la pièce, il faut déterminer combien de batteries doivent être installées. Ce calcul est basé sur la comparaison des dimensions des emplacements prévus pour l'installation des appareils de chauffage et des tailles des batteries en tenant compte du raccordement.

Les éléments de la batterie sont reliés par des nippels avec filetage extérieur à sens opposé à l'aide d'une clé de radiateur, en même temps des joints sont installés dans les joints.

Pour les calculs préliminaires, on peut se munir des données sur la largeur des sections de différents radiateurs :

• en fonte = 93 mm,
• en aluminium = 80 mm,
• bimétalliques = 82 mm.

Lors de la fabrication de radiateurs démontables en tubes d'acier, les fabricants ne respectent pas de normes spécifiques. Si vous souhaitez installer de telles batteries, il faut aborder la question individuellement.

Vous pouvez également utiliser notre calculateur en ligne gratuit pour calculer le nombre de sections :

Amélioration de l'efficacité de la dissipation thermique

Lorsque le radiateur chauffe l'air intérieur de la pièce, il chauffe également intensément le mur extérieur derrière la batterie. Cela entraîne des pertes de chaleur supplémentaires injustifiées.

Pour améliorer l'efficacité du transfert de chaleur du radiateur, il est proposé de séparer l'appareil de chauffage du mur extérieur par un écran réfléchissant la chaleur.

Le marché propose de nombreux matériaux isolants modernes avec une surface en feuille réfléchissant la chaleur. La feuille protège l'air chaud réchauffé par la batterie du contact avec le mur froid et le dirige vers l'intérieur de la pièce.

Pour un fonctionnement correct, les limites du réflecteur installé doivent dépasser les dimensions du radiateur et dépasser de 2 à 3 cm de chaque côté. L'espace entre l'appareil de chauffage et la surface de protection thermique doit être de 3 à 5 cm.

Pour fabriquer un écran réfléchissant la chaleur, on peut recommander l'isospan, le penofol, l'alufom. À partir du rouleau acheté, on découpe un rectangle aux dimensions nécessaires et on le fixe au mur à l'endroit où le radiateur est installé.

Il est préférable de fixer l'écran réfléchissant la chaleur de l'appareil de chauffage au mur avec de la colle silicone ou des clous liquides

Il est recommandé de séparer la feuille d'isolation du mur extérieur par une petite couche d'air, par exemple à l'aide d'une fine grille en plastique.

Si le réflecteur est assemblé à partir de plusieurs morceaux de matériau isolant, les joints du côté de la feuille doivent être collés avec du ruban adhésif métallisé.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

De courtes vidéos présenteront la mise en pratique de quelques conseils d'ingénierie dans la vie quotidienne. Dans la vidéo suivante, vous pouvez voir un exemple pratique de calcul de radiateurs de chauffage :

Le changement du nombre de sections de radiateurs est examiné dans cette vidéo :

La vidéo suivante vous expliquera comment installer un réflecteur sous le radiateur :

Les compétences acquises dans le calcul de la puissance thermique des différents types de radiateurs de chauffage aideront le bricoleur à installer correctement le système de chauffage. Et les femmes au foyer pourront vérifier la bonne exécution de l'installation des radiateurs par des spécialistes externes.

Avez-vous effectué vous-même le calcul de la puissance des radiateurs de chauffage pour votre maison ? Ou avez-vous rencontré des problèmes résultant de l'installation d'appareils de chauffage de faible puissance ? Partagez votre expérience avec nos lecteurs – veuillez laisser vos commentaires ci-dessous.