Calcul de la chaleur du chauffage par le sol pour optimiser le fonctionnement du système de chauffage

Rendez-vous et calcul du chauffage par le sol

Le circuit de chauffage basse pression peut optimiser le chauffage par radiateurs ou fournir un chauffage équivalent à la maison et réduire les coûts énergétiques.

L'élément chauffant et le liquide de refroidissement sont des caractéristiques de conception qui distinguent le chauffage par le sol à eau et électrique. Vous pouvez calculer la puissance d'un chauffage par le sol électrique à l'aide de calculateurs en ligne affichés sur des services spécialisés sur Internet. Dans cet article, nous examinerons de plus près l'objectif et le calcul de la puissance des planchers chauffés à l'eau.

Tableau 1. Puissance spécifique recommandée du chauffage au sol à eau par unité de surface:

Caractéristiques de conception d'un immeuble résidentiel		Puissance de chauffage par le sol, W / m2 (min max)
Chauffage supplémentaire (confort)
Année de construction du bâtiment - jusqu'en 1996, région climatique - partie européenne de la Russie		80/120
Année de construction du bâtiment - après 1996 (isolation extérieure améliorée, isolation du sous-sol et du toit, fenêtres à double vitrage), région climatique - la partie européenne de la Russie		50/80
Dans les pièces avec parquet (sous-plancher et sous-plancher)		80/80
Loggias (balcons) avec double vitrage et isolation		140/180
Chauffage principal de la maison
Cuisines, salons au premier et deuxième étage (au moins 3/4 de la surface chauffée)		150/∞

La chaleur Q (W), qui produit 1 mètre carré de circuit d'eau basse pression, est le flux total d'énergie radiante (≈ 4,9 W / m²) et convective (≈ 6,1 W / m²):

Q =

[α_l× (t_{le sexe} - t_D'accord) + α_à× (t_sexe - t_air)] × S, (W), où

α_l et α_à - flux d'énergie radiante et convective, W / m²;

t_{le sexe} - température du sol, ° C;

t_D'accord - température des murs et du plafond, ° C;

t_air - température ambiante, ° C;

S - surface utile du contour, m2.

Explication des schémas 1 et 2 pour le calcul d'un plancher chaud:

1 - dalle de plancher; 2 - isolation (polystyrène expansé); 3 - chape (mélange sec prêt à l'emploi ou mortier ciment-sable); 4 - tuyau; 5 - ruban de compensation auto-adhésif; 6 - cage ou treillis de renfort (fixation); 7 - revêtement de sol stratifié ou couche adhésive pour carrelage; 8 - revêtement de sol de finition; 9 - imperméabilisation; 10 - mur.

a - pas de tuyau (0,15 ÷ 0,3 m); b - distance du mur porteur (0,3 m); c - épaisseur de l'isolant (0,02 ÷ 0,1 m); f - épaisseur du treillis de renfort (0,04 ÷ 0,1 m); d - épaisseur totale de la chape (0,03 ÷ 0,07 m); r, Dy - épaisseur de paroi et diamètre intérieur du tuyau; g - épaisseur de la chape au-dessus du tuyau (0,3 m); k est l'épaisseur du substrat ou de la couche de colle à carrelage (0, 005 ÷ 0,01 m); h est l'épaisseur du revêtement de sol (0,015 ÷ 0,025 m).

Le calcul du chauffage par le sol détermine la consommation de chaleur d'un bâtiment résidentiel conformément aux documents réglementaires sur la protection thermique des bâtiments et l'ingénierie thermique de la construction:

Q = (α_l + α_à) × S × (t_{le sexe} - t_air), (W);

t_{le sexe} = Q / [(α_l + α_à) × S] + t_air, (° C);

à S = 1m², t_{le sexe} = Q / (α_l + α_à) + t_air, (° C).

Lorsque la température ambiante est chauffée de 1 degré, la chaleur de la surface du sol est transférée à l'air:

∆t = t_{le sexe} - t_air = 1 ° C;

Q = (α_l + α_à) × S × ∆t = (4,9 + 6,1) × 1 × 1 = 11 (W).

Les conditions idéales dans lesquelles le transfert de chaleur du circuit d'eau par mètre carré de plancher chauffant pour chauffer l'air de la pièce à 1 ° C est de 11 W / m². Plus la température de la pièce est élevée, plus la pièce se réchauffera rapidement et plus la consommation d'énergie du caloporteur sera faible. Le système de chauffage par le sol est préférable pour chauffer les maisons d'habitation isolées avec résidence permanente. La perte de chaleur moyenne admissible est de 65 W / m².

Pour calculer le transfert de chaleur d'un plancher chaud, il existe des programmes spéciaux qui peuvent être trouvés sur les ressources du réseau. Pour clarifier le problème, nous vous suggérons de vous familiariser avec la vidéo "Calcul du transfert de chaleur à partir d'un sol chaud".

Température du caloporteur

La température du fluide caloporteur dans le circuit dépend de la charge thermique, du pas de pose, du diamètre du tube, de l'épaisseur de la chape et du matériau du revêtement de sol. Les valeurs minimales de température dans le circuit sont prises pour les planches de parquet et les produits en bois en petites pièces. Carrelage, metlakhskaya, carreaux de céramique, grès cérame, marbre peuvent résister à la température maximale autorisée du liquide de refroidissement (55 ° C). Les systèmes de chauffage basse pression utilisés dans la pratique ont une plage de fonctionnement de 45/35 ° C.

Les normes sanitaires déterminent la limite de température confortable (26 ° C) et admissible pour un pied humain:

• 28 ° C dans les pièces à vivre pour résidence permanente;
• 35 ° C le long du périmètre des murs porteurs d'un immeuble résidentiel;
• 33 ° C pour les cuisines, les bains et les sanitaires.

Bases de chauffage par le sol

Le type de chevauchement affecte les matériaux et le choix des épaisseurs de couche au-dessus et au-dessous du tuyau. Le chauffage par le sol est basé sur des chapes en ciment et des systèmes de revêtement de sol en polystyrène ou en panneaux inter-tubes en bois. Le profilé en aluminium dans les modules de rail sert d'isolation du bois contre le contact direct avec l'élément chauffant et pour la fixation des tuyaux.

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Tuyauterie de circuit sur béton dalles de plancher disposer une chape en béton dans le corps. Le volume de matériau et les calculs d'installation des sols chauds sont déterminés après marquage préalable de la surface (hydraulique ou niveau laser). Le plan de mise en page est réalisé sur papier (échelle 1:50). La précision avec laquelle le calcul est effectué détermine la consommation de matériau et la vitesse de travail.

La surface nettoyée et traitée avec un apprêt polymère est nivelée à l'avance, l'imperméabilisation se fait sur les sols et les premiers étages. Les murs sont collés autour du périmètre avec un ruban amortisseur à une hauteur qui passera sous la chape (avec une petite marge). Un matériau d'isolation thermique à base de feuille protège le flux de chaleur spécifique vers le haut dans une direction donnée. La perte de chaleur à travers la feuille ne dépasse pas 5%.

Le renfort est posé au-dessus de l'isolant, le cadre donne de la rigidité à la chape et vous permet d'obtenir la bonne fixation de la marche. La boucle de tuyau est disposée, fixée, la boucle est testée sous pression et remplie d'une solution de chape.

Les systèmes modulaires légers sont utilisés pour les structures en bois (sous-planchers ou rondins) qui n'ont pas la capacité de résister à des charges statiques élevées.

Calculs des tuyaux pour un plancher chauffé à l'eau (longueur, diamètre, pas et méthodes de pose et tuyaux)

La longueur limitée du circuit de chauffage basse pression est due à l'effet «boucle fermée», dans laquelle la perte de charge dépasse 20 kPa (0,2 bar). Une augmentation de la puissance de la pompe, dans ce cas pas une sortie - la résistance augmentera proportionnellement à l'augmentation de la pression.

La longueur estimée des tuyaux pour un plancher chaud est déterminée par la formule:

L = (S / a × 1,1) + 2c, (m), où

L - longueur du contour, m;

S - surface, contour, m²;

a - étape de pose, m;

1.1 - augmentation de la taille de l'étape de pliage (marge);

2c - la longueur des tuyaux d'alimentation du collecteur au circuit, m.

Important! La surface utile de la pièce tient compte de la surface du contour avec l'ajout de la moitié du pas du tuyau.

Le circuit de chauffage est posé à une distance de 0,3 m des murs. Tenez compte de la surface au sol ouverte, qui transmet un flux de rayonnement uniforme. Les experts déconseillent d'installer le circuit de chauffage aux endroits où sont placés les meubles. Une charge statique prolongée peut déformer les tuyaux.

Avec une grande surface de la pièce, le circuit de chauffage est divisé en secteurs. Les règles de zonage de base sont le rapport hauteur / largeur 1/2, chauffant la surface d'un secteur au maximum 30 m² et gardant la même longueur et le même diamètre pour les chaînes du même collecteur.

Tableau 2. Le rapport des longueurs et des diamètres des tuyaux du circuit:

Diamètre, mm	Matériau du tuyau	Longueur de boucle recommandée, m
16	métal-plastique	80 ÷ 100
18	polyéthylène réticulé	80 ÷ 120
20	métal-plastique	120 ÷ 150

 

Le diamètre et le pas de la disposition des tuyaux dépendent de la charge thermique, du but, de la taille et de la géométrie de la pièce. La zone de distribution de chaleur est proportionnelle au rayon du tuyau. Le tuyau chauffe une section du sol de chaque côté du centre du tuyau. Espacement équilibré des tuyaux: Dy 16 mm - 0,16 m; 20 mm - 0,2 m; 26 mm - 0,26 m; 32 mm - 0,32 m.

Les données de passeport des produits indiquent le débit maximal des tuyaux, sur la base duquel le changement de pression linéaire est calculé. La valeur optimale de la vitesse du liquide de refroidissement dans les tuyaux chauffage à l'eau 0,15 à 1 m / s.

Tableau 3. Dépendance de la marche à la surface et à la charge du secteur:

Diamètre, mm	Distance le long des axes (espacement des tuyaux), m	Charge optimale, W / m2	Surface utile totale (ou divisée en sections) des locaux, m2
16	0,15	80 ÷ 180	12
20	0,20	50 ÷ 80	16
26	0,25		20
32	0,30	moins de 50	24

 

Options de pose de tuyaux: boucles simples, d'angle ou doubles (serpents), spirales (escargots). Pour les couloirs étroits et les pièces de forme irrégulière, la pose de serpent est utilisée. Les grandes zones sont divisées en secteurs. La pose combinée est autorisée: dans la zone de bord, le tuyau est disposé avec un serpent, dans la partie principale - avec un escargot.

Autour du périmètre, plus près de la paroi extérieure et près des ouvertures de fenêtre, le contour d'alimentation passe. L'espacement de pose dans les zones de bord peut être inférieur à la distance entre les tuyaux dans la partie centrale de la pièce. La connexion des renforts de la zone de bord est nécessaire pour augmenter la puissance du flux thermique.

Important! Un coude à 90 ° des tuyaux dans un schéma en spirale pour connecter un plancher chauffé à l'eau réduit moins la résistance hydraulique, par rapport à la pose en boucles (serpent).

Dans les calculs des tuyaux pour un sol chauffé à l'eau, des diamètres de 16, 20, 26, 32 mm sont utilisés.

Pour les systèmes de planchers d'eau chaude, des canalisations ondulées, en acier inoxydable, en cuivre, en métal-plastique et en polyéthylène réticulé sont utilisées. L'ondulation d'une conduite pour chauffage par le sol est devenue relativement récente afin de faciliter l'installation de la structure et de réduire le coût de tournage des augmentations de longueur.

La tuyauterie en polypropylène a un grand rayon de courbure, elle est donc rarement utilisée dans les systèmes de chauffage par le sol.

Revêtements de sol

Types de revêtement de sol de finition pour sols chauds: surface de remplissage, linoléum, stratifié ou parquet, carrelages, carreaux de céramique et de metlakh, marbre, granit, basalte et grès cérame.

L'humidité constante dans la pièce est contre-indiquée pour les planchers en bois, elle n'est donc pas utilisée dans les salles de bains avec des sols chauds.

Tableau 4. Conductivité thermique des revêtements de sol:

Type de materiau	Épaisseur de couche δ, m	Densité γ, kg / m³	Coefficient de conductivité thermique λ, W / (m ° ∁)
Linoléum isolé	0,007	1600	0,29
Les carreaux sont carrelés, metlakh, céramique	0,015	1800 ÷ 2400	1,05
Stratifié	0,008	850	0,1
Planche de parquet	0,015 ÷ 0,025	680	0,15
Isolation (ursa)	0,18	200	0,041
Chape ciment-sable	0,02	1800	0,76
Dalle en béton armé	0,2	2500	1,92

 

Équipement de pompage pour les calculs de chauffage par le sol

La réduction de la température du liquide de refroidissement vous permet d'obtenir un fonctionnement efficace des pompes de circulation.

Le circuit de chauffage par le sol est horizontal et couvre une grande surface. La force que la pompe de circulation transmet au flux est dépensée pour surmonter les résistances linéaires et locales. Le calcul de la pompe pour chauffage par le sol dépend du diamètre, de la rugosité du tuyau, des raccords et de la longueur du circuit.

Le principal paramètre de calcul est la performance de la pompe dans le circuit basse pression:

H = (P × L + ΣK) / 1000, (m), où

H est la tête de la pompe de circulation, m;

P - perte hydraulique par mètre courant de longueur (données de passeport du fabricant), pascal / mètre;

L est la longueur maximale des tuyaux dans le circuit, m;

K est le facteur de puissance des résistances locales.

K = K1 + K2 + K3où

K1 - résistance sur les adaptateurs et les tés, les connexions (1,2);

K2 est la résistance sur les vannes (1, 2);

K3 - résistance sur l'unité de mélange dans le système de chauffage (1.3).

Le degré de performance de la pompe de circulation est déterminé par la formule:

G = Q / (1,16 × ∆t), (m³ / heure), où

Q est la charge thermique du circuit de chauffage (W);

1.16 - capacité thermique spécifique de l'eau (Wh / kgC);

∆t - évacuation de la chaleur dans le système (pour les circuits basse pression 5 ÷ 10 ° С).

Tableau 5. Dépendance de la puissance de l'unité à la surface du local chauffé (pour le calcul hydraulique du plancher chaud):

Surface au sol, m2		Capacité de la pompe de circulation pour chauffage par le sol, m³ / h
80 ÷ 120		1,5
120 ÷ 160		2,0
160 ÷ 200		2,5
200 ÷ 240		3,0
240 ÷ 280		4,0

 

Conseil utile! La puissance de l'unité se compose de la somme des coûts de tous les circuits. En cas de froid anormal, il est nécessaire de prévoir une réserve de capacité de pompe de 15 ÷ 20%.

Calcul du coût du chauffage par le sol

Chaudière à gaz et un circuit hydraulique de plancher relie le collecteur. Un flux uniforme du caloporteur est assuré par une régulation automatique, à l'aide de vannes d'équilibrage et thermostatiques. Le clapet anti-retour protège l'unité pompe-mélange.

Tableau 6. Éléments d'un ensemble complet de chauffage par le sol:

Nom de l'article	Taille et unité	Prix ​​unitaire (RUB)
Imperméabilisation	rouleau (1,5 × 50 m)	à partir de 2000
Bande d'amortissement	25 m	à partir de 500
Isolation thermique de blindage (polystyrène expansé)	1100 × 800 × 38 mm	769
Trompette	16 à 20 mm	50 ÷ 80
Chape en béton: ciment mélanges secs	50 kilogrammes 25 kilogrammes	125 200
Groupe de collectionneurs assemblé	2 sorties	4600
Pompe et unité de mélange: tête thermostatique, vannes d'équilibrage et thermostatiques, pompe de circulation	ensemble	à partir de 20.000

 

Le coût total du chauffage par le sol est déterminé par la superficie de la pièce, l'équipement, la qualité du matériau et la méthode de travail. La formation par lots d'un sol chaud assure la compatibilité des éléments et un chauffage efficace dans les plages de température. L'équipement d'usine réduit le coût des matériaux de 1,5 à 2 fois.

Le propriétaire de la maison peut faire un calcul des planchers chauffants à l'eau, installer le système de ses propres mains, s'il dispose d'un stock suffisant de connaissances en génie thermique, en hydraulique, en science des matériaux et en expérience dans l'exécution de travaux de plomberie. La masse d'exemples positifs tirés de la vie est inspirante. Cependant, chacun doit avoir «son propre portfolio», sa propre maison n'est pas un tremplin pour des expériences.