Puissance calorifique des radiateurs de chauffage - tableau comparatif des batteries en fonte, bimétalliques, en aluminium et en acier

Le rendement thermique d'un radiateur de chauffage est un coefficient qui détermine la quantité de chaleur reçue de l'appareil de chauffage par unité de temps et est mesuré en W/(m² K).

Ce paramètre technique est le principal indicateur de l'efficacité d'un radiateur pour créer un climat intérieur confortable. Le fabricant de l'équipement de chauffage est tenu d'indiquer cette valeur dans la documentation fournie avec ses produits.

La puissance des radiateurs de chauffage est calculée en wattsCertains fabricants indiquent un flux thermique pour leurs produits, exprimé en calories par heure. Pour convertir cette valeur en watts, ils utilisent une norme où 1 W = 859,845 cal/heure.

Le transfert thermique d'une section ou d'un panneau d'un système de chauffage hydronique est calculé en tenant compte de facteurs primaires et secondaires. Parmi ceux-ci figurent le matériau de construction, la température du fluide caloporteur, la surface d'échange thermique, le schéma de raccordement de l'appareil, son emplacement et d'autres facteurs. Si le radiateur est composé de plusieurs sections ou d'un panneau unique, la puissance est calculée et spécifiée par le fabricant pour l'ensemble de l'unité.

Comment calculer le rendement thermique des radiateurs de chauffage par mètre carré

Dans la documentation fournie, le consommateur trouvera le rendement thermique d'une section ou d'un panneau entier de dimensions spécifiques. Ces paramètres sont assez relatifs et ne doivent pas être considérés comme définitifs. Ils nécessitent un ajustement pour obtenir des valeurs réalistes. Pour ce faire, il est nécessaire de calculer la conductivité thermique du radiateur.

Il convient tout d'abord de réfuter l'idée reçue selon laquelle les batteries en aluminium dégagent le plus de chaleur en raison des propriétés des métaux non ferreux. Il est important de noter que les batteries ne sont pas fabriquées en aluminium pur, mais en un alliage d'aluminium et de silicium (le silumin), dont le dégagement de chaleur est nettement inférieur.

On peut en dire autant, en partie, des radiateurs en acier, bimétalliques et en fonte. Les puissances indiquées dans la fiche technique de l'appareil de chauffage sont exactes lorsque l'écart entre la température moyenne du fluide caloporteur et la température ambiante est de 70 °C.⁰ C. Ce phénomène est appelé différence de température et est noté par le symbole – Δt. Le calcul s'effectue à l'aide de la formule :

Δt = (t_dépôt + t_{lignes de retour})/2 – t _air

Conformément aux spécifications du fabricant, le résultat du calcul devrait être de 70 degrés. La température moyenne du liquide de refroidissement peut ensuite être calculée à l'aide de la formule suivante :

(t_dépôt + t_{lignes de retour}) = 2(Δt + t _air)

Par exemple, en se basant sur la puissance thermique indiquée par le fabricant pour une section bimétallique – 200 W, Δt = 70⁰ C, température ambiante moyenne - 22⁰ C, nous obtenons le résultat :

(t_dépôt + t_{lignes de retour}) = 2(70 + 22) = 184⁰ AVEC

Compte tenu de la différence standard de 20 degrés entre l'alimentation et le retour, leur valeur est déterminée séparément :

t_dépôt = (184 + 20)/2 = 102⁰ AVEC

t_{lignes de retour} = (184 - 20)/2 = 82⁰ AVEC

Un calcul réel de transfert de chaleur montre qu'une section est capable de produire 200 W, à condition que l'eau dans le tuyau d'alimentation soit en ébullition et que le fluide de refroidissement quitte le tuyau de sortie à une température de 82 degrés.

Un tel phénomène est tout simplement impossible en pratique. En effet, les chaudières de chauffage d'eau domestique ne peuvent pas chauffer l'eau à plus de 80 degrés. Même dans ces conditions maximales, le fluide caloporteur entrera dans le radiateur à une température maximale d'environ 77 degrés.⁰ C, et Δt sera d'environ 40⁰ C. Nous en concluons que la puissance thermique réelle d'une section d'un radiateur bimétallique ne sera pas de 200 W, mais seulement de 100 W.

Pour simplifier le calcul, vous pouvez utiliser un tableau de transfert thermique avec des facteurs de réduction. Pour ce faire, utilisez la formule ci-dessus, en faisant intervenir la température prévue dans la maison et le fluide frigorigène, afin de calculer Δt.

Tableau des valeurs des facteurs de réduction

Tableau 1.

Δt	À
40	0,48
45	0,56
50	0,65
55	0,73
60	0,82
65	0,91
70	1

Le coefficient correspondant se trouve dans le tableau et est multiplié par la puissance thermique nominale d'une section du radiateur bimétallique. Autrement dit, dans ce cas, pour chauffer 1 m²² la pièce aura une puissance calorifique de 200 W x 0,48 = 96 W.

Pour chauffer 10 m² La zone nécessitera environ 1 kW de puissance de chauffage, et le nombre de sections requis sera de 1000/96 = 10,4. Si la pièce a deux fenêtres, deux radiateurs de 10 et 11 sections chacun devront être installés en dessous.

Normes de puissance thermique

Pour la conception des systèmes de chauffage des bâtiments et des ouvrages, le document réglementaire SP 60.13330.2016 est utilisé. Ce référentiel régit notamment le développement des systèmes de chauffage intérieur dans les bâtiments et ouvrages neufs et rénovés. Le SP a été élaboré sur la base des exigences des normes techniques nationales GOST 30494-2011 et GOST 32415-2013. Conformément à ces normes, une puissance de chauffage de 1 kW a été adoptée pour une pièce d'une superficie de 10 mètres carrés, d'une hauteur sous plafond maximale de 3 mètres, comportant un mur extérieur et une fenêtre.

Lors du réglage des conditions initiales de chauffage d'une pièce dans une direction ou une autre (surface plus grande ou plus petite, nombre différent de fenêtres, etc.), afin de déterminer avec précision la puissance calorifique nominale, des facteurs de correction sont introduits dans le calcul :

K1 – structure de fenêtre

• double cadre – 1,27 ;
• unité de double vitrage – 1.0 ;
• unité de triple vitrage – 0,85.

K2 – isolation des murs

• faible – 1,27 ;
• Maçonnerie de 2 briques + isolation thermique – 1,0 ;
• haute qualité – 0,85.

K3 – S_fenêtres/S_genre

• 0,5 – 1,2 ;
• 0,33 – 1,0 ;
• 0,1 – 0,8.

K4 – température intérieure moyenne en hiver, en degrés

• 35 — 1,5;
• 20 – 1,1 ;
• 10 – 0,7.

K5 – nombre de murs extérieurs

• 1 – 1.1;
• 2 – 1,2 ;
• 3 – 1,3;
• 4 – 1,4.

K6 – une chambre au-dessus de la chambre

• grenier froid – 1,0 ;
• grenier – 0,8.

K7 – hauteur sous plafond, m

• 2,5 – 1,0 ;
• 3 – 1,05;
• 3,5 – 1,1.

Le résultat final est divisé par la puissance thermique d'une section de radiateur. Le quotient est arrondi à l'entier supérieur (10,4 – 11 sections).

Tableaux comparatifs des indicateurs de transfert thermique de différents types de radiateurs

Comme mentionné précédemment, le transfert de chaleur est mesuré en W/m².²Cette valeur est considérée comme un indicateur de l'efficacité de l'appareil de chauffage. Lors du choix du type et du modèle de radiateurs pour un consommateur, la comparaison de leurs puissances de chauffage est un élément déterminant.

Puissance calorifique réelle des radiateurs

À partir de ces spécifications, des experts publient en ligne divers tableaux répertoriant la puissance thermique des radiateurs bimétalliques, en aluminium, en acier et en fonte. Vous trouverez ici des données sur la puissance thermique des appareils de chauffage.

Tableau comparatif du rendement thermique d'une section de radiateurs de chauffage en fonction de la pression de service, du volume et du poids

Tableau 2.

Type d'appareils avec une distance interaxiale de 500 mm	Puissance thermique, W	atmosphères de pression de service	Capacité, litres	Poids, kg
Aluminium	180	20	0,27	1,45
bimétallique	200	20	0,20	1.2
Acier	120	20	0,20	1,05
Fonte	140	10	1.2	5.4

Caractéristiques comparatives selon le type d'appareils de chauffage

Tableau 3.

Caractéristiques	Aluminium	bimétallique	Acier	Fonte
Structure	En coupe	En coupe	Panneau	En coupe
Divorce	Côté	Côté	Latéral/Vertical	Côté
Résistance à la corrosion	Moyenne	Haut	Moyenne	Haut
Type de liquide de refroidissement	Eau	Eau/antigel	Eau/antigel	Eau

Radiateurs de chauffage à meilleur rendement thermique

D'après de nombreux avis de consommateurs, des tests d'experts et des comparaisons de résultats, les radiateurs bimétalliques sont reconnus comme les plus performants en termes de puissance de chauffe. Par ordre décroissant, les radiateurs en aluminium arrivent en tête, suivis des radiateurs en acier. Les radiateurs en fonte restent les moins performants de cette catégorie.

Le matériau utilisé pour la fabrication des appareils de chauffage, leur coût et la qualité du fluide caloporteur sont des facteurs déterminants dans ce classement. Malgré leurs qualités supérieures, les radiateurs bimétalliques restent les plus onéreux. Opter pour des radiateurs en aluminium est la solution optimale. Cependant, leur utilisation est limitée aux systèmes de chauffage autonomes, où la qualité du fluide caloporteur peut être maintenue à un niveau élevé.

Pour la même raison, mais à l'inverse, ils sont totalement inadaptés à une installation dans les immeubles de plusieurs étages dotés d'un réseau de chauffage centralisé. Quant aux appareils en acier, ils transmettent rapidement la chaleur, aussi bien en mode chauffage qu'en mode refroidissement.

Enfin, si le consommateur ne se soucie pas de l'esthétique de l'apparence des appareils de chauffage et que les besoins en puissance de chauffage sont faibles, la solution idéale serait d'installer des radiateurs en fonte MS-140.

Dépendance du transfert de chaleur du radiateur à la température du liquide de refroidissement

La puissance thermique nominale d'une section du radiateur est calculée pour des valeurs standard de la température du fluide de refroidissement à l'entrée (90⁰ C) et sortie (70⁰ C) Appareil de chauffage. Ces conditions s'appliquent aux réseaux de chauffage centralisés.

Dans les systèmes de chauffage autonomes pour maisons individuelles, l'écart de température peut varier. Dans ce cas, la puissance calorifique d'un élément peut différer sensiblement des valeurs indiquées par le fabricant. La puissance de chauffage d'un appareil est directement proportionnelle à la température du fluide caloporteur dans le tuyau d'alimentation. Plus la température est élevée, plus la puissance calorifique du radiateur est importante. Inversement, plus la température du fluide caloporteur est basse, plus la puissance calorifique du radiateur est faible.

Pour éviter les fluctuations de température inattendues, utiliser des thermostatsCes têtes thermostatiques s'installent sur la tuyauterie à l'entrée du radiateur. Elles existent en versions manuelle, semi-automatique et automatique, cette dernière étant commandée en ligne.

Comment augmenter le coefficient de transfert thermique

Il ressort de ce qui précède que la puissance calorifique réelle d'un appareil de chauffage peut différer sensiblement des spécifications techniques indiquées par le fabricant dans sa documentation produit. En conditions réelles d'utilisation, les radiateurs peuvent engendrer des pertes de chaleur cumulatives, réduisant ainsi l'efficacité du système de chauffage d'une maison ou d'un appartement.

Deux options permettent d'augmenter le coefficient de transfert thermique : améliorer les conditions de fonctionnement du système de chauffage existant et utiliser des méthodes optimales pour le placement et le raccordement des radiateurs, telles que déterminées lors de la conception.

En utilisant l'exemple de la figure ci-dessous, nous analyserons les pertes de chaleur dans le système de chauffage d'un bâtiment.

1. Les pertes de chaleur par le toit sont de 25 à 30 %.
2. Par les fenêtres : 10 à 15 %.
3. Pertes de chaleur par le sol : 10 à 15 %.
4. Pertes à travers les murs : 10 à 15 %.
5. Adjacences : 10 - 15 %.
6. Par un tuyau (en cas de chauffage par poêle) : 20 à 25 %.

Nous vous suggérons de l'utiliser en ligne. calculateur pour calculer les pertes de chaleur dans une maison.

Comment améliorer l'efficacité d'un système de chauffage existant

Pour améliorer l'efficacité d'un système de chauffage existant, les experts recommandent les mesures suivantes :

• isoler les structures extérieures de la maison (murs, fondations, sous-sol et combles) ;
• remplacer les vieux châssis de fenêtres en bois par des fenêtres à double vitrage ;
• coller des écrans en aluminium sur les murs derrière les radiateurs ;
• Ouvrir périodiquement les robinets Mayevsky pour libérer les poches d'air dans les radiateurs ;
• Si les murs sont froids, ils sont isolés de l'intérieur avec des matériaux d'isolation thermique.

Après avoir mis en œuvre ces mesures, les propriétaires constateront immédiatement une amélioration du rendement thermique de leurs appareils de chauffage. Pour l'isolation des murs intérieurs, le marché des matériaux de construction propose une vaste gamme de solutions, allant des plaques de liège et des enduits texturés aux dalles de plâtre et aux panneaux décoratifs en polyuréthane, qui permettront non seulement d'isoler les pièces, mais aussi d'en embellir l'aspect.

Comparaison du chauffage par radiateurs en acier et en fonte

Comment améliorer l'efficacité dès la phase de conception

Pour éviter un transfert de chaleur insuffisant par les appareils de chauffage dans les nouveaux bâtiments, les règles suivantes sont suivies dès la phase de conception.

Règle 1Les radiateurs sont installés sous les fenêtres. Il peut s'agir de niches spécifiques ou de radiateurs suspendus sous les appuis de fenêtre, avec ou sans abat-jour. Les abat-jour dissimulent les radiateurs, mais peuvent aussi réduire leur puissance de chauffage. Dans certains cas, ils sont utilisés volontairement pour réduire le flux de chaleur de 10 à 15 %, préservant ainsi la chaleur pour les autres pièces.

Règle 2Le mode de raccordement influe considérablement sur l'efficacité des appareils de chauffage. Il peut s'agir d'un raccordement simple ou double. Un raccordement double permet d'optimiser le rendement du radiateur et de le rapprocher de sa puissance calorifique nominale. L'expérience montre que pour les pièces comportant moins de 20 radiateurs, un raccordement simple est préférable.

La photo ci-dessous illustre l'efficacité des sections avec des raccords de tuyauterie à double face.

La photo illustre l'efficacité des sections à raccordement unilatéral des tuyaux.

Comment calculer le dégagement de chaleur d'une section d'un radiateur de chauffage

Nous vous suggérons d'utiliser la calculatrice en ligne, pour déterminer le nombre de sections d'un radiateur bimétallique nécessaire par m².

La conception modulaire des éléments chauffants permet de moduler leur nombre dans chaque radiateur. Il est ainsi possible de réguler la puissance de chauffage en augmentant ou en diminuant la surface d'échange thermique des radiateurs.

Les radiateurs sectionnels sont disponibles en version bimétallique, en aluminium et en fonte. Comme indiqué précédemment, chaque section est fournie au marché du chauffage avec une puissance thermique nominale prédéfinie, calculée pour des conditions de fonctionnement standard des appareils de chauffage.

Tout calcul de puissance thermique d'un radiateur doit tenir compte des caractéristiques spécifiques des pièces où il est installé. À cette fin, des coefficients de correction ont été élaborés (voir le chapitre précédent, « Normes de puissance thermique »). En substituant ces valeurs réelles dans le calcul, on obtient la puissance thermique finale du premier élément du radiateur.

Puissance calorifique des radiateurs à panneaux

Contrairement aux appareils modulables, les panneaux chauffants en acier sont des produits non démontables.

Dans la documentation fournie, le fabricant indique la puissance thermique nominale du panneau, calculée pour Δt = 70⁰ C à une température ambiante moyenne de -22⁰ C. Le transfert de chaleur du dispositif est calculé en substituant la valeur réelle de Δt et en entrant des facteurs de correction.

Calcul des radiateurs de chauffage - Partie 1