Les calculs de base

Les chiffres après la virgule.. Il faut au moins 4 chiffres dit significatifs On écrira 103.4 et pas 103.42 On écrira 1.364 et pas 1.36 On écrira 81597 et pas 81597.23 Les arrondis se font de manière habituelles 103.47 devient 103.5 puisque 7 ≥ 5 103.42 devient 103.4 puisque 2 < 5

La puissance L’unité de base est le Watt (se note W) 1000 W = 1 kW (kilowatt) 1000000 W = 1 MW(mégawatt) Autres unités……… 1 cheval = 736 W 1 BTU (british thermal unit) = 0.3 W

Les unités de puissances interdites….. Depuis plus de 25 ans il ne faut pas utiliser dans les calculs … La kilocalorie/h (1 kcal/h) = 1.163 W La thermie/h (1 Th/h) = 1.163 kW la millithermie/minute (1 mth/min) = 69.76 W

exercices Une voiture de 500 chevaux fait….. ………….kW ………….W ………….BTU 1 climatiseur de 9000 BTU fait…….. …………..W …………..kW

L’énergie Energie = puissance X temps …….. E = P X t L’unité légale est le joule (et ses multiples) 1 Joule (J) = 1W X 1 s Les multiples sont: le kilojoule (kJ) = 1000 J Le mégajoule (MJ) = 1000000 J Exemple , une ampoule de 100 W allumée pendant 60 secondes consomme 100 X 60 = 6000 J = 6 kJ

exercices Une radiateur électrique de 2 kW fonctionne pendant 1 journée (24h). En réalité par son thermostat il n’est réellement en marche que 30% du temps. Combien a-t-il consommée en….. ………………J ………………kJ ………………MJ

Les kWh……. Le joule est peu utilisé … on a pas l’habitude Le kWh c’est aussi de l’énergie Donc puissance X temps 1kW X 1 heure = 1 kWh Et bien sur 2 kW X 5 h = 10 kWh…….

Et les Wh…… Idem les kWh mais en plus petit Toujours puissance X temps…..la formule s’écrit E = P X t 1 W X 1 h = 1 Wh 6 W X 7 h = 42 Wh 1000 W X 1 h = 1000 Wh =……1 kWh

exercices Un appareil de 2500 W fonctionne pendant 8 heures de manière continue Il a consommé …………Wh …………kWh

Conversion joules/Wh et autres… Pour avoir des joules il faut multiplier des W par des secondes. Comme 1 heure c’est 3600 seconde…. 1 W X 1 h = 1 Wh 1 W X 3600 s = 3600 J = 3.6 kJ 1 kW X 1 h = 1 kWh 1000 W X 3600 s = 3600000 J = 3600 kJ = 3.6 MJ

exercices Une spot halogène de 750 W reste allumée toute la nuit pour rien……..soit 10 heures Elle a consommée (bien inutilement): ……………………J ……………………kJ ……………………MJ ……………………Wh ……………………kWh

Energie et combustible Les combustible contiennent de l’énergie On utilise le PCI (pouvoir calorifique inférieur) dans les calculs Et pourquoi inférieur ??? Parce que la combustion produit de la vapeur d’eau dont on ne peut récupérer la chaleur que dans certaines condition…. Si on récupérait cette chaleur on parlerait de PCS (pouvoir calorifique supérieur)

Le PCI Le PCI c’est toujours……… 1 quantité d’énergie / une quantité de combustible La quantité d’énergie souvent donnée en kWh peut également se donner en J, kJ ou MJ La quantité de combustible est le plus souvent le m3 pour le gaz et le kg pour le fioul (et les GPL, butane et propane)

Exemples de PCI Gaz naturel 10 kWh/m3 Fioul domestique 12 kWh/kg Fioul domestique 10 kWh/litre Propane 12.78 kWh/kg Butane 12.66 kWh/kg Et tout combustible a son PCI , charbon, bois, hydrogène…même la m….. de cochon et ouais il y a des chaudières qui marchent au lisier en Bretagne

exercices Gaz naturel ….. ……….MJ/m3 Fioul domestique ………… MJ/kg Fioul domestique ………… MJ/litre Propane …………MJ/kg Butane ………….MJ/kg

Les différentes puissances Pertes par les fumées Qn puissance absorbée Pn puissance utile

Exemple en chiffres Pertes par les fumées = 3 kW Qn = 30 kW Pn 27 kW

Exemple en chiffres 10% Pertes par les fumées 100% 90%

Relation entre Qn et Pn  = 27 kW/30 kW Qn – Pn = pertes par les fumées Le Rendement se note  (lettre grecque éta) Rendement  = Pn / Qn exemple :  = 27 kW/30 kW = 0.9 = 90% Et en bougeant la formule…..on en a d’autres Qn X  = Pn Pn /  = Qn Si on ne connait pas le rendement on l’estime souvent = a 90% …….donc 10% de pertes

exercices Calculez le rendement Trouvez Pn Pn = 22 kW et Qn = 26 kW ,donc ………………….. Qn = 33 kW et Pn = 29 kW donc ………………….. Trouvez Qn  = 89% et Pn = 25 kW donc…………………… Trouvez Pn  = 92% et Qn = 24 kW donc………………….

Qn Qn a d’autres noms….. Débit thermique Puissance thermique Débit calorifique Puissance calorifique Puissance absorbée (ça devrait être le vrai nom) Puissance flamme Puissance enfournée……….etc.……..

Qn Qn est beau…Qn est surtout grand, c’est la plus élevée des puissances d’une chaudière Qn est fixe sur les chaudières murales, on la lit sur la plaque signalétique

Qn sur les chaudieres murales Les chaudieres murales sont des ensembles chaudieres/bruleurs indissociables contrairement a la plupart des chaudieres au sol Qn max est utilisé surtout en sanitaire En chauffage la puissance sera inférieure et réglée en fonction de l’habitation

Qn sur les chaudières au sol Pour les chaudières au sol (a équiper de bruleur fioul ou gaz) Qn n’est pas toujours donné sur la plaque signalétique Si il n’y a qu’un chiffre (par exemple 20 kW) c’est Pn Qn comme Pn peuvent être une plage de puissance…… exemple: 20 kW a 30 kW (Pn) et 23 kW a 33 kW (Qn)

Qn sur les bruleurs fioul et gaz Seul Qn est donné sur les bruleurs, jamais Pn C’est toujours une plage de puissance qui est donnée Pour le fioul Qn peu être donné en débit de fioul (en kg / h) il faut X par 12 pour avoir des kW

exercices Un bruleur fioul est donné pour 2 a 4 kg/h trouvez la plage de Qn de ce bruleur ………………..kW a………………..kW Un bruleur fioul est donné Qn 30 a 55 kW, a quelle plage de débit fioul (en kg/h) cela correspond ???? De…………kg/h a ………………kg/h

Débit combustible X PCI (du combustible) = Qn Relation Qn et PCI Vous avez-vous c’est 12 pour le fioul…..(des petits malin vous diront 11.89……en réalité cela varie un tout petit peu d’un fioul a l’autre , mais 12 ça va bien 3 kg/h X 12 kWh/kg = 36 kW……… Débit combustible X PCI (du combustible) = Qn Et bien ça marche pour tous les combustibles cette formule…….reste a placer dans la formule le bon PCI et le bon débit de combustible……

PCI…Qn…. et débit combustible La formule peut être inversée… Débit combustible = Qn / PCI (du combustible) Avec Qn toujours en kW mais l’unité du débit de combustible sera l’unité issue du PCI du combustible……. Si PCI en kWh / kg ,débit combustible en kg/h Si PCI en kWh / m3 ,débit combustible en m3 /h Etc.…………….

exercices Qn = 29 kW trouvez le débit…….. Fioul en l/h ………………… Fioul en kg/h…………………. Gaz naturel en m3/h…………….. Gaz naturel en l/h……………… Gaz naturel en l/min…………….. Propane en kg/h………………. Butane en kg/h………………… Voir les pci des combustibles diapositive n° 15

Relation Qn et PCI au gaz naturel Le PCI du gaz naturel est pris a 10 kWh/m3 Si on rempli un cube de gaz (1m x 1m le cube) cela représente une énergie de 10 kWh environ……en réalité ce chiffre varie en fonction de la température, de la pression et de la nature exacte du gaz, mais en petite puissance (moins de 70 kW) on tient rarement compte de ces variations

Le gaz Donc………..au gaz naturel Débit gaz (en m3 / h) X 10 = Qn Et en bougeant encore une fois le truc… Qn / 10 = débit gaz (en m3 / h)

exercices Qn = 28 kW , débit gaz = ……………………. Débit gaz = 2.3 m3/h , Qn =………………….. Pn = 22 kW, R = 90 % , débit gaz =…………. Débit gaz = 3.12 m3/h , Pn = 27 kW , R =…..

Les litres/minutes gaz Comme on ne reste 1 heure devant un compteur on calcule très souvent le débit gaz en litres/minute Du coup on est plus précis pour le PCI que les 10 pris généralement, et ça donne…après calculs que je vous épargnerais….… Débit gaz (en l/min) / 1.72 = Qn

exercices Débit gaz = 42 l/min , Qn=…………….. Qn = 28 kW , débit gaz =………… Pn = 22 kW , débit gaz = 44 l/min, R=…….

Pn Puissance utile…transmise a l’eau (chauffage ou sanitaire) par la chaudière Se nome aussi puissance eau Puissance aux brides Puissance nominale Elle apparait toujours sur les plaques signalétiques des appareils

Pn (kW) =  T X 1.163 X débit d’eau m3/h) En sanitaire Pn sera a son maximum….toujours en sanitaire Pn chauffe l’eau…..augmente la température…..on parle de delta T Une formule relie Pn,  T et débit d’eau : Pn (kW) =  T X 1.163 X débit d’eau m3/h)

Les m3/h et les litres/min Ben…….. - Si 2 m3/h on a 2 X 1000 = 2000 l/h Et on a 2000 / 60 = 33 l/min - Si on a 20 l/min on a 20 X 60 = 1200 l/h Et donc 1200 / 1000, = 1.2 m3/h

exercices Eau froide 10°, eau chaude 54° , débit d’eau = 12 litres/min , trouvez Pn= ……kW Pn = 35 kW, delta T= 30° , trouvez le débit d’eau sanitaire = ………………l/min NB vu que delta T = 30 ce débit est dit spécifique : DS Trouvez dans l’exo précédent par combien il faut X Pn pour avoir le DS? Pn X ……….. = DS

En chauffage C’est l’écart de température entre l’entrée et la sortie de la chaudière (et des radiateurs) qui nous intéresse….

On a toujours: Pn = débit d’eau X 1.163 X  T Mais…………. Pn sera une puissance chauffage…le plus souvent réglée plus faible que la Pn sanitaire qui est maximum le débit d’eau ne sera pas du sanitaire mais le débit d’eau dans les radiateurs Le delta T sera celui entre départ et retour radiateur ( et chaudière), le plus souvent 15 Kelvin (15K) = 15°

exercices Pn chauffage réglée a 14 kW Delta T radiateurs a 15°, débit eau =……............. Si on double le débit d’eau , calculez ce que devient le delta T =…………………… Le rendement étant de 92% Qn =……….. Si je suis au fioul le débit fioul = ……….kg/h En gaz nat débit gaz en l/min = ……………. Et au propane débit gaz =………en………… Et au butane =………en………….

TP Sur un maximum de chaudières…… Relevez……par la plaque signalétique ou la documentation…. Qn max Pn max débit gaz débit d’eau chauffage (si Pn chauffage = 75% de la Pn maximum) Débit spécifique en sanitaire