Calcul energie thermique radiateur

[insosama]

Bonjour amis futuriens

je tiens a préciser avant toute chose :
mes cours de thermo sont très très loin (trop loin !). mes notions de maths sont aussi usé. j'ai un problème très concret, et mes capacité dans ces domaines m'interdisent de le régler en toute autonomie. contrairement à un élève qu'on "oriente", ici, j'ai bien besoin d'etre pris par la main. je m'excuse d'avance de ma noobitude totale

alors on va faire assez court parce que ca sert a rien de tout compliquer : de quoi as t'on besoin physiquement pour mesurer l'énergie effectivement consommé par un radiateur en fonte ?
évidement, l'idéal et le plus simple est de connaitre le volume d'eau, la température a l'entrée et la température a la sortie. ca s'appelle un compteur thermique, mais ca marchera pas dans mon cas.
par contre, j'ai le plan de la pièce (et les matières et orientation des murs si necessaire), j'ai aussi la température consigne du robinet thermostatique, une sonde de température exterieur, une sonde de température dans la piece et je peux ajouter une sonde de température sur le corps de chauffe du radiateur si necessaire.
est ce que ces informations suffisent ?
quel formule mathématique me permet de connaitre la consommation effective ?

on avisera dans un second temps pour le calcul des pertes exterieur et supérieur de la pièce, faut pas mettre la charue avant les boeufs

d'avance, merci pour toute aide apporté.

amicalement.
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[f6bes]

bjr à toi,
un radiateur ne "consomme" pas à proprement dit. il transfére des calories d'un milieu à un autre.
La température d'entrée et de sortie ne sont pas suffisantes. il y a aussi la vitesse de transfert.
Bien sur faut pas oublier non plus le delta de température entre le milieu ambiant (piéce) et le radiateur.

Mais reste à savoir ce que tu veux calculer au juste ?

Bonne soirée

[insosama]

effectivement. je pensais plus a combien d'energie calorifique est diffusé (ou perdue par le systeme), effectivement.
ensuite, tu as tout a fait raison. c'est ce que j'évoque. le mieux était un débitmètre et deux sonde de températures. c'est comme ca que marche les "compteurs d'energie thermique". mais je peux pas appliquer concretement cette solution, car sur chaque radiateur individuel ca serait moche, cher, et inutile. et ils sont mal regroupé pour calculer ca par "grappe".
je cherche donc une solution moins couteuse en moyen, a base de sonde de température et de relevé des consignes.

ce que je veux calculer, c'est bien quel est l'energie produite par ma chaudière évacué effectivement par chaque radiateur indépendament, en Watt ou en Joules.

merci beaucoup

[f6bes]

Remoi,
Et quel est le but final de ces opérations ?
Ca va te permettre d'en déduire quoi ? pour en faire quoi ?
Bonne journée

[A voir en vidéo sur Futura]

[insosama]

bonjour

j'ai deja un compteur thermique en sortie de chaudière. je sais donc quel énergie thermique est produite par la dite chaudière au total pour les 18 radiateurs de ma maison.
objectif, savoir quel est la part de cette production qui est exploité par les radiateurs du rez de chaussé (soit 5 radiateurs) pour répartir les couts du gaz ensuite entre les deux parties de l'habitation. comme je n'ai aucune obligation légale particulière dans mon cas, je n'ai pas a poser un Répartiteur "officiel" du marché. et c'est pourtant ce type de boitier dont je cherche à reproduire le fonctionnement.

Les répartiteurs sont de petits boîtiers électroniques qui comportent en général deux sondes. L’une mesure la température du radiateur, l’autre la température de la pièce. La mesure s’enclenche lorsque le radiateur est plus chaud que la pièce. La société Ista, l’un des principaux acteurs du marché, explique par exemple que le compteur tourne lorsque la température du radiateur est d’au moins 23 °C et que l’écart avec la température de la pièce est d’au moins 4,5 °C. On en déduit une consommation selon le type de radiateur.

le soucis de ces répartiteurs du commerce c'est qu'ils sont en général fourni avec un abonnement auprès d'un service, garant à la fois de sa pose, son fonctionnement, l'ajustement de coeficient d'ajustement, et remplissent donc un role de régulateur et d'agent neutre dans les relations. il est interdit, quand on utilise ces boitier par obligation légale, de pratiquer le relevé et l'entretient soit meme de ces boitiers, pour éviter tout risque de fraude. les protocoles sont propriétaire, impossible de m'attacher par exemple a Jeedom, arduino, ou autre.
du coup, j'achat de ces répartiteurs (pourtant à l'unité guère excessif) n'est pas une solution. il me faut les "reconstruire" moi meme. et a priori, j'ai 4 variables qui peuvent m'aider a remplir ce role : la température du corps des radiateur, la température de consigne du robinet thermostatique, la température de la piece, et la température de l'exterieur. j'ignore si il faut aussi le volume de piece ou autre element pour completer. j'ai aussi la "puissance du radiateur" si necessaire (proportionnel a son volume)

il faudrait donc deja, a partir de ces 4 valeurs, en déduire l'energie thermique dissipé effectivement par le radiateur, sans se prendre la tete sur les coéficient d'ajustement, qui pourront etre traité séparément, plus tard (étape par étape, on met pas la charue avant les boeuf)
et la, autant mes vieux cours de thermo sont assez simple a aborder pour refaire moi meme un compteur thermique (débitmètre + 2 capteurs de température), ce qui m'a permis d'élaborer les 3 compteurs (le général pour le chauffage, dont il faudra déduire l'énergie dissipé par les 5 radiateurs sur les 18 au total, et deux sur les circuit d'eau chaude sanitaire, pour pas oublier aussi de compter ce type de consommation sur la chaudière)

je pourrais aussi, a grand coup de règle de trois, faire une moulinette entre les température consigne et les volume de pièce seulement, pour déduire le % effectivement utilisé par chaque volume. mais sans certitude que le calcul soit réellement représentatif. mais peut etre au final que cette methode serait plus élégante ? il sera d'autant plus simple a utiliser que j'ai bien un compteur thermique général sur la sortie de chauffage de la chaudière, ce qui me permet de connaitre le pourcentage de la consommation de gaz lié au chauffage vis a vis de l'eau sanitaire. sans cela, j'aurais eue une matrice de valeur proportionnel des 18 radiateur, mais sans unité, donc sans possibilité de les comparer a la consommation lié à l'eau chaude sanitaire.

voila, j'espère avoir été clair

[calculair]

Bonjour,

Si tu veux faire quelque chose de correcte il faut calculer les calories injectées et les calories récupérées dans le fluide traversant les radiateurs . La difference est les calories diffusées.


Selon par ou passe les tuyaux tu mets un débit mètre en sortie de chaudière et une sonde de temperature au départ et une autre sur le retour . Tu auras ainsi les calories que la chaudière a cédé a l'installation

[insosama]

oui, ca, c'est fait.
le dispositif que tu présente ici s'appelle un compteur thermique.
j'en ai 3. un du commerce, et deux "DIY".
le premier est branché en sortie de chaudière sur le circuit de chauffage. il me permet de savoir en Watt quelle energie est dissipé par mes 18 radiateurs (et non par chacun individuellement).
les deux autres sont constitué DIY car il manque une sonde de température.
en effet, dans le cas de l'eau sanitaire, l'eau chaude est "rejeté" dans la nature. aussi, j'ai fait le choix d'utiliser des compteurs d'eau chaude traditionnels. un compte l'eau chaude consommé par les étage, et l'autre par l'eau chaude du rez de chaussé, concerné par cette volonté de répartition des couts.
une sonde de température a été posé en entrée de circuit générale, et me permet de connaitre la température "naturelle" de l'eau froide a cette saison. la sonde de température eau chaude est comprise dans ma chaudière qui me retourne en temps réelle la température de l'eau chaude sanitaire.
les deux compteurs d'eau, couplé a ces deux valeurs, me permettent de connaitre la valeur en Watt consommé par la chaudière pour produire l'eau chaude rejeté pour les besoins sanitaire des deux parties de la maison.
j'ai donc trois valeurs de consommation disctinct (eau chaude RDC, eau chaude étage, chauffage) exprimé en watt qui reporté par une règle de trois sur ma consommation effective de gaz de ville me permette de savoir exactement quel besoin consomme quoi en gaz.

le soucis, c'est que sur la valeur brut de consommation lié au chauffage, les 18 radiateurs sont indisctinct.
il me faudrait séparer au moins 5 radiateur du total pour passer de 3 valeur au total à répartir sur le gaz, à 4 valeur (total W chauffage - total W 5 radiateur RDC) (total W 5 radiateur RDC) (eau chaude RDC) (eau chaude étages)

installer des compteurs d'eau sur chacun de ces 5 radiateur est irréaliste, très cher, et totalement disgratieux.
d'ou l'idée d'essayer de reproduire le fonctionnement des boitier de répartition du commerce, qui eux fonctionne sur un principe de simple relevé de température hors eau. (corps de chauffe et pièce). sachant que j'ai meme si necessaire accès a plus d'info que ces boitier du commerce (température exterieur, consigne du robinet ...).
il faut que j'arrive a extraire la dissipation de ces 5 radiateurs vis a vis du total
ou alors, comme je disais, peut etre a base de règle de 3 en partant du volume des piece a chauffer et des consignes connue de chacun des 18 radiateur, en déduire une matrice de proportion à appliquer ensuite au total en W du compteur thermique chauffage.

mais dans les deux cas, mes petites connaissances ne suffisent plus à faire ca proprement, dans les règles
d'ou mon appel au secours \o/

merci d'avance , et deja, merci pour ces premiers échanges

[calculair]

bonjour,

Si tu ne mesures pas les données permettant de faire le calcul correct , il ne te reste que la règle de trois en fonction des dimensionsns du radiateur en supposant les débits constants et les conditions d'échange thermique identique.

Une façon de violer ce dispositif est de mettre un ventilateur devant l'un des radiateurs , ainsi ce dernier libérera plus de calorie .

A priori sans mesure de débit , et avec la seule temperature , je ne vois pas de solution irréprochable physiquement..

[insosama]

c'est pourtant le fonctionnement des répartiteur, qui sont des appareils homologué.
mais je suis d'accord, en soit, cela semble plutot "pas très propre" par rapport a un compteur thermique pure.

tu partirais toi sur des règles de 3 ?
le volume de la pièce, le volume du radiateur, la température consigne du thermostat ca devrait suffire, non ?

amicalement.

[calculair]

de mon point de vue,,le volume du radiateur et la temperature de consigne devraient minimiser les erreurs, mais il faut trouver les bons coefficients correcteurs et cela ne semble pas évident

[insosama]

et si on prenait le problème pas tout a fait comme une simple regle de trois quand meme assez difficile à estimer, mais qu'on se basait quand meme sur de la thermo ?
en utilisant en plus de la température consigne, la température de la piece ou la température exterieur, y'a moyen d'exprimer la température comme un différentiel à combler, non ?
disons sur 3 pieces pour simplifier au début, et non les 18 pieces (faut pas pousser mémé dans les orties mdr)

si on exprime 3 valeurs deja qui peuvent avoir une influence réelle, c'est a dire le volume du radiateur, celui de la pièce, et le bilan thermique :
soit Salon = -2° / 60.95 mètre cube / 0.1032 mètre cube de radiateur / Ti : 17
Chambre = -4° / 45.05 mètre cube / 0.06192 mètre cube de radiateur / Ti : 16
cuisine = +1° / 37.1 mètre cube / 0.0516 mètre cube de radiateur / Ti : 19

Q = m x Cm x (Tf - Ti)
la Cm de l'air est de 1024. pour sa masse, il faudrait tenir compte de la pression, de la température, et meme de l'humidité de l'air.

2018-08-29_10-19-00.png
H , l'humidité relative ;
X, la température en °C ;
p, la pression en Pa.
la fonction retourne la masse volumique, en Kg par mètre cube.

se pose alors la question de prendre pour référence l'air exterieur de la maison, ou de partir des consignes, et donc de l'air interieur. ou d'hybrider en prenant par exemple l'humidité exterieur pour référence. au fond, cela ne devrait avoir qu'une influence minime (non ???) et l'important est plutot il me semble de prendre les meme hypothèses partout, commune pour chaque pièce, afin d'avoir à la fin une répartition proportionnelle logique. mais est ce certain ? il faudrait peut etre tenir compte de l'humidité de la salle de bain et la cuisine, par exemple ....
l'autre paramètre à ne pas oublier, c'est qu'ici on s'exprime en joules, alors qu'en réalité il faudra tenir compte de l'évolution du systeme dans le temps. utiliser la température exterieur semble ainsi une mauvaise idée, puisque l'inertie de la maison et des facteurs de chauffage tiers (comme le sol ou le soleil) apportent aussi de l'energie au systeme.
mais si je prends la température de la pièce, si a 7h du matin, par exemple, le Ti que j'ai donné sont juste au démarrage de la chaudière, et expriment l'energie en joules que la chaudière va devoir fournir d'ici à ce qu'elle se coupe, les Ti auront évolué 10 minutes plus tard. donc prendre en compte la température interieur des pièces (et les Ti a chaque relevé, du coup) expose a se confronter a une évolution dont il faudra tenir compte dans mes résultats (et la, j'ai bien peur de rapidement me mélanger les pinceaux)

pour Phi, on prendra l'humidité exterieur, histoire d'avoir une donnée commune. parreil pour la pression, ma station météo est en mesure de fournir les deux à la demande.
il faut noter que je suis proche de la mer, et que météo mise de coté, la pression devrait donc etre de 101 325 Pa (a une vache près)
a une humidité H de 0 et une pression égale à celle de la mer, a 0°C, on aurait ainsi 1.29 Kg.m3

soit au final :
2018-08-29_10-26-08.png
V = le volume en mètre cube de la pièce (constante du systeme à renseigner)
H = l'humidité relative exprimé de 0 a 1 (prise à l'exterieur)
P = la pression exprimé en Pa (prise à l'exterieur / a noter 101 325 Pa si on doit prendre une constante)
Tc = la température consigne du robinet thermostatique
Ti = la température actuelle de la piece relevé par la sonde au moment du calcul.
ce calcul est un "instantané" qui donne le bilan de ce qu'il reste à fournir au systeme.

on peu donc calculer, par pièce, quel besoin est le besoin énergétique pour atteindre les température consigne
il faut maintenant tenir compte du volume des radiateurs, d'une part, et d'autre part, tenir compte du temps pour passer a des Watts.
on connait grace au compteur thermique principal la production d'energie thermique effective de la chaudière. il s'agit de trouver le % exploité pièce par pièce. on intègrera que plus tard les échanges des pièces entre elles et avec l'exterieur, faut pas pousser ^^

il s'agit donc de trouver un coef de répartition lié au radiateur.
Coef = VolumeRadiateur / SommeVRadiateur
CoefSalon = 0.1032 / (0.1032+0.06192+0.0516) = 0.1032/0.21672 = 0.476
Coef Chambre : 0.285
Coef Cuisine : 0.238

ces coef sont des constante enregistré dans le systeme, dont la somme fait 1.

or EChaudière <=> Somme(CoefPiece x EPièce) <=> VgazC
on peu calculer le volume de gaz lié au chauffage seul VgazC, indépendament de l'eau chaude sanitaire, en se basant sur le relevé en Watt des trois compteurs thermique (Echaudiere et les deux Eeauchaude) et du relevé de compteur de volume de gaz (Vgaz) :
VgazC = (EChaudière + Eeauchaude1 + Eeauchaude2)/Echaudiere x Vgaz
soit CoutPiece = [somme(CoefPiece x EPièce) / (CoefPiece x EPièce)] x VgazC x CoutVGaz

le relevé des compteurs thermique sort une valeur en Watt, et Echaudiere = Relevé à T - Relevé à T-1.
quand on fait le relevé de ces compteurs, on fait le relevé en meme temps de tout les capteurs du systeme.
ca permet a priori de se "foutre" des incohérences joules / Watt de ces deux systeme de valeur, reporté in-fine a des coeficient de proportion.

si vous etes OK avec ce calcul, je vais essayer dans un second temps de calculer les "radiateur" (ou au contraire les pertes) généré par les murs, les sols et les plafonds. mais faut deja s'assurer que cette base de pure calcul de consommation sans prise en compte de facteurs d'echange thermique plus complexe est convenable.

merci de vos retour, en espérant que tout ca est suffisement clair

[f6bes]

Remoi, Tout cela entaché d'approximation qui donneront un calcul résultant approximatif.
Et que tu ne pourras comparer à rien.
pour faire quoi= de l'approximation non vérifiable
Bonne journée

[insosama]

hello

je veux bien, mais explicite un peu plus. ou sont les approximation précisement, qu'on réfléchisse à les combler ? pour le moment en mettant de coté les problématique liés aux echanges de la piece avec ce qui se trouve autour (autre piece, dehors ...). pour le résultat, il doit etre possible de faire mieux que ce que tu dis, puisque encore une fois, les boitier de répartition de cout du commerce, officiel et assermenté par l'état, donc considéré comme fiable sont bien garant de la fonction qu'on leur donne. pourtant, ils ne basent leurs calculs que sur deux température : celle de la piece et celle du radiateur sur lequel on les fixe. et évidement des tas de variables qui sont ajusté par le constructeur à la pose de l'appareil.
il est donc necessairement possible de reconstruire la formule qu'ils utilisent pour fonctionner.

dans mon cas, plutot que de me baser sur la température du radiateur, j'ai essayé de partir sur le fait que j'avais au moins la chance de connaitre la puissance émise en début de chaine par la chaudière, que j'avais aussi les températures consigne du robinet.
si on met de coté les problèmes d'echange de la piece et de son environnement, le calcul en Joules que j'ai donné par piece, sauf erreur de maths / physique de ma part, est normalement rigoureusement exact. et comme j'ai pris compte de la température de départ, de l'humidité et la pression, on est loin d'etre dans l'approximation, la.
le tout est de passer ensuite de cette valeur de besoin energétique exprimé en joules, piece par piece, pour passer de la t° initiale à la t° consigne. il faut ensuite répartir entre les pieces, compte tenu des besoins energétique et des carractéristique de l'effecteur, la puissance effectivement produite par la chaudière.
c'est sans doute la que ce situe les approximation. car tenir compte du seul volume indépendament par exemple du réglage du robinet et donc du débit est guère correct. il faut simplement garder en tete que la mesure étant refaite toute les X minutes, et que la consigne n'est pas sensé changer pendant l'évolution du systeme, au final, les joules calculé seront bel et bien utilisé. juste plus ou moins plus lentement que le seul volume des radiateur aurait pu le suggérer.

est ce bien la que tu vois de l'imprecision ?
j'espère que la régularité de la mesure fait que cela ne posera pas de soucis, sinon, il existe une solution :
il faut tenir compte, en plus du volume de chaque radiateur (donc sa puissance max), sa température réelle, corrélé directement au réglage du robinet. donc ajouter en plus de Ti, Tc, une température Tr correspondant à la température mesuré effectivement sur le corps de chauffe du radiateur.
techniquement, il y a deux manière d'aborder le probleme. soit en pure thermo. soit en simple proportion.
en thermo, je suis hors de mon domaine de compétence, j'en ai peur, et j'ai besoin d'aide.
en simple proportion, on pourrait partir du principe que la température de l'eau chaude commune au radiateur est connue par mes sondes. la température du radiateur étant quelque part entre la température ambiante et la température de l'eau chaude de la chaudière, on peu établir une simple règle de proportion identifiant le niveau de réglage du robinet, en tenant compte évidement des volumes.
sauf que .... non. car en vrai, la température a l'entrée des radiateur n'est pas égale pour les 18 radiateurs. ils sont connecté tanto en série, tanto en parallèle. aucun moyen de jouer là dessus.
il faut donc bien prendre en compte la thermo, et la, je jette l'éponge. c'est deja beau d'avoir réussi pour moi a retrouver mes petits et faire les calculs de mon message précédent, mais la, je sais pas comment m'y prendre au juste.
j'esperais que les mesure étant reprise souvent, le systeme se lisserait de lui meme. les radiateurs bénéficiant d'une eau d'entrée peu chaude ou d'un réglage de robinet plutot "trop" fermé continuant tout simplement encore leur évolution longtemps apres que les autres piece ai atteint la température consigne (et ayant donc besoin de 0J). du coup, si un systeme met beaucoup plus de temps que prévus a consommer la puissance necessaire, je devrais le voir et le compter quand meme.

mais encore une fois. je peux me tromper.
cela ne change en rien le fait que les boitier du commerce fonctionnant et étant homologué / réputé fiable, il doit bien y avoir moyen de régler tout ces soucis.

mais dans l'état, ta réponse ne me permet pas d'avancer, désolé. il faut que tu m'aide, que tu explicite les zones imprécise, ou autre. me contenter de ta réponse actuelle ne me fera en rien avancer sur mon problème.

cordialement.

[RomVi]

Bonjour

Sans mesure individuelle sur chaque radiateur c'est impossible, car la puissance dissipée dépend bien évidement de l'ouverture de la vanne thermostatique, qui dépend de la consigne appliquée.

[insosama]

oui.

raison pour laquelle j'ai bien le relevé des consignes, mais aussi de la température du corps du radiateur, donc une mesure individuelle de 2 variables par radiateur.
normalement c'est meme plus que les boitier du commerce qui se contentent seulement du relevé de la t° du radiateur, et non de la consigne.
le problème est de savoir comment exploiter ces valeurs, non de dire qu'il nous les faut, puisque je les ai.

amicalement.

[RomVi]

Tu as le relevé de température du radiateur ?Dans ce cas le problème est relativement simple, il suffit de déterminer une fois le coefficient d'échange du radiateur et de calculer la puissance en fonction de cette température.

[insosama]

oui, j'ai le relevé.
voila les infos que j'ai.
en constante : le volume de radiateur, le volume des pieces ....
en variable : humidité de l'air dans la maison, humidité de l'air hors maison, température hors maison. température de chaque pièce. pression de l'air hors maison et dans la maison. température de chaque radiateur. température enregistré en consigne dans chaque robinet thermostatique. température de l'eau chaude en sortie de chaudière. température de l'eau tempéré en fin de circuit. température de l'eau froide. débit du circuit de chauffage. calculé : energie thermique produite par la chaudière dans le circuit de chauffage.
et sur le principe, oui, je pense que c'est bien quelque chose du gabarit de ce que tu dis .... mais je ne connais pas assez la thermo pour déterminer le coef, et en déduire ensuite la puissance.

en te remerciant

amicalement.

[RomVi]

Le mieux serait de faire un schéma de toute l'installation pour limiter le nombre de mesures, mais sur le principe il faut connaitre les températures d'eau entrée et sortie, la température de la pièce ainsi que le débit à travers les radiateurs, mais il suffit de faire la mesure une seule fois, ce ne sera plus nécessaire ensuite ; on peut par exemple utiliser un débitmètre non intrusif à ultrasons.