Calculs en plomberie & chauffage

Le calcul du débit d'eau en fonction du diamètre des canalisations de plomberie n'est pas à prendre à la légère. Les calculs pour le chauffage non plus ! Vous trouverez ici des outils de calcul ainsi que les explications théoriques nécessaires.

📊 Outils de calcul en ligne

La Plomberie

Débits et diamètres minimaux des canalisations par appareil sanitaire

Le dimensionnement des conduites d'alimentation dépend directement des débits minimaux requis et des diamètres intérieurs réglementaires au point de puisage pour assurer le bon fonctionnement de chaque appareil :

Les formules pour les cercles

La formule mathématique pour calculer la surface d'un cercle (section intérieure d'un tube) :

La formule d'origine utilisée pour déterminer le diamètre minimal d'un tuyau en fonction du débit et de la vitesse de circulation :

Vous devez choisir un tube dont le diamètre intérieur soit égal ou supérieur à la valeur trouvée, mais en aucun cas inférieur.

Débit, puissance et vitesse de circulation de l'eau

Débit : Le débit de l'eau dans un tube de chauffage est lié à la vitesse de circulation du fluide et à la section du conducteur de ce même fluide. La formule est donc pour un débit en heure:

Puissance : la puissance de chauffage se calcule de la façon suivante :

Vitesse : de manière générale, la vitesse de l'eau dans une canalisation domestique varie de 0.5 à 1.5 m/s

L'Eau Chaude Sanitaire (Le Ballon ECS)

Calcul de la contenance d'un ballon d'eau chaude (Formule de mélange)

Le contenu d'une baignoire ou d'une douche est fait d'eau froide et d'eau chaude => eau mélangée. La formule d'origine pour calculer la quantité d'eau chaude nécessaire issue du ballon est la suivante :

Où vos variables correspondent à :

• qec = quantité eau chaude
• qem = quantité eau mélangée (par exemple : une baignoire = 200 litres, une douche = 96 litres, calculée sur la base de 0.20 litre/seconde pendant 8 mn)
• tem = température eau mélangée (contenu de la baignoire à 38° par exemple)
• tef = température eau froide (estimée par défaut à 12°)
• tec = température eau chaude (celle réglée au ballon, ou celle sortant du chauffe-eau, fixée à 60°)

Le Chauffage

Calculer la puissance nécessaire pour acheter une chaudière

Il existe des calculs compliqués. Mais il existe aussi une formule plus simple.

Tout d'abord, calculer le cubage de chaque pièce à chauffer. Le cubage se calcule de la façon suivante : longueur de la pièce x par la largeur x par la hauteur.

Pour chaque résultat obtenu, multiplier la valeur par 47 (celà donne approximativement le nombre de watts nécessaires pour chauffer la pièce, pour une maison relativement isolée).

Additionner l'ensemble des valeurs.

Faire le choix de la chaudière suivant la marque préférée et prendre celle qui propose une puissance juste en dessous de la valeur trouvée. Dans l'exemple ici, 10 Kw.

Pourquoi au dessous et non pas au dessus ?
Simplement parce qu'une chaudière, pour être optimale, se doit de "carburer" à plein et non pas à moitié. Une chaudière qui est trop puissante par rapport à un besoin s'encrasse à vitesse grand V car elle ne fonctionne jamais à plein régime.

Le circulateur

Le circulateur, également appelé "pompe", est un appareil connecté sur le circuit départ d'une chaudière et permettant d'établir la circulation de l'eau dans l'ensemble de l'installation. Afin de choisir un circulateur adapté à une installation donnée, il est impératif de prendre en compte les pertes de charges liées au radiateur le plus éloigné (défavorisé) de la chaudière. En effet, la pompe doit être en mesure de vaincre ces pertes de charge,ce qui assure ainsi un fonctionnement régulier dans l'ensemble de l'installation. La formule suivante permet de définir la puissance du circulateur: Puissance = débit x 1.163 x dt x 1, ou dt = Delta t (différence de température entre l'entrée et la sortie) Le circulateur sera installé en sortie de chaudière, sur un tronçon droit de tube, et à 50 cm minimum de tout coude. Tout ceci est vrai pour les anciens circulateurs. Les nouveaux sont bourrés d'électronique et gèrent eux mêmes les différences de débit qu'il peut y avoir dans une installation, juste par exemple du fait d'avoir modifié sur N une tête thermostatique.

Les robinets thermostatiques

Ils permettent de réguler la température pièce par pièce, en fermant le radiateur lorsque la température souhaitée est atteinte (par exemple suite à des apports gratuits de chaleur : soleil, appareils ménagers, etc.).

Attention : il ne faut pas mettre de robinet thermostatique dans la pièce où se trouve le thermostat d'ambiance. Dans cette pièce, le radiateur doit être équipé d'un robinet ordinaire ouvert à fond.

Dimensionner les radiateurs

Afin de calculer la puissance nécessaire d'un radiateur pour que celui-ci chauffe correctement une pièce, vous devez procéder de la manière suivante :

Exemple : une pièce de 4 mètres de large sur 5 mètres de long et de 2.5 mètres de hauteur ( distance entre le sol et le plafond) => 4 x 5 x 2.5 = 50 m3 ( metres cube)

B: Prenez ensuite l'une des valeurs correspondante à votre zone climatique de résidence à l'aide de l'image au dessus. Exemple : Vous êtes en zone 3 avec une isolation moyenne. Valeur = 47 C: Multipliez vos mètres cube trouvés en A par la valeur trouvée en B. Dans l'exemple actuel, 50 x 47 = 2350 Vous connaissez maintenant la puissance minimum que devra avoir votre radiateur, soit, pour cet exemple, 2350 watts.

Celà ne suffit pas.

Certes, vous pouvez acheter un radiateur de cette puissance, celà dit, vous ne serez pas satisfait.

Démonstration :

Vous vous chauffez avec une chaudière (gaz, fioul, granulés..peu importe). La chaudière dispose d'une régulation. Vous n'avez que des radiateurs ( pas de plancher chauffant). Vous habitez dans un pays ou la température hivernale est de l'ordre de 5° ou moins ( plutôt moins).

La pente de chauffe

La pente de chauffe (ou loi d'eau) permet à la régulation de modifier la température de l'eau au départ de la chaudière en fonction de la température extérieure (mesurée par une sonde extérieure, ou pas). Il est préférable de se fier aux moyennes sur plusieurs années, voir ci dessous.

Plus la température extérieure baisse, plus la température de l'eau envoyée dans les radiateurs augmente.

Températures extérieures moyennes par zones et altitudes

Températures extérieures de base selon les départements

La formule de calcul de la pente est la suivante :

Ou encore :
L'idée de base est que théoriquement, avec une eau à 20° et une température extérieure de 20° également, on maintient l'équilibre d'un local à cette température. La pente se calcule donc par la formule suivante : Ecart des températures d'eau / Ecart des températures d'air. Exemple : Vous souhaitez une température intérieure de 20° et savez que votre eau de départ est à 80°. Vous vous trouvez en zone G, donc à -10 La formule de calcule sera alors : Pente = 80 - 20 / 20 - (-10) = 60 / 30 = 2

Le vase d'expansion

En chauffage l'eau se dilate en montant en température. A 80°C, 1 m3 d'eau se dilate de près de 4%. Le vase d'expansion permet de compenser l’augmentation de la pression liée à la température dans une installation hydraulique. Un vase d’expansion se décompose comme suit : - La moitié supérieure contient une infime partie de l’eau du circuit de chauffage. - La moitié inférieure, de l’air. L’eau et l’air sont séparés par une membrane. Considérant, comme indiqué plus haut, que l’eau du circuit de chauffage se dilate en montant en température, l’eau contenue dans le vase va également se dilater ( normal puisque c’est la même eau). Se faisant, elle va pousser sur la membrane laquelle va comprimer l’air situé en dessous, permettant ainsi d’absorber le surplus de pression, faute de quoi les tuyaux exploseraient. Avant les vases d’expansion en acier comme aujourd’hui, il y avait ce qu’on appelait les « vases d’expansion ouverts ». Le principe était le même, sauf que le trop de pression expulsait l’eau dans une bassine ou ailleurs. Exactement ce qu’il se passe lorsque vous avez un cumulus. Vous avez en dessous un système relié aux eaux usées, permettant ainsi au cumulus de vider le trop plein lié à la dilatation de l’eau. A noter qu’il existe des vases d’expansion pour cumulus.

L'eau se dilate lorsqu'elle est chauffée. Le principe du calcul de la capacité du vase consiste à appliquer au volume total de l'eau son coefficient de dilatation (volume × temp).

La formule d'origine utilisée pour déterminer le volume du vase est la suivante :

Où le coefficient d'efficacité de l'installation est calculé par :

Le volume du vase d'expansion devra être exprimé en litres minimum (arrondir au chiffre supérieur).

Les évacuations (Normes EN 12056)

Le dimensionnement des colonnes de chute et des collecteurs se fait désormais en fonction du débit admissible d'évacuation, et non plus en fonction du nombre d'appareils. Le second porte sur les règles de calcul pour les collecteurs en pied de chute, le débit admissible étant fonction de la pente, avec un minimum de 1 cm par mètre.