Cómo calcular la potencia de una caldera de calefacción de gas: fórmulas y ejemplo de cálculo.

Antes de diseñar un sistema de calefacción o instalar equipos de calefacción, es importante seleccionar una caldera de gas capaz de generar la cantidad de calor necesaria para la habitación. Por tanto, es importante elegir un dispositivo de tal potencia que su rendimiento sea el mayor posible y su recurso duradero.

Te contamos cómo calcular la potencia de una caldera de gas con gran precisión y teniendo en cuenta determinados parámetros. El artículo que presentamos describe en detalle todos los tipos de pérdidas de calor a través de aberturas y estructuras de edificios, y proporciona fórmulas para calcularlas. Un ejemplo específico presenta las características de los cálculos.

Errores típicos a la hora de elegir una caldera.

El cálculo correcto de la potencia de una caldera de gas no solo ahorrará consumibles, sino que también aumentará la eficiencia del dispositivo. Los equipos cuya producción de calor supere las necesidades térmicas reales funcionarán de forma ineficaz si, al no ser un dispositivo suficientemente potente, no pueden calentar adecuadamente la habitación.

Existen modernos equipos automatizados que regulan de forma independiente el suministro de gas, lo que elimina costes innecesarios. Pero si dicha caldera realiza su trabajo al límite de sus capacidades, su vida útil se reduce.

Como resultado, la eficiencia del equipo disminuye, las piezas se desgastan más rápido y se forma condensación. Por tanto, es necesario calcular la potencia óptima.

Existe la opinión de que la potencia de la caldera depende únicamente de la superficie de la habitación, y para cualquier hogar el cálculo óptimo sería 100 W por 1 m2. Por tanto, para seleccionar la potencia de la caldera, por ejemplo, para una casa de 100 m2. m, necesitará un equipo que genere 100*10=10000 W o 10 kW.

Dichos cálculos son fundamentalmente incorrectos debido a la aparición de nuevos materiales de acabado y materiales aislantes mejorados, que reducen la necesidad de comprar equipos de alta potencia.

La potencia de la caldera de gas se selecciona teniendo en cuenta las características individuales de la vivienda. El equipo seleccionado correctamente funcionará de la manera más eficiente posible con un consumo mínimo de combustible.

Calcular potencia Caldera de gas El calentamiento se puede realizar de dos maneras: manualmente o utilizando un programa especial Valtec, que está diseñado para cálculos profesionales de alta precisión.

La potencia requerida del equipo depende directamente de la pérdida de calor de la habitación. Una vez que conozca la tasa de pérdida de calor, podrá calcular la potencia de una caldera de gas o cualquier otro dispositivo de calefacción.

¿Qué es la pérdida de calor en una habitación?

Cualquier estancia tiene determinadas pérdidas de calor. El calor sale por paredes, ventanas, suelos, puertas, techos, por lo que la tarea de una caldera de gas es compensar la cantidad de calor que sale y proporcionar una determinada temperatura en la habitación. Esto requiere una cierta potencia térmica.

Se ha establecido experimentalmente que la mayor cantidad de calor se escapa a través de las paredes (hasta un 70%). Hasta el 30% de la energía térmica puede escapar por el techo y las ventanas, y hasta el 40% por el sistema de ventilación. Mínima pérdida de calor en puertas (hasta un 6%) y suelos (hasta un 15%)

Los siguientes factores influyen en la pérdida de calor en el hogar.

• Ubicación de la casa. Cada ciudad tiene sus propias características climáticas.Al calcular la pérdida de calor, es necesario tener en cuenta la temperatura negativa crítica característica de la región, así como la temperatura promedio y la duración de la temporada de calefacción (para cálculos precisos utilizando el programa).
• La ubicación de las paredes en relación con los puntos cardinales. Se sabe que la rosa de los vientos se sitúa en el lado norte, por lo que la pérdida de calor de una pared situada en esta zona será mayor. En invierno, el viento frío sopla con gran fuerza desde los lados oeste, norte y este, por lo que la pérdida de calor de estas paredes será mayor.
• El área de la habitación con calefacción. La cantidad de calor perdido depende del tamaño de la habitación, el área de paredes, techos, ventanas y puertas.
• Ingeniería térmica de estructuras de edificación. Cualquier material tiene su propio coeficiente de resistencia térmica y coeficiente de transferencia de calor: la capacidad de pasar una cierta cantidad de calor a través de sí mismo. Para descubrirlos, es necesario utilizar datos tabulares, así como aplicar determinadas fórmulas. La información sobre la composición de paredes, techos, suelos y sus espesores se puede encontrar en el plano técnico de la vivienda.
• Aberturas de puertas y ventanas. Tamaño, modificación de puerta y ventanas de doble acristalamiento. Cuanto mayor sea el área de las aberturas de puertas y ventanas, mayor será la pérdida de calor. Es importante tener en cuenta las características de las puertas y ventanas de doble acristalamiento instaladas al realizar los cálculos.
• Contabilidad de ventilación. La ventilación siempre existe en la casa, independientemente de la presencia de una campana artificial. La habitación se ventila a través de ventanas abiertas; el movimiento del aire se crea cuando las puertas de entrada se cierran y abren, las personas pasan de una habitación a otra, lo que ayuda a que el aire caliente salga de la habitación y circule.

Conociendo los parámetros anteriores, no solo puedes calcular pérdida de calor en casa y determinar la potencia de la caldera, pero también identificar los lugares que necesitan aislamiento adicional.

Fórmulas para calcular la pérdida de calor.

Estas fórmulas se pueden utilizar para calcular la pérdida de calor no solo en una casa privada, sino también en un apartamento. Antes de comenzar los cálculos, es necesario dibujar un plano de planta, anotar la ubicación de las paredes en relación con los puntos cardinales, designar ventanas, puertas y también calcular las dimensiones de cada pared, ventana y puerta.

Para determinar las pérdidas de calor es necesario conocer la estructura de la pared, así como el espesor de los materiales utilizados. Los cálculos tienen en cuenta la mampostería y el aislamiento.

Al calcular la pérdida de calor, se utilizan dos fórmulas: con la primera, se determina el valor de la resistencia térmica de las estructuras de cerramiento y con la segunda, se determina la pérdida de calor.

Para determinar la resistencia térmica, utilice la expresión:

R = B/K

Aquí:

• R – el valor de la resistencia térmica de las estructuras de cerramiento, medido en (m²*K)/W.
• k – coeficiente de conductividad térmica del material del que está hecha la estructura de cerramiento, medido en W/(m*K).
• EN – espesor del material, registrado en metros.

El coeficiente de conductividad térmica K es un parámetro tabular, el espesor B se toma del plano técnico de la casa.

El coeficiente de conductividad térmica es un valor tabular, depende de la densidad y composición del material, puede diferir del tabulado, por lo que es importante leer la documentación técnica del material (+)

También se utiliza la fórmula básica para calcular la pérdida de calor:

Q = L × S × dT/R

En la expresión:

• q – pérdida de calor, medida en W.
• S – área de estructuras de cerramiento (paredes, pisos, techos).
• dT – la diferencia entre las temperaturas interior y exterior deseadas se mide y registra en C.
• R – valor de la resistencia térmica de la estructura, m²•C/W, que se encuentra usando la fórmula anterior.
• l – coeficiente en función de la orientación de las paredes con respecto a los puntos cardinales.

Teniendo a mano la información necesaria, puede calcular manualmente la pérdida de calor de un edificio en particular.

Ejemplo de cálculo de pérdida de calor.

Como ejemplo, calculemos la pérdida de calor de una casa con las características dadas.

La figura muestra un plano de casa para el cual calcularemos la pérdida de calor. Al elaborar un plano individual, es importante determinar correctamente la orientación de las paredes con respecto a los puntos cardinales, calcular la altura, el ancho y el largo de la estructura, y también anotar la ubicación de las aberturas de puertas y ventanas, sus tamaños (+ )

Según el plano, el ancho de la estructura es de 10 m, la longitud es de 12 m, la altura del techo es de 2,7 m, las paredes están orientadas al norte, sur, este y oeste. Hay 3 ventanas integradas en el muro occidental, dos de ellas tienen unas dimensiones de 1,5x1,7 m, una de 0,6x0,3 m.

Al calcular el techo, se tienen en cuenta la capa aislante, el acabado y el material del techo. No se tienen en cuenta las películas impermeabilizantes y de vapor que no afecten al aislamiento térmico.

En el muro sur hay puertas empotradas de dimensiones 1,3x2 m, también hay una pequeña ventana de 0,5x0,3 m, en el lado este hay dos ventanas de 2,1x1,5 my una de 1,5x1,7 m.

Las paredes constan de tres capas:

• revestimiento de paredes con tableros de fibra (isoplast) por fuera y por dentro - 1,2 cm cada uno, coeficiente - 0,05.
• lana de vidrio ubicada entre las paredes, su espesor es de 10 cm y el coeficiente es 0,043.

La resistencia térmica de cada pared se calcula por separado, porque Se tiene en cuenta la ubicación de la estructura con respecto a los puntos cardinales, el número y el área de las aberturas. Se resumen los resultados de los cálculos en las paredes.

El suelo es multicapa, realizado con la misma tecnología en toda la zona, e incluye:

• Tablero cortado y machihembrado, su espesor es de 3,2 cm, el coeficiente de conductividad térmica es de 0,15.
• una capa de nivelación de aglomerado seco con un espesor de 10 cm y un coeficiente de 0,15.
• aislamiento – lana mineral de 5 cm de espesor, coeficiente 0,039.

Supongamos que el suelo no tiene trampillas de acceso al sótano ni aberturas similares que perjudiquen la calefacción. En consecuencia, el cálculo se realiza para el área de todos los locales mediante una única fórmula.

Los techos están hechos de:

• paneles de madera de 4 cm con un coeficiente de 0,15.
• La lana mineral mide 15 cm, su coeficiente es 0,039.
• Capa de vapor e impermeabilización.

Supongamos que el techo tampoco tiene acceso al ático encima de la sala de estar o del lavadero.

La casa está ubicada en la región de Bryansk, en la ciudad de Bryansk, donde la temperatura negativa crítica es de -26 grados. Se ha establecido experimentalmente que la temperatura de la tierra es de +8 grados. Temperatura ambiente deseada + 22 grados.

Cálculo de pérdidas de calor de paredes.

Para encontrar la resistencia térmica total de una pared, primero es necesario calcular la resistencia térmica de cada capa.

La capa de lana de vidrio tiene un espesor de 10 cm, este valor hay que convertirlo a metros, es decir:

B = 10 × 0,01 = 0,1

Obtuvimos el valor B=0,1. El coeficiente de conductividad térmica del aislamiento térmico es 0,043. Sustituimos los datos en la fórmula de resistencia térmica y obtenemos:

R_vaso=0.1/0.043=2.32

Usando un ejemplo similar, calculemos la resistencia al calor del isolito:

R_isopl=0.012/0.05=0.24

La resistencia térmica total de la pared será igual a la suma de la resistencia térmica de cada capa, dado que tenemos dos capas de tablero de fibra.

R=R_vaso+2×R_isopl=2.32+2×0.24=2.8

Determinando la resistencia térmica total de la pared, se pueden encontrar las pérdidas de calor. Para cada pared se calculan por separado. Calculemos Q para el muro norte.

Los coeficientes adicionales permiten tener en cuenta en los cálculos las peculiaridades de la pérdida de calor de las paredes ubicadas en diferentes partes del mundo.

Según el plano, el muro norte no tiene aberturas de ventanas, su longitud es de 10 m y su altura es de 2,7 m. Luego, el área del muro S se calcula mediante la fórmula:

S_{muro norte}=10×2.7=27

Calculemos el parámetro dT. Se sabe que la temperatura ambiente crítica para Bryansk es de -26 grados y la temperatura ambiente deseada es de +22 grados. Entonces

dT=22-(-26)=48

Para el lado norte se tiene en cuenta el coeficiente adicional L=1,1.

La tabla muestra los coeficientes de conductividad térmica de algunos materiales que se utilizan en la construcción de muros. Como puede ver, la lana mineral transmite la mínima cantidad de calor a través de sí misma, el hormigón armado, la máxima.

Después de realizar cálculos preliminares, puede utilizar la fórmula para calcular la pérdida de calor:

q_{muro norte}=27×48×1,1/2,8=509 (Ancho)

Calculemos la pérdida de calor del muro occidental. Según los datos, tiene incorporadas 3 ventanas, dos de ellas tienen unas dimensiones de 1,5x1,7 my una de 0,6x0,3 m, calculemos el área.

S_{paredes de repuesto1}=12×2.7=32.4.

Es necesario excluir el área de las ventanas del área total del muro occidental, porque su pérdida de calor será diferente. Para hacer esto necesitas calcular el área.

S_ventana1=1.5×1.7=2.55

S_ventana2=0.6×0.4=0.24

Para calcular la pérdida de calor utilizaremos el área de la pared sin tener en cuenta el área de las ventanas, es decir:

S_{paredes de repuesto}=32.4-2.55×2-0.24=25.6

Para el lado occidental, el coeficiente adicional es 1,05. Sustituimos los datos obtenidos en la fórmula básica para calcular la pérdida de calor.

q_{paredes de repuesto}=25.6×1.05×48/2.8=461.

Hacemos cálculos similares para el lado este. Aquí hay 3 ventanas, una tiene dimensiones de 1,5x1,7 m, las otras dos de 2,1x1,5 m, calculamos su área.

S_ventana3=1.5×1.7=2.55

S_ventana4=2.1×1.5=3.15

El área del muro oriental es:

S_{muros orientales1}=12×2.7=32.4

Del área total de la pared restamos los valores del área de la ventana:

S_{muros orientales}=32.4-2.55-2×3.15=23.55

El coeficiente adicional para el muro oriental es -1,05. Basándonos en los datos, calculamos las pérdidas de calor del muro oriental.

q_{muros orientales}=1.05×23.55×48/2.8=424

En el muro sur hay una puerta con parámetros de 1,3x2 my una ventana de 0,5x0,3 m, calculamos su área.

S_ventana5=0.5×0.3=0.15

S_puerta=1.3×2=2.6

El área del muro sur será igual a:

S_{muros del sur1}=10×2.7=27

Determinamos el área de la pared sin tener en cuenta ventanas y puertas.

S_{muros del sur}=27-2.6-0.15=24.25

Calculamos la pérdida de calor de la pared sur teniendo en cuenta el coeficiente L=1.

q_{muros del sur}=1×24.25×48/2.80=416

Una vez determinada la pérdida de calor de cada pared, puede encontrar su pérdida total de calor mediante la fórmula:

q_paredes=P_{muros del sur}+Q_{muros orientales}+Q_{paredes de repuesto}+Q_{muro norte}

Sustituyendo los valores obtenemos:

q_paredes=509+461+424+416=1810 W

Como resultado, la pérdida de calor de las paredes ascendió a 1810 W por hora.

Cálculo de pérdidas térmicas de ventanas.

La casa tiene 7 ventanas, tres de ellas tienen unas dimensiones de 1,5x1,7 m, dos de 2,1x1,5 m, una de 0,6x0,3 my otra de 0,5x0,3 m.

Las ventanas con unas dimensiones de 1,5×1,7 m son de perfil de PVC de dos cámaras con I-glass. En la documentación técnica puede descubrir que es R = 0,53. Las ventanas de dimensiones 2,1x1,5 m, de dos cámaras con argón y vidrio I, tienen una resistencia térmica de R=0,75, las ventanas de 0,6x0,3 my 0,5x0,3 - R=0,53.

El área de la ventana se calculó arriba.

S_ventana1=1.5×1.7=2.55

S_ventana2=0.6×0.4=0.24

S_ventana3=2.1×1.5=3.15

S_ventana4=0.5×0.3=0.15

También es importante considerar la orientación de las ventanas con respecto a los puntos cardinales.

Normalmente, no es necesario calcular la resistencia térmica de las ventanas, este parámetro está indicado en la documentación técnica del producto.

Calculemos las pérdidas de calor de las ventanas occidentales, teniendo en cuenta el coeficiente L=1,05. En el lateral hay 2 ventanas con unas dimensiones de 1,5×1,7 m y una con unas dimensiones de 0,6×0,3 m.

q_ventana1=2.55×1.05×48/0.53=243

q_ventana2=0.24×1.05×48/0.53=23

En total, las pérdidas totales de las ventanas occidentales son

q_{bloquear ventanas}=243×2+23=509

En el lado sur hay una ventana de 0,5×0,3, su R=0,53. Calculemos su pérdida de calor teniendo en cuenta el coeficiente 1.

q_{ventanas del sur}=0.15*48×1/0.53=14

En los lados este hay 2 ventanas de dimensiones 2,1×1,5 y una ventana de 1,5×1,7. Calculemos las pérdidas de calor teniendo en cuenta el coeficiente L=1,05.

q_ventana1=2.55×1.05×48/0.53=243

q_ventana3=3.15×1.05×48/075=212

Resumamos las pérdidas de calor de las ventanas del este.

q_{ventanas este}=243+212×2=667.

La pérdida total de calor de las ventanas será igual a:

q_ventanas=P_{ventanas este}+Q_{ventanas del sur}+Q_{bloquear ventanas}=667+14+509=1190

En total, por las ventanas salen 1190 W de energía térmica.

Determinación de la pérdida de calor de la puerta.

La casa tiene una puerta, está empotrada en la pared sur, tiene unas dimensiones de 1,3x2 m. Según los datos del pasaporte, la conductividad térmica del material de la puerta es 0,14, su espesor es 0,05 m. Gracias a estos indicadores, la temperatura Se puede calcular la resistencia de la puerta.

R_puertas=0.05/0.14=0.36

Para los cálculos es necesario calcular su área.

S_puertas=1.3×2=2.6

Después de calcular la resistencia térmica y el área, se puede encontrar la pérdida de calor. La puerta está ubicada en el lado sur, por lo que usamos un factor adicional de 1.

q_puertas=2.6×48×1/0.36=347.

En total, por la puerta salen 347 W de calor.

Cálculo de la resistencia térmica del suelo.

Según la documentación técnica, el suelo es multicapa, realizado de forma idéntica en toda la superficie y tiene unas dimensiones de 10x12 m, calculemos su superficie.

S_género=10×12=210.

El suelo se compone de tarimas, aglomerado y aislamiento.

En la tabla puede conocer los coeficientes de conductividad térmica de algunos materiales utilizados para suelos. Este parámetro también puede estar indicado en la documentación técnica de los materiales y diferir de la tabla.

La resistencia térmica debe calcularse para cada capa de piso por separado.

R_tableros=0.032/0.15=0.21

R_{cartón madera}=0.01/0.15= 0.07

R_aislar=0.05/0.039=1.28

La resistencia térmica total del suelo es:

R_género=R_tableros+R_{cartón madera}+R_aislar=0.21+0.07+1.28=1.56

Teniendo en cuenta que en invierno la temperatura de la tierra se mantiene en +8 grados, la diferencia de temperatura será igual a:

dT=22-8=14

Usando cálculos preliminares, puedes encontrar la pérdida de calor de una casa a través del piso.

Al calcular las pérdidas de calor del suelo se tienen en cuenta los materiales que afectan al aislamiento térmico (+)

Al calcular las pérdidas de calor del suelo, tenemos en cuenta el coeficiente L=1.

q_género=210×14×1/1.56=1885

La pérdida total de calor del suelo es de 1885 W.

Cálculo de la pérdida de calor a través del techo.

Al calcular la pérdida de calor del techo, se tiene en cuenta una capa de lana mineral y paneles de madera. El vapor y la impermeabilización no intervienen en el proceso de aislamiento térmico, por lo que no lo tenemos en cuenta. Para los cálculos, necesitamos encontrar la resistencia térmica de los paneles de madera y una capa de lana mineral. Utilizamos sus coeficientes de conductividad térmica y espesor.

R_{escudo del pueblo}=0.04/0.15=0.27

R_min.algodón=0.05/0.039=1.28

La resistencia térmica total será igual a la suma de R_{escudo del pueblo} y r_min.algodón.

R_techos=0.27+1.28=1.55

El área del techo es la misma que la del piso.

S _techo = 120

A continuación se calculan las pérdidas de calor del techo, teniendo en cuenta el coeficiente L=1.

q_techo=120×1×48/1.55=3717

Por el techo pasan un total de 3717 W.

La tabla muestra materiales aislantes populares para techos y sus coeficientes de conductividad térmica. La espuma de poliuretano es el aislamiento más eficaz; la paja tiene el mayor coeficiente de pérdida de calor.

Para determinar la pérdida total de calor de una casa, es necesario sumar la pérdida de calor de paredes, ventanas, puertas, techo y suelo.

q_generalmente=1810+1190+347+1885+3717=8949 W

Para calentar una casa con los parámetros especificados, se necesita una caldera de gas que admita una potencia de 8949 W o unos 10 kW.

Determinación de la pérdida de calor teniendo en cuenta la infiltración.

La infiltración es un proceso natural de intercambio de calor entre el ambiente externo, que se produce cuando las personas se mueven por la casa, al abrir puertas y ventanas de entrada.

Para calcular la pérdida de calor. para ventilación puedes usar la fórmula:

q_inf=0,33×K×V×dT

En la expresión:

• k - el tipo de cambio de aire calculado, para salas de estar el coeficiente es 0,3, para habitaciones con calefacción - 0,8, para cocina y baño - 1.
• V - el volumen de la habitación, calculado teniendo en cuenta la altura, el largo y el ancho.
• dT - diferencia de temperatura entre el ambiente y el edificio residencial.

Se puede utilizar una fórmula similar si se instala ventilación en la habitación.

Si hay ventilación artificial en la casa, es necesario utilizar la misma fórmula que para la infiltración, solo sustituir los parámetros de escape en lugar de K y calcular dT teniendo en cuenta la temperatura del aire entrante.

La altura de la habitación es de 2,7 m, el ancho es de 10 m, el largo es de 12 m, conociendo estos datos se puede encontrar su volumen.

V=2,7 × 10 × 12=324

La diferencia de temperatura será igual.

dT=48

Tomamos 0,3 como coeficiente K. Entonces

q_inf=0.33×0.3×324×48=1540

Q debe sumarse al indicador total calculado Q_inf. Eventualmente

q_generalmente=1540+8949=10489.

En total, teniendo en cuenta la infiltración, la pérdida de calor de la casa será de 10489 W o 10,49 kW.

Cálculo de potencia de caldera.

Al calcular la potencia de la caldera, es necesario utilizar un factor de seguridad de 1,2. Es decir, la potencia será igual a:

W = Q × k

Aquí:

• q - pérdida de calor del edificio.
• k - factor de seguridad.

En nuestro ejemplo, sustituimos Q = 9237 W y calculamos la potencia requerida de la caldera.

Ancho=10489×1,2=12587 Ancho.

Teniendo en cuenta el factor de seguridad, la potencia de caldera necesaria para calentar una casa es de 120 m² equivalente a aproximadamente 13 kW.

Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.

Instrucciones en vídeo: cómo calcular la pérdida de calor en casa y la potencia de la caldera utilizando el programa Valtec.

El cálculo competente de la pérdida de calor y la potencia de una caldera de gas utilizando fórmulas o métodos de software le permite determinar con alta precisión los parámetros necesarios del equipo, lo que permite eliminar costos excesivos de combustible.

Por favor escriba comentarios en el formulario de bloque a continuación. Cuéntenos cómo calculó las pérdidas de calor antes de comprar equipos de calefacción para su propia casa de campo o casa de campo. Haga preguntas, comparta información y fotografías sobre el tema.