Cálculo del sistema de calefacción de una casa privada: reglas y ejemplos de cálculo.
Calentar una casa privada es un elemento necesario para una vivienda confortable. Estoy de acuerdo en que la disposición del complejo de calefacción debe abordarse con cuidado, porque... Los errores serán costosos.¿Pero nunca has hecho esos cálculos y no sabes cómo realizarlos correctamente?
Le ayudaremos: en nuestro artículo veremos en detalle cómo calcular el sistema de calefacción de una casa privada para reponer eficazmente la pérdida de calor durante los meses de invierno.
Daremos ejemplos específicos, complementando el artículo con fotografías visuales y consejos útiles en video, así como tablas relevantes con indicadores y coeficientes necesarios para los cálculos.
El contenido del artículo:
Pérdida de calor de una casa particular.
El edificio pierde calor debido a la diferencia de temperatura del aire dentro y fuera de la casa. Cuanto mayor sea el área de la envolvente del edificio (ventanas, techo, paredes, cimientos), mayor será la pérdida de calor.
También pérdida de energía térmica asociado con los materiales de las estructuras de cerramiento y sus dimensiones. Por ejemplo, la pérdida de calor en paredes delgadas es mayor que en paredes gruesas.
Eficaz cálculo de calefacción para una casa privada, se deben tener en cuenta los materiales utilizados en la construcción de estructuras de cerramiento.
Por ejemplo, con el mismo espesor, las paredes de madera y ladrillo conducen el calor con diferentes intensidades: la pérdida de calor a través de estructuras de madera es más lenta. Algunos materiales transmiten mejor el calor (metal, ladrillo, hormigón), otros peor (madera, lana mineral, poliestireno expandido).
La atmósfera dentro de un edificio residencial está indirectamente relacionada con el aire exterior. En invierno, las paredes, las aberturas de puertas y ventanas, el tejado y los cimientos transfieren el calor de la casa al exterior, proporcionando a cambio frío. Representan entre el 70 y el 90% de la pérdida total de calor de una cabaña.
La fuga constante de energía térmica durante la temporada de calefacción también se produce a través de la ventilación y el alcantarillado.
Al calcular la pérdida de calor en la construcción de viviendas individuales, estos datos generalmente no se tienen en cuenta. Pero incluir las pérdidas de calor a través de los sistemas de alcantarillado y ventilación en el cálculo térmico general de una casa sigue siendo la decisión correcta.
Es imposible calcular el circuito de calefacción autónomo de una casa de campo sin evaluar la pérdida de calor de sus estructuras de cerramiento. Más precisamente, no funcionará. determinar la potencia de la caldera de calefacción., suficiente para calentar la cabaña en las heladas más severas.
El análisis del consumo real de energía térmica a través de las paredes nos permitirá comparar los costos de los equipos de calderas y el combustible con los costos de aislamiento térmico de las estructuras de cerramiento.
Al fin y al cabo, cuanto más eficiente sea energéticamente una casa, es decir, Cuanta menos energía térmica se pierda durante los meses de invierno, menor será el coste de compra de combustible.
Para calcular correctamente el sistema de calefacción necesitará coeficiente de conductividad térmica Materiales de construcción comunes.
Cálculo de la pérdida de calor a través de paredes.
Usando el ejemplo de una cabaña convencional de dos pisos, calcularemos la pérdida de calor a través de las estructuras de sus paredes.
Datos iniciales:
- una “caja” cuadrada con paredes de fachada de 12 m de ancho y 7 m de alto;
- Hay 16 aberturas en las paredes, cada área mide 2,5 m.2;
- material de la pared de la fachada: ladrillo cerámico macizo;
- espesor de la pared – 2 ladrillos.
A continuación, calcularemos un grupo de indicadores que conforman el valor total de pérdida de calor a través de las paredes.
Índice de resistencia a la transferencia de calor
Para conocer el índice de resistencia a la transferencia de calor de una pared de fachada, es necesario dividir el espesor del material de la pared por su coeficiente de conductividad térmica.
Para varios materiales estructurales, los datos sobre el coeficiente de conductividad térmica se presentan en las imágenes de arriba y de abajo.
Nuestra pared condicional está construida con ladrillos cerámicos macizos, cuyo coeficiente de conductividad térmica es de 0,56 W/m.ohC. Su espesor, teniendo en cuenta la mampostería del piso central, es de 0,51 m. Dividiendo el espesor de la pared por el coeficiente de conductividad térmica del ladrillo, obtenemos la resistencia a la transferencia de calor de la pared:
0,51 : 0,56 = 0,91 W/m2×oCON
Redondeamos el resultado de la división a dos decimales; no hay necesidad de datos más precisos sobre la resistencia a la transferencia de calor.
Área de pared externa
Dado que el ejemplo es un edificio cuadrado, el área de sus paredes se determina multiplicando el ancho por la altura de una pared y luego por el número de paredes externas:
12 7 4 = 336 metros2
Entonces, conocemos el área de los muros de la fachada. Pero ¿qué pasa con las aberturas de puertas y ventanas, que en conjunto ocupan 40 m2 (2,5 · 16 = 40 m2) muro de fachada, ¿hay que tenerlos en cuenta?
De hecho, cómo calcular correctamente. calefacción autónoma en una casa de madera sin tener en cuenta la resistencia a la transferencia de calor de las estructuras de puertas y ventanas.
Si necesita calcular la pérdida de calor de un edificio grande o una casa cálida (eficiencia energética), sí, será correcto tener en cuenta los coeficientes de transferencia de calor de los marcos de ventanas y puertas de entrada al realizar el cálculo.
Sin embargo, en el caso de edificios de viviendas individuales de poca altura construidos con materiales tradicionales, se pueden descuidar las aberturas de puertas y ventanas. Aquellos. no restar su área del área total de las paredes de la fachada.
Pérdida general de calor de las paredes.
Averiguamos la pérdida de calor de una pared por metro cuadrado cuando la temperatura del aire dentro y fuera de la casa difiere en un grado.
Para hacer esto, divida la unidad por la resistencia a la transferencia de calor de la pared, calculada anteriormente:
1: 0,91 = 1,09 W/m2·ohCON
Conociendo la pérdida de calor por metro cuadrado del perímetro de las paredes exteriores, es posible determinar la pérdida de calor a determinadas temperaturas exteriores.
Por ejemplo, si la temperatura en la cabaña es +20 ohC, y afuera hay -17 ohC, la diferencia de temperatura será 20+17=37 ohC. En tal situación, la pérdida total de calor por las paredes de nuestra casa condicional será:
0,91 336 37 = 11313 W,
Donde: 0,91 - resistencia a la transferencia de calor por metro cuadrado de pared; 336 - área de muros de fachada; 37 - diferencia de temperatura entre la atmósfera interior y exterior.
Recalculemos el valor resultante de la pérdida de calor en kilovatios-hora, son más convenientes para la percepción y los cálculos posteriores de la potencia del sistema de calefacción.
Pérdida de calor de las paredes en kilovatios-hora.
Primero, averigüemos cuánta energía térmica atravesará las paredes en una hora con una diferencia de temperatura de 37 ohCON.
Le recordamos que el cálculo se realiza para una casa con características estructurales seleccionadas condicionalmente para cálculos demostrativos:
11313 · 1 : 1000 = 11,313 kWh,
Donde: 11313 es la cantidad de pérdida de calor obtenida anteriormente; 1 hora; 1000 es la cantidad de vatios que hay en un kilovatio.
Para calcular la pérdida de calor por día, multiplique la pérdida de calor resultante por hora por 24 horas:
11,313 24 = 271,512 kWh
Para mayor claridad, averigüemos la pérdida de energía térmica durante una temporada de calefacción completa:
7 30 271,512 = 57017,52 kWh,
Donde: 7 es el número de meses de la temporada de calefacción; 30 - número de días del mes; 271.512 - Pérdida diaria de calor de las paredes.
Así, la pérdida de calor estimada de una casa con las características de las estructuras de cerramiento seleccionadas anteriormente será de 57.017,52 kWh durante siete meses de la temporada de calefacción.
Teniendo en cuenta la influencia de la ventilación en una casa particular.
Como ejemplo, calcularemos las pérdidas de calor por ventilación durante la temporada de calefacción para una cabaña convencional de forma cuadrada, con una pared de 12 metros de ancho y 7 metros de alto.
Sin tener en cuenta muebles y paredes internas, el volumen interno de la atmósfera en este edificio será:
12 12 7 = 1008 metros3
A temperatura del aire +20 ohC (normal durante la temporada de calefacción), su densidad es 1,2047 kg/m3, y la capacidad calorífica específica es 1,005 kJ/(kg·ohCON).
Calculemos la masa de la atmósfera en la casa:
1008 · 1,2047 = 1214,34 kilogramos,
Donde: 1008 es el volumen de la atmósfera del hogar; 1.2047 - densidad del aire en t +20 ohCON .
Supongamos un cambio cinco veces mayor en el volumen de aire en las instalaciones de la casa. Tenga en cuenta que el exacto requisito de volumen de suministro El aire fresco depende del número de residentes de la cabaña.
Con una diferencia de temperatura media entre la casa y la calle durante la temporada de calefacción igual a 27 ohC (20 ohDesde casa, -7 ohDesde la atmósfera exterior se necesita la siguiente energía térmica al día para calentar el aire frío suministrado:
5 27 1214,34 1,005 = 164755,58 kJ,
Donde: 5 es el número de cambios de aire interior; 27 - diferencia de temperatura entre la atmósfera interior y exterior; 1214.34 - densidad del aire en t +20 ohCON; 1,005 es la capacidad calorífica específica del aire.
Convirtamos kilojulios a kilovatios-hora dividiendo el valor por el número de kilojulios en un kilovatio-hora (3600):
164755,58: 3600 = 45,76 kWh
Habiendo descubierto el costo de la energía térmica para calentar el aire de la casa cuando se reemplaza cinco veces mediante ventilación forzada, podemos calcular la pérdida de calor por "aire" durante una temporada de calefacción de siete meses:
7 30 45,76 = 9609,6 kWh,
Donde: 7 es el número de meses "calentados"; 30 es el número promedio de días en un mes; 45,76 - consumo diario de energía térmica para calentar el aire de impulsión.
El consumo de energía de ventilación (infiltración) es inevitable, ya que es vital renovar el aire en la cabaña.
Las necesidades de calefacción de la atmósfera cambiante de la casa deben calcularse, sumarse a las pérdidas de calor a través de la envolvente del edificio y tenerse en cuenta a la hora de elegir una caldera de calefacción. Hay otro tipo de consumo de energía térmica, el último es la pérdida de calor del alcantarillado.
Consumo de energía para la preparación de ACS
Si en los meses cálidos entra agua fría del grifo a la cabaña, durante la temporada de calefacción está helada, con una temperatura que no supera los +5 ohC. Bañarse, lavar los platos y lavar la ropa es imposible sin calentar el agua.
El agua recogida en la cisterna del inodoro entra en contacto a través de las paredes con el ambiente del hogar, quitando algo de calor. ¿Qué sucede con el agua que se calienta quemando combustible no gratuito y se gasta en las necesidades domésticas? Se vierte en la alcantarilla.
Veamos un ejemplo. Digamos que una familia de tres usa 17 m3 agua mensualmente. 1000kg/m3 es la densidad del agua, y 4,183 kJ/kgohC es su capacidad calorífica específica.
Deje que la temperatura media de calentamiento del agua destinada a las necesidades domésticas sea de +40 ohC. En consecuencia, la diferencia en la temperatura promedio entre el agua fría que ingresa a la casa (+5 ohC) y calentado en caldera (+30 ohc) resulta 25 ohCON.
Para calcular las pérdidas de calor del alcantarillado consideramos:
17 1000 25 4,183 = 1777775 kJ,
Donde: 17 es el volumen mensual de consumo de agua; 1000 es la densidad del agua; 25 - diferencia de temperatura entre agua fría y calentada; 4.183 - capacidad calorífica específica del agua;
Para convertir kilojulios a kilovatios hora más comprensibles:
1777775: 3600 = 493,82 kWh
Así, durante el período de siete meses de la temporada de calefacción, la energía térmica ingresa al alcantarillado en la cantidad de:
493,82 7 = 3456,74 kWh
El consumo de energía térmica para calentar agua para necesidades higiénicas es pequeño en comparación con la pérdida de calor a través de las paredes y la ventilación. Pero estos también son costes energéticos que cargan la caldera o caldera de calefacción y provocan un consumo de combustible.
Cálculo de la potencia de la caldera de calefacción.
La caldera como parte del sistema de calefacción está diseñada para compensar la pérdida de calor del edificio. Y también, en caso sistema de doble circuito o al equipar la caldera con una caldera de calentamiento indirecto para calentar agua por necesidades higiénicas.
Al calcular la pérdida diaria de calor y el consumo de agua tibia "al alcantarillado", es posible determinar con precisión la potencia de caldera requerida para una cabaña de un área determinada y las características de las estructuras de cerramiento.
Para determinar la potencia de una caldera de calefacción, es necesario calcular el coste de la energía térmica de la casa a través de las paredes de la fachada y para calentar la atmósfera de aire cambiante del interior.
Se requieren datos sobre la pérdida de calor en kilovatios-hora por día; en el caso de una casa convencional, calculada a modo de ejemplo, esto es:
271,512 + 45,76 = 317,272 kWh,
Dónde: 271.512 - pérdida diaria de calor de las paredes exteriores; 45,76 - pérdida diaria de calor para calentar el aire suministrado.
En consecuencia, la potencia calorífica requerida de la caldera será:
317,272: 24 (horas) = 13,22 kW
Sin embargo, dicha caldera estará sometida a una carga constantemente elevada, lo que reducirá su vida útil. Y en días especialmente helados, la potencia calculada de la caldera no será suficiente, ya que con una gran diferencia de temperatura entre la atmósfera interior y exterior, la pérdida de calor del edificio aumentará considerablemente.
Es por eso elige una caldera Según el cálculo promedio de los costos de energía térmica, no vale la pena: es posible que no pueda hacer frente a heladas severas.
Sería racional aumentar en un 20% la potencia requerida de los equipos de calderas:
13,22 · 0,2 + 13,22 = 15,86 kilovatios
Para calcular la potencia requerida del segundo circuito de la caldera que calienta agua para lavar platos, bañarse, etc., es necesario dividir el consumo de calor mensual de las pérdidas de calor del "alcantarillado" por el número de días del mes y por 24 horas. :
493,82:30:24 = 0,68 kilovatios
Según los cálculos, la potencia óptima de la caldera para la cabaña del ejemplo es 15,86 kW para el circuito de calefacción y 0,68 kW para el circuito de calefacción.
Selección de radiadores de calefacción.
Tradicionalmente potencia del radiador de calefacción Se recomienda elegir según el área de la habitación con calefacción y con una sobreestimación del 15-20% de las necesidades de energía, por si acaso.
Usando un ejemplo, veamos qué tan correcta es la metodología para elegir un radiador "área de 10 m2 - 1,2 kW".
Datos iniciales: habitación esquinera en el primer nivel de un edificio de construcción de viviendas individuales de dos plantas; pared exterior de ladrillos cerámicos de dos hileras; ancho de la habitación 3 m, largo 4 m, altura del techo 3 m.
Utilizando un esquema de selección simplificado, se propone calcular el área de la habitación, consideramos:
3 (ancho) 4 (largo) = 12 m2
Aquellos. la potencia requerida del radiador de calefacción con un aumento del 20% es de 14,4 kW. Ahora calculemos los parámetros de potencia del radiador de calefacción en función de la pérdida de calor de la habitación.
De hecho, el área de la habitación afecta menos la pérdida de energía térmica que el área de sus paredes, orientadas hacia un lado exterior del edificio (fachada).
Por tanto, calcularemos exactamente el área de las paredes “calle” presentes en la habitación:
3 (ancho) 3 (alto) + 4 (largo) 3 (alto) = 21 m2
Conociendo el área de las paredes que transfieren calor "a la calle", calcularemos la pérdida de calor si las temperaturas de la habitación y de la calle difieren en 30oh (en la casa +18 ohC, afuera -12 ohC), e inmediatamente en kilovatios-hora:
0,91 21 30: 1000 = 0,57 kilovatios,
Donde: 0,91 - resistencia a la transferencia de calor m2 de las paredes de la habitación que dan al "exterior"; 21 - área de muros de “calle”; 30 - diferencia de temperatura dentro y fuera de la casa; 1000 es la cantidad de vatios que hay en un kilovatio.
Resulta que para compensar la pérdida de calor a través de las paredes de la fachada de esta estructura, a 30oh Debido a la diferencia de temperaturas dentro y fuera de la casa, es suficiente una calefacción con una potencia de 0,57 kWh. Aumentemos la potencia requerida en un 20, incluso un 30%: obtenemos 0,74 kWh.
Por lo tanto, las necesidades reales de potencia de calefacción pueden ser significativamente menores que el esquema comercial de "1,2 kW por metro cuadrado de superficie de habitación".
Además, el cálculo correcto de la potencia requerida de los radiadores de calefacción reducirá el volumen. refrigerante en el sistema de calefacción, lo que reducirá la carga de la caldera y los costes de combustible.
Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.
¿A dónde va el calor de la casa? Las respuestas las proporciona un video visual:
El vídeo analiza el procedimiento para calcular la pérdida de calor de una casa a través de la envolvente del edificio. Conociendo la pérdida de calor, es posible calcular con precisión la potencia del sistema de calefacción:
Para ver un video detallado sobre los principios de selección de las características de potencia de una caldera de calefacción, consulte a continuación:
La producción de calor se vuelve cada año más cara y los precios del combustible aumentan. Y siempre no hay suficiente calor. Es imposible permanecer indiferente al consumo de energía de una casa de campo, no es completamente rentable.
Por un lado, cada nueva temporada de calefacción le cuesta cada vez más al propietario. Por otro lado, aislar las paredes, los cimientos y el techo de una casa de campo cuesta mucho dinero. Sin embargo, cuanto menos calor salga del edificio, más barato será calentarlo..
Mantener el calor en las instalaciones de la casa es la tarea principal del sistema de calefacción durante los meses de invierno.La elección de la potencia de la caldera de calefacción depende del estado de la casa y de la calidad del aislamiento de las estructuras de cerramiento. El principio de “kilovatios por 10 metros cuadrados de superficie” funciona en una cabaña en condiciones normales de fachadas, techo y cimientos.
¿Has calculado tú mismo el sistema de calefacción de tu casa? ¿O notó una discrepancia en los cálculos que figuran en el artículo? Comparta su experiencia práctica o la cantidad de conocimientos teóricos dejando un comentario en el bloque debajo de este artículo.
Es bueno que ahora sea posible calcular correctamente el sistema de calefacción de una casa privada. Al evitar errores en la etapa de planificación, ahorramos mucho dinero, tiempo y nervios, al tiempo que obtenemos unas condiciones de vida cómodas. Antes, todo se hacía a ojo, por capricho y, a menudo, después había que completarlo o rehacerlo por completo. Es genial que se esté aplicando la ciencia.
Si quieres un hogar cálido y acogedor, entonces debes calcular el sistema de calefacción. Afortunadamente, ahora existen muchas calculadoras en línea en Internet que simplifican la tarea.