Consumo medio de gas para calentar una casa de 150 m²: ejemplos de cálculos y revisión de fórmulas térmicas

La financiación de la temporada de calefacción constituye una parte importante del presupuesto destinado al mantenimiento de las viviendas.Conocer el precio y consumo medio de gas para calentar una casa de 150 m², puede determinar con bastante precisión el costo de calentar las instalaciones. Estos cálculos son fáciles de realizar usted mismo sin pagar los servicios de ingenieros de calefacción.

Aprenderá todo sobre los estándares de consumo de gas y los métodos para calcular el consumo de combustible azul en el artículo que presentamos. Le diremos cuánta energía se necesita para compensar las pérdidas de calor en casa durante la temporada de calefacción. Le diremos qué fórmulas se deben utilizar en los cálculos.

Calefacción de casas rurales

A la hora de calcular el consumo de gas necesario para calentar una casa, la tarea más difícil será cálculo de pérdida de calor, que el sistema de calefacción debe compensar completamente durante el funcionamiento.

El conjunto de pérdidas de calor depende del clima, las características de diseño del edificio, los materiales utilizados y los parámetros de funcionamiento del sistema de ventilación.

Cálculo de la cantidad de calor compensada.

El sistema de calefacción de cualquier edificio debe compensar su pérdida de calor. q (W) durante el período de tiempo frío. Ocurren por dos razones:

1. intercambio de calor a lo largo del perímetro de la casa;
2. Pérdida de calor como resultado del aire frío que ingresa a través del sistema de ventilación.

Formalmente, pérdida de calor a través de la pared y el techo. q_tp se puede calcular usando la siguiente fórmula:

q_tp = S * dT / R,

Dónde:

• S – superficie (m²);
• dT – diferencia de temperatura entre el aire ambiente y el aire exterior (°C);
• R – indicador de resistencia a la transferencia de calor de materiales (m² *°C/W).

El último indicador (también llamado "coeficiente de resistencia térmica") se puede tomar de las tablas adjuntas a los materiales o productos de construcción.

La tasa de pérdida de calor de una casa depende significativamente del tipo de ventana de doble acristalamiento. El alto precio de las ventanas aislantes se justificará por el ahorro de combustible

Ejemplo. Deje que la pared exterior de la habitación tenga un área de 12 m.², de los cuales 2 m² Ocupa una ventana.

Los indicadores de resistencia a la transferencia de calor son los siguientes:

• Bloques de hormigón celular D400: R = 3.5.
• Ventana de doble acristalamiento con argón “4M1 – 16Ar – 4M1 – 16Ar – 4I”: R = 0.75.

En este caso, a temperatura ambiente “+22°С” y temperatura exterior – “–30°С”, la pérdida de calor desde la pared exterior de la habitación será:

• q_tp (pared) = 10 * (22 – (– 30)) / 3,5 = 149 W:
• q_tp (ventana) = 2 * (22 – (– 30)) / 0,75 = 139 W:
• q_tp = q_tp (pared) + q_tp (ventana) = 288 W.

Este cálculo da el resultado correcto siempre que no haya un intercambio de aire incontrolado (infiltración).

Puede ocurrir en los siguientes casos:

• La presencia de defectos estructurales, como el ajuste flojo de los marcos de las ventanas a las paredes o el desprendimiento del material aislante. Es necesario eliminarlos.
• Envejecimiento de un edificio, que produce astillas, grietas o huecos en la mampostería. En este caso, es necesario introducir factores de corrección en la resistencia a la transferencia de calor de los materiales.

De la misma forma, es necesario determinar la pérdida de calor a través del techo si el objeto está ubicado en el último piso. A través del suelo, cualquier pérdida significativa de energía se produce sólo si hay un sótano ventilado y sin calefacción, como un garaje. Casi nada de calor llega al suelo.

Para calcular el índice de resistencia a la transferencia de calor de materiales multicapa, es necesario sumar los indicadores de las capas individuales. Por lo general, para los cálculos solo se toman los materiales menos conductores de calor.

Consideremos la segunda razón de la pérdida de calor: la ventilación del edificio. Consumo de energía para calentar el aire suministrado (q_V) se puede calcular usando la fórmula:

q_V = L * q * c * dT, Dónde:

• l – flujo de aire (m³ /h);
• q – densidad del aire (kg/m³);
• C – capacidad calorífica específica del aire entrante (kJ/kg *°C);
• dT – diferencia de temperatura entre el aire ambiente y el aire exterior (°C).

La capacidad calorífica específica del aire en el rango de temperatura que nos interesa [–50.. +30 °C] es igual a 1,01 kJ / kg * °C o, traducido a la dimensión que necesitamos: 0,28 W * h / kg * °C. La densidad del aire depende de la temperatura y la presión, pero para los cálculos se puede tomar un valor de 1,3 kg / m³.

Ejemplo. Para una habitación de 12 m² con la misma diferencia de temperatura que en el ejemplo anterior, la pérdida de calor por ventilación será:

q_V = (12 * 3) * 1,3 * 0,28 * (22 – (– 30)) = 681 W.

Los diseñadores toman el flujo de aire según SNiP 41-01-2003 (en nuestro ejemplo 3 m³ /h a 1m² área de sala de estar), pero este valor puede ser reducido significativamente por el propietario del edificio.

En total, la pérdida total de calor de la habitación modelo es:

q = q_tp + q_V = 969W.

Para calcular la pérdida de calor por día, semana o mes, es necesario conocer la temperatura media de estos períodos.

De las fórmulas anteriores se desprende claramente que el cálculo del volumen de gas consumido tanto durante un corto período de tiempo como durante toda la estación fría debe realizarse teniendo en cuenta el clima de la zona donde se encuentra la instalación climatizada.Por lo tanto, las soluciones estándar probadas sólo pueden utilizarse en condiciones naturales similares.

Para determinar parámetros climáticos similares, puede utilizar mapas de temperaturas medias mensuales en invierno. Se pueden encontrar fácilmente en Internet.

Con la compleja geometría de la casa y la variedad de materiales utilizados en su construcción y aislamiento, puede utilizar los servicios de especialistas para calcular la cantidad de calor requerida.

Formas de minimizar la pérdida de calor.

El coste de calentar una casa constituye una parte importante del coste de mantenimiento de la misma. Por tanto, es razonable realizar algunos tipos de trabajos encaminados a reducir la pérdida de calor por aislamiento del techo, paredes de la casa, aislamiento del suelo y estructuras relacionadas.

Solicitud esquemas de aislamiento externo y desde el interior de la casa se puede reducir notablemente esta cifra. Esto es especialmente cierto en el caso de edificios antiguos con mucho desgaste en paredes y techos. Los mismos paneles de espuma de poliestireno no solo pueden reducir o eliminar por completo la congelación, sino también minimizar la infiltración de aire a través del revestimiento protegido.

También se pueden conseguir importantes ahorros si las zonas de verano de la casa, como las terrazas o el suelo del ático, no están conectadas a la calefacción. En este caso, habrá una reducción significativa en el perímetro de la parte calentada de la casa.

Usar el piso del ático solo en verano ahorra significativamente el costo de calentar la casa en invierno. Sin embargo, en este caso, el techo del piso superior debe estar bien aislado.

Si se siguen estrictamente las normas de ventilación de locales prescritas en SNiP 41-01-2003, la pérdida de calor por el intercambio de aire será mayor que por la congelación de las paredes y el techo del edificio.Estas reglas son obligatorias para los diseñadores y cualquier persona jurídica si las instalaciones se utilizan para la producción o prestación de servicios. Sin embargo, los residentes de la casa pueden, a su discreción, reducir los valores especificados en el documento.

Además, para calentar el aire frío procedente de la calle se pueden utilizar intercambiadores de calor, en lugar de aparatos que consuman electricidad o gas. Por lo tanto, un intercambiador de calor de placas normal puede ahorrar más de la mitad de la energía y un dispositivo más complejo con refrigerante puede ahorrar alrededor del 75%.

Cálculo del volumen de gas requerido.

El gas quemado debe compensar la pérdida de calor. Para ello, además de la pérdida de calor de la casa, es necesario conocer la cantidad de energía liberada durante la combustión, que depende de la eficiencia de la caldera y del poder calorífico de la mezcla.

Regla de selección de caldera

La elección del calentador debe realizarse teniendo en cuenta las pérdidas de calor de la casa. Debería ser suficiente para el período en el que se alcancen las temperaturas mínimas anuales. En el pasaporte del piso o caldera de gas de pared De ello se encarga el parámetro “potencia térmica nominal”, que en el caso de los electrodomésticos se mide en kW.

Dado que cualquier estructura tiene inercia térmica, para calcular la potencia requerida de la caldera se suele tomar la temperatura mínima del período de cinco días más frío. Para un área específica, se puede encontrar en las organizaciones involucradas en la recopilación y procesamiento de información meteorológica, o en la Tabla 1. SNiP 23-01-99 (columna No. 4).

Fragmento de la tabla 1 de SNiP 23/01/99. Utilizándolo, puede obtener los datos necesarios sobre el clima de la zona donde se encuentra la instalación climatizada.

Si la potencia de la caldera excede el indicador suficiente para calentar la habitación, esto no aumenta el consumo de gas.En este caso, el período de inactividad del equipo será mayor.

A veces hay una razón para elegir una caldera de potencia ligeramente menor. Estos dispositivos pueden resultar mucho más económicos tanto de compra como de funcionamiento. Sin embargo, en este caso, es necesario tener una fuente de calor de respaldo (por ejemplo, un calentador completo con un generador de gas), que pueda usarse en heladas severas.

El principal indicador de la eficiencia y economía de una caldera es el factor de eficiencia. Para el equipamiento doméstico moderno oscila entre el 88 y el 95%. La eficiencia se indica en el pasaporte del dispositivo y se utiliza al calcular el consumo de gas.

Fórmula de liberación de calor

Calcular correctamente el consumo de gas natural o licuado para calentar una casa con una superficie de unos 150 m² Es necesario descubrir un indicador más: el poder calorífico (calor de combustión específico) del combustible suministrado. Según el sistema SI se mide en J/kg para gas licuado o en J/m³ por naturaleza.

Los tanques de gas (recipientes para almacenar gas licuado) se caracterizan en litros. Para saber cuánto combustible se incluirá en kilogramos, puede utilizar la relación 0,54 kg / 1 l

Hay dos valores para este indicador: poder calorífico más bajo (h_yo) y más alto (h_h). Depende de la humedad y temperatura del combustible. Al calcular, tome el indicador. h_yo – Debe informarse de ello con su proveedor de gas.

Si no existe tal información, se pueden tomar los siguientes valores en los cálculos:

• para gas natural h_yo = 33,5 mJ/m³;
• para gas licuado h_yo = 45,2 mJ/kg.

Teniendo en cuenta que 1 mJ = 278 W * h, obtenemos los siguientes poderes caloríficos:

• para gas natural h_yo = 9,3kW *h/m³;
• para gas licuado h_yo = 12,6kW*h/kg.

El volumen de gas consumido durante un cierto período de tiempo. V (metro³ o kg) se puede calcular usando la siguiente fórmula:

V = Q * E / (H_yo *K), Dónde:

• q – pérdida de calor del edificio (kW);
• mi – duración del período de calentamiento (h);
• h_yo – poder calorífico mínimo del gas (kW * h/m³);
• k – Eficiencia de la caldera.

Para la dimensión del gas licuado h_yo igual a kW * h / kg.

Ejemplo de cálculo del consumo de gas.

Por ejemplo, tomemos una típica cabaña de madera de dos pisos con estructura prefabricada. Región – Territorio de Altai, Barnaul.

El tamaño de la cabaña es de 10 x 8,5 m y el ángulo del techo a dos aguas es de 30°. Este proyecto se caracteriza por un ático cálido, un área acristalada relativamente grande, la ausencia de sótano y partes sobresalientes de la casa.

Paso 1. Calculemos los principales parámetros de la casa para calcular la pérdida de calor:

• Piso. En ausencia de un sótano ventilado, las pérdidas a través del piso y los cimientos pueden despreciarse.
• Ventana. Unidad de doble acristalamiento “4M1 – 16Ar – 4M1 – 16Ar – 4I”: R_oh = 0,75. Área de acristalamiento S_oh = 40 metros².
• Paredes. El área de la pared longitudinal (lateral) es 10 * 3,5 = 35 m². El área de la pared transversal (de fachada) es 8,5 * 3,5 + 8,5² * tg(30) / 4 = 40 metros². Así, la superficie perimetral total del edificio es de 150 m.², y teniendo en cuenta el acristalamiento del valor deseado. S_s = 150 – 40 = 110 metros².
• Paredes. Los principales materiales aislantes térmicos son la madera laminada de 200 mm de espesor (R_b = 1,27) y aislamiento de basalto de 150 mm de espesor (R_tu = 3,95). Resistencia total a la transferencia de calor para una pared. R_s = R_b + R_tu = 5.22.
• Techo. El aislamiento sigue completamente la forma del tejado. Superficie del tejado sin voladizos S_k = 10 * 8,5 / cos (30) = 98 m².
• Techo. Los principales materiales aislantes térmicos son los revestimientos de 12,5 mm de espesor (R_v = 0,07) y aislamiento de basalto de 200 mm de espesor (R_tu = 5,27). Resistencia total a la transferencia de calor para un techo. R_k = R_v + R_tu = 5.34.
• Ventilación. Deje que el flujo de aire se calcule no según el área de la casa, sino teniendo en cuenta los requisitos para garantizar un valor de al menos 30 m.³ por persona por hora. Dado que 4 personas viven permanentemente en la cabaña, entonces l = 30 * 4 = 120 metros³ /h.

Paso. 2. Calculemos la potencia requerida de la caldera. Si el equipo ya se compró, se puede omitir este paso.

Para nuestros cálculos, necesitamos conocer solo dos indicadores de una caldera de gas: eficiencia y potencia nominal. Deben estar registrados en el pasaporte del dispositivo.

La temperatura del quinquenio más frío es de –41 °C. Consideremos una temperatura agradable de “+24 °C”. Por lo tanto, la diferencia de temperatura promedio durante este período será dT = 65 ºC.

Calculemos la pérdida de calor:

• a través de ventanas: q_oh = S_oh * dT / R_oh = 40 * 65 / 0,75 = 3467W;
• a través de paredes: q_s = S_s * dT / R_s = 110 * 65 / 5,22 = 1370W;
• a través del techo: q_k = S_k * dT / R_k = 98 * 65 / 5,34 = 1199 W;
• debido a la ventilación: q_v = l * q * C * dT = 120 * 1,3 * 0,28 * 65 = 2839 W.

La pérdida total de calor de toda la casa durante el período frío de cinco días será:

q = q_oh + q_s + q_k + q_v = 3467 + 1370 + 1199 + 2839 = 8875 W.

Por lo tanto, para este modelo de casa se puede elegir una caldera de gas con un parámetro de potencia térmica máxima de 10-12 kW. Si también se utiliza gas para proporcionar suministro de agua caliente, entonces tendrá que llevar un dispositivo más productivo.

Paso 3. Calculemos la duración del período de calentamiento y la pérdida promedio de calor.

Se entiende por estación fría, en la que es necesaria la calefacción, aquella con temperaturas medias diarias inferiores a 8-10 °C. Por lo tanto, para los cálculos puede tomar las columnas No. 11-12 o las columnas No. 13-14 de la tabla 1 de SNiP 23-01-99.

Esta elección queda en manos de los propietarios de la cabaña. En este caso, no habrá una diferencia significativa en el consumo anual de combustible. En nuestro caso nos centraremos en el periodo con temperaturas inferiores a “+10 °C”. La duración de este período es de 235 días o mi = 5640 horas.

Con la calefacción centralizada, el encendido y apagado del suministro de refrigerante se realiza de acuerdo con los estándares establecidos. Una de las ventajas de una casa particular es el inicio del modo calefacción a petición de los vecinos.

La pérdida de calor de la casa para la temperatura promedio durante este período se calcula de la misma manera que en el paso 2, solo el parámetro dT = 24 – (– 6,7) = 30,7 °С. Después de realizar los cálculos obtenemos q = 4192 W.

Etapa 4. Calculemos el volumen de gas consumido.

Deja que la eficiencia de la caldera. k = 0,92. Entonces el volumen de gas consumido (con indicadores promedio del poder calorífico mínimo de la mezcla de gases) durante el período de tiempo frío será:

• para gas natural: V = q * mi / (h_yo * k) = 4192 * 5640 / (9300 * 0,92) = 2763 m³;
• para gas licuado: V = q * mi / (h_yo * k) = 4192 * 5640 / (12600 * 0,92) = 2040 kg.

Conociendo los precios del gas, se pueden calcular los costes económicos de la calefacción.

Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.

Reducir el consumo de gas eliminando errores asociados al aislamiento de la vivienda. Ejemplo real:

Consumo de gas a potencia térmica conocida:

Todos los cálculos de pérdida de calor se pueden realizar de forma independiente solo cuando se conocen las propiedades de ahorro de calor de los materiales con los que está construida la casa. Si el edificio es antiguo, primero es necesario comprobar si se congela y eliminar los problemas identificados.

Después de eso, utilizando las fórmulas presentadas en el artículo, podrá calcular el consumo de gas con gran precisión.

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