Consumo de gas para calentar una casa de 200 m²: un ejemplo de cálculo para el consumo de gas natural y licuado

Los propietarios de cabañas medianas y grandes deben planificar sus costos de mantenimiento. Por lo tanto, a menudo surge la tarea de calcular el consumo de gas para calentar una casa 200 m.² o un área más grande. La arquitectura original generalmente no permite usar el método de analogía y encontrar cálculos listos para usar.

Sin embargo, no hay necesidad de pagar dinero por esta tarea. Todos los cálculos los puede realizar usted mismo. Esto requerirá el conocimiento de algunas regulaciones, así como una comprensión de la física y la geometría a nivel escolar.

Le ayudaremos a comprender este tema vital para el economista doméstico. Te mostraremos qué fórmulas se utilizan para calcular, qué características necesitas conocer para obtener el resultado. El artículo presentado por nosotros proporciona ejemplos sobre la base de los cuales será más fácil hacer su propio cálculo.

Hallar la cantidad de energía perdida

Para determinar la cantidad de energía que pierde una casa, es necesario conocer las características climáticas de la zona, la conductividad térmica de los materiales y las tasas de ventilación. Y para calcular el volumen requerido de gas, basta con conocer su poder calorífico. Lo más importante en este trabajo es la atención al detalle.

La calefacción del edificio debe compensar las pérdidas de calor que se producen por dos motivos principales: la fuga de calor alrededor del perímetro de la casa y la entrada de aire frío a través del sistema de ventilación. Ambos procesos se describen mediante fórmulas matemáticas, según las cuales puede realizar cálculos de forma independiente.

Conductividad térmica y resistencia térmica del material.

Cualquier material puede conducir calor. La intensidad de su transmisión se expresa a través del coeficiente de conductividad térmica. λ (W / (m × ° C)). Cuanto más bajo sea, mejor estará protegida la estructura de las heladas en invierno.

Sin embargo, los edificios se pueden plegar o aislar con materiales de diferentes espesores. Por lo tanto, en cálculos prácticos, se usa el coeficiente de resistencia a la transferencia de calor:

R (m² × ° C / W)

Está relacionado con la conductividad térmica por la siguiente fórmula:

R = h / λ,

dónde h - espesor del material (m).

Ejemplo. Determinemos el coeficiente de resistencia a la transferencia de calor de bloques de hormigón celular D700 de diferentes anchos en λ = 0.16:

• ancho 300 mm: R = 0.3 / 0.16 = 1.88;
• ancho 400 mm: R = 0.4 / 0.16 = 2.50.

Para materiales de aislamiento y bloques de ventana, se pueden dar tanto el coeficiente de conductividad térmica como el coeficiente de resistencia a la transferencia de calor.

Si la estructura envolvente consta de varios materiales, al determinar el coeficiente de resistencia a la transferencia de calor de todo el "pastel", se resumen los coeficientes de sus capas individuales.

Ejemplo. La pared está construida con bloques de hormigón celular (λ_B = 0,16), 300 mm de espesor. Afuera, está aislado espuma de poliestireno extruido (λ_pag = 0.03) 50 mm de espesor, y desde el interior enfundado con tablilla (λ_v = 0,18), 20 mm de espesor.

Ahora puede calcular el coeficiente total de resistencia a la transferencia de calor:

R = 0.3 / 0.16 + 0.05 / 0.03 + 0.02 / 0.18 = 1.88 + 1.66 + 0.11 = 3.65.

La contribución de capas que son insignificantes en términos del parámetro de "ahorro de calor" puede despreciarse.

Cálculo de la pérdida de calor a través de estructuras de cerramiento.

Pérdida de calor Q (W) en una superficie uniforme se puede calcular de la siguiente manera:

Q = S × dT / R,

dónde:

• S - el área de la superficie considerada (m²);
• dT - diferencia de temperatura entre el aire interior y exterior (° С);
• R - coeficiente de resistencia a la transferencia de calor de la superficie (m² * ° С / W).

Para determinar el indicador total de todas las pérdidas de calor, realice las siguientes acciones:

1. asignar áreas que sean homogéneas en términos del coeficiente de resistencia a la transferencia de calor;
2. calcular sus áreas;
3. determinar los indicadores de resistencia térmica;
4. realizar el cálculo de la pérdida de calor para cada uno de los tramos;
5. resumir los valores obtenidos.

Ejemplo. Habitacion esquinera de 3x4 metros en planta alta con buhardilla fria. La altura final del techo es de 2,7 metros. Hay 2 ventanas de 1 × 1,5 m.

Encontremos la pérdida de calor a través del perímetro a una temperatura del aire dentro de “+25 ° С” y afuera - “–15 ° С”:

1. Seleccionemos áreas que sean homogéneas en términos de coeficiente de resistencia: techo, pared, ventanas.
2. Área de techo S_NS = 3 × 4 = 12 m². Área de ventana S_O = 2 × (1 × 1,5) = 3 m². Área de la pared S_con = (3 + 4) × 2.7 – S_O = 29,4 m².
3. El coeficiente de resistencia térmica del techo se compone del índice de superposición (tablero con un espesor de 0.025 m), aislamiento (losas de lana mineral con un espesor de 0,10 m) y un piso de madera del ático (madera y madera contrachapada con un espesor total de 0,05 metro): R_NS = 0.025 / 0.18 + 0.1 / 0.037 + 0.05 / 0.18 = 3.12. Para las ventanas, el valor se toma del pasaporte de una ventana de doble acristalamiento: R_O = 0.50. Para una pared plegada como en el ejemplo anterior: R_con = 3.65.
4. Q_NS = 12 × 40 / 3,12 = 154 W. Q_O = 3 × 40 / 0,50 = 240 W. Q_con = 29,4 × 40 / 3,65 = 322 W.
5. Pérdida general de calor de la sala de modelos a través de las estructuras circundantes. Q = Q_NS + Q_O + Q_con = 716 W.

El cálculo de acuerdo con las fórmulas dadas da una buena aproximación, siempre que el material cumpla con las cualidades de conducción de calor declaradas y no se puedan cometer errores durante la construcción. El envejecimiento de los materiales y la construcción de la casa en general también pueden ser un problema.

Geometría típica de paredes y techos

Los parámetros lineales (longitud y altura) de la estructura al determinar la pérdida de calor generalmente se consideran internos, no externos. Es decir, al calcular la transferencia de calor a través del material, se tiene en cuenta el área de contacto del aire caliente, no frío.

Así, por ejemplo, con un tamaño de casa de 8 × 10 metros y un espesor de pared de 0,3 metros, el perímetro interior PAG_{En t} = (9,4 + 7,4) × 2 = 33,6 m, y el exterior PAG_fuera = (8 + 10) × 2 = 36 m.

Las entrepisos suelen tener un espesor de 0,20 a 0,30 m, por lo que la altura de dos plantas desde el suelo del primero hasta el techo del segundo desde el exterior será igual a H_fuera = 2.7 + 0.2 + 2.7 = 5.6 m. Si agrega solo la altura de acabado, obtiene un valor menor: H_{En t} = 2.7 + 2.7 = 5.4 m. La superposición entre pisos, a diferencia de las paredes, no tiene la función de aislamiento, por lo tanto, para los cálculos, debe tomar H_fuera.

Para casas de dos plantas con unas dimensiones de unos 200 m.² la diferencia entre el área de las paredes interior y exterior es del 6 al 9%. Del mismo modo, las dimensiones internas tienen en cuenta los parámetros geométricos del techo y los pisos.

El cálculo del área de las paredes para cabañas de geometría simple es elemental, ya que los fragmentos consisten en secciones rectangulares y frontones de áticos y habitaciones del ático.

Al calcular la pérdida de calor a través del techo, en la mayoría de los casos es suficiente aplicar fórmulas para encontrar las áreas de un triángulo, rectángulo y trapecio.

El área del techo colocado no se puede tomar al determinar la pérdida de calor, ya que también va a los voladizos, que no se tienen en cuenta en la fórmula. Además, a menudo el material (por ejemplo, papel para techos o chapa galvanizada perfilada) se coloca con una ligera superposición.

La geometría rectangular de las ventanas tampoco causa problemas en los cálculos. Si las ventanas de doble acristalamiento tienen una forma compleja, entonces su área no se puede calcular, pero se puede encontrar en el pasaporte del producto.

Pérdida de calor a través del suelo y los cimientos.

El cálculo de la pérdida de calor en el suelo a través del piso del piso inferior, así como a través de las paredes y el piso del sótano, se considera de acuerdo con las reglas prescritas en el Apéndice E de SP 50.13330.2012. El hecho es que la tasa de propagación del calor en la tierra es mucho más baja que en la atmósfera, por lo que los suelos también se pueden atribuir condicionalmente a un material aislante.

Pero como se caracterizan por la congelación, el área del piso se divide en 4 zonas. El ancho de los tres primeros es de 2 metros y el resto se refiere al cuarto.

Para cada zona, se determina el coeficiente de resistencia a la transferencia de calor, que es agregado por el suelo:

• zona 1: R₁ = 2.1;
• zona 2: R₂ = 4.3;
• zona 3: R₃ = 8.6;
• zona 4: R₄ = 14.2.

Si los pisos están aislados, luego, para determinar el coeficiente total de resistencia térmica, sume los indicadores del aislamiento y el suelo.

Ejemplo. Deje que una casa con unas dimensiones exteriores de 10 × 8 my un espesor de pared de 0,3 metros tenga un sótano de 2,7 metros de profundidad. Su techo está a nivel del suelo. Es necesario calcular la pérdida de calor al suelo a la temperatura del aire interno “+25 ° С”, y la externa - “–15 ° С”.

Deje que las paredes estén hechas de bloques FBS, de 40 cm de espesor (λ_F = 1.69). Desde el interior, se enfundan con una tabla de 4 cm de espesor (λ_D = 0.18). El suelo del sótano se rellena con hormigón de arcilla expandida de 12 cm de espesor (λ_Para = 0.70). Luego, el coeficiente de resistencia térmica de las paredes del sótano: R_con = 0.4 / 1.69 + 0.04 / 0.18 = 0.46, y género R_NS = 0.12 / 0.70 = 0.17.

Las dimensiones internas de la casa serán de 9,4 × 7,4 metros.

Calculemos las áreas y los coeficientes de resistencia a la transferencia de calor por zonas:

• La zona 1 solo corre a lo largo de la pared. Tiene un perímetro de 33,6 my una altura de 2 m. S₁ = 33.6 × 2 = 67.2. R_h1 = R_con + R₁ = 0.46 + 2.1 = 2.56.
• Zona 2 en la pared. Tiene un perímetro de 33,6 my una altura de 0,7 m. S_2C = 33.6 × 0.7 = 23.52. R_s2s = R_con + R₂ = 0.46 + 4.3 = 4.76.
• Zona 2 por piso. S_2p = 9.4 × 7.4 – 6.8 × 4.8 = 36.92. R_z2p = R_NS + R₂ = 0.17 + 4.3 = 4.47.
• La zona 3 solo corre a lo largo del suelo. S₃ = 6.8 × 4.8 – 2.8 × 0.8 = 30.4. R_h3 = R_NS + R₃ = 0.17 + 8.6 = 8.77.
• La zona 4 solo corre a lo largo del suelo. S₄ = 2.8 × 0.8 = 2.24. R_h4 = R_NS + R₄ = 0.17 + 14.2 = 14.37.

Pérdida de calor del sótano Q = (S₁ / R_h1 + S_2C / R_s2s + S_2p / R_z2p + S₃ / R_h3 + S₄ / R_h4) × dT = (26,25 + 4,94 + 8,26 + 3,47 + 0,16) × 40 = 1723 W.

Contabilización de locales sin calefacción

A menudo, al calcular la pérdida de calor, surge una situación en la que hay una habitación sin calefacción pero aislada en la casa. En este caso, la transferencia de energía se produce en dos etapas. Considere esta situación usando el ejemplo de un ático.

El principal problema es que el área del piso entre el ático y el piso superior es diferente del área del techo y los frontones. En este caso, es necesario utilizar la condición de equilibrio de transferencia de calor Q₁ = Q₂.

También se puede escribir de la siguiente manera:

K₁ × (T₁ - T_#) = K₂ × (T_# - T₂),

dónde:

• K₁ = S₁ / R₁ + … + S_norte / R_norte superponerse entre la parte cálida de la casa y la habitación fría;
• K₂ = S₁ / R₁ + … + S_norte / R_norte para superposición entre un cuarto frío y la calle.

A partir de la igualdad de transferencia de calor, encontramos la temperatura que se establecerá en un cuarto frío a valores conocidos en la casa y en la calle. T_# = (K₁ × T₁ + K₂ × T₂) / (K₁ + K₂). Después de eso, sustituimos el valor en la fórmula y encontramos la pérdida de calor.

Ejemplo. Deje que el tamaño interior de la casa sea de 8 x 10 metros. El ángulo del techo es de 30 °. La temperatura del aire en el local es “+25 ° С”, y en el exterior - “–15 ° С“.

El coeficiente de resistencia térmica del techo se calcula como en el ejemplo dado en la sección para calcular la pérdida de calor a través de estructuras de cerramiento: R_NS = 3.65. El área de superposición es de 80 m², por lo tanto K₁ = 80 / 3.65 = 21.92.

Área del techo S₁ = (10 × 8) / porque(30) = 92.38. Calculamos el coeficiente de resistencia térmica, teniendo en cuenta el grosor de la madera (torneado y acabado - 50 mm) y lana mineral (10 cm): R₁ = 2.98.

Área de ventana para hastial S₂ = 1,5. Para ventanas ordinarias de doble acristalamiento, resistencia térmica R₂ = 0,4. Calculamos el área del frontón usando la fórmula: S₃ = 8² × tg(30) / 4 – S₂ = 7.74. El coeficiente de resistencia a la transferencia de calor es el mismo que el del techo: R₃ = 2.98.

Calculemos el coeficiente para el techo (sin olvidar que el número de frontones es dos):

K₂ = S₁ / R₁ + 2 × (S₂ / R₂ + S₃ / R₃) = 92.38 / 2.98 + 2 × (1.5 / 0.4 + 7.74 / 2.98) = 43.69.

Calculemos la temperatura del aire en el ático:

T_# = (21,92 × 25 + 43,69 × (–15)) / (21,92 + 43,69) = –1,64 ° С.

Sustituya el valor resultante en cualquiera de las fórmulas para calcular la pérdida de calor (siempre que sean iguales en equilibrio) y obtenemos el resultado deseado:

Q₁ = K₁ × (T₁ – T_#) = 21,92 × (25 - (–1,64)) = 584 W.

Refrigeración por ventilación

El sistema de ventilación está instalado para mantener un microclima normal en la casa. Esto conduce a la entrada de aire frío a la habitación, que también debe tenerse en cuenta al calcular la pérdida de calor.

Los requisitos para el volumen de ventilación se detallan en varios documentos reglamentarios. Al diseñar un sistema interno de una casa de campo, en primer lugar, debe tener en cuenta los requisitos de §7 SNiP 41-01-2003 y §4 SanPiN 2.1.2.2645-10.

Dado que la unidad generalmente aceptada para medir la pérdida de calor es el vatio, la capacidad calorífica del aire C (kJ / kg × ° С) debe reducirse a la dimensión “W × h / kg × ° С”. Para aire al nivel del mar, el valor C = 0,28 W × h / kg × ° С.

Dado que el volumen de ventilación se mide en metros cúbicos por hora, también es necesario conocer la densidad del aire q (kg / m³). A presión atmosférica normal y humedad media, este valor se puede tomar q = 1,30 kg / m³.

El consumo de energía para la compensación de las pérdidas de calor como resultado de la ventilación se puede calcular utilizando la siguiente fórmula:

Q = L × q × c × dT = 0.364 × L × dT,

dónde:

• L - consumo de aire (m³ / h);
• dT - diferencia de temperatura entre la habitación y el aire entrante (° С).

Si el aire frío entra directamente a la casa, entonces:

dT = T₁ - T₂,

dónde:

• T₁ - temperatura interior;
• T₂ - la temperatura exterior.

Pero para objetos grandes, el sistema de ventilación suele ser integrar el recuperador (intercambiador de calor). Le permite ahorrar significativamente recursos energéticos, ya que se produce un calentamiento parcial del aire entrante debido a la temperatura del flujo saliente.

La eficiencia de tales dispositivos se mide en su eficiencia. k (%). En este caso, la fórmula anterior tomará la forma:

dT = (T₁ - T₂) × (1 - k / 100).

Cálculo del consumo de gas

Conocimiento pérdida total de calor, puede simplemente calcular el consumo requerido de gas natural o licuado para calentar una casa con un área de 200 m².

La cantidad de energía liberada, además del volumen de combustible, se ve afectada por su calor de combustión. Para el gas, este indicador depende del contenido de humedad y la composición química de la mezcla suministrada. Distinguir entre los más altos (H_h) y menor (H_l) poder calorífico.

Para calcular la cantidad de combustible que se garantiza que es suficiente para calefacción, se sustituye el valor del poder calorífico neto en la fórmula, que se puede obtener del proveedor de gas. La unidad estándar de valor calorífico es "mJ / m³”O“ mJ / kg ”. Pero dado que las unidades de medida tanto para la potencia de las calderas como para la pérdida de calor operan con vatios, y no con julios, es necesario realizar una conversión, teniendo en cuenta que 1 mJ = 278 W × h.

Si se desconoce el valor del poder calorífico neto de la mezcla, entonces está permitido tomar las siguientes cifras promediadas:

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

Otro indicador requerido para los cálculos es la eficiencia de la caldera. K. Por lo general, se mide como porcentaje. La fórmula final para el consumo de gas durante un período de tiempo. mi (h) tiene la siguiente forma:

V = Q × E / (H_l × K / 100).

El período en el que se enciende la calefacción centralizada en las casas está determinado por la temperatura media diaria del aire.

Si durante los últimos cinco días no supera los “+ 8 ° C”, entonces de acuerdo con el Decreto del Gobierno de la Federación de Rusia No. 307 de 13.05.2006, se debe garantizar el suministro de calefacción a la casa. Para las casas privadas con calefacción autónoma, estas cifras también se utilizan para calcular el consumo de combustible.

Los datos exactos sobre el número de días con una temperatura no superior a “+ 8 ° C” para el área donde se construye la cabaña se pueden obtener del departamento local del Centro Hidrometeorológico.

Si la casa está ubicada cerca de un gran asentamiento, entonces es más fácil usar la mesa. 1. SNiP 23-01-99 (columna número 11). Multiplicando este valor por 24 (horas al día) obtenemos el parámetro mi de la ecuación para calcular el caudal de gas.

Si el volumen de flujo de aire y la temperatura dentro de las instalaciones son constantes (o con ligeras fluctuaciones), entonces La pérdida de calor tanto a través de las estructuras de cerramiento como debido a la ventilación del local será directamente proporcional a la temperatura. aire exterior.

Por lo tanto, para el parámetro T₂ en las ecuaciones para calcular la pérdida de calor, puede tomar el valor de la columna No. 12 de la tabla. 1. SNiP 23-01-99.

Ejemplo para una casa de campo de 200 m²

Calculemos el consumo de gas de una casa de campo cerca de la ciudad. Rostov del Don. Duración del período de calefacción: mi = 171 × 24 = 4104 horas Temperatura exterior promedio T₂ = - 0,6 ° C. Temperatura deseada en la casa: T₁ = 24 ° C.

Paso 1. Calculemos la pérdida de calor a través del perímetro sin tener en cuenta el garaje.

Para hacer esto, seleccione áreas homogéneas:

• Ventana. Hay un total de 9 ventanas con un tamaño de 1,6 × 1,8 m, una ventana con un tamaño de 1,0 × 1,8 my 2,5 ventanas redondas con un área de 0,38 m² cada uno. Área total de la ventana: S_ventana = 28,60 m². Según el pasaporte del producto. R_ventana = 0.55. Luego Q_ventana = 1279 W.
• Puertas. Hay 2 puertas aisladas de 0,9 x 2,0 m de tamaño. Su superficie: S_puertas = 3,6 m². Según el pasaporte del producto. R_puertas = 1.45. Luego Q_puertas = 61 W.
• Pared en blanco. Sección "ABVGD": 36,1 × 4,8 = 173,28 m². Parcela "SÍ": 8,7 × 1,5 = 13,05 m². Terreno "DEJ": 18.06 m². Área del tejado a dos aguas: 8,7 × 5,4 / 2 = 23,49. Área total de la pared en blanco: S_pared = 251.37 – S_ventana – S_puertas = 219,17 m². Los muros son de hormigón celular de 40 cm de espesor y ladrillo caravista hueco. R_paredes = 2.50 + 0.63 = 3.13. Luego Q_paredes = 1723 W.

Pérdida total de calor a través del perímetro:

Q_perim = Q_ventana + Q_puertas + Q_paredes = 3063 W.

Paso 2. Calculemos la pérdida de calor a través del techo.

El aislamiento es un listón macizo (35 mm), lana mineral (10 cm) y forro (15 mm). R_techos = 2.98. Superficie del techo sobre el edificio principal: 2 × 10 × 5,55 = 111 m², y por encima de la sala de calderas: 2,7 × 4,47 = 12,07 m². Total S_techos = 123,07 m². Luego Q_techos = 1016 W.

Paso 3. Calculemos la pérdida de calor a través del suelo.

La resistencia a la transferencia de calor la proporcionan las tablas de suelo rugosas y la madera contrachapada debajo del laminado (5 cm en total), así como el aislamiento de basalto (5 cm). R_sexo = 1.72. Entonces la pérdida de calor a través del piso será igual:

Q_suelo = (S₁ / (R_suelo + 2.1) + S₂ / (R_suelo + 4.3) + S₃ / (R_suelo + 2.1)) × dT = 546 W.

Paso 4. Calculemos la pérdida de calor a través de un garaje frío. Su piso no está aislado.

El calor penetra desde una casa con calefacción de dos maneras:

1. A través del muro de carga. S₁ = 28.71, R₁ = 3.13.
2. A través de una mampara de ladrillo desde la sala de calderas. S₂ = 11.31, R₂ = 0.89.

Obtenemos K₁ = S₁ / R₁ + S₂ / R₂ = 21.88.

El calor sale del garaje de la siguiente manera:

1. A través de la ventana. S₁ = 0.38, R₁ = 0.55.
2. A través de la puerta. S₂ = 6.25, R₂ = 1.05.
3. A través de la pared. S₃ = 19.68, R₃ = 3.13.
4. A través del techo. S₄ = 23.89, R₄ = 2.98.
5. Por el suelo. Zona 1. S₅ = 17.50, R₅ = 2.1.
6. Por el suelo. Zona 2. S₆ = 9.10, R₆ = 4.3.

Obtenemos K₂ = S₁ / R₁ + … + S₆ / R₆ = 31.40

Calculemos la temperatura en el garaje, sujeto al equilibrio de la transferencia de calor: T_# = 9,2 ° C. Entonces la pérdida de calor será igual: Q_garaje = 324 W.

Paso 5. Calculemos la pérdida de calor por ventilación.

Deje que el volumen de ventilación calculado para una cabaña de este tipo con 6 personas viviendo en ella sea de 440 m³/час. El sistema tiene un recuperador con una eficiencia del 50%. En estas condiciones, la pérdida de calor: Q_respiradero = 1970 W.

Paso. 6. Determinemos la pérdida total de calor sumando todos los valores locales: Q = 6919 W.

Paso 7. Calculemos el volumen de gas necesario para calentar una casa modelo en invierno con una eficiencia de caldera del 92%:

• Gas natural. V = 3319 m³.
• Gas licuado. V = 2450 kilos

Después de los cálculos, puede analizar los costos financieros de la calefacción y la viabilidad de las inversiones destinadas a reducir la pérdida de calor.

Conclusiones y video útil sobre el tema.

Conductividad térmica y resistencia a la transferencia de calor de materiales. Reglas de cálculo para paredes, techo y piso:

La parte más difícil de los cálculos para determinar el volumen de gas requerido para calentar es encontrar la pérdida de calor del objeto calentado. Aquí, en primer lugar, debe considerar cuidadosamente los cálculos geométricos.

Si los costos financieros de la calefacción parecen excesivos, debe pensar en un aislamiento adicional de la casa. Además, los cálculos de la pérdida de calor muestran bien la estructura de la congelación.

Deje comentarios en el bloque a continuación, haga preguntas sobre puntos poco claros e interesantes, publique fotos sobre el tema del artículo. Comparta su propia experiencia en la realización de cálculos para conocer el costo de la calefacción. Es posible que sus consejos sean de gran ayuda para los visitantes del sitio.