Consumo de gás para aquecimento de uma casa de 200 m²: um exemplo de cálculo para o consumo de gás natural e liquefeito

Proprietários de chalés de médio e grande porte devem planejar seus custos de manutenção. Portanto, muitas vezes surge a tarefa de calcular o consumo de gás para aquecer uma casa de 200 m² ou área maior. A arquitetura original geralmente não permite usar o método da analogia e encontrar cálculos prontos.

No entanto, não há necessidade de pagar por essa tarefa. Todos os cálculos podem ser feitos por você. Isso exigirá o conhecimento de alguns regulamentos, bem como uma compreensão da física e da geometria ao nível da escola.

Nós o ajudaremos a entender essa questão vital para o economista doméstico. Mostraremos quais fórmulas são usadas para calcular, quais características você precisa saber para obter o resultado. O artigo que apresentamos fornece exemplos com base nos quais será mais fácil fazer seus próprios cálculos.

Encontrando a quantidade de perda de energia

Para determinar a quantidade de energia que uma casa está perdendo, é necessário conhecer as características climáticas da região, a condutividade térmica dos materiais e as taxas de ventilação. E para calcular o volume de gás necessário, basta conhecer seu poder calorífico. O mais importante neste trabalho é a atenção aos detalhes.

O aquecimento de um edifício deve compensar as perdas de calor que ocorrem por dois motivos principais: vazamento de calor em torno do perímetro da casa e o influxo de ar frio através do sistema de ventilação. Ambos os processos são descritos por fórmulas matemáticas, segundo as quais você pode realizar cálculos de forma independente.

Condutividade térmica e resistência térmica do material

Qualquer material pode conduzir calor. A intensidade de sua transmissão é expressa através do coeficiente de condutividade térmica λ (W / (m × ° C)). Quanto mais baixo for, melhor será a proteção da estrutura contra o congelamento no inverno.

No entanto, os edifícios podem ser dobrados ou isolados com materiais de espessura variável. Portanto, em cálculos práticos, o coeficiente de resistência à transferência de calor é usado:

R (m² × ° C / W)

Está relacionado à condutividade térmica pela seguinte fórmula:

R = h / λ,

Onde h - espessura do material (m).

Exemplo. Vamos determinar o coeficiente de resistência à transferência de calor de blocos de concreto aerado D700 de diferentes larguras em λ = 0.16:

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

Para materiais de isolamento e blocos de janela, tanto o coeficiente de condutividade térmica quanto o coeficiente de resistência à transferência de calor podem ser fornecidos.

Se a estrutura envolvente consiste em vários materiais, então, ao determinar o coeficiente de resistência à transferência de calor de toda a “torta”, os coeficientes de suas camadas individuais são somados.

Exemplo. A parede é construída com blocos de concreto aerado (λ_b = 0,16), 300 mm de espessura. Por fora, é isolado espuma de poliestireno extrudado (λ_p = 0,03) 50 mm de espessura, e do interior revestido com ripa (λ_v = 0,18), 20 mm de espessura.

Agora você pode calcular o coeficiente total de resistência à transferência de calor:

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

A contribuição de camadas que são insignificantes em termos do parâmetro “economia de calor” pode ser desprezada.

Cálculo da perda de calor através de estruturas envolventes

Perda de calor Q (W) em uma superfície uniforme pode ser calculado da seguinte forma:

Q = S × dT / R,

Onde:

• S - a área da superfície considerada (m²);
• dT - diferença de temperatura entre o ar interno e externo (° С);
• R - coeficiente de resistência à transferência de calor da superfície (m² * ° С / W).

Para determinar o indicador total de todas as perdas de calor, execute as seguintes ações:

1. alocar áreas homogêneas quanto ao coeficiente de resistência à transferência de calor;
2. calcular suas áreas;
3. determinar os indicadores de resistência térmica;
4. realizar o cálculo da perda de calor para cada uma das seções;
5. resumir os valores obtidos.

Exemplo. Quarto de canto 3x4 metros no último andar com sótão frio. A altura final do teto é de 2,7 metros. Existem 2 janelas medindo 1 × 1,5 m.

Vamos encontrar a perda de calor através do perímetro a uma temperatura do ar dentro de “+25 ° С”, e fora - “–15 ° С”:

1. Vamos selecionar áreas homogêneas em termos de coeficiente de resistência: teto, parede, janelas.
2. Área do teto S_NS = 3 × 4 = 12 m². Área da janela S_O = 2 × (1 × 1,5) = 3 m². Área da parede S_com = (3 + 4) × 2.7 – S_O = 29,4 m².
3. O coeficiente de resistência térmica do teto é composto pelo índice de sobreposição (placa com espessura de 0,025 m), isolamento (lajes de lã mineral com espessura de 0,10 m) e piso de madeira do sótão (madeira e contraplacado com espessura total de 0,05 m): R_NS = 0.025 / 0.18 + 0.1 / 0.037 + 0.05 / 0.18 = 3.12. Para janelas, o valor é retirado do passaporte de uma janela de vidro duplo: R_O = 0.50. Para uma parede dobrada como no exemplo anterior: R_com = 3.65.
4. Q_NS = 12 × 40 / 3,12 = 154 W. Q_O = 3 × 40 / 0,50 = 240 W. Q_com = 29,4 × 40 / 3,65 = 322 W.
5. Perda geral de calor da sala do modelo através das estruturas de fechamento Q = Q_NS + Q_O + Q_com = 716 W.

O cálculo de acordo com as fórmulas fornecidas dá uma boa aproximação, desde que o material atenda às qualidades condutoras de calor declaradas e não haja erros que possam ser cometidos durante a construção. O envelhecimento dos materiais e a construção da casa em geral também podem ser um problema.

Parede típica e geometria do telhado

Os parâmetros lineares (comprimento e altura) da estrutura ao determinar a perda de calor são geralmente considerados internos, não externos. Ou seja, ao calcular a transferência de calor através do material, a área de contato do ar quente, não o frio, é levada em consideração.

Assim, por exemplo, com um tamanho de casa de 8 × 10 metros e uma espessura de parede de 0,3 metros, o perímetro interno P_int = (9,4 + 7,4) × 2 = 33,6 m, e o externo P_Fora = (8 + 10) × 2 = 36 m.

Os pisos intermediários geralmente têm uma espessura de 0,20 a 0,30 m. Portanto, a altura de dois pisos do piso do primeiro ao teto do segundo do lado de fora será igual a H_Fora = 2,7 + 0,2 + 2,7 = 5,6 m. Se você adicionar apenas a altura de acabamento, obterá um valor menor: H_int = 2,7 + 2,7 = 5,4 m. A sobreposição entre pisos, ao contrário das paredes, não tem a função de isolamento, portanto, para os cálculos, é necessário tomar H_Fora.

Para casas de dois andares com dimensões de cerca de 200 m² a diferença entre a área das paredes internas e externas é de 6 a 9%. Da mesma forma, as dimensões internas levam em consideração os parâmetros geométricos do telhado e dos pisos.

O cálculo da área das paredes para chalés de geometria simples é elementar, uma vez que os fragmentos consistem em seções retangulares e frontões de sótão e quartos do sótão.

Ao calcular a perda de calor pelo telhado, na maioria dos casos, basta aplicar fórmulas para encontrar as áreas de um triângulo, retângulo e trapézio.

A área da cobertura assentada não pode ser considerada na determinação da perda de calor, pois também vai para as saliências, que não são levadas em consideração na fórmula. Além disso, muitas vezes o material (por exemplo, papel para telhado ou chapa galvanizada perfilada) é colocado com uma ligeira sobreposição.

A geometria retangular das janelas também não causa problemas nos cálculos. Se as janelas de vidros duplos têm formas complexas, sua área não pode ser calculada, mas pode ser encontrada no passaporte do produto.

Perda de calor pelo chão e fundação

O cálculo da perda de calor para o solo através do piso do piso inferior, bem como através das paredes e do piso da cave, é considerado de acordo com as regras prescritas no Anexo E da SP 50.13330.2012. O fato é que a taxa de propagação de calor na terra é muito menor do que na atmosfera, então os solos também podem ser condicionalmente atribuídos a um material de isolamento.

Mas, uma vez que são caracterizados pelo congelamento, a área do piso é dividida em 4 zonas. A largura dos três primeiros é de 2 metros, e o restante é referido ao quarto.

Para cada zona, o coeficiente de resistência à transferência de calor, que é adicionado pelo solo, é determinado:

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

Se os pisos são isolados, a seguir, para determinar o coeficiente total de resistência térmica, some os indicadores do isolamento e do solo.

Exemplo. Deixe uma casa com dimensões externas de 10 × 8 m e espessura de parede de 0,3 m, ter um porão de 2,7 m de profundidade. Seu teto está ao nível do solo. É necessário calcular a perda de calor para o solo na temperatura do ar interno “+25 ° С”, e na externa - “–15 ° С”.

Deixe as paredes serem feitas de blocos FBS, com 40 cm de espessura (λ_f = 1.69). Por dentro, são revestidos por uma placa de 4 cm de espessura (λ_d = 0.18). O piso do porão é preenchido com concreto de argila expandida, com 12 cm de espessura (λ_Para = 0.70). Em seguida, o coeficiente de resistência térmica das paredes do porão: R_com = 0,4 / 1,69 + 0,04 / 0,18 = 0,46 e gênero R_NS = 0.12 / 0.70 = 0.17.

As dimensões internas da casa serão de 9,4 × 7,4 metros.

Vamos calcular as áreas e coeficientes de resistência à transferência de calor por zonas:

• A Zona 1 só corre ao longo da parede. Tem um perímetro de 33,6 me uma altura de 2 m. S₁ = 33.6 × 2 = 67.2. R_h1 = R_com + R₁ = 0.46 + 2.1 = 2.56.
• Zona 2 na parede. Tem um perímetro de 33,6 me uma altura de 0,7 m. S_2c = 33.6 × 0.7 = 23.52. R_s2s = R_com + 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.
• A Zona 3 só corre ao longo do chão. S₃ = 6.8 × 4.8 – 2.8 × 0.8 = 30.4. R_h3 = R_NS + R₃ = 0.17 + 8.6 = 8.77.
• A Zona 4 só corre ao longo do chão. S₄ = 2.8 × 0.8 = 2.24. R_h4 = R_NS + R₄ = 0.17 + 14.2 = 14.37.

Perda de calor do porão 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.

Contabilização de instalações não aquecidas

Freqüentemente, ao calcular a perda de calor, surge uma situação em que há um cômodo da casa não aquecido, mas isolado. Nesse caso, a transferência de energia ocorre em dois estágios. Considere esta situação usando o exemplo de um sótão.

O principal problema é que a área do piso entre o sótão e o piso superior é diferente da área do telhado e empenas. Neste caso, é necessário usar a condição de equilíbrio de transferência de calor Q₁ = Q₂.

Também pode ser escrito da seguinte maneira:

K₁ × (T₁ - T_#) = K₂ × (T_# - T₂),

Onde:

• K₁ = S₁ / R₁ + … + S_n / R_n sobrepor-se entre a parte quente da casa e a sala fria;
• K₂ = S₁ / R₁ + … + S_n / R_n para a sobreposição entre uma câmara fria e a rua.

A partir da igualdade de transferência de calor, encontramos a temperatura que será estabelecida em uma câmara fria em valores conhecidos na casa e na rua. T_# = (K₁ × T₁ + K₂ × T₂) / (K₁ + K₂). Depois disso, substituímos o valor na fórmula e encontramos a perda de calor.

Exemplo. Deixe o tamanho interno da casa ser de 8 x 10 metros. O ângulo do telhado é de 30 °. A temperatura do ar nas instalações é de “+25 ° С”, e no exterior - “–15 ° С“.

O coeficiente de resistência térmica do teto é calculado como no exemplo dado na seção para o cálculo da perda de calor através de estruturas envolventes: R_NS = 3.65. A área de sobreposição é de 80 m², Portanto K₁ = 80 / 3.65 = 21.92.

Área do telhado S₁ = (10 × 8) / cos(30) = 92.38. Calculamos o coeficiente de resistência térmica, levando em consideração a espessura da madeira (torneamento e acabamento - 50 mm) e lã mineral (10 cm): R₁ = 2.98.

Área da janela para empena S₂ = 1,5. Para janelas de vidros duplos comuns, resistência térmica R₂ = 0,4. Calculamos a área do frontão usando a fórmula: S₃ = 8² × tg(30) / 4 – S₂ = 7.74. O coeficiente de resistência à transferência de calor é o mesmo do telhado: R₃ = 2.98.

Vamos calcular o coeficiente do telhado (sem esquecer que o número de empenas é dois):

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

Vamos calcular a temperatura do ar no sótão:

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

Substitua o valor resultante em qualquer uma das fórmulas para calcular a perda de calor (desde que sejam iguais em equilíbrio) e obteremos o resultado desejado:

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

Resfriando por meio de ventilação

O sistema de ventilação é instalado para manter um microclima normal na casa. Isso leva à entrada de ar frio no ambiente, o que também deve ser levado em consideração no cálculo da perda de calor.

Os requisitos para o volume de ventilação são especificados em vários documentos regulamentares. Ao projetar um sistema interno de uma casa de campo, em primeiro lugar, você precisa levar em consideração os requisitos de §7 SNiP 41-01-2003 e §4 SanPiN 2.1.2.2645-10.

Uma vez que a unidade geralmente aceita para medir a perda de calor é watt, a capacidade de calor do ar c (kJ / kg × ° С) deve ser reduzido para a dimensão “W × h / kg × ° С”. Para o ar ao nível do mar, o valor c = 0,28 W × h / kg × ° С.

Como o volume de ventilação é medido em metros cúbicos por hora, também é necessário conhecer a densidade do ar q (kg / m³). Na pressão atmosférica normal e umidade média, este valor pode ser tomado q = 1,30 kg / m³.

O consumo de energia para compensação de perdas de calor como resultado da ventilação pode ser calculado usando a seguinte fórmula:

Q = L × q × c × dT = 0,364 × L × dT,

Onde:

• eu - consumo de ar (m³ / h);
• dT - diferença de temperatura entre o ar ambiente e o ar de entrada (° С).

Se o ar frio entrar na casa diretamente, então:

dT = T₁ - T₂,

Onde:

• T₁ - temperatura interna;
• T₂ - a temperatura externa.

Mas para objetos grandes, o sistema de ventilação é geralmente integrar o recuperador (trocador de calor). Permite poupar significativamente os recursos energéticos, uma vez que o aquecimento parcial do ar de entrada ocorre devido à temperatura do fluxo de saída.

A eficiência de tais dispositivos é medida em sua eficiência k (%). Nesse caso, a fórmula anterior assumirá a forma:

dT = (T₁ - T₂) × (1 - k / 100).

Cálculo do consumo de gás

Saber perda total de calor, você pode simplesmente calcular o consumo necessário de gás natural ou liquefeito para aquecer uma casa com uma área de 200 m².

A quantidade de energia liberada, além do volume de combustível, é afetada pelo seu calor de combustão. Para o gás, este indicador depende do teor de umidade e da composição química da mistura fornecida. Distinguir entre os mais elevados (H_h) e inferior (H_eu) valor calórico.

Para calcular a quantidade de combustível garantida para aquecimento, o valor do poder calorífico líquido é substituído na fórmula, que pode ser obtida junto ao fornecedor do gás. A unidade padrão para valor calorífico é “mJ / m³”Ou“ mJ / kg ”. Mas como as unidades de medida tanto da potência das caldeiras quanto da perda de calor operam com watts, e não joules, é necessário realizar uma conversão, levando em consideração que 1 mJ = 278 W × h.

Se o valor do valor calorífico líquido da mistura for desconhecido, é permitido obter os seguintes valores médios:

• para gás natural H_eu = 9,3 kW × h / m³;
• para gás liquefeito H_eu = 12,6 kW × h / kg.

Outro indicador necessário para os cálculos é a eficiência da caldeira. K. Geralmente é medido como uma porcentagem. A fórmula final para o consumo de gás durante um período de tempo E (h) tem a seguinte forma:

V = Q × E / (H_eu × K / 100).

O período em que o aquecimento centralizado nas residências é ligado é determinado pela temperatura média diária do ar.

Se durante os últimos cinco dias não exceder “+ 8 ° C”, então, de acordo com o Decreto do Governo da Federação Russa nº 307 de 13.05.2006, o fornecimento de aquecimento para a casa deve ser garantido. Para casas particulares com aquecimento autônomo, esses números também são usados ​​no cálculo do consumo de combustível.

Os dados exatos sobre o número de dias com temperatura não superior a “+ 8 ° C” para a área onde a casa está construída podem ser obtidos no departamento local do Centro Hidrometeorológico.

Se a casa estiver localizada perto de um grande povoado, é mais fácil usar a mesa. 1. SNiP 23-01-99 (coluna número 11). Multiplicando esse valor por 24 (horas por dia), obtemos o parâmetro E da equação para calcular a taxa de fluxo de gás.

Se o volume do fluxo de ar e a temperatura dentro das instalações forem constantes (ou com ligeiras flutuações), então a perda de calor tanto através das estruturas de fechamento quanto devido à ventilação das instalações será diretamente proporcional à temperatura ar do lado de fora.

Portanto, para o parâmetro T₂ nas equações para calcular a perda de calor, você pode obter o valor da coluna nº 12 da tabela. 1. SNiP 23-01-99.

Exemplo para uma casa de campo de 200 m²

Vamos calcular o consumo de gás para uma cabana perto da cidade. Rostov-on-Don. Duração do período de aquecimento: E = 171 × 24 = 4104 h. Temperatura externa média T₂ = - 0,6 ° C Temperatura desejada na casa: T₁ = 24 ° C

Passo 1. Vamos calcular a perda de calor através do perímetro sem levar em conta a garagem.

Para fazer isso, selecione áreas homogêneas:

• Janela. Há um total de 9 janelas com dimensões de 1,6 × 1,8 m, uma janela com dimensões de 1,0 × 1,8 me 2,5 janelas redondas com área de 0,38 m² cada um. Área total da janela: S_janela = 28,60 m². De acordo com o passaporte do produto R_janela = 0.55. Então Q_janela = 1279 W.
• Portas. Existem 2 portas isoladas com 0,9 x 2,0 m de tamanho. Sua área: S_portas = 3,6 m². De acordo com o passaporte do produto R_portas = 1.45. Então Q_portas = 61 W.
• Parede branca. Seção "ABVGD": 36,1 × 4,8 = 173,28 m². Gráfico “SIM”: 8,7 × 1,5 = 13,05 m². Terreno "DEJ": 18,06 m². Área da empena do telhado: 8,7 × 5,4 / 2 = 23,49. Área total da parede em branco: S_muro = 251.37 – S_janela – S_portas = 219,17 m². As paredes são feitas de concreto aerado com 40 cm de espessura e tijolos ocos. R_paredes = 2.50 + 0.63 = 3.13. Então Q_paredes = 1723 W.

Perda total de calor através do perímetro:

Q_perim = Q_janela + Q_portas + Q_paredes = 3063 W.

Passo 2. Vamos calcular a perda de calor pelo telhado.

O isolamento é em ripado maciço (35 mm), lã mineral (10 cm) e forro (15 mm). R_telhados = 2.98. Área do telhado acima do edifício principal: 2 × 10 × 5,55 = 111 m², e acima da sala da caldeira: 2,7 × 4,47 = 12,07 m². Total S_telhados = 123,07 m². Então Q_telhados = 1016 W.

Etapa 3. Vamos calcular a perda de calor pelo chão.

A resistência à transferência de calor é fornecida por placas de piso ásperas e contraplacado sob o laminado (5 cm no total), bem como isolamento de basalto (5 cm). R_sexo = 1.72. Então, a perda de calor pelo chão será igual:

Q_piso = (S₁ / (R_piso + 2.1) + S₂ / (R_piso + 4.3) + S₃ / (R_piso + 2.1)) × dT = 546 W.

Passo 4. Vamos calcular a perda de calor em uma garagem fria. Seu piso não é isolado.

O calor penetra de uma casa aquecida de duas maneiras:

1. Através da parede de suporte. S₁ = 28.71, R₁ = 3.13.
2. Através de uma divisória de tijolos da sala da caldeira. S₂ = 11.31, R₂ = 0.89.

Nós temos K₁ = S₁ / R₁ + S₂ / R₂ = 21.88.

O calor sai da garagem da seguinte forma:

1. Através da janela. S₁ = 0.38, R₁ = 0.55.
2. Através do portão. S₂ = 6.25, R₂ = 1.05.
3. Atraves da parede. S₃ = 19.68, R₃ = 3.13.
4. Através do telhado. S₄ = 23.89, R₄ = 2.98.
5. Pelo chão. Zona 1. S₅ = 17.50, R₅ = 2.1.
6. Pelo chão. Zona 2. S₆ = 9.10, R₆ = 4.3.

Nós temos K₂ = S₁ / R₁ + … + S₆ / R₆ = 31.40

Vamos calcular a temperatura na garagem, sujeita ao equilíbrio da transferência de calor: T_# = 9,2 ° C Então, a perda de calor será igual: Q_garagem = 324 W.

Etapa 5. Vamos calcular a perda de calor devido à ventilação.

Deixe o volume de ventilação calculado para uma casa com 6 pessoas morando nela seja de 440 m³/час. O sistema possui recuperador com eficiência de 50%. Nessas condições, a perda de calor: Q_respirar = 1970 W.

Etapa. 6. Vamos determinar a perda total de calor adicionando todos os valores locais: Q = 6919 W.

Etapa 7. Vamos calcular o volume de gás necessário para aquecer uma casa modelo no inverno com uma eficiência da caldeira de 92%:

• Gás natural. V = 3319 m³.
• Gás liquefeito. V = 2.450 kg.

Após os cálculos, é possível analisar os custos financeiros do aquecimento e a viabilidade de investimentos voltados para a redução das perdas de calor.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Condutividade térmica e resistência à transferência de calor de materiais. Regras de cálculo para paredes, telhado e piso:

A parte mais difícil dos cálculos para determinar o volume de gás necessário para o aquecimento é encontrar a perda de calor do objeto aquecido. Aqui, em primeiro lugar, você precisa considerar cuidadosamente os cálculos geométricos.

Se os custos financeiros para aquecimento parecem excessivos, então você deve pensar sobre isolamento adicional da casa. Além disso, os cálculos de perda de calor mostram bem a estrutura de congelamento.

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