Supongamos que usted mismo desea elegir una caldera, radiadores y tuberías para el sistema de calefacción de una casa privada. Tarea número 1: calcular la carga de calor para calefacción, en otras palabras, para determinar el consumo de calor total necesario para calentar el edificio a una temperatura interior cómoda. Proponemos estudiar 3 métodos de cálculo, diferentes en complejidad y precisión de los resultados.
Métodos para determinar la carga.
Primero, explicamos el significado del término. La carga térmica es la cantidad total de calor consumido por el sistema de calefacción para calentar las instalaciones a la temperatura estándar en el período más frío. El valor se calcula en unidades de energía - kilovatios, kilocalorías (con menos frecuencia - kilojulios) y se indica en las fórmulas con la letra latina Q.
Conociendo la carga de calentar una casa privada en general y la necesidad de cada habitación en particular, no es difícil elegir una caldera, calentadores y baterías del sistema de agua para obtener energía. Cómo calcular este parámetro:
- Si la altura del techo no alcanza los 3 m, se realiza un cálculo ampliado de acuerdo con el área de las habitaciones con calefacción.
- Con una altura de techo de 3 mo más, el volumen de las instalaciones considera el consumo de calor.
- Determinación de la pérdida de calor a través de cercas externas y el costo de calentar el aire de ventilación según SNiP.
Nota. En los últimos años, las calculadoras en línea ubicadas en las páginas de varios recursos de Internet han ganado una gran popularidad. Con su ayuda, la determinación de la cantidad de energía térmica es rápida y no requiere instrucciones adicionales. Menos: la fiabilidad de los resultados debe verificarse, porque los programas están escritos por personas que no son ingenieros de calor.
Los dos primeros métodos de cálculo se basan en la aplicación de características térmicas específicas en relación con el área calentada o el volumen del edificio. El algoritmo es simple, se usa en todas partes, pero da resultados muy aproximados y no tiene en cuenta el grado de aislamiento de la cabaña.
Según SNiP, es mucho más difícil calcular el consumo de energía térmica según SNiP. Tendrá que recopilar muchos datos de referencia y trabajar en los cálculos, pero los números finales reflejarán la imagen real con una precisión del 95%. Intentaremos simplificar la metodología y hacer que el cálculo de la carga de calentamiento sea lo más accesible posible para su comprensión.
Por ejemplo, un proyecto de una casa de un piso de 100 m²
Para explicar claramente todos los métodos para determinar la cantidad de energía térmica, sugerimos tomar como ejemplo una casa de un piso con un área total de 100 cuadrados (según la medición externa), que se muestra en el dibujo. Enumeramos las características técnicas del edificio:
- región de construcción - una franja de clima templado (Minsk, Moscú);
- el grosor de la cerca externa es de 38 cm, el material es ladrillo de silicato;
- aislamiento de la pared externa - poliestireno con un espesor de 100 mm, densidad - 25 kg / m³;
- pisos - concreto en el suelo, no hay sótano;
- solapamiento - losas de hormigón armado aisladas del lado del ático frío con poliestireno de 10 cm;
- ventanas - metal-plástico estándar en 2 vidrios, tamaño - 1500 x 1570 mm (h);
- la puerta frontal es de metal 100 x 200 cm, aislada con espuma de poliestireno extruido a 20 mm desde el interior.
La cabaña tiene particiones interiores en medio ladrillo (12 cm), la sala de calderas se encuentra en un edificio separado. Las áreas de las habitaciones se indican en el dibujo, la altura de los techos se tomará según el método de cálculo explicado: 2.8 o 3 m.
Calculamos el consumo de calor por cuadratura
Para una estimación aproximada de la carga de calefacción, generalmente se usa el cálculo térmico más simple: el área del edificio se toma de acuerdo con la medición externa y se multiplica por 100 vatios. En consecuencia, el consumo de calor de una cabaña de 100 m² será de 10.000 W o 10 kW.El resultado le permite elegir una caldera con un factor de seguridad de 1.2-1.3, en este caso, la potencia de la unidad se toma igual a 12.5 kW.
Sugerimos realizar cálculos más precisos teniendo en cuenta la ubicación de las habitaciones, el número de ventanas y la región de desarrollo. Entonces, con techos de hasta 3 m, se recomienda usar la siguiente fórmula:
El cálculo se realiza para cada habitación por separado, luego los resultados se resumen y multiplican por el coeficiente regional. Explicación de la notación de la fórmula:
- Q es la carga deseada, W;
- Spom - la cuadratura de la habitación, m²;
- q es el indicador de la característica térmica específica relacionada con el área de la habitación, W / m²;
- k - coeficiente teniendo en cuenta el clima en el área de residencia.
Para referencia. Si una casa privada se encuentra en una zona templada, se considera que el coeficiente k es igual a uno. En las regiones del sur, k = 0.7; en las regiones del norte, se utilizan valores de 1.5–2.
Un cálculo aproximado del indicador de cuadratura total q = 100 W / m². Este enfoque no tiene en cuenta la ubicación de las habitaciones y el número diferente de aberturas de luz. El corredor dentro de la cabaña perderá mucho menos calor que una habitación de esquina con ventanas de la misma área. Proponemos tomar el valor de la característica térmica específica q de la siguiente manera:
- para habitaciones con una pared externa y ventana (o puerta) q = 100 W / m²;
- habitaciones de esquina con una abertura de luz - 120 W / m²;
- Lo mismo con dos ventanas - 130 W / m².
Cómo elegir el valor q se muestra claramente en el plano de planta. Para nuestro ejemplo, el cálculo se ve así:
Q = (15.75 x 130 + 21 x 120 + 5 x 100 + 7 x 100 + 6 x 100 + 15.75 x 130 + 21 x 120) x 1 = 10935 W ≈ 11 kW.
Como puede ver, los cálculos refinados dieron un resultado diferente; de hecho, para calentar una casa en particular, se gastarán 100 m² en 1 kW de energía térmica más. La figura tiene en cuenta el consumo de calor para calentar el aire exterior que penetra en el hogar a través de aberturas y paredes (infiltración).
Cálculo de la carga de calor por volumen de habitaciones.
Cuando la distancia entre los pisos y el techo alcanza los 3 mo más, no se puede usar la opción de cálculo anterior; el resultado será incorrecto. En tales casos, la carga de calefacción se considera de acuerdo con indicadores agregados específicos de consumo de calor por 1 m³ del volumen de la habitación.
La fórmula y el algoritmo de cálculo siguen siendo los mismos, solo el parámetro de área S cambia al volumen - V:
En consecuencia, se toma otro indicador de consumo específico q, referido a la capacidad cúbica de cada habitación:
- una habitación dentro del edificio o con una pared externa y una ventana: 35 W / m³;
- habitación de esquina con una ventana: 40 W / m³;
- lo mismo con dos aberturas de luz: 45 W / m³.
Nota. Los coeficientes regionales k crecientes y decrecientes se aplican en la fórmula sin cambios.
Ahora, por ejemplo, determinamos la carga en la calefacción de nuestra cabaña, tomando la altura del techo igual a 3 m:
Q = (47.25 x 45 + 63 x 40 + 15 x 35 + 21 x 35 + 18 x 35 + 47.25 x 45 + 63 x 40) x 1 = 11182 W ≈ 11.2 kW.
Es notable que la potencia térmica requerida del sistema de calefacción aumentó en 200 vatios en comparación con el cálculo anterior. Si tomamos la altura de las habitaciones de 2.7–2.8 my calculamos el gasto de energía a través de la capacidad cúbica, entonces las cifras serán aproximadamente las mismas. Es decir, el método es bastante aplicable para el cálculo integrado de la pérdida de calor en habitaciones de cualquier altura.
Algoritmo de cálculo según SNiP
Este método es el más preciso de todos los existentes. Si utiliza nuestras instrucciones y realiza correctamente el cálculo, puede estar 100% seguro del resultado y seleccionar con calma los equipos de calefacción. El procedimiento se ve así:
- Mida la cuadratura de las paredes externas, pisos y techos por separado en cada habitación. Determine el área de ventanas y puertas delanteras.
- Calcule la pérdida de calor en todas las cercas exteriores.
- Descubra el consumo de energía térmica utilizada para calentar el aire de ventilación (infiltración).
- Resuma los resultados y obtenga un indicador real de la carga de calor.
Un punto importante En una cabaña de dos pisos, los techos internos no se tienen en cuenta, ya que no limitan con el medio ambiente.
La esencia del cálculo de la pérdida de calor es relativamente simple: debe averiguar cuánta energía pierde cada tipo de estructura de construcción, porque las ventanas, paredes y pisos están hechos de diferentes materiales. Al determinar la cuadratura de las paredes exteriores, reste el área de las aberturas acristaladas; estas últimas permiten un mayor flujo de calor y, por lo tanto, se consideran por separado.
Al medir el ancho de las habitaciones, agregue la mitad del grosor de la partición interior y capture la esquina exterior, como se muestra en el diagrama. El objetivo es tener en cuenta la cuadratura completa de la cerca externa, perdiendo calor en toda la superficie.
Determinamos la pérdida de calor de paredes y techos.
La fórmula para calcular el flujo de calor que pasa a través de una estructura del mismo tipo (por ejemplo, una pared) es la siguiente:
Descifrar la notación:
- la cantidad de pérdida de calor a través de una cerca que designamos Qi, W;
- A - la cuadratura de la pared dentro de la misma habitación, m²;
- tv - temperatura confortable dentro de la habitación, generalmente +22 ° С;
- tн: la temperatura mínima del aire de la calle que dura los 5 días de invierno más fríos (tome el valor real de su área);
- R es la resistencia del grosor de la valla exterior a la transferencia de calor, m² ° C / W.
Un parámetro incierto permanece en la lista anterior: R. Su valor depende del material de la estructura del muro y del grosor de la cerca. Para calcular la resistencia a la transferencia de calor, proceda de la siguiente manera:
- Determine el grosor de la parte de soporte de la pared externa y, por separado, la capa de aislamiento. La letra en las fórmulas - δ, se considera en metros.
- Encuentre los coeficientes de conductividad térmica de los materiales estructurales λ en las tablas de referencia, y la unidad de medida es W / (mºС).
- Sustituya los valores encontrados en la fórmula uno por uno:
- Defina R para cada capa de pared por separado, agregue los resultados, luego use en la primera fórmula.
Repita los cálculos por separado para ventanas, paredes y techos dentro de la misma habitación, luego pase a la siguiente habitación. Las pérdidas de calor a través de los pisos se consideran por separado, como se describe a continuación.
Propina. Los coeficientes correctos de conductividad térmica de varios materiales se indican en la documentación normativa. Para Rusia, este es el Código de Reglas SP 50.13330.2012, para Ucrania - DBN V.2.6–31 ~ 2006. ¡Atención! En los cálculos, use el valor de λ prescrito en la columna "B" para las condiciones de funcionamiento.
Ejemplo de calculo para la sala de nuestra casa de un piso (altura del techo 3 m):
- El área de las paredes externas junto con las ventanas: (5.04 + 4.04) x 3 = 27.24 m². El cuadrado de las ventanas es de 1.5 x 1.57 x 2 = 4.71 m². Área de cercado neto: 27.24 - 4.71 = 22.53 m².
- La conductividad térmica λ para la colocación de ladrillo de silicato es 0.87 W / (m º C), la espuma 25 kg / m ³ - 0.044 W / (m º C). El espesor es de 0,38 y 0,1 m, respectivamente, consideramos la resistencia a la transferencia de calor: R = 0,38 / 0,87 + 0,1 / 0,044 = 2,71 m² ° C / W.
- Temperatura exterior - menos 25 ° С, dentro de la sala de estar - más 22 ° С. La diferencia es 25 + 22 = 47 ° C.
- Determinamos la pérdida de calor a través de las paredes de la sala de estar: Q = 1 / 2.71 x 47 x 22.53 = 391 vatios.
Del mismo modo, se considera el flujo de calor a través de ventanas y pisos. La resistencia térmica de las estructuras translúcidas suele estar indicada por el fabricante, las características de los pisos de hormigón armado con un espesor de 22 cm se encuentran en la literatura normativa o de referencia:
- R del piso aislado = 0.22 / 2.04 + 0.1 / 0.044 = 2.38 m² ° C / W, la pérdida de calor a través del techo es 1 / 2.38 x 47 x 5.04 x 4.04 = 402 W.
- Pérdidas por aperturas de ventanas: Q = 0.32 x 47 x71 = 70.8 W.
La pérdida total de calor en la sala de estar (excluyendo pisos) será de 391 + 402 + 70.8 = 863.8 vatios. Se realizan cálculos similares para las habitaciones restantes, se resumen los resultados.
Tenga en cuenta: el corredor dentro del edificio no entra en contacto con la cubierta exterior y pierde calor solo a través del techo y los pisos. Qué cercas deben tenerse en cuenta en la metodología de cálculo, vea el video.
División del piso en zonas.
Para averiguar la cantidad de calor perdido por los pisos en el suelo, el edificio se divide en zonas de 2 m de ancho en el plano, como se muestra en el diagrama. La primera franja comienza desde la superficie exterior de la estructura del edificio.
El algoritmo de cálculo es el siguiente:
- Contornee el plano de la cabaña, divídalo en franjas de 2 m de ancho. El número máximo de zonas es 4.
- Calcule el área del piso que cae por separado en cada zona, descuidando las particiones interiores. Nota: la cuadratura en las esquinas se cuenta dos veces (sombreada en el dibujo).
- Usando la fórmula de cálculo (por conveniencia, la damos nuevamente), determine la pérdida de calor en todas las áreas, resuma las cifras.
- Se considera que la resistencia de transferencia de calor R para la zona I es 2.1 m² ° C / W, II - 4.3, III - 8.6, el resto del piso - 14.2 m² ° C / W.
Nota. Si hablamos de un sótano con calefacción, la primera franja se encuentra en la parte subterránea de la pared, comenzando desde el nivel del suelo.
Los pisos aislados con lana mineral o espuma de poliestireno se calculan de manera idéntica, solo la resistencia térmica de la capa de aislamiento, determinada por la fórmula δ / λ, se agrega a los valores R fijos.
Ejemplo de cálculo en la sala de una casa de campo:
- La cuadratura de la zona I es (5.04 + 4.04) x 2 = 18.16 m², parcela II - 3.04 x 2 = 6.08 m². Las zonas restantes no entran en la sala de estar.
- El consumo de energía para la primera zona será 1 / 2.1 x 47 x 18.16 = 406.4 W, para la segunda - 1 / 4.3 x 47 x 6.08 = 66.5 W.
- La cantidad de flujo de calor a través de los pisos de la sala es 406.4 + 66.5 = 473 vatios.
Ahora es fácil eliminar la pérdida de calor total en la habitación en cuestión: 863.8 + 473 = 1336.8 W, redondeada - 1.34 kW.
Ventilacion calefaccion aire
La gran mayoría de las casas y apartamentos privados tienen ventilación natural. El aire de la calle penetra a través de los nartex de las ventanas y puertas, así como las aberturas de suministro de aire. El sistema de calefacción calienta la masa fría entrante y gasta energía adicional. Cómo averiguar el monto de estas pérdidas:
- Dado que el cálculo de la infiltración es demasiado complicado, los documentos reglamentarios permiten la asignación de 3 m³ de aire por hora por cada metro cuadrado de vivienda. El suministro de aire de suministro total L se considera simple: la cuadratura de la habitación se multiplica por 3.
- L es el volumen y se necesita la masa m del flujo de aire. Descúbrelo multiplicando por la densidad del gas tomado de la tabla.
- La masa de aire m se sustituye en la fórmula del curso de física escolar, que permite determinar la cantidad de energía gastada.
Calculamos la cantidad de calor requerida en el ejemplo de una sala de estar que sufre mucho tiempo con un área de 15.75 m². El volumen de entrada L = 15.75 x 3 = 47.25 m³ / h, masa - 47.25 x 1.422 = 67.2 kg / h. Suponiendo que la capacidad calorífica del aire (indicada por la letra C) es igual a 0.28 W / (kg ºС), encontramos el consumo de energía: Qvent = 0.28 x 67.2 x 47 = 884 W. Como puede ver, la cifra es bastante impresionante, por lo que debe tenerse en cuenta el calentamiento de las masas de aire.
El cálculo final de la pérdida de calor del edificio más el consumo de calor para la ventilación se determina sumando todos los resultados obtenidos previamente. En particular, la carga en el calentamiento de la sala dará como resultado la figura 0.88 + 1.34 = 2.22 kW. Del mismo modo, se calculan todas las habitaciones de la cabaña, al final de los costos de energía suman un dígito.
Liquidación final
Si su cerebro aún no ha comenzado a hervir debido a la abundancia de fórmulas 😊, entonces es ciertamente interesante ver el resultado en toda la casa de un piso. En los ejemplos anteriores, hicimos el trabajo principal, solo queda pasar por otras habitaciones y descubrir la pérdida de calor de toda la capa exterior del edificio. Datos sin procesar encontrados:
- resistencia térmica de paredes - 2.71, ventanas - 0.32, pisos - 2.38 m² ° С / W;
- altura del techo - 3 m;
- R para la puerta delantera aislada con espuma de poliestireno extruido es 0.65 m² ° C / W;
- temperatura interna - 22, externa - menos 25 ° С.
Para simplificar los cálculos, proponemos crear una tabla en Exel, luego colocaremos allí los resultados intermedios y finales.
Al final de los cálculos y completar la tabla, se obtuvieron los siguientes valores de consumo de energía térmica para las instalaciones:
- sala de estar - 2.22 kW;
- cocina - 2.536 kW;
- pasillo - 745 W;
- corredor - 586 W;
- baño - 676 W;
- dormitorio - 2.22 kW;
- infantil - 2.536 kW.
La carga total en el sistema de calefacción de una casa privada de 100 m² fue de 11.518 W, redondeada - 11.6 kW.Es de destacar que el resultado difiere de los métodos de cálculo aproximados en literalmente 5%.
Cómo usar los resultados de los cálculos
Conociendo la demanda de calor del edificio, el propietario puede:
- seleccione claramente el poder del equipo de energía térmica para calentar la cabaña;
- marque el número deseado de secciones de radiadores;
- determinar el espesor requerido del aislamiento y realizar el aislamiento térmico del edificio;
- averiguar el caudal del refrigerante en cualquier parte del sistema y, si es necesario, realizar el cálculo hidráulico de las tuberías;
- Descubra el consumo de calor promedio diario y mensual.
El último párrafo es de particular interés. Encontramos el valor de la carga de calor en 1 hora, pero se puede volver a calcular durante un período más largo y calcular el consumo de combustible estimado: gas, leña o pellets.