Como calcular a potência de uma caldeira de aquecimento a gás: fórmulas e exemplo de cálculo
Antes de projetar um sistema de aquecimento ou instalar equipamento de aquecimento, é importante selecionar uma caldeira a gás capaz de gerar a quantidade de calor necessária para o ambiente. Portanto, é importante escolher um dispositivo com tal potência que seu desempenho seja o mais alto possível e seus recursos sejam longos.
Diremos como calcular a potência de uma caldeira a gás com alta precisão e levando em consideração alguns parâmetros. O artigo que apresentamos descreve detalhadamente todos os tipos de perdas de calor através de aberturas e estruturas de edifícios e fornece fórmulas para calculá-las. Um exemplo específico apresenta os recursos dos cálculos.
O conteúdo do artigo:
Erros típicos na escolha de uma caldeira
O cálculo correto da potência de uma caldeira a gás não só economizará consumíveis, mas também aumentará a eficiência do dispositivo. Equipamentos cuja produção de calor exceda as necessidades reais de calor funcionarão de forma ineficaz quando, sendo um dispositivo insuficientemente potente, não conseguem aquecer adequadamente a sala.
Existem modernos equipamentos automatizados que regulam de forma independente o fornecimento de gás, o que elimina custos desnecessários. Mas se tal caldeira realizar seu trabalho até o limite de suas capacidades, sua vida útil será reduzida.
Como resultado, a eficiência do equipamento diminui, as peças se desgastam mais rapidamente e se forma condensação. Portanto, há necessidade de calcular a potência ideal.
Existe a opinião de que a potência da caldeira depende unicamente da superfície da divisão, e para qualquer casa o cálculo ideal seria de 100 W por 1 m2. Portanto, para selecionar a potência da caldeira, por exemplo, para uma casa de 100 m2. m, você precisará de equipamento que gere 100*10=10.000 W ou 10 kW.
Tais cálculos estão fundamentalmente incorretos devido ao advento de novos materiais de acabamento e materiais de isolamento aprimorados, que reduzem a necessidade de aquisição de equipamentos de alta potência.
Calcular potência aquecedor de água à Gas o aquecimento pode ser feito de duas maneiras - manualmente ou usando um programa Valtec especial, projetado para cálculos profissionais de alta precisão.
A potência necessária do equipamento depende diretamente da perda de calor da sala. Depois de conhecer a taxa de perda de calor, você pode calcular a potência de uma caldeira a gás ou de qualquer outro dispositivo de aquecimento.
O que é perda de calor ambiente?
Qualquer sala apresenta certas perdas de calor. O calor sai pelas paredes, janelas, pisos, portas, tetos, então a função de uma caldeira a gás é compensar a quantidade de calor que sai e proporcionar uma determinada temperatura no ambiente. Isso requer uma certa potência térmica.
Os seguintes fatores influenciam a perda de calor em casa.
- Localização da casa. Cada cidade tem suas próprias características climáticas.Ao calcular a perda de calor, é necessário levar em consideração a característica crítica de temperatura negativa da região, bem como a temperatura média e a duração da estação de aquecimento (para cálculos precisos usando o programa).
- A localização das paredes em relação aos pontos cardeais. Sabe-se que a rosa dos ventos está localizada no lado norte, portanto a perda de calor de uma parede localizada nesta área será maior. No inverno, o vento frio sopra com grande força dos lados oeste, norte e leste, por isso a perda de calor dessas paredes será maior.
- A área da sala aquecida. A quantidade de calor perdida depende do tamanho da sala, da área das paredes, tetos, janelas, portas.
- Engenharia térmica de estruturas de edifícios. Qualquer material tem seu próprio coeficiente de resistência térmica e coeficiente de transferência de calor - a capacidade de passar uma certa quantidade de calor através de si mesmo. Para descobri-los, você precisa usar dados tabulares e também aplicar certas fórmulas. Informações sobre a composição das paredes, tetos, pisos e suas espessuras podem ser encontradas na planta técnica da habitação.
- Aberturas de janelas e portas. Dimensões, modificação de portas e janelas com vidros duplos. Quanto maior a área das aberturas de janelas e portas, maior será a perda de calor. É importante levar em consideração as características das portas instaladas e janelas com vidros duplos ao fazer os cálculos.
- Contabilidade de ventilação. A ventilação existe sempre na casa, independentemente da presença de exaustor artificial. A ventilação da sala é feita através de janelas abertas, o movimento do ar é criado quando as portas de entrada são fechadas e abertas, as pessoas se deslocam de sala em sala, o que ajuda o ar quente a sair da sala e a circulá-lo.
Conhecendo os parâmetros acima, você pode não apenas calcular perda de calor em casa e determinar a potência da caldeira, mas também identificar locais que necessitam de isolamento adicional.
Fórmulas para calcular a perda de calor
Essas fórmulas podem ser usadas para calcular a perda de calor não apenas em uma casa particular, mas também em um apartamento. Antes de iniciar os cálculos, é necessário traçar uma planta baixa, marcar a localização das paredes em relação aos pontos cardeais, designar janelas, portas e também calcular as dimensões de cada parede, janela e porta.
No cálculo da perda de calor, são utilizadas duas fórmulas - com a primeira determina-se o valor da resistência térmica das estruturas envolventes e com a segunda determina-se a perda de calor.
Para determinar a resistência térmica, use a expressão:
R = B/K
Aqui:
- R – o valor da resistência térmica das estruturas envolventes, medido em (m2*K)/W.
- K – coeficiente de condutividade térmica do material de que é feita a estrutura envolvente, medido em W/(m*K).
- EM – espessura do material, registrada em metros.
O coeficiente de condutividade térmica K é um parâmetro tabular, a espessura B é retirada da planta técnica da casa.
A fórmula básica para calcular a perda de calor também é usada:
Q = L × S × dT/R
Na expressão:
- P – perda de calor, medida em W.
- S – área de estruturas de fechamento (paredes, pisos, tetos).
- dT – a diferença entre as temperaturas interior e exterior desejadas é medida e registada em C.
- R – valor da resistência térmica da estrutura, m2•C/W, que é encontrado usando a fórmula acima.
- eu – coeficiente dependendo da orientação das paredes em relação aos pontos cardeais.
Tendo em mãos as informações necessárias, você pode calcular manualmente a perda de calor de um determinado edifício.
Exemplo de cálculo de perda de calor
A título de exemplo, vamos calcular a perda de calor de uma casa com as características dadas.
Com base na planta, a largura da estrutura é de 10 m, o comprimento é de 12 m, o pé-direito é de 2,7 m, as paredes estão orientadas a norte, sul, nascente e poente. Existem 3 janelas embutidas na parede oeste, duas delas com dimensões de 1,5x1,7 m, uma - 0,6x0,3 m.
Na parede sul existem portas embutidas com dimensões de 1,3x2 m, existe também uma janelinha de 0,5x0,3 m, no lado nascente existem duas janelas de 2,1x1,5 me uma de 1,5x1,7 m.
As paredes consistem em três camadas:
- revestimento de parede com fibra (isoplast) externa e interna - 1,2 cm cada, coeficiente - 0,05.
- lã de vidro localizada entre as paredes, sua espessura é de 10 cm e o coeficiente é de 0,043.
A resistência térmica de cada parede é calculada separadamente, pois São levados em consideração a localização da estrutura em relação aos pontos cardeais, o número e a área das aberturas. Os resultados dos cálculos nas paredes estão resumidos.
O piso é multicamadas, realizado com a mesma tecnologia em toda a área, e inclui:
- placa cortada e macho e fêmea, sua espessura é de 3,2 cm, coeficiente de condutividade térmica é de 0,15.
- uma camada de nivelamento de aglomerado seco com espessura de 10 cm e coeficiente de 0,15.
- isolamento – lã mineral com 5 cm de espessura, coeficiente 0,039.
Suponhamos que o piso não possua escotilhas para o porão ou aberturas semelhantes que prejudiquem a engenharia de aquecimento. Consequentemente, o cálculo é feito para a área de todas as instalações por meio de uma única fórmula.
Os tetos são feitos de:
- painéis de madeira 4 cm com coeficiente de 0,15.
- a lã mineral tem 15 cm, seu coeficiente é 0,039.
- camada de vapor e impermeabilização.
Suponhamos que o teto também não tenha acesso ao sótão acima da sala ou despensa.
A casa está localizada na região de Bryansk, na cidade de Bryansk, onde a temperatura negativa crítica é de -26 graus. Foi estabelecido experimentalmente que a temperatura da Terra é de +8 graus. Temperatura ambiente desejada + 22 graus.
Cálculo das perdas de calor das paredes
Para encontrar a resistência térmica total de uma parede, primeiro você precisa calcular a resistência térmica de cada camada.
A camada de lã de vidro tem espessura de 10 cm, esse valor deve ser convertido em metros, ou seja:
B = 10 × 0,01 = 0,1
Obtivemos o valor B = 0,1. O coeficiente de condutividade térmica do isolamento térmico é 0,043. Substituímos os dados na fórmula de resistência térmica e obtemos:
Rvidro=0.1/0.043=2.32
Usando um exemplo semelhante, vamos calcular a resistência ao calor do isólito:
Risopl=0.012/0.05=0.24
A resistência térmica total da parede será igual à soma das resistências térmicas de cada camada, visto que temos duas camadas de painel de fibra.
R=Rvidro+2×Risopl=2.32+2×0.24=2.8
Ao determinar a resistência térmica total da parede, você pode encontrar as perdas de calor. Para cada parede eles são calculados separadamente. Vamos calcular Q para a parede norte.
Com base na planta, a parede norte não tem aberturas de janela, tem 10 m de comprimento e 2,7 m de altura, então a área da parede S é calculada pela fórmula:
Sparede norte=10×2.7=27
Vamos calcular o parâmetro dT. Sabe-se que a temperatura ambiente crítica para Bryansk é de -26 graus, e a temperatura ambiente desejada é de +22 graus. Então
dT=22-(-26)=48
Para o lado norte, é levado em consideração o coeficiente adicional L=1,1.
Depois de fazer cálculos preliminares, você pode usar a fórmula para calcular a perda de calor:
Pparede norte=27×48×1,1/2,8=509 (L)
Vamos calcular a perda de calor para a parede oeste. Com base nos dados, existem 3 janelas embutidas, duas delas com dimensões de 1,5x1,7 me uma - 0,6x0,3 m. Vamos calcular a área.
Sparedes sobressalentes1=12×2.7=32.4.
É necessário excluir a área das janelas da área total da parede oeste, pois sua perda de calor será diferente. Para fazer isso você precisa calcular a área.
Sjanela1=1.5×1.7=2.55
Sjanela2=0.6×0.4=0.24
Para calcular a perda de calor, utilizaremos a área da parede sem levar em conta a área das janelas, ou seja:
Sparedes sobressalentes=32.4-2.55×2-0.24=25.6
Para o lado oeste, o coeficiente adicional é de 1,05. Substituímos os dados obtidos na fórmula básica de cálculo da perda de calor.
Pparedes sobressalentes=25.6×1.05×48/2.8=461.
Fazemos cálculos semelhantes para o lado oriental. Existem 3 janelas aqui, uma tem dimensões de 1,5x1,7 m, as outras duas têm 2,1x1,5 m, calculamos a sua área.
Sjanela3=1.5×1.7=2.55
Sjanela4=2.1×1.5=3.15
A área da parede oriental é:
Sparedes orientais1=12×2.7=32.4
Da área total da parede subtraímos os valores da área da janela:
Sparedes orientais=32.4-2.55-2×3.15=23.55
O coeficiente adicional para a parede leste é -1,05. Com base nos dados, calculamos as perdas de calor da parede leste.
Pparedes orientais=1.05×23.55×48/2.8=424
Na parede sul existe uma porta com parâmetros de 1,3x2 me uma janela de 0,5x0,3 m, calculamos a sua área.
Sjanela5=0.5×0.3=0.15
Sporta=1.3×2=2.6
A área da parede sul será igual a:
Sparedes do sul1=10×2.7=27
Determinamos a área da parede sem levar em conta janelas e portas.
Sparedes do sul=27-2.6-0.15=24.25
Calculamos a perda de calor da parede sul levando em consideração o coeficiente L=1.
Pparedes do sul=1×24.25×48/2.80=416
Tendo determinado a perda de calor de cada parede, você pode encontrar sua perda total de calor usando a fórmula:
Pparedes=Qparedes do sul+Qparedes orientais+Qparedes sobressalentes+Qparede norte
Substituindo os valores, obtemos:
Pparedes=509+461+424+416=1810 W
Como resultado, a perda de calor das paredes foi de 1.810 W por hora.
Cálculo das perdas térmicas das janelas
A casa tem 7 janelas, três delas com dimensões de 1,5x1,7 m, duas - 2,1x1,5 m, uma - 0,6x0,3 me mais uma - 0,5x0,3 m.
As janelas com dimensões de 1,5x1,7 m são em perfil de PVC de duas câmaras com vidro I. Na documentação técnica você pode descobrir que é R = 0,53. Janelas com dimensões de 2,1x1,5 m, duas câmaras com argônio e vidro I, possuem resistência térmica de R=0,75, janelas 0,6x0,3 me 0,5x0,3 - R=0,53.
A área da janela foi calculada acima.
Sjanela1=1.5×1.7=2.55
Sjanela2=0.6×0.4=0.24
Sjanela3=2.1×1.5=3.15
Sjanela4=0.5×0.3=0.15
Também é importante considerar a orientação das janelas em relação aos pontos cardeais.
Vamos calcular as perdas de calor das janelas ocidentais, levando em consideração o coeficiente L=1,05. Na lateral existem 2 janelas com dimensões de 1,5×1,7 me uma com dimensões de 0,6×0,3 m.
Pjanela1=2.55×1.05×48/0.53=243
Pjanela2=0.24×1.05×48/0.53=23
No total, as perdas totais das janelas ocidentais são
Pbloquear janelas=243×2+23=509
No lado sul há uma janela 0,5×0,3, seu R=0,53. Vamos calcular sua perda de calor levando em consideração o coeficiente 1.
Pjanelas sul=0.15*48×1/0.53=14
Nos lados nascente existem 2 janelas com dimensões 2,1×1,5 e uma janela 1,5×1,7. Vamos calcular as perdas de calor levando em consideração o coeficiente L=1,05.
Pjanela1=2.55×1.05×48/0.53=243
Pjanela3=3.15×1.05×48/075=212
Vamos resumir as perdas de calor das janelas orientais.
Pjanelas leste=243+212×2=667.
A perda total de calor das janelas será igual a:
Pjanelas=Qjanelas leste+Qjanelas sul+Qbloquear janelas=667+14+509=1190
No total, 1.190 W de energia térmica saem pelas janelas.
Determinação da perda de calor da porta
A casa tem uma porta, está embutida na parede sul, tem dimensões de 1,3x2 m. Com base nos dados do passaporte, a condutividade térmica do material da porta é de 0,14, a sua espessura é de 0,05 m. Graças a estes indicadores, a temperatura térmica a resistência da porta pode ser calculada.
Rportas=0.05/0.14=0.36
Para cálculos você precisa calcular sua área.
Sportas=1.3×2=2.6
Após calcular a resistência térmica e a área, a perda de calor pode ser encontrada. A porta está localizada no lado sul, então usamos um fator adicional de 1.
Pportas=2.6×48×1/0.36=347.
No total, 347 W de calor saem pela porta.
Cálculo da resistência térmica do piso
De acordo com a documentação técnica, o piso é multicamadas, feito de forma idêntica em toda a área, e tem dimensões de 10x12 m, vamos calcular sua área.
Sgênero=10×12=210.
O piso é composto por tábuas, aglomerado e isolamento.
A resistência térmica deve ser calculada para cada camada de piso separadamente.
RPranchas=0.032/0.15=0.21
Raglomerado=0.01/0.15= 0.07
Risolar=0.05/0.039=1.28
A resistência térmica total do piso é:
Rgênero=RPranchas+Raglomerado+Risolar=0.21+0.07+1.28=1.56
Considerando que no inverno a temperatura da terra permanece em +8 graus, a diferença de temperatura será igual a:
dT=22-8=14
Usando cálculos preliminares, você pode encontrar a perda de calor de uma casa pelo chão.
Ao calcular as perdas de calor do piso, levamos em consideração o coeficiente L=1.
Pgênero=210×14×1/1.56=1885
A perda total de calor do piso é de 1885 W.
Cálculo da perda de calor pelo teto
No cálculo da perda de calor do teto, leva-se em consideração uma camada de lã mineral e painéis de madeira. O vapor e a impermeabilização não estão envolvidos no processo de isolamento térmico, por isso não levamos isso em consideração. Para os cálculos, precisamos encontrar a resistência térmica dos painéis de madeira e de uma camada de lã mineral. Usamos seus coeficientes de condutividade térmica e espessura.
Rescudo da aldeia=0.04/0.15=0.27
Rmin.algodão=0.05/0.039=1.28
A resistência térmica total será igual à soma de Rescudo da aldeia e Rmin.algodão.
Rtelhados=0.27+1.28=1.55
A área do teto é igual ao chão.
S teto = 120
A seguir, são calculadas as perdas de calor do teto, levando em consideração o coeficiente L=1.
Pteto=120×1×48/1.55=3717
Um total de 3.717 W passa pelo teto.
Para determinar a perda total de calor de uma casa, é necessário somar as perdas de calor das paredes, janelas, portas, teto e piso.
Pgeralmente=1810+1190+347+1885+3717=8949 W
Para aquecer uma casa com os parâmetros especificados, é necessária uma caldeira a gás que suporte uma potência de 8.949 W ou cerca de 10 kW.
Determinação da perda de calor levando em consideração a infiltração
A infiltração é um processo natural de troca de calor entre o ambiente externo, que ocorre quando as pessoas se movimentam pela casa, ao abrir portas e janelas de entrada.
Para calcular a perda de calor para ventilação você pode usar a fórmula:
Pinformações=0,33×K×V×dT
Na expressão:
- K - taxa de troca de ar calculada, para salas o coeficiente é de 0,3, para ambientes aquecidos - 0,8, para cozinha e banheiro - 1.
- V - o volume da sala, calculado tendo em conta a altura, comprimento e largura.
- dT - diferença de temperatura entre o ambiente e o edifício residencial.
Uma fórmula semelhante pode ser usada se a ventilação estiver instalada na sala.
A altura da sala é de 2,7 m, a largura é de 10 m, o comprimento é de 12 m. Conhecendo esses dados, você poderá descobrir seu volume.
V = 2,7 × 10 × 12 = 324
A diferença de temperatura será igual
dT=48
Tomamos 0,3 como o coeficiente K. Então
Pinformações=0.33×0.3×324×48=1540
Q deve ser adicionado ao indicador Q total calculadoinformações. Eventualmente
Pgeralmente=1540+8949=10489.
No total, tendo em conta a infiltração, a perda de calor da casa será de 10.489 W ou 10,49 kW.
Cálculo da potência da caldeira
No cálculo da potência da caldeira é necessário utilizar um fator de segurança de 1,2. Ou seja, a potência será igual a:
W = Q × k
Aqui:
- P - perda de calor do edifício.
- k - factor de segurança.
No nosso exemplo, substituímos Q = 9237 W e calculamos a potência necessária da caldeira.
L=10489×1,2=12587 W.
Tendo em conta o factor de segurança, a potência necessária da caldeira para aquecer uma casa é de 120 m2 igual a aproximadamente 13 kW.
Conclusões e vídeo útil sobre o tema
Instruções em vídeo: como calcular a perda de calor em casa e a potência da caldeira usando o programa Valtec.
O cálculo competente da perda de calor e da potência de uma caldeira a gás por meio de fórmulas ou métodos de software permite determinar com alta precisão os parâmetros necessários do equipamento, o que permite eliminar custos excessivos de combustível.
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Como meu sogro e eu compramos a caldeira? Chegamos à loja, o vendedor perguntou a área da casa e nos mostrou o que escolher. Eu falei para o meu sogro, pegue com reserva de força, mas ele é mão fechada e acertou em cima.
E o que você acha? A caldeira sopra no máximo, não desliga e a casa não aquece acima dos 19-20ºC. Agora vamos comprar poliestireno expandido e isolar as paredes. E aí ele salva, eu insisto em 10 mm, e ele diz que 5 mm basta. E o telhado também - o vento sopra. A perda de calor tem um forte impacto, isso é fato.
Poupar no aquecimento da sua casa = bater os dentes no inverno e gastar ainda mais com isolamento. Facto. Portanto, você deve sempre levar uma caldeira cuja potência seja pelo menos um pouco superior à esperada pela área da sua casa. Então o dispositivo não funcionará no limite de suas capacidades e as perdas de calor serão compensadas. Embora, claro, seja melhor tentar minimizá-los para economizar nas contas de luz.