Consumo médio de gás para aquecimento de uma casa de 150 m²: exemplos de cálculos e revisão de fórmulas térmicas

O financiamento da estação de aquecimento representa uma parte significativa do orçamento gasto na manutenção da habitação.Conhecer o preço e o consumo médio de gás para aquecimento de uma casa de 150 m², você pode determinar com bastante precisão o custo de aquecimento das instalações. Esses cálculos são fáceis de realizar sem pagar pelos serviços de engenheiros de aquecimento.

Você aprenderá tudo sobre padrões de consumo de gás e métodos de cálculo do consumo de combustível azul no artigo que apresentamos. Diremos quanta energia é necessária para compensar as perdas de calor em casa durante a estação de aquecimento. Diremos quais fórmulas devem ser usadas nos cálculos.

Aquecimento de casas de campo

Ao calcular o consumo de gás necessário para aquecer uma casa, a tarefa mais difícil será cálculo de perda de calor, que o sistema de aquecimento deve compensar totalmente durante o funcionamento.

A gama de perdas de calor depende do clima, das características de projeto do edifício, dos materiais utilizados e dos parâmetros de funcionamento do sistema de ventilação.

Cálculo da quantidade compensada de calor

O sistema de aquecimento de qualquer edifício deve compensar a sua perda de calor P (W) durante o período frio. Eles acontecem por dois motivos:

1. troca de calor em todo o perímetro da casa;
2. perda de calor como resultado da entrada de ar frio pelo sistema de ventilação.

Formalmente, a perda de calor através da parede e do telhado P_tp pode ser calculado usando a seguinte fórmula:

P_tp =S*dT/R,

Onde:

• S – área de superfície (m²);
• dT – diferença de temperatura entre o ar ambiente e o exterior (°C);
• R – indicador de resistência à transferência de calor de materiais (m² *°C/W).

O último indicador (também denominado “coeficiente de resistência térmica”) pode ser obtido nas tabelas anexas aos materiais ou produtos de construção.

A taxa de perda de calor da casa depende significativamente do tipo de janela com vidro duplo. O alto preço das janelas isoladas será justificado pela economia de combustível

Exemplo. Deixe a parede externa da sala ter uma área de 12 m², dos quais 2 m² ocupa uma janela.

Os indicadores de resistência à transferência de calor são os seguintes:

• Blocos de concreto aerado D400: R = 3.5.
• Janela de vidro duplo com argônio “4M1 – 16Ar – 4M1 – 16Ar – 4I”: R = 0.75.

Neste caso, à temperatura ambiente “+22°С” e à temperatura externa – “–30°С”, a perda de calor da parede externa da sala será:

• P_tp (parede) = 10 * (22 – (– 30)) / 3,5 = 149 W:
• P_tp (janela) = 2 * (22 – (– 30)) / 0,75 = 139 W:
• P_tp = P_tp (parede) + P_tp (janela) = 288 W.

Este cálculo dá o resultado correto desde que não haja troca de ar descontrolada (infiltração).

Pode ocorrer nos seguintes casos:

• Presença de defeitos estruturais, como folga dos caixilhos das janelas nas paredes ou descascamento do material isolante. Eles precisam ser eliminados.
• Envelhecimento de um edifício, resultando em lascas, fissuras ou vazios na alvenaria. Neste caso, é necessário introduzir fatores de correção na resistência à transferência de calor dos materiais.

Da mesma forma, é necessário determinar a perda de calor pela cobertura se o objeto estiver localizado no último andar. Através do piso, qualquer perda significativa de energia ocorre apenas se houver um porão ventilado e não aquecido, como uma garagem. Quase nenhum calor vai para o solo.

Para calcular o índice de resistência à transferência de calor de materiais multicamadas, é necessário somar os indicadores das camadas individuais. Normalmente, apenas os materiais menos condutores térmicos são levados para os cálculos.

Consideremos a segunda razão para a perda de calor - a ventilação do edifício. Consumo de energia para aquecimento do ar fornecido (P_V) pode ser calculado usando a fórmula:

P_V = eu * q * c * dT, Onde:

• eu – fluxo de ar (m³ /h);
• q – densidade do ar (kg/m³);
• c – capacidade térmica específica do ar admitido (kJ/kg *°C);
• dT – diferença de temperatura entre o ar ambiente e o exterior (°C).

A capacidade térmica específica do ar na faixa de temperatura que nos interessa [–50.. +30 °C] é igual a 1,01 kJ / kg * °C ou, traduzida para a dimensão que precisamos: 0,28 W * h / kg * °C. A densidade do ar depende da temperatura e pressão, mas para cálculos você pode assumir um valor de 1,3 kg/m³.

Exemplo. Para uma sala de 12 m² com a mesma diferença de temperatura do exemplo anterior, a perda de calor devido à ventilação será:

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

Os projetistas consideram o fluxo de ar de acordo com SNiP 41-01-2003 (em nosso exemplo 3 m³ /h a 1 m² área da sala), mas este valor pode ser reduzido significativamente pelo proprietário do edifício.

No total, a perda total de calor da sala modelo é:

P = P_tp + P_V = 969 W.

Para calcular a perda de calor por dia, semana ou mês, você precisa saber a temperatura média desses períodos.

Pelas fórmulas acima fica claro que o cálculo do volume de gás consumido tanto para um curto período de tempo como para toda a estação fria deve ser realizado levando-se em consideração o clima da região onde está localizada a instalação aquecida.Portanto, soluções padrão comprovadas só podem ser usadas para condições naturais semelhantes.

Para determinar parâmetros climáticos semelhantes, você pode usar mapas de temperaturas médias mensais no inverno. Eles podem ser facilmente encontrados na Internet

Com a complexa geometria da casa e a variedade de materiais utilizados na sua construção e isolamento, pode recorrer aos serviços de especialistas para calcular a quantidade de calor necessária.

Maneiras de minimizar a perda de calor

O custo de aquecimento de uma casa representa uma parte significativa do custo de manutenção dela. Portanto, é razoável realizar alguns tipos de trabalhos que visem reduzir a perda de calor por isolamento de teto, paredes de casa, isolamento de piso e estruturas relacionadas.

Aplicativo esquemas de isolamento externo e de dentro de casa pode reduzir significativamente esse número. Isto é especialmente verdadeiro para edifícios antigos com forte desgaste nas paredes e tetos. As mesmas placas de espuma de poliestireno podem não apenas reduzir ou eliminar completamente o congelamento, mas também minimizar a infiltração de ar através do revestimento protegido.

Também podem ser alcançadas poupanças significativas se as áreas de verão da casa, como as varandas ou o sótão, não estiverem ligadas ao aquecimento. Neste caso, haverá uma redução significativa do perímetro da parte aquecida da casa.

Usar o sótão apenas no verão economiza significativamente o custo de aquecimento da casa no inverno. Porém, neste caso, o teto do andar superior deve estar bem isolado

Se você seguir rigorosamente os padrões de ventilação das instalações, prescritos no SNiP 41-01-2003, a perda de calor pela troca de ar será maior do que pelo congelamento das paredes e do telhado do edifício.Estas regras são obrigatórias para designers e quaisquer pessoas jurídicas se as instalações forem utilizadas para produção ou prestação de serviços. Porém, os moradores da casa podem, a seu critério, reduzir os valores especificados no documento.

Além disso, para aquecer o ar frio que vem da rua, pode-se utilizar trocadores de calor, ao invés de aparelhos que consomem eletricidade ou gás. Assim, um trocador de calor de placas comum pode economizar mais da metade da energia, e um dispositivo mais complexo com refrigerante pode economizar cerca de 75%.

Cálculo do volume necessário de gás

O gás queimado deve compensar a perda de calor. Para isso, além da perda de calor da casa, é necessário saber a quantidade de energia liberada durante a combustão, que depende do rendimento da caldeira e do poder calorífico da mistura.

Regra de seleção de caldeira

A escolha do aquecedor deve ser feita levando em consideração a perda de calor da casa. Deve ser suficiente para o período em que as temperaturas mínimas anuais são atingidas. No passaporte do chão ou caldeira a gás de parede O responsável por isso é o parâmetro “potência térmica nominal”, que é medido em kW para eletrodomésticos.

Como qualquer estrutura possui inércia térmica, para calcular a potência necessária da caldeira, a temperatura mínima costuma ser retirada do período mais frio de cinco dias. Para uma área específica, pode ser encontrado em organizações envolvidas na coleta e processamento de informações meteorológicas, ou na Tabela 1. SNiP 23-01-99 (coluna nº 4).

Fragmento da tabela 1 do SNiP 23/01/99. Com ele, você pode obter os dados necessários sobre o clima da área onde está localizada a instalação aquecida

Se a potência da caldeira ultrapassar o indicador suficiente para o aquecimento da divisão, isso não conduz a um aumento do consumo de gás.Neste caso, o período de inatividade do equipamento será maior.

Às vezes há um motivo para escolher uma caldeira de potência um pouco menor. Esses dispositivos podem ser muito mais baratos tanto para comprar quanto para operar. Porém, neste caso, é necessária uma fonte de calor de reserva (por exemplo, um aquecedor completo com gerador de gás), que pode ser utilizada em geadas severas.

O principal indicador da eficiência e economia de uma caldeira é o fator de eficiência. Para equipamentos domésticos modernos varia de 88 a 95%. A eficiência está indicada no passaporte do aparelho e é utilizada no cálculo do consumo de gás.

Fórmula de liberação de calor

Calcular corretamente o consumo de gás natural ou liquefeito para aquecimento de uma casa com área de cerca de 150 m² É necessário conhecer mais um indicador - o poder calorífico (calor específico de combustão) do combustível fornecido. De acordo com o sistema SI, é medido em J/kg para gás liquefeito ou em J/m³ para naturais.

Os tanques de gás (recipientes para armazenamento de gás liquefeito) são caracterizados em litros. Para saber quanto combustível estará incluído nele em quilogramas, você pode usar a proporção 0,54 kg / 1 l

Existem dois valores para este indicador - valor calorífico inferior (H_eu) e mais alto (H_h). Depende da umidade e da temperatura do combustível. Ao calcular, pegue o indicador H_eu – você precisa descobrir isso com seu fornecedor de gás.

Se não houver tal informação, os seguintes valores podem ser considerados nos cálculos:

• para gás natural H_eu = 33,5mJ/m³;
• para gás liquefeito H_eu = 45,2mJ/kg.

Levando em consideração que 1 mJ = 278 W*h, obtemos os seguintes valores caloríficos:

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

O volume de gás consumido durante um determinado período de tempo V (m³ ou kg) pode ser calculado usando a seguinte fórmula:

V = Q * E / (H_eu *K), Onde:

• P – perda de calor do edifício (kW);
• E – duração do período de aquecimento (h);
• H_eu – valor calorífico mínimo do gás (kW * h/m³);
• K – Eficiência da caldeira.

Para dimensão de gás liquefeito H_eu igual a kW*h/kg.

Exemplo de cálculo do consumo de gás

Por exemplo, tomemos uma típica casa de dois andares de madeira com estrutura pré-fabricada. Região – Território de Altai, Barnaul.

O tamanho da casa é de 10 x 8,5 m e o ângulo do telhado de duas águas é de 30°. Este projeto é caracterizado por um sótão acolhedor, uma área envidraçada relativamente grande, ausência de cave e partes salientes da casa

Passo 1. Vamos calcular os principais parâmetros da casa para calcular a perda de calor:

• Chão. Na ausência de um porão ventilado, as perdas através do piso e da fundação podem ser desprezadas.
• Janela. Vidro duplo “4M1 – 16Ar – 4M1 – 16Ar – 4I”: R_ó = 0,75. Área envidraçada S_ó = 40 metros².
• Paredes. A área da parede longitudinal (lateral) é 10 * 3,5 = 35 m². A área da parede transversal (fachada) é 8,5 * 3,5 + 8,5² * tg(30) / 4 = 40 metros². Assim, a área perimetral total do edifício é de 150 m², e levando em consideração o envidraçamento do valor desejado S_é = 150 – 40 = 110 metros².
• Paredes. Os principais materiais de isolamento térmico são madeira laminada, com 200 mm de espessura (R_b = 1,27) e isolamento de basalto, 150 mm de espessura (R_você = 3,95). Resistência total à transferência de calor para uma parede R_é = R_b + R_você = 5.22.
• Teto. O isolamento segue completamente o formato do telhado. Área do telhado sem saliências S_k = 10 * 8,5 / cos (30) = 98 m².
• Teto. Os principais materiais de isolamento térmico são forros de 12,5 mm de espessura (R_v = 0,07) e isolamento de basalto, 200 mm de espessura (R_você = 5,27). Resistência total à transferência de calor para um telhado R_k = R_v + R_você = 5.34.
• Ventilação. Deixe o fluxo de ar ser calculado não de acordo com a área da casa, mas levando em consideração os requisitos para garantir um valor de pelo menos 30 m³ por pessoa por hora. Como 4 pessoas moram permanentemente na casa de campo, então eu = 30 * 4 = 120 metros³ /h.

Etapa. 2. Vamos calcular a potência necessária da caldeira. Se o equipamento já tiver sido adquirido, esta etapa poderá ser ignorada.

Para nossos cálculos, precisamos conhecer apenas dois indicadores de uma caldeira a gás: eficiência e potência nominal. Eles devem ser registrados no passaporte do dispositivo

A temperatura do período mais frio dos cinco dias é de “–41 °C”. Vamos considerar uma temperatura confortável como “+24 °C”. Assim, a diferença média de temperatura durante este período será dT = 65ºC.

Vamos calcular a perda de calor:

• pelas janelas: P_ó = S_ó * dT / R_ó = 40*65/0,75 = 3467 W;
• através das paredes: P_é = S_é * dT / R_é = 110 * 65 / 5,22 = 1370W;
• através do telhado: P_k = S_k * dT / R_k = 98 * 65 / 5,34 = 1199W;
• devido à ventilação: P_v = eu * q * c * dT = 120 * 1,3 * 0,28 * 65 = 2839 watts.

A perda total de calor de toda a casa durante o período frio de cinco dias será:

P = P_ó + P_é + P_k + P_v = 3467 + 1370 + 1199 + 2839 = 8875 watts.

Assim, para este modelo de casa pode-se escolher uma caldeira a gás com parâmetro de potência térmica máxima de 10-12 kW. Se o gás também for usado para fornecer água quente, você terá que levar um dispositivo mais produtivo.

Etapa 3. Vamos calcular a duração do período de aquecimento e a perda média de calor.

A estação fria, quando é necessário aquecimento, é entendida como uma estação com temperaturas médias diárias inferiores a 8-10 °C. Portanto, para cálculos você pode usar as colunas nº 11-12 ou as colunas nº 13-14 da tabela 1 do SNiP 23-01-99.

Esta escolha cabe aos proprietários da casa. Neste caso, não haverá diferença significativa no consumo anual de combustível. No nosso caso, focaremos no período com temperaturas abaixo de “+10 °C”. A duração deste período é de 235 dias ou E = 5640 horas.

Com o aquecimento centralizado, o acionamento e desligamento do fornecimento de refrigerante ocorre de acordo com os padrões estabelecidos. Uma das vantagens de uma casa privada é o início do modo de aquecimento a pedido dos moradores

A perda de calor da casa para a temperatura média durante este período é calculada da mesma forma que na etapa 2, apenas o parâmetro dT = 24 – (– 6,7) = 30,7 °С. Depois de realizar os cálculos obtemos P = 4192 W.

Passo 4. Vamos calcular o volume de gás consumido.

Deixe a eficiência da caldeira K = 0,92. Então o volume de gás consumido (com indicadores médios do poder calorífico mínimo da mistura de gases) durante o período de frio será:

• para gás natural: V = P * E / (H_eu * K) = 4192 * 5640 / (9300 * 0,92) = 2763 m³;
• para gás liquefeito: V = P * E / (H_eu * K) = 4192 * 5640 / (12600 * 0,92) = 2040 kg.

Conhecendo os preços do gás, você pode calcular os custos financeiros do aquecimento.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Reduzir o consumo de gás eliminando erros associados ao isolamento doméstico. Exemplo real:

Consumo de gás com potência térmica conhecida:

Todos os cálculos de perda de calor podem ser realizados de forma independente somente quando as propriedades de economia de calor dos materiais com os quais a casa é construída forem conhecidas. Se o edifício for antigo, primeiro é necessário verificar se há congelamento e eliminar os problemas identificados.

Depois disso, utilizando as fórmulas apresentadas no artigo, é possível calcular o consumo de gás com alta precisão.

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