Consumo medio de gas para calefacción de una casa de 150 m²: ejemplo de cálculos y revisión de fórmulas termotécnicas

El financiamiento de la temporada de calefacción constituye una parte significativa del presupuesto destinado al mantenimiento de la vivienda. Conociendo el precio y el consumo medio de gas para calefacción de una casa de 150 m², se pueden determinar con bastante precisión los costos de calefacción de los espacios. Estos cálculos son fáciles de realizar por cuenta propia sin pagar por los servicios de ingenieros térmicos.

Todo sobre los estándares de consumo de gas y los métodos de cálculo del consumo de combustible azul lo aprenderá en el artículo que presentamos. Le contaremos cuánta energía se necesitará para compensar las pérdidas de calor de la casa durante la temporada de calefacción. Le indicaremos qué fórmulas debe utilizar en los cálculos.

Calefacción de casas de campo

Al calcular el consumo de gas necesario para calentar la casa, la tarea más compleja será el cálculo de las pérdidas de calor, que el sistema de calefacción debe compensar completamente durante su funcionamiento.

El conjunto de pérdidas de calor depende del clima, las características constructivas del edificio, los materiales utilizados y los parámetros de funcionamiento del sistema de ventilación.

Cálculo de la cantidad de calor a compensar

El sistema de calefacción de cualquier edificio debe compensar sus pérdidas de calor Q (W) durante el período frío. Estas ocurren por dos razones:

1. intercambio de calor a través del perímetro de la casa;
2. pérdida de calor debido a la entrada de aire frío a través del sistema de ventilación.

Formalmente, las pérdidas de calor a través de la pared y el techo Q_tp se pueden calcular mediante la siguiente fórmula:

Q_tp = S * dT / R,

donde:

• S – área de superficie (m²);
• dT – diferencia de temperatura entre el aire interior y exterior (°C);
• R – indicador de resistencia a la transferencia de calor de los materiales (m² * °C / W).

El último indicador (también llamado “coeficiente de resistencia térmica”) se puede tomar de las tablas adjuntas a los materiales o productos de construcción.

El indicador de pérdidas de calor de la casa depende significativamente del tipo de vidrio doble. El alto precio de las ventanas aisladas se justificará por el ahorro de combustible.

Ejemplo. Supongamos que la pared exterior de la habitación tiene un área de 12 m², de la cual 2 m² ocupa la ventana.

Los indicadores de resistencia a la transferencia de calor son los siguientes:

• Bloques de hormigón celular D400: R = 3.5.
• Triple acristalamiento con argón “4M1 – 16Ar – 4M1 – 16Ar – 4I”: R = 0.75.

En este caso, a temperatura ambiente de “+22°C”, y en el exterior de “–30°C”, las pérdidas de calor de la pared exterior de la habitación serán:

• Q_tp (pared) = 10 * (22 – (– 30)) / 3.5 = 149 W:
• Q_tp (ventana) = 2 * (22 – (– 30)) / 0.75 = 139 W:
• Q_tp = Q_tp (pared) + Q_tp (ventana) = 288 W.

Este cálculo da un resultado correcto bajo la condición de que no haya intercambio de aire no controlado (infiltración).

Ella puede presentarse en los siguientes casos:

• Presencia de defectos estructurales, como el ajuste deficiente de los marcos de las ventanas a las paredes o el desprendimiento del material aislante. Es necesario corregirlos.
• El envejecimiento del edificio, como resultado del cual se producen astillas, grietas o huecos en la mampostería. En este caso, es necesario introducir coeficientes de corrección en el indicador de resistencia a la transferencia de calor de los materiales.

De la misma manera, es necesario determinar las pérdidas de calor a través del tejado si el objeto está ubicado en el último piso. A través del suelo, una pérdida de energía significativa ocurre solo en caso de que exista un sótano sin calefacción y ventilado, como un garaje. En el suelo, el calor prácticamente no se escapa.

Para calcular el índice de resistencia a la transferencia de calor de materiales multicapa, es necesario sumar los índices de las capas individuales. Normalmente, para los cálculos se toman solo los materiales menos conductores térmicos.

Consideremos la segunda causa de pérdidas de calor: la ventilación del edificio. El consumo de energía para calentar el aire de suministro (Q_v) se puede calcular mediante la fórmula:

Q_v = L * q * c * dT, donde:

• L – caudal de aire (m³ / h);
• q – densidad del aire (kg / m³);
• c – capacidad calorífica específica del aire entrante (kJ / kg *°C);
• dT – diferencia de temperatura entre el aire interior y exterior (°C).

Capacidad calorífica específica del aire en el rango de temperatura que nos interesa [–50.. +30 °C] es igual a 1.01 kJ / kg *°C o en la conversión a la dimensión que necesitamos: 0.28 Wh / kg *°C. La densidad del aire depende de la temperatura y la presión, pero para los cálculos se puede tomar un valor de 1.3 kg / m³.

Ejemplo. Para una habitación de 12 m² con la misma diferencia de temperaturas que en el ejemplo anterior, las pérdidas de calor debido al funcionamiento de la ventilación serán:

Q_v = (12 * 3) * 1.3 * 0.28 * (22 – (– 30)) = 681 W.

Los diseñadores toman el caudal de aire según SNiP 41-01-2003 (en nuestro ejemplo, 3 m³/h por 1 m² de superficie de una habitación), pero este valor puede ser reducido significativamente por el propietario del edificio.

Las pérdidas de calor totales de la sala modelo son:

Q = Q_tp + Q_v = 969 W.

Para el cálculo de las pérdidas de calor por día, semana o mes, es necesario conocer la temperatura promedio durante estos períodos.

De las fórmulas anteriores se desprende que el cálculo del volumen de gas consumido, tanto para un período corto de tiempo como para toda la temporada fría, debe realizarse teniendo en cuenta el clima de la zona donde se encuentra el objeto a calentar. Por lo tanto, solo se pueden utilizar soluciones típicas bien probadas para condiciones naturales similares.

Para determinar parámetros climáticos similares, se pueden utilizar mapas de temperaturas mensuales promedio en el período invernal. Se pueden encontrar fácilmente en internet.

Ante una geometría compleja de la casa y la diversidad de materiales utilizados en su construcción y aislamiento, se puede recurrir a los servicios de especialistas para calcular la cantidad de calor necesaria.

Métodos para minimizar las pérdidas de calor

Los gastos de calefacción de la casa constituyen una parte significativa de los costos de mantenimiento. Por lo tanto, es razonable realizar algunos tipos de trabajos destinados a reducir las pérdidas de calor mediante el aislamiento del techo, de las paredes de la casa, el aislamiento térmico del suelo y de las estructuras adyacentes.

La aplicación de esquemas de aislamiento exterior e interior de la casa permite reducir significativamente este indicador. Esto se aplica especialmente a edificios antiguos con un fuerte desgaste de muros y techos. Los mismos paneles de poliestireno expandido no solo permiten reducir o eliminar por completo la congelación, sino que también minimizan la infiltración de aire a través del revestimiento protector.

También se puede lograr un ahorro significativo si no se conectan a la calefacción las áreas de verano de la casa, como terrazas o el piso del ático. En este caso, se producirá una reducción considerable del perímetro de la parte calentada de la casa.

El uso del piso del ático solo en verano ahorra significativamente los costos de calefacción de la casa en invierno. Sin embargo, en este caso, el techo del piso superior debe estar bien aislado.

Si se siguen estrictamente las normas de ventilación de locales establecidas en SNiP 41-01-2003, las pérdidas de calor por intercambio de aire serán mayores que las debidas a la congelación de paredes y techo del edificio. Estas reglas son obligatorias para los diseñadores y cualquier persona jurídica si el local se utiliza para producción o prestación de servicios. Sin embargo, los residentes de la casa pueden, a su criterio, reducir los valores indicados en el documento.

Además, para calentar el aire frío que entra desde el exterior, se pueden utilizar intercambiadores de calor, en lugar de aparatos que consumen electricidad o gas. Así, un recuperador de placas común puede ahorrar más de la mitad de la energía, y un dispositivo más complejo con refrigerante, alrededor del 75%.

Cálculo del volumen de gas necesario

El gas combustible debe compensar las pérdidas de calor. Para ello, además de las pérdidas térmicas de la casa, es necesario conocer la cantidad de energía liberada durante la combustión, que depende del rendimiento de la caldera y del poder calorífico de la mezcla.

Regla para la selección de la caldera

La selección del calentador debe realizarse teniendo en cuenta las pérdidas de calor de la casa. Debe ser suficiente para el período en que se alcanza el mínimo anual de temperaturas. En la ficha técnica de la caldera de gas de pie o de pared, el parámetro responsable de esto es la “potencia térmica nominal”, que para los aparatos domésticos se mide en kW.

Dado que cualquier edificio tiene inercia térmica, para calcular la potencia necesaria de la caldera se suele tomar como temperatura mínima el indicador de los cinco días más fríos. Para una localidad específica, se puede consultar en las organizaciones que recopilan y procesan información meteorológica, o en la tabla 1 de la SNiP 23-01-99 (columna n.º 4).

Fragmento de la tabla 1 de la SNiP 23-01-99. Con ella se pueden obtener los datos necesarios sobre el clima de la localidad donde se encuentra el edificio a calentar.

Si la potencia de la caldera supera el valor suficiente para calentar la habitación, esto no conduce a un aumento del consumo de gas. En este caso, el período de inactividad del equipo será más prolongado.

A veces tiene sentido elegir una caldera de potencia ligeramente inferior. Estos equipos pueden ser significativamente más baratos tanto en la compra como en el funcionamiento. Sin embargo, en este caso es necesario disponer de una fuente de calor de respaldo (por ejemplo, un calefactor junto con un generador de gasolina) que pueda utilizarse durante las heladas intensas.

El principal indicador de la eficiencia y economía de la caldera es el coeficiente de rendimiento (rendimiento). En los equipos domésticos modernos, se encuentra en el rango del 88 al 95%. El rendimiento está especificado en el manual del equipo y se utiliza para calcular el consumo de gas.

Fórmula de liberación de calor

Para calcular correctamente el consumo de gas natural o licuado para calentar una casa con un área de aproximadamente 150 m², es necesario conocer otro indicador: el poder calorífico (calor específico de combustión) del combustible suministrado. Según el sistema “SI”, se mide en J/kg para el gas licuado o en J/m³ para el gas natural.

Los depósitos de gas (recipientes para almacenar gas licuado) se caracterizan en litros. Para saber cuánto combustible en kilogramos cabe en ellos, se puede aplicar la relación 0.54 kg / 1 L.

Existen dos valores de este indicador: el poder calorífico inferior (H_l) y el superior (H_h). Depende de la humedad y la temperatura del combustible. Para el cálculo se toma el valor H_l – ese es el que se debe consultar con el proveedor de gas.

Si no se dispone de esta información, en los cálculos se pueden adoptar los siguientes valores:

• para gas natural H_l = 33.5 MJ / m³;
• para gas licuado H_l = 45.2 MJ / kg.

Teniendo en cuenta que 1 MJ = 278 W * h, obtenemos los siguientes valores de poder calorífico:

• para gas natural H_l = 9.3 kW * h / m³;
• para gas licuado H_l = 12.6 kW * h / kg.

El volumen de gas consumido durante un período de tiempo determinado V (m³ o kg) se puede calcular mediante la siguiente fórmula:

V = Q * E / (H_l * K), donde:

• Q – pérdidas de calor del edificio (kW);
• E – duración del período de calefacción (h);
• H_l – poder calorífico mínimo del gas (kW * h / m³);
• K – rendimiento de la caldera.

Para gas licuado, la dimensión de H_l es kW * h / kg.

Ejemplo de cálculo del consumo de gas

Como ejemplo, tomemos una casa de campo típica de madera prefabricada de dos pisos. Región – Krai de Altái, ciudad de Barnaúl.

Las dimensiones de la casa de campo – 10 x 8.5 m. El ángulo de inclinación del techo a dos aguas – 30°. Este proyecto se caracteriza por un ático cálido, un área de acristalamiento relativamente grande, ausencia de sótano y partes salientes de la casa.

Paso 1. Calculemos los parámetros principales de la casa para el cálculo de las pérdidas de calor:

• Suelo. En caso de ausencia de un sótano ventilado, las pérdidas a través del suelo y los cimientos se pueden despreciar.
• Ventanas. Vidrio doble de doble cámara “4M1 – 16Ar – 4M1 – 16Ar – 4I”: R_o = 0.75. Superficie de acristalamiento S_o = 40 m².
• Paredes. El área de la pared longitudinal (lateral) es 10 * 3.5 = 35 m². El área de la pared transversal (fachada) es 8.5 * 3.5 + 8.5² * tg(30) / 4 = 40 m². Por lo tanto, el área total del perímetro del edificio es 150 m², y teniendo en cuenta el acristalamiento, el valor buscado S_s = 150 – 40 = 110 m².
• Paredes. Los principales materiales de aislamiento térmico son la madera laminada encolada, de 200 mm de espesor (R_b = 1.27) y el aislamiento de basalto, de 150 mm de espesor (R_u = 3.95). El valor total de la resistencia a la transferencia de calor para la pared R_s = R_b + R_u = 5.22.
• Techo. El aislamiento sigue completamente la forma del techo. El área del techo sin aleros S_k = 10 * 8.5 / cos (30) = 98 m².
• Techo. Los principales materiales de aislamiento térmico son el revestimiento de madera, de 12.5 mm de espesor (R_v = 0.07) y el aislamiento de basalto, de 200 mm de espesor (R_u = 5.27). El valor total de la resistencia a la transferencia de calor para el techo R_k = R_v + R_u = 5.34.
• Ventilación. Supongamos que el caudal de aire se calcula no por el área de la casa, sino teniendo en cuenta los requisitos de garantizar un valor de al menos 30 m³ por persona por hora. Como en la casa viven permanentemente 4 personas, entonces L = 30 * 4 = 120 m³ / h.

Paso 2. Calculemos la potencia necesaria de la caldera. Si el equipo ya se ha adquirido, se puede omitir este paso.

Para nuestros cálculos, solo es necesario conocer dos indicadores de la caldera de gas: el rendimiento y la potencia nominal. Deben estar especificados en el pasaporte del dispositivo.

La temperatura del período más frío de cinco días es de “–41 °C”. Consideraremos la temperatura confortable como “+24 °C”. Por lo tanto, la diferencia promedio de temperatura durante este período será dT = 65 °C.

Calculemos las pérdidas de calor:

• a través de las ventanas: Q_o = S_o * dT / R_o = 40 * 65 / 0.75 = 3467 W;
• a través de las paredes: Q_s = S_s * dT / R_s = 110 * 65 / 5.22 = 1370 W;
• a través del tejado: Q_k = S_k * dT / R_k = 98 * 65 / 5.34 = 1199 W;
• por ventilación: Q_v = L * q * c * dT = 120 * 1.3 * 0.28 * 65 = 2839 W.

Las pérdidas totales de calor de toda la casa durante el período frío de cinco días serán:

Q = Q_o + Q_s + Q_k + Q_v = 3467 + 1370 + 1199 + 2839 = 8875 W.

Por lo tanto, para esta casa modelo se puede elegir una caldera de gas con un parámetro de potencia térmica máxima igual a 10-12 kW. Si el gas también se utiliza para el suministro de agua caliente, entonces será necesario elegir un dispositivo más potente.

Paso 3. Calculemos la duración del período de calefacción y las pérdidas de calor promedio.

Por temporada fría, cuando se necesita calefacción, se entiende la estación con temperaturas medias diarias inferiores a 8-10 °C. Por lo tanto, para los cálculos se pueden tomar las columnas n.º 11-12 o las columnas n.º 13-14 de la tabla 1 de la SNiP 23-01-99.

Esta elección queda a criterio de los propietarios de la casa. No habrá una diferencia significativa en el consumo anual de combustible. En nuestro caso, nos centraremos en el período con temperatura inferior a “+10 °C”. La duración de este período es de 235 días o E = 5640 horas.

En la calefacción centralizada, el encendido y apagado del suministro del fluido caloportador se realiza según las normativas establecidas. Una de las ventajas de una casa particular es la activación del modo de calefacción según el deseo de los residentes.

Las pérdidas de calor de la casa para la temperatura promedio durante este período se calculan igual que en el paso 2, solo que el parámetro dT = 24 – (– 6.7) = 30.7 °C. Después de realizar los cálculos, obtenemos Q = 4192 W.

Paso 4. Calculemos el volumen de gas consumido.

Sea la eficiencia de la caldera K = 0.92. Entonces el volumen de gas consumido (con valores promedio del poder calorífico mínimo de la mezcla gaseosa) durante el período frío será:

• para gas natural: V = Q * E / (H_l * K) = 4192 * 5640 / (9300 * 0.92) = 2763 m³;
• para gas licuado: V = Q * E / (H_l * K) = 4192 * 5640 / (12600 * 0.92) = 2040 kg.

Conociendo los precios del gas, se pueden calcular también los costos financieros de la calefacción.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Reducción del consumo de gas mediante la eliminación de errores relacionados con el aislamiento de la casa. Ejemplo real:

Consumo de gas con potencia térmica conocida:

Todos los cálculos de pérdidas de calor se pueden realizar por cuenta propia solo cuando se conocen las propiedades de conservación de calor de los materiales con los que está construida la casa. Si el edificio es antiguo, primero es necesario verificar si tiene congelación y solucionar los problemas detectados.

Después de eso, utilizando las fórmulas presentadas en el artículo, se puede realizar el cálculo del consumo de gas con alta precisión.

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