Cálculo de radiadores de calefacción: cómo calcular la cantidad y potencia necesarias de los radiadores

Un sistema de calefacción bien diseñado proporcionará a la vivienda la temperatura necesaria y en todas las habitaciones hará confortable cualquier clima. Pero, para transmitir calor al espacio aéreo de las viviendas, se necesita saber la cantidad necesaria de radiadores, ¿verdad?

Para averiguarlo, ayudará el cálculo de radiadores de calefacción, basado en cálculos de la potencia térmica requerida de los aparatos de calefacción a instalar.

¿Nunca ha hecho tales cálculos y tiene miedo de equivocarse? Le ayudaremos a entender las fórmulas – en el artículo se examina un algoritmo detallado de cálculo, se analizan los valores de coeficientes individuales utilizados en el proceso de cálculos.

Para que le sea más fácil comprender los detalles del cálculo, hemos seleccionado materiales fotográficos temáticos y videos útiles que explican el principio de cálculo de la potencia de los aparatos de calefacción.

Cálculo simplificado de compensación de pérdidas de calor

Cualquier cálculo se basa en ciertos principios. La base de los cálculos de la potencia térmica requerida de los radiadores es el entendimiento de que los aparatos de calefacción que funcionan correctamente deben compensar completamente las pérdidas de calor que ocurren durante su funcionamiento debido a las características de los locales calefaccionados.

Para habitaciones en una casa bien aislada, ubicada a su vez en una zona climática templada, en algunos casos será adecuado un cálculo simplificado de compensación de fugas térmicas.

Para tales locales, los cálculos se basan en la potencia normativa de 41 W, requerida para calentar 1 m³ de espacio habitable.

Para que la energía térmica emitida por los aparatos de calefacción se dirija precisamente a calentar los locales, es necesario aislar las paredes, los áticos, las ventanas y los suelos.

La fórmula para determinar la potencia térmica de los radiadores necesaria para mantener las condiciones óptimas de habitabilidad en el local es la siguiente:

Q = 41 x V,

donde V es el volumen de la habitación calefaccionada en metros cúbicos.

El resultado de cuatro cifras obtenido se puede expresar en kilovatios, reduciéndolo según el cálculo de 1 kW = 1000 W.

Fórmula detallada para el cálculo de la potencia térmica

En los cálculos detallados de la cantidad y tamaño de los radiadores de calefacción, se suele partir de una potencia relativa de 100 W necesaria para calentar normalmente 1 m² de una habitación estándar.

La fórmula para determinar la potencia térmica requerida de los dispositivos de calefacción es la siguiente:

Q = ( 100 x S ) x R x K x U x T x H x W x G x X x Y x Z

El factor S en los cálculos no es más que el área de la habitación calefaccionada, expresada en metros cuadrados.

Las demás letras son diversos coeficientes de corrección, sin los cuales el cálculo sería limitado.

Lo principal en los cálculos térmicos es recordar el refrán “el calor no rompe huesos” y no tener miedo de equivocarse por exceso.

Pero incluso los parámetros de cálculo adicionales no siempre pueden reflejar toda la especificidad de una u otra habitación. Se recomienda, en caso de dudas en los cálculos, dar preferencia a los indicadores con valores mayores.

Es más fácil posteriormente reducir la temperatura de los radiadores mediante dispositivos termorreguladores, que congelarse ante la falta de su potencia térmica.

A continuación se analiza en detalle cada uno de los coeficientes que participan en la fórmula de cálculo de la potencia térmica de los radiadores.

Al final del artículo se proporciona información sobre las características de los radiadores desmontables de diferentes materiales, y se examina el orden de cálculo de la cantidad necesaria de secciones y de los propios radiadores basándose en el cálculo principal.

Orientación de las habitaciones según los puntos cardinales

Y en los días más fríos, la energía solar aún influye en el equilibrio térmico dentro de la vivienda.

De la orientación de las habitaciones hacia un lado u otro depende el coeficiente «R» de la fórmula de cálculo de la potencia térmica.

1. Habitación con ventana al sur – R = 1,0. Durante el día, recibirá el máximo calor externo adicional en comparación con otras habitaciones. Esta orientación se toma como base, y el parámetro adicional en este caso es mínimo.
2. Ventana orientada al oeste – R = 1,0 o R = 1,05 (para regiones con días invernales cortos). Esta habitación también alcanzará a recibir su porción de luz solar. Aunque el sol solo entre al final de la tarde, la orientación de esta habitación sigue siendo más ventajosa que la este y la norte.
3. Habitación orientada al este – R = 1,1. El sol naciente invernal difícilmente alcanzará a calentar adecuadamente desde el exterior una habitación así. Se necesitarán vatios adicionales para la potencia de los radiadores. Por lo tanto, añadimos un ajuste significativo del 10 % al cálculo.
4. La ventana da solo al norte – R = 1,1 o R = 1,15 (no se equivocará un habitante de latitudes septentrionales que tome un 15 % adicional). En invierno, una habitación así no recibe rayos solares directos en absoluto. Por lo tanto, se recomienda ajustar también los cálculos de la producción de calor requerida de los radiadores al alza en un 10 %.

Si en la zona de residencia predominan los vientos de una dirección determinada, es aconsejable aumentar R hasta un 20 % para las habitaciones con lados expuestos al viento, dependiendo de la fuerza del viento (x1,1÷1,2), y para las habitaciones con paredes paralelas a las corrientes frías, elevar el valor de R en un 10 % (x1,1).

Las habitaciones con ventanas orientadas al norte y al este, así como las habitaciones en el lado de barlovento, necesitarán una calefacción más potente

Consideración de la influencia de las paredes exteriores

Además de la pared con la ventana o ventanas integradas, otras paredes de la habitación también pueden tener contacto con el frío exterior.

Las paredes exteriores de la habitación determinan el coeficiente «K» de la fórmula de cálculo de la potencia térmica de los radiadores:

• La presencia de una sola pared exterior en la habitación es el caso típico. Aquí, con el coeficiente es simple – K = 1,0.
• Dos paredes exteriores requerirán un 20 % más de calor para calentar la habitación – K = 1,2.
• Cada pared exterior adicional añade un 10 % a la producción de calor requerida en los cálculos. Para tres paredes exteriores – K = 1,3.
• La presencia de cuatro paredes exteriores en la habitación también añade un 10% – K = 1,4.

Dependiendo de las características de la habitación para la que se realiza el cálculo, se debe tomar el coeficiente correspondiente.

Dependencia de los radiadores del aislamiento térmico

Una vivienda aislada de manera adecuada y fiable del frío invernal permite reducir significativamente el presupuesto para calentar el espacio interior.

El coeficiente «U» está sujeto al grado de aislamiento de las paredes exteriores, reduciendo o aumentando la potencia térmica calculada de los aparatos de calefacción:

• U = 1,0 – para paredes exteriores estándar.
• U = 0,85 – si el aislamiento de las paredes exteriores se realizó según un cálculo especial.
• U = 1,27 – si las paredes exteriores no son lo suficientemente resistentes al frío.

Se consideran estándar las paredes de materiales y espesor adecuados al clima. Así como de espesor reducido, pero con superficie exterior enlucida o con aislamiento térmico exterior superficial.

Si el área de la habitación lo permite, se puede realizar el aislamiento de las paredes desde el interior. Y para proteger las paredes del frío desde el exterior, siempre se encontrará una manera.

Una habitación en esquina bien aislada según un cálculo especial proporcionará un porcentaje significativo de ahorro en los costes de calefacción de toda la superficie habitable del apartamento

El clima – un factor importante en la aritmética

Las diferentes zonas climáticas tienen diferentes indicadores de temperaturas exteriores mínimas.

Al calcular la potencia de transferencia de calor de los radiadores, se ha previsto un coeficiente «T» para tener en cuenta las diferencias de temperatura.

Consideremos los valores de este coeficiente para diferentes condiciones climáticas:

• T = 1,0 hasta -20 °C.
• T = 0,9 para inviernos con heladas de hasta -15 °C
• T = 0,7 – hasta -10 °C.
• T = 1,1 para heladas de hasta -25 °C,
• T = 1,3 – hasta -35 °C,
• T = 1,5 – por debajo de -35 °C.

Como podemos ver en la lista anterior, se considera normal un clima invernal de hasta -20 °C. Para las regiones con este frío mínimo, se toma un valor igual a 1.

Para regiones más cálidas, este coeficiente de cálculo reducirá el resultado general de los cálculos. En cambio, para zonas de clima severo, la cantidad de energía térmica requerida de los aparatos de calefacción aumentará.

Particularidades del cálculo de habitaciones altas

Es evidente que de dos habitaciones con la misma superficie, la que tenga el techo más alto necesitará más calor. El coeficiente «H» ayuda a tener en cuenta en los cálculos de potencia térmica la corrección por el volumen del espacio a calentar.

Al principio del artículo se mencionó una habitación normativa. Se considera como tal una habitación con un techo de 2,7 metros o menos. Para ella se toma un valor de coeficiente igual a 1.

Consideremos la dependencia del coeficiente H de la altura de los techos:

• H = 1,0 – para techos de 2,7 metros de altura.
• H = 1,05 – para una habitación de hasta 3 metros de altura.
• H = 1,1 – para una habitación con techo de hasta 3,5 metros.
• H = 1,15 – hasta 4 metros.
• H = 1,2 – necesidad de calor para una habitación más alta.

Como vemos, para habitaciones con techos altos, se debe agregar un 5% por cada medio metro de altura, a partir de 3,5 m.

Por ley natural, el aire caliente se eleva. Para mezclar todo su volumen, los aparatos de calefacción tendrán que trabajar adecuadamente.

Con la misma superficie, una habitación de mayor volumen puede requerir una cantidad adicional de radiadores conectados al sistema de calefacción.

Rol de cálculo del techo y del suelo

A la reducción de la potencia térmica de las baterías contribuyen no solo las paredes exteriores bien aisladas. El techo que está en contacto con la habitación cálida también permite minimizar las pérdidas al calentar la habitación.

El coeficiente «W» en la fórmula de cálculo es precisamente para prever esto:

• W = 1,0 – si arriba hay, por ejemplo, un ático sin calefacción y sin aislamiento.
• W = 0,9 – para un ático sin calefacción pero aislado, u otra habitación aislada arriba.
• W = 0,8 – si en el piso superior hay una habitación con calefacción.

El indicador W se puede ajustar al alza para habitaciones de la planta baja, si están sobre el terreno, sobre un sótano sin calefacción o un espacio de sótano. Entonces los números serán: suelo aislado +20% (x1,2); suelo sin aislar +40% (x1,4).

La calidad de los marcos – garantía de calor

Las ventanas – antes un punto débil en el aislamiento térmico del espacio habitable. Los marcos modernos con doble acristalamiento han permitido mejorar significativamente la protección de las habitaciones contra el frío exterior.

El grado de calidad de las ventanas en la fórmula de cálculo de la potencia térmica lo describe el coeficiente «G».

Como base de cálculo se toma un marco estándar con doble acristalamiento simple, cuyo coeficiente es 1.

Consideremos otras opciones de aplicación del coeficiente:

• G = 1,0 – marco con doble acristalamiento simple.
• G = 0,85 – si el marco está equipado con doble o triple acristalamiento.
• G = 1,27 – si la ventana tiene un marco de madera antiguo.

Así, si en la casa hay marcos antiguos, las pérdidas de calor serán significativas. Por lo tanto, se necesitarán radiadores más potentes. Idealmente, es recomendable reemplazar esos marcos, ya que esto supone gastos adicionales de calefacción.

El tamaño de la ventana tiene importancia

Siguiendo la lógica, se puede afirmar que cuantas más ventanas haya en una habitación y más amplia sea su vista, más sensibles serán las pérdidas de calor a través de ellas. El coeficiente «X» de la fórmula de cálculo de la potencia térmica requerida de los radiadores precisamente refleja esto.

En una habitación con ventanas enormes, los radiadores deben tener un número de secciones correspondiente al tamaño y la calidad de los marcos.

La norma es el resultado de dividir el área de las aberturas de las ventanas por el área de la habitación, que debe estar entre 0,2 y 0,3.

Presentamos los valores principales del coeficiente X para diversas situaciones:

• X = 1,0 – con una relación de entre 0,2 y 0,3.
• X = 0,9 – para una relación de áreas de entre 0,1 y 0,2.
• X = 0,8 – con una relación de hasta 0,1.
• X = 1,1 – si la relación de áreas es de entre 0,3 y 0,4.
• X = 1,2 – cuando está entre 0,4 y 0,5.

Si el área de las aberturas de las ventanas (por ejemplo, en habitaciones con ventanas panorámicas) supera los rangos sugeridos, es razonable agregar un 10% adicional al valor de X por cada aumento de 0,1 en la relación de áreas.

Una puerta en la habitación que se usa regularmente en invierno para salir a un balcón abierto o logia introduce sus propias correcciones en el balance térmico. Para dicha habitación, sería correcto aumentar X en un 30% adicional (x1,3).

Las pérdidas de energía térmica se compensan fácilmente con la instalación compacta de un convector de agua o eléctrico de conducto debajo de la entrada al balcón.

Influencia del cerramiento del radiador

Por supuesto, el radiador que esté menos obstruido por diversos obstáculos artificiales y naturales disipará mejor el calor. Para este caso, la fórmula de cálculo de su potencia térmica se amplía mediante el coeficiente «Y», que tiene en cuenta las condiciones de funcionamiento del radiador.

El lugar más común para la ubicación de los aparatos de calefacción es debajo del alféizar. En esa posición, el valor del coeficiente es 1.

Consideremos las situaciones típicas de colocación de los radiadores:

• Y = 1,0 – justo debajo del alféizar.
• Y = 0,9 – si el radiador está completamente expuesto por todos los lados.
• Y = 1,07 – cuando el radiador está bloqueado por un saliente horizontal de la pared.
• Y = 1,12 – si el radiador ubicado debajo del alféizar está cubierto por una cubierta frontal.
• Y = 1,2 – cuando el aparato de calefacción está bloqueado por todos los lados.

Las cortinas largas y pesadas corridas también son causa de enfriamiento en la habitación.

El diseño moderno de los radiadores de calefacción permite utilizarlos sin ningún tipo de cubierta decorativa, garantizando así la máxima disipación de calor.

Eficiencia de la conexión de los radiadores

La eficiencia del funcionamiento del radiador depende directamente del método de conexión a la distribución de calefacción interior. A menudo, los propietarios sacrifican este indicador en aras de la estética de la habitación. La fórmula para calcular la potencia térmica requerida tiene en cuenta todo esto mediante el coeficiente «Z».

Presentamos los valores de este indicador para diversas situaciones:

• Z = 1,0 – inclusión del radiador en el circuito común del sistema de calefacción mediante el método «en diagonal», que es el más justificado.
• Z = 1,03 – otro, el más común debido a la poca longitud de la conexión, variante de conexión «desde el lado lateral».
• Z = 1,13 – tercer método «desde abajo con dos lados». Gracias a los tubos de plástico, este se ha arraigado rápidamente en la nueva construcción, a pesar de una eficiencia mucho menor.
• Z = 1,28 – otro método, muy ineficiente, «desde abajo con un lado». Merece consideración solo porque algunos diseños de radiadores están equipados con unidades prefabricadas para conectar a un solo punto de las tuberías de suministro y retorno.

Los purgadores de aire incorporados en los aparatos de calefacción ayudarán a aumentar su eficiencia, ya que evitarán a tiempo que el sistema se «airee».

Antes de ocultar las tuberías de calefacción en el suelo, utilizando conexiones de radiadores ineficientes, conviene recordar las paredes y el techo.

El principio de funcionamiento de cualquier aparato de calefacción por agua se basa en las propiedades físicas del líquido caliente de elevarse y, tras enfriarse, descender.

Por lo tanto, no se recomienda encarecidamente utilizar conexiones de los sistemas de calefacción a los radiadores en las que la tubería de suministro quede abajo y la de retorno arriba.

Ejemplo práctico de cálculo de potencia térmica

Datos iniciales:

1. Habitación esquinera sin balcón en el segundo piso de una casa de dos plantas de bloques de hormigón enlucidos, en una zona sin viento de Siberia Occidental.
2. Largo de la habitación 5,30 m X ancho 4,30 m = superficie 22,79 m².
3. Ancho de la ventana 1,30 m X alto 1,70 m = superficie 2,21 m².
4. Altura de la habitación = 2,95 m.

Secuencia de cálculo:

A continuación se describe el cálculo del número de secciones de los radiadores y del número necesario de baterías. Se basa en los resultados de potencias térmicas obtenidas, teniendo en cuenta las dimensiones de los lugares previstos para la instalación de los aparatos de calefacción.

Independientemente de los resultados, se recomienda en las habitaciones esquineras equipar con radiadores no solo los huecos de las ventanas. Las baterías deben instalarse junto a las paredes exteriores «ciegas» o cerca de las esquinas que sufren mayor congelación por efecto del frío exterior.

Potencia térmica específica de las secciones de los radiadores

Incluso antes de realizar el cálculo general de la disipación térmica requerida de los aparatos de calefacción, es necesario decidir de qué material serán las baterías desmontables que se instalarán en las habitaciones.

La elección debe basarse en las características del sistema de calefacción (presión interna, temperatura del refrigerante). Al mismo tiempo, no se debe olvidar la gran diferencia de costo de los productos adquiridos.

A continuación, se explicará cómo calcular correctamente la cantidad necesaria de diferentes radiadores para la calefacción.

Con un refrigerante a 70 °C, las secciones estándar de 500 milímetros de radiadores hechos de materiales heterogéneos poseen una potencia térmica específica «q» desigual.

1. Hierro fundido – q = 160 vatios (potencia específica de una sección de hierro fundido). Los radiadores de este metal son adecuados para cualquier sistema de calefacción.
2. Acero – q = 85 vatios. Los radiadores tubulares de acero pueden funcionar en las condiciones de operación más exigentes. Sus secciones son hermosas con su brillo metálico, pero tienen la menor transferencia de calor.
3. Aluminio – q = 200 vatios. Los radiadores de aluminio, ligeros y estéticos, deben instalarse únicamente en sistemas de calefacción autónomos, en los que la presión sea inferior a 7 atmósferas. Pero en cuanto a la emisión de calor, sus secciones no tienen igual.
4. Bimetal – q = 180 vatios. El interior de los radiadores bimetálicos está hecho de acero, y la superficie de disipación de calor, de aluminio. Estas baterías soportan cualquier régimen de presiones y temperaturas. La potencia térmica específica de las secciones de bimetal también es excelente.

Los valores de q proporcionados son bastante aproximados y se utilizan para un cálculo preliminar. Las cifras más precisas se encuentran en las fichas técnicas de los aparatos de calefacción adquiridos.

Cálculo del número de secciones de radiadores

Los radiadores desmontables de cualquier material son buenos porque para alcanzar su potencia térmica calculada se pueden agregar o quitar secciones individuales.

Para determinar el número necesario «N» de secciones de baterías del material seleccionado, se sigue la fórmula:

N = Q / q,

Donde:

• Q = potencia térmica requerida calculada previamente de los dispositivos para calentar la habitación,
• q = potencia térmica específica de una sección individual de las baterías previstas para la instalación.

Habiendo calculado el número total necesario de secciones de radiadores en la habitación, hay que determinar cuántas baterías en total se deben instalar. Este cálculo se basa en la comparación de las dimensiones de los lugares previstos de instalación de los aparatos de calefacción y los tamaños de las baterías, teniendo en cuenta la conexión.

Los elementos del radiador se conectan mediante niples con rosca externa en direcciones opuestas utilizando una llave radiadora, y simultáneamente se instalan juntas en las uniones.

Para cálculos preliminares, puede utilizar los datos sobre el ancho de las secciones de diferentes radiadores:

• de hierro fundido = 93 mm,
• de aluminio = 80 mm,
• bimetálicos = 82 mm.

Al fabricar radiadores desmontables de tubos de acero, los fabricantes no se adhieren a estándares específicos. Si se desea instalar estos radiadores, se debe abordar el tema de manera individual.

También puede utilizar nuestra calculadora en línea gratuita para calcular el número de secciones:

Mejora de la eficiencia de transferencia de calor

Al calentar el aire interior de la habitación con el radiador, también se produce un calentamiento intenso de la pared exterior en el área detrás del radiador. Esto conduce a pérdidas de calor adicionales e injustificadas.

Se propone, para aumentar la eficiencia de la transferencia de calor del radiador, separar el aparato de calefacción de la pared exterior con una pantalla reflectante de calor.

El mercado ofrece una gran variedad de materiales aislantes modernos con superficie reflectante de calor recubierta de papel de aluminio. El papel de aluminio protege el aire caliente calentado por el radiador del contacto con la pared fría y lo dirige hacia el interior de la habitación.

Para un funcionamiento correcto, los bordes del reflector instalado deben superar las dimensiones del radiador y sobresalir 2-3 cm por cada lado. Se debe dejar un espacio de 3-5 cm entre el aparato de calefacción y la superficie de protección térmica.

Para fabricar la pantalla reflectante de calor, se pueden recomendar Izospán, Penofol, Alyufom. Del rollo adquirido se corta un rectángulo de las dimensiones necesarias y se fija en la pared en el lugar de instalación del radiador.

Es mejor fijar la pantalla que refleja el calor del aparato de calefacción en la pared con pegamento de silicona o mediante clavos líquidos

Se recomienda separar la lámina aislante de la pared exterior con una pequeña capa de aire, por ejemplo, mediante una rejilla de plástico delgada.

Si el reflector se compone de varias piezas de material aislante, las uniones en el lado del papel de aluminio deben sellarse con cinta adhesiva metalizada.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Películas cortas presentarán la implementación práctica de algunos consejos de ingeniería en el hogar. En el siguiente video se puede ver un ejemplo práctico del cálculo de radiadores de calefacción:

El cambio del número de secciones de los radiadores se analiza en este video:

El siguiente video hablará sobre cómo montar un reflector debajo del radiador:

Las habilidades adquiridas en el cálculo de la potencia térmica de diferentes tipos de radiadores de calefacción ayudarán al aficionado al bricolaje en la correcta instalación del sistema de calefacción. Y las amas de casa podrán verificar la corrección del proceso de instalación de los radiadores por parte de especialistas externos.

¿Usted realizó el cálculo independiente de la potencia de los radiadores de calefacción para su hogar? ¿O se enfrentó a problemas derivados de la instalación de aparatos de calefacción de baja potencia? Cuente su experiencia a nuestros lectores – por favor, deje sus comentarios a continuación.