Consum de gas per a la calefacció d'una casa de 200 m²: determinació dels costos en utilitzar combustible principal i embotellat
Els propietaris de cases de camp mitjanes i grans han de planificar el cost del manteniment del seu habitatge.Per tant, sovint sorgeix la tasca de calcular el consum de gas per escalfar una casa de 200 m2 o àrea més gran. L'arquitectura original normalment no permet utilitzar el mètode d'analogies i trobar càlculs ja fets.
No obstant això, no cal pagar diners per resoldre aquest problema. Podeu fer tots els càlculs vosaltres mateixos. Això requerirà el coneixement d'algunes normatives, així com la comprensió de la física i la geometria a nivell escolar.
L'ajudarem a entendre aquest problema urgent per a l'economista domèstic. T'explicarem quines fórmules s'utilitzen per fer càlculs, quines característiques has de conèixer per obtenir el resultat. L'article que vam presentar ofereix exemples sobre la base dels quals serà més fàcil fer els vostres propis càlculs.
El contingut de l'article:
Trobar la quantitat d'energia perduda
Per determinar la quantitat d'energia que perd una casa, cal conèixer les característiques climàtiques de la zona, la conductivitat tèrmica dels materials i els estàndards de ventilació. I per calcular el volum de gas necessari, n'hi ha prou de conèixer el seu poder calorífic. El més important en aquest treball és l'atenció als detalls.
L'escalfament d'un edifici ha de compensar les pèrdues de calor que es produeixen per dos motius principals: les fuites de calor al voltant del perímetre de l'habitatge i l'entrada d'aire fred a través del sistema de ventilació.Tots dos processos es descriuen mitjançant fórmules matemàtiques, que podeu utilitzar per realitzar els vostres propis càlculs.
Conductivitat tèrmica i resistència tèrmica del material
Qualsevol material pot conduir la calor. La intensitat de la seva transmissió s'expressa mitjançant el coeficient de conductivitat tèrmica λ (W / (m × °C)). Com més baix sigui, millor protegeix l'estructura de la congelació a l'hivern.
Tanmateix, els edificis es poden apilar o aïllar amb material de diferents gruixos. Per tant, en els càlculs pràctics, s'utilitza el coeficient de resistència a la transferència de calor:
R (m2 × °C/W)
Es relaciona amb la conductivitat tèrmica per la fórmula següent:
R = h/λ,
On h – gruix del material (m).
Exemple. Determinem el coeficient de resistència a la transferència de calor de blocs de formigó airejat de grau D700 de diferents amplades a λ = 0.16:
- amplada 300 mm: R = 0.3 / 0.16 = 1.88;
- amplada 400 mm: R = 0.4 / 0.16 = 2.50.
Per materials d'aïllament i blocs de finestres, es poden donar tant el coeficient de conductivitat tèrmica com el coeficient de resistència a la transferència de calor.
Si l'estructura de tancament consta de diversos materials, en determinar el coeficient de resistència a la transferència de calor de tot el "pastís", es resumeixen els coeficients de les seves capes individuals.
Exemple. El mur està construït amb blocs de formigó cel·lular (λb = 0,16), gruix 300 mm. Està aïllat per l'exterior escuma de poliestirè extruït (λpàg = 0,03) 50 mm de gruix, i l'interior està folrat amb tauleta (λv = 0,18), 20 mm de gruix.
Ara podeu calcular el coeficient total de resistència a la transferència de calor:
R = 0.3 / 0.16 + 0.05 / 0.03 + 0.02 / 0.18 = 1.88 + 1.66 + 0.11 = 3.65.
Es pot descuidar la contribució de capes que són insignificants pel que fa al paràmetre "estalvi de calor".
Càlcul de les pèrdues de calor a través de l'envoltant de l'edifici
Pèrdua de calor Q (W) a través d'una superfície homogènia es pot calcular de la següent manera:
Q = S × dT / R,
On:
- S – àrea de la superfície a considerar (m2);
- dT – diferència de temperatura entre l'aire dins i fora de l'habitació (°C);
- R – coeficient de resistència a la transferència de calor de la superfície (m2 * °C/W).
Per determinar l'indicador total de totes les pèrdues de calor, seguiu els passos següents:
- seleccionar àrees que siguin homogènies pel que fa al coeficient de resistència a la transferència de calor;
- calcular les seves àrees;
- determinar indicadors de resistència tèrmica;
- calcular la pèrdua de calor per a cada secció;
- resumir els valors obtinguts.
Exemple. Habitació cantonera de 3×4 metres a la planta superior amb un espai fred de golfes. L'alçada final del sostre és de 2,7 metres. Hi ha 2 finestres, de 1 × 1,5 m.
Trobem la pèrdua de calor a través del perímetre a una temperatura de l'aire dins de "+25 °С" i fora - "–15 °С":
- Seleccionem zones homogènies pel que fa al coeficient de resistència: sostre, paret, finestres.
- Zona del sostre SP = 3 × 4 = 12 m2. Zona de finestres SO = 2 × (1 × 1,5) = 3 m2. Zona de paret SAmb = (3 + 4) × 2.7 – SO = 29,4 m2.
- El coeficient de resistència tèrmica del sostre està compost pel sostre (tauler de 0,025 m de gruix), aïllament (lloses de llana mineral de 0,10 m de gruix) i el terra de fusta de l'àtic (fusta i fusta contraxapada amb un gruix total de 0,05 m): RP = 0,025 / 0,18 + 0,1 / 0,037 + 0,05 / 0,18 = 3,12. Per a les finestres, el valor es treu del passaport d'una finestra de doble vidre: RO = 0,50. Per a un mur construït com a l'exemple anterior: RAmb = 3.65.
- QP = 12 × 40 / 3,12 = 154 W. QO = 3 × 40 / 0,50 = 240 W. QAmb = 29,4 × 40 / 3,65 = 322 W.
- Pèrdua general de calor de la sala model a través de l'envoltant de l'edifici Q = QP + QO + QAmb = 716 W.
El càlcul mitjançant les fórmules anteriors dóna una bona aproximació, sempre que el material compleixi les qualitats de conductivitat tèrmica declarades i no hi hagi errors que es puguin cometre durant la construcció. El problema també pot ser l'envelliment dels materials i l'estructura de la casa en el seu conjunt.
Geometria típica de parets i cobertes
A l'hora de determinar la pèrdua de calor, s'acostuma a prendre els paràmetres lineals (longitud i alçada) d'una estructura interna més que externa. És a dir, quan es calcula la transferència de calor a través d'un material, es té en compte l'àrea de contacte de l'aire calent en lloc de l'aire fred.
Així, per exemple, amb unes dimensions de la casa de 8 × 10 metres i un gruix de paret de 0,3 metres, el perímetre intern Pint = (9,4 + 7,4) × 2 = 33,6 m, i l'exterior Pextern = (8 + 10) × 2 = 36 m.
El sostre interplanta sol tenir un gruix de 0,20 a 0,30 m. Per tant, l'alçada de les dues plantes des del terra de la primera fins al sostre de la segona des de l'exterior serà igual. Hextern = 2,7 + 0,2 + 2,7 = 5,6 m. Si afegiu només l'alçada final, obtindreu un valor més petit: Hint = 2,7 + 2,7 = 5,4 m El sostre entre terra, a diferència de les parets, no té la funció d'aïllament, de manera que per als càlculs cal prendre Hextern.
Per a cases de dues plantes amb unes dimensions d'uns 200 m2 la diferència entre l'àrea de les parets interior i exterior és del 6 al 9%. De la mateixa manera, les dimensions internes tenen en compte els paràmetres geomètrics del sostre i el sostre.
El càlcul de l'àrea de la paret per a cases de camp amb geometria senzilla és elemental, ja que els fragments consisteixen en seccions rectangulars i gablets d'espais golfes i golfes.
Quan es calcula la pèrdua de calor a través d'un sostre, en la majoria dels casos n'hi ha prou amb aplicar fórmules per trobar les àrees d'un triangle, rectangle i trapezi.
L'àrea del sostre posat no es pot tenir en compte a l'hora de determinar la pèrdua de calor, ja que també va als voladissos, que no es tenen en compte a la fórmula. A més, sovint el material (per exemple, feltre de coberta o xapa galvanitzada perfilada) es col·loca amb una lleugera superposició.
La geometria rectangular de les finestres tampoc provoca problemes en els càlculs. Si les finestres de doble vidre tenen una forma complexa, la seva àrea no es pot calcular, però es pot esbrinar al passaport del producte.
Pèrdua de calor a través del sòl i la base
El càlcul de la pèrdua de calor al sòl a través del terra de la planta inferior, així com a través de les parets i el terra del soterrani, es calcula d'acord amb les regles prescrites a l'annex "E" de la SP 50.13330.2012. El fet és que la velocitat de propagació de la calor al sòl és molt menor que a l'atmosfera, de manera que els sòls també es poden classificar condicionalment com a materials aïllants.
Però com que tendeixen a congelar-se, la superfície del sòl es divideix en 4 zones. L'amplada dels tres primers és de 2 metres, i el quart inclou la part restant.
Per a cada zona, es determina el coeficient de resistència a la transferència de calor afegit pel sòl:
- zona 1: R1 = 2.1;
- zona 2: R2 = 4.3;
- zona 3: R3 = 8.6;
- zona 4: R4 = 14.2.
Si els sòls estan aïllats, a continuació, per determinar el coeficient global de resistència tèrmica, s'afegeixen els indicadors d'aïllament i sòl.
Exemple. Que una casa amb unes dimensions exteriors de 10 × 8 m i un gruix de paret de 0,3 metres tingui un soterrani amb una profunditat de 2,7 metres. El seu sostre es troba a ras de terra. Cal calcular la pèrdua de calor al sòl a una temperatura de l'aire intern de "+25 °C" i una temperatura de l'aire exterior de "-15 °C".
Que les parets siguin de blocs FBS de 40 cm de gruix (λf = 1,69). L'interior està folrat amb taules de 4 cm de gruix (λd = 0,18). El soterrani està farcit de formigó d'argila expandida de 12 cm de gruix (λA = 0,70). Aleshores, el coeficient de resistència tèrmica de les parets del sòcol és: RAmb = 0,4 / 1,69 + 0,04 / 0,18 = 0,46, i el sòl RP = 0.12 / 0.70 = 0.17.
Les dimensions interiors de la casa seran de 9,4 × 7,4 metres.
Calculem les àrees i els coeficients de resistència a la transferència de calor per zona:
- La zona 1 només va per la paret. Té un perímetre de 33,6 m i una alçada de 2 m. Per tant S1 = 33.6 × 2 = 67.2. Rz1 = RAmb + R1 = 0.46 + 2.1 = 2.56.
- Zona 2 al llarg de la paret. Té un perímetre de 33,6 m i una alçada de 0,7 m. Per tant S2c = 33.6 × 0.7 = 23.52. Rz2s = RAmb + R2 = 0.46 + 4.3 = 4.76.
- Zona 2 per planta. S2p = 9.4 × 7.4 – 6.8 × 4.8 = 36.92. Rz2p = RP + R2 = 0.17 + 4.3 = 4.47.
- La zona 3 només va a terra. S3 = 6.8 × 4.8 – 2.8 × 0.8 = 30.4. Rz3 = RP + R3 = 0.17 + 8.6 = 8.77.
- La zona 4 només va a terra. S4 = 2.8 × 0.8 = 2.24. Rz4 = RP + R4 = 0.17 + 14.2 = 14.37.
Pèrdua de calor del soterrani Q = (S1 / Rz1 + S2c / Rz2s + S2p / Rz2p + S3 / Rz3 + S4 / Rz4) × dT = (26,25 + 4,94 + 8,26 + 3,47 + 0,16) × 40 = 1723 W.
Comptabilització de locals sense calefacció
Sovint, quan es calcula la pèrdua de calor, es produeix una situació quan la casa té una habitació sense calefacció però aïllada. En aquest cas, la transferència d'energia es produeix en dues etapes. Considerem aquesta situació utilitzant l'exemple d'un àtic.
El principal problema és que la superfície entre l'àtic i la planta superior és diferent de la coberta i les dues aigües. En aquest cas, cal utilitzar la condició d'equilibri de transferència de calor Q1 = Q2.
També es pot escriure de la següent manera:
K1 ×(T1 – T#) = K2 ×(T# – T2),
On:
- K1 = S1 / R1 + … + Sn / Rn per cobrir entre la part càlida de la casa i la cambra freda;
- K2 = S1 / R1 + … + Sn / Rn per fer pont entre una cambra frigorífica i el carrer.
A partir de la igualtat de transferència de calor, trobem la temperatura que s'establirà en una cambra frigorífica a valors coneguts a la casa i a l'exterior. T# = (K1 × T1 + K2 × T2) / (K1 + K2). Després d'això, substituïm el valor a la fórmula i trobem la pèrdua de calor.
Exemple. Que la mida interna de la casa sigui de 8 x 10 metres. Angle del sostre - 30°. La temperatura de l'aire interior és "+25 °C" i l'exterior - "-15 °C".
Calculem el coeficient de resistència tèrmica del sostre com a l'exemple donat a l'apartat de càlcul de la pèrdua de calor a través de les envoltants de l'edifici: RP = 3,65. L'àrea de superposició és de 80 m2, Aixo es perqué K1 = 80 / 3.65 = 21.92.
Zona coberta S1 = (10 × 8) / cos(30) = 92,38. Calculem el coeficient de resistència tèrmica tenint en compte el gruix de la fusta (revestiment i acabat - 50 mm) i la llana mineral (10 cm): R1 = 2.98.
Zona de la finestra per a gablet S2 = 1,5.Per a una finestra ordinària de doble vidre de dues cambres, resistència tèrmica R2 = 0,4. Calcula l'àrea del frontó amb la fórmula: S3 = 82 × tg(30) / 4 – S2 = 7,74. El coeficient de resistència a la transferència de calor és el mateix que el del sostre: R3 = 2.98.
Calculem el coeficient per al sostre (sense oblidar que el nombre de frontons és dos):
K2 = S1 / R1 + 2 × (S2 / R2 + S3 / R3) = 92.38 / 2.98 + 2 × (1.5 / 0.4 + 7.74 / 2.98) = 43.69.
Calculem la temperatura de l'aire a l'àtic:
T# = (21,92 × 25 + 43,69 × (–15)) / (21,92 + 43,69) = –1,64 °C.
Substituïm el valor obtingut en qualsevol de les fórmules per calcular la pèrdua de calor (suposant que són iguals en equilibri) i obtenim el resultat desitjat:
Q1 = K1 × (T1 – T#) = 21,92 × (25 – (–1,64)) = 584 W.
Refrigeració per ventilació
S'instal·la un sistema de ventilació per mantenir un microclima normal a la casa. Això condueix al flux d'aire fred a l'habitació, que també s'ha de tenir en compte a l'hora de calcular la pèrdua de calor.
Els requisits per al volum de ventilació s'especifiquen en diversos documents reguladors. En dissenyar el sistema interior d'una casa de camp, primer de tot, cal tenir en compte els requisits de §7 SNiP 41-01-2003 i §4 SanPiN 2.1.2.2645-10.
Com que la unitat de mesura generalment acceptada de la pèrdua de calor és el watt, la capacitat calorífica de l'aire c (kJ / kg × °C) s'ha de reduir a la dimensió "W × h / kg × °C". Per a l'aire a nivell del mar podem prendre el valor c = 0,28 W × h / kg × ° C.
Com que el volum de ventilació es mesura en metres cúbics per hora, també cal conèixer la densitat de l'aire q (kg/m3). A pressió atmosfèrica normal i humitat mitjana, aquest valor es pot prendre com q = 1,30 kg/m3.
El consum d'energia per compensar la pèrdua de calor a causa de la ventilació es pot calcular mitjançant la fórmula següent:
Q = L × q × c × dT = 0,364 × L × dT,
On:
- L - Flux d'aire (m3 / h);
- dT – diferència de temperatura entre l'aire ambient i l'entrada (°C).
Si l'aire fred entra directament a la casa, llavors:
dT = T1 – T2,
On:
- T1 - temperatura interior;
- T2 - temperatura exterior.
Però per a objectes grans el sistema de ventilació normalment integrar un recuperador (termocambiador). Permet estalviar significativament els recursos energètics, ja que l'escalfament parcial de l'aire d'entrada es produeix a causa de la temperatura del flux de sortida.
L'eficàcia d'aquests dispositius es mesura en la seva eficiència k (%). En aquest cas, la fórmula anterior tindrà la forma:
dT = (T1 – T2) × (1 – k / 100).
Càlcul del consum de gas
Saber pèrdua total de calor, podeu calcular simplement el consum necessari de gas natural o liquat per escalfar una casa amb una superfície de 200 m2.
La quantitat d'energia alliberada, a més del volum de combustible, es veu afectada pel seu poder calorífic. Per al gas, aquest indicador depèn de la humitat i la composició química de la mescla subministrada. Hi ha més alts (Hh) i inferior (Hl) poder calorífic.
Per calcular el volum de combustible que es garanteix suficient per a la calefacció, es substitueix a la fórmula el valor del poder calorífic inferior, que es pot obtenir del proveïdor de gas. La unitat estàndard per mesurar el poder calorífic és "mJ/m"3" o "mJ/kg". Però com que les unitats de mesura tant de la potència de la caldera com de la pèrdua de calor funcionen amb watts, no joules, cal realitzar una conversió, tenint en compte que 1 mJ = 278 W × h.
Si es desconeix el valor del poder calorífic inferior de la mescla, es permet prendre les xifres mitjanes següents:
- per al gas natural Hl = 9,3 kW × h/m3;
- per a gas liquat Hl = 12,6 kW × h / kg.
Un altre indicador necessari per als càlculs és l'eficiència de la caldera K. Normalment es mesura com a percentatge. La fórmula final del consum de gas durant un període de temps E h) té la forma següent:
V = Q × E / (Hl × K / 100).
El període en què s'activa la calefacció centralitzada a les cases està determinat per la temperatura mitjana diària de l'aire.
Si durant els darrers cinc dies no supera els "+ 8 °C", segons el Decret del Govern de la Federació Russa núm. 307 de 13 de maig de 2006, s'ha de garantir el subministrament de calor a la casa. Per a les cases particulars amb calefacció autònoma, aquestes xifres també s'utilitzen per calcular el consum de combustible.
Les dades exactes sobre el nombre de dies amb una temperatura no superior a "+ 8 ° C" per a la zona on es va construir la casa es poden trobar a la sucursal local del Centre Hidrometeorològic.
Si la casa es troba a prop d'una gran zona poblada, és més fàcil utilitzar la taula. 1. SNiP 23-01-99 (columna núm. 11). Multiplicant aquest valor per 24 (hores per dia) obtenim el paràmetre E de l'equació de càlcul del flux de gas.
Si el volum d'entrada d'aire i la temperatura a l'interior del local són constants (o amb petites fluctuacions), la pèrdua de calor tant a través de l'envoltant de l'edifici com a causa de la ventilació del local serà directament proporcional a la temperatura de l'aire exterior.
Per tant, pel paràmetre T2 a les equacions per calcular la pèrdua de calor, podeu prendre el valor de la columna núm. 12 de la taula. 1. SNiP 23-01-99.
Exemple per a una casa rural a 200 m2
Calculem el consum de gas per a una casa de camp a prop de Rostov-on-Don. Durada del període de calefacció: E = 171 × 24 = 4104 hores Temperatura exterior mitjana T2 = – 0,6 °С. Temperatura desitjada a la casa: T1 = 24 °C.
Pas 1. Calculem la pèrdua de calor pel perímetre sense tenir en compte el garatge.
Per fer-ho, seleccionem zones homogènies:
- Finestra. Hi ha un total de 9 finestres d'1,6 × 1,8 m, una finestra de 1,0 × 1,8 m i 2,5 finestres rodones amb una superfície de 0,38 m.2 cadascun. Àrea total de la finestra: Sfinestra = 28,60 m2. Segons el passaport del producte Rfinestra = 0,55. Aleshores Qfinestra = 1279 W.
- Portes. Hi ha 2 portes aïllades de 0,9 x 2,0 m. La seva superfície és: Sportes = 3,6 m2. Segons el passaport del producte Rportes = 1,45. Aleshores Qportes = 61 W.
- Paret en blanc. Tram “ABVGD”: 36,1 × 4,8 = 173,28 m2. Tram “SÍ”: 8,7 × 1,5 = 13,05 m2. Tram "DEZH": 18,06 m2. Superfície a dues aigües del terrat: 8,7 × 5,4 / 2 = 23,49. Àrea total de la paret en blanc: Sparet = 251.37 – Sfinestra – Sportes = 219,17 m2. Els murs són de formigó cel·lular de 40 cm de gruix i maons de parament buit. Rparets = 2,50 + 0,63 = 3,13. Aleshores Qparets = 1723 W.
Pèrdua total de calor pel perímetre:
Qperim = Qfinestra + Qportes + Qparets = 3063 W.
Pas 2. Calculem la pèrdua de calor a través del sostre.
L'aïllament és de torn massís (35 mm), llana mineral (10 cm) i folre (15 mm). Rteulades = 2,98. Superfície del terrat per sobre de l'edifici principal: 2 × 10 × 5,55 = 111 m2, i per sobre de la sala de calderes: 2,7 × 4,47 = 12,07 m2. Total Steulades = 123,07 m2. Aleshores Qteulades = 1016 W.
Pas 3. Calculem la pèrdua de calor pel terra.
La resistència a la transferència de calor la proporcionen taules de sòl rugós i fusta contraxapada sota el laminat (5 cm en total), així com l'aïllament de basalt (5 cm). Rgènere = 1,72. Aleshores, la pèrdua de calor a través del terra serà igual a:
Qpis = (S1 / (Rpis + 2.1) + S2 / (Rpis + 4.3) + S3 / (Rpis + 2.1)) × dT = 546 W.
Pas 4. Calculem la pèrdua de calor a través d'un garatge fred. El seu terra no està aïllat.
La calor penetra des d'una casa climatitzada de dues maneres:
- A través d'un mur de càrrega. S1 = 28.71, R1 = 3.13.
- A través de la partició de maó amb la sala de calderes. S2 = 11.31, R2 = 0.89.
Obtenim K1 = S1 / R1 + S2 / R2 = 21.88.
La calor s'escapa del garatge a l'exterior de la següent manera:
- A través de la finestra. S1 = 0.38, R1 = 0.55.
- A través de la porta. S2 = 6.25, R2 = 1.05.
- A través de la paret. S3 = 19.68, R3 = 3.13.
- A través del terrat. S4 = 23.89, R4 = 2.98.
- A través del terra Zona 1. S5 = 17.50, R5 = 2.1.
- A través del terra Zona 2. S6 = 9.10, R6 = 4.3.
Obtenim K2 = S1 / R1 + … + S6 / R6 = 31.40
Calculem la temperatura al garatge, subjecte a l'equilibri de la transferència de calor: T# = 9,2 °C. Aleshores la pèrdua de calor serà igual a: Qgaratge = 324 W.
Pas 5. Calculem la pèrdua de calor per la ventilació.
Que el volum de ventilació calculat per a una casa de camp amb 6 persones que hi viuen sigui igual a 440 m3/hores. El sistema disposa d'un recuperador amb una eficiència del 50%. En aquestes condicions de pèrdua de calor: Qventilació = 1970 W.
Pas. 6. Determinem la pèrdua total de calor sumant tots els valors locals: Q = 6919 W.
Pas 7 Calculem el volum de gas necessari per escalfar una casa model a l'hivern amb una eficiència de la caldera del 92%:
- Gas Natural. V = 3319 m3.
- Gas liquat. V = 2450 kg.
Després dels càlculs, podeu analitzar els costos financers de la calefacció i la viabilitat de les inversions destinades a reduir les pèrdues de calor.
Conclusions i vídeo útil sobre el tema
Conductivitat tèrmica i resistència a la transferència de calor dels materials. Regles de càlcul per a parets, sostre i terra:
La part més difícil dels càlculs per determinar el volum de gas necessari per a la calefacció és trobar la pèrdua de calor de l'objecte escalfat. Aquí, primer de tot, cal tenir en compte els càlculs geomètrics.
Si els costos financers de la calefacció semblen excessius, hauríeu de pensar en un aïllament addicional de la casa. A més, els càlculs de pèrdua de calor mostren clarament l'estructura de congelació.
Si us plau, deixeu comentaris al bloc següent, feu preguntes sobre punts poc clars o interessants i publiqueu fotos relacionades amb el tema de l'article. Comparteix la teva pròpia experiència en la realització de càlculs per determinar els costos de calefacció. És possible que el vostre consell sigui molt útil per als visitants del lloc.