Consum de gas per escalfar una casa de 200 m²: determinació dels costos quan s’utilitza combustible principal i embotellat
Els propietaris de cases rurals mitjanes i grans han de planificar el cost del manteniment de l’habitatge. Per tant, sovint sorgeix la tasca de calcular el consum de gas per escalfar una casa a 200 m2 o àrea més gran. L’arquitectura original normalment no permet utilitzar el mètode d’analogies i trobar càlculs preparats.
Tot i això, no cal pagar diners per solucionar aquest problema. Tots els càlculs es poden fer de manera independent. Això requerirà un coneixement de determinades normatives, així com una comprensió de la física i la geometria a nivell escolar.
Us ajudarem a esbrinar aquest problema vital per a un economista de la llar. Us mostrarem per quines fórmules es fan els càlculs, quines característiques heu de conèixer per obtenir el resultat. L’article que hem presentat proporciona exemples sobre els quals serà més fàcil fer el vostre propi càlcul.
El contingut de l'article:
Trobar el valor de la pèrdua d’energia
Per determinar la quantitat d’energia que perd una casa, cal conèixer les característiques climàtiques de la zona, la conductivitat tèrmica dels materials i les taxes de ventilació. I per calcular el volum de gas necessari, n’hi ha prou de conèixer el seu valor calorífic. El més important d’aquest treball és l’atenció al detall.
La calefacció d’un edifici ha de compensar la pèrdua de calor que es produeix per dos motius principals: les fuites de calor al voltant del perímetre de la casa i l’afluència d’aire fred a través del sistema de ventilació. Ambdós processos es descriuen mitjançant fórmules matemàtiques, segons les quals es poden realitzar càlculs de forma independent.
Conductivitat tèrmica i resistència tèrmica del material
Qualsevol material pot conduir calor. La intensitat de la seva transmissió s’expressa mitjançant el coeficient de conductivitat tèrmica λ (W / (m × ° C)). Com més baixa sigui, millor es protegeix l'estructura de les glaçades a l'hivern.
Tot i això, els edificis es poden plegar o aïllar amb materials de diversos gruixos. Per tant, en els càlculs pràctics, s'utilitza el coeficient de resistència de transferència de calor:
R (m2 × ° C / W)
S'associa a la conductivitat tèrmica de la següent fórmula:
R = h / λ,
on h - gruix del material (m).
Un exemple. Determinem el coeficient de resistència a la transferència de calor de diferents blocs de formigó airejat d'amplada de la marca D700 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 als blocs de finestres es pot 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, es determinaran els coeficients de les seves capes a l'hora de determinar el coeficient de resistència a la transferència de calor de tot el "pastís".
Un exemple. El mur està construït amb blocs de formigó airejat (λb = 0,16), de 300 mm de gruix. A l'exterior queda aïllat escuma de poliestirè extruït (λpàg = 0,03) 50 mm de gruix i folrat amb folre per dins (λv = 0,18), de 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 deixar de banda la contribució de capes insignificants en el paràmetre “estalvi de calor”.
Càlcul de pèrdues de calor mitjançant sobres de l’edifici
Pèrdua de calor P (W) mitjançant una superfície homogènia es pot calcular de la següent manera:
Q = S × dT / R,
on:
- S - àrea de la superfície considerada (m2);
- dT - diferència de temperatura entre l’aire dins i fora de l’habitació (° C);
- R - coeficient de transferència de calor superficial (m2 * ° C / W).
Per determinar l'indicador total de totes les pèrdues de calor, realitzeu les accions següents:
- assignar àrees que siguin uniformes en el coeficient de resistència a la transferència de calor;
- calcula la seva àrea;
- determinar els indicadors de resistència tèrmica;
- calcular la pèrdua de calor per a cadascun dels llocs;
- resumeix els valors obtinguts.
Un exemple. Habitació cantonera de 3 × 4 metres a la planta superior amb un golfes fredes. 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 de “–15 ° С”:
- Seleccionem seccions uniformes en coeficient de resistència: sostre, paret, finestres.
- Zona de sostre Sn = 3 × 4 = 12 m2. Àrea de la finestra Ssobre = 2 × (1 × 1,5) = 3 m2. Zona de paret Samb = (3 + 4) × 2.7 – Ssobre = 29,4 m2.
- El coeficient de resistència tèrmica del sostre està compost per l’índex de superposició (gruix de tauler de 0,025 m), l’aïllament (lloses de llana mineral 0,10 m de gruix) i el terra de fusta de les golfes (fusta i contraplacat amb un gruix total de 0,05 m): Rn = 0,025 / 0,18 + 0,1 / 0,037 + 0,05 / 0,18 = 3,12. Per a les finestres, el valor s'extreu del passaport d'una finestra de doble vidre de dues cambres: Rsobre = 0,50. Per a una paret plegada com en l'exemple anterior: Ramb = 3.65.
- Pn = 12 × 40 / 3,12 = 154 vats. Psobre = 3 × 40 / 0,50 = 240 vats. Pamb = 29,4 × 40 / 3,65 = 322 W
- Pèrdua general de calor de la sala model a través del sobre de l’edifici P = Pn + Psobre + Pamb = 716 watts.
El càlcul mitjançant les fórmules anteriors permet obtenir una bona aproximació, sempre que el material compleixi la conductivitat tèrmica indicada i no es produeixin errors en la construcció. Un problema també pot ser l’envelliment dels materials i l’estructura de la casa en general.
Geometria típica de la paret i la coberta
Els paràmetres lineals (longitud i alçada) de l'estructura per determinar pèrdues de calor solen adoptar-se en lloc de externs. És a dir, quan es calcula la transferència de calor a través del material, es té en compte l’àrea de contacte de l’aire càlid i no fred.
Així, per exemple, quan les dimensions de la casa són 8 × 10 metres i el gruix de la paret és de 0,3 metres, el perímetre interior Pàgint = (9,4 + 7,4) × 2 = 33,6 m, i l'exterior Pàga fora = (8 + 10) × 2 = 36 m.
El solapament de l'interior té normalment un gruix de 0,20 a 0,30 m. Per tant, l'alçada de dos pisos des del sòl del primer fins al sostre del segon des de l'exterior serà igual a Ha fora = 2,7 + 0,2 + 2,7 = 5,6 m. Si només sumes l'alçada final, obtindreu un valor inferior: Hint = 2,7 + 2,7 = 5,4 m. La superposició de sòls, a diferència de les parets, no exerceix la funció d’aïllament, per tant, per als càlculs, cal que Ha fora.
Per a cases de dues plantes amb unes dimensions d’uns 200 m2 la diferència entre l’àrea de les parets dins i fora és del 6 al 9%. Igualment, en termes de dimensions interiors, es tenen en compte els paràmetres geomètrics de la coberta i els sòls.
El càlcul de la superfície de paret per a cases rurals senzilles en geometria és elemental, ja que els fragments consisteixen en seccions rectangulars i frontons de les golfes i les golfes.
Quan es calcula la pèrdua de calor pel sostre en la majoria dels casos, n’hi ha prou amb aplicar fórmules per trobar les àrees d’un triangle, un rectangle i un trapezi.
La superfície del sostre establert no es pot prendre en determinar les pèrdues de calor, ja que també passa a les sobretensions que no es tenen en compte en la fórmula. A més, sovint el material (per exemple, sostres o xapa galvanitzada perfilada) es col·loca amb un lleuger solapament.
La geometria rectangular de les finestres tampoc causa problemes en els càlculs. Si les finestres de doble vidre tenen una forma complexa, llavors la seva àrea no es pot calcular, sinó obtinguda del passaport de producte.
Pèrdua de calor pel sòl i fonament
El càlcul de pèrdues de calor al sòl a través del sòl del pis inferior, així com a través de les parets i el sòl del soterrani, es considera d’acord amb les regles prescrites a l’annex “E” SP 50.13330.2012. El fet és que la taxa de propagació de calor a la terra és molt inferior a l’atmosfera, per tant, els sòls també es poden atribuir condicionalment al material aïllant.
Però com que es caracteritzen per la congelació, el sòl està dividit en 4 zones. L’amplada dels tres primers és de 2 metres i la resta es fa referència al quart.
Per a cada zona, determineu el coeficient de resistència a la transferència de calor, que afegeix sòl:
- zona 1: R1 = 2.1;
- zona 2: R2 = 4.3;
- zona 3: R3 = 8.6;
- zona 4: R4 = 14.2.
Si els terres estan aïllatsA continuació, per determinar el coeficient total de resistència tèrmica se sumen els indicadors d’aïllament i sòl.
Un exemple. Suposem que una casa de dimensions exteriors de 10 × 8 m i un gruix de paret de 0,3 metres té un soterrani amb una profunditat de 2,7 metres. El seu sostre està situat al nivell del sòl. Cal calcular la pèrdua de calor del sòl a una temperatura interna de “+25 ° C” i una temperatura externa de “-15 ° C”.
Que les parets siguin de blocs FBS de 40 cm de gruix (λf = 1,69). A l'interior, es retallen amb un tauler de 4 cm de gruix (λd = 0,18). El soterrani s’aboca amb formigó de fang expandit de 12 cm de gruix (λa = 0,70). A continuació, el coeficient de resistència tèrmica de les parets del soterrani: Ramb = 0,4 / 1,69 + 0,04 / 0,18 = 0,46, i el pis Rn = 0.12 / 0.70 = 0.17.
Les dimensions internes de la casa seran de 9,4 × 7,4 metres.
Calculem les àrees i els coeficients de resistència a la transferència de calor per zones:
- La zona 1 discorre només per la paret. Té un perímetre de 33,6 m i una alçada de 2 m. Per tant S1 = 33.6 × 2 = 67.2. Rs1 = Ramb + R1 = 0.46 + 2.1 = 2.56.
- Zona 2 a 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 al pis. S2p = 9.4 × 7.4 – 6.8 × 4.8 = 36.92. Rz2p = Rn + R2 = 0.17 + 4.3 = 4.47.
- La zona 3 només està a terra. S3 = 6.8 × 4.8 – 2.8 × 0.8 = 30.4. Rh3 = Rn + R3 = 0.17 + 8.6 = 8.77.
- La zona 4 només està a terra. S4 = 2.8 × 0.8 = 2.24. Rs4 = Rn + R4 = 0.17 + 14.2 = 14.37.
Pèrdua de calor a la planta baixa Q = (S1 / Rs1 + S2c / Rz2s + S2p / Rz2p + S3 / Rh3 + S4 / Rs4) × dT = (26,25 + 4,94 + 8,26 + 3,47 + 0,16) × 40 = 1723 W
Comptabilitat de locals no climatitzats
Sovint, quan es calcula una pèrdua de calor, es produeix una situació quan la casa té una habitació no climatitzada, però aïllada. En aquest cas, la transferència d’energia es produeix en dues etapes. Considereu aquesta situació a les golfes.
El principal problema és que l’àrea de superposició entre les golfes i la planta superior és diferent de la zona del terrat i dels gables. En aquest cas, cal utilitzar la condició d'equilibri de transferència de calor P1 = P2.
També es pot escriure de la següent manera:
K1 × (T1 - T#) = K2 × (T# - T2),
on:
- K1 = S1 / R1 + … + Sn / Rn per solapar-se entre la part càlida de la casa i la cambra freda;
- K2 = S1 / R1 + … + Sn / Rn per sobreposar-se entre una habitació freda i el carrer.
A partir de la igualtat de la transferència de calor, trobem la temperatura que s’establirà en una habitació freda amb valors coneguts a la casa i al carrer. T# = (K1 × T1 + K2 × T2) / (K1 + K2) Després d'això, substituïm el valor de la fórmula i trobem la pèrdua de calor.
Un exemple. Que la mida interna de la casa sigui de 8 x 10 metres. L’angle del sostre és de 30 °. La temperatura de l'aire a les habitacions és de "+25 ° С", i fora de "-15 ° С".
El coeficient de resistència tèrmica del sostre es calcula com en l’exemple que es proporciona a l’apartat per calcular les pèrdues de calor mitjançant sobres de l’edifici: Rn = 3,65 La superfície de solapament és de 80 m2per tant K1 = 80 / 3.65 = 21.92.
Zona del terrat S1 = (10 × 8) / cos(30) = 92,38. Tenim en compte el coeficient de resistència tèrmica, tenint en compte l’espessor de l’arbre (calaix i acabat - 50 mm) i la llana mineral (10 cm): R1 = 2.98.
Zona de la finestra per al frontó S2 = 1,5. Per a una resistència tèrmica ordinària de finestra de doble vidre amb dues cambres R2 = 0,4. L’àrea del frontó es calcula mitjançant 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 de la teulada (sense oblidar que el nombre de frontons és de 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 les golfes:
T# = (21,92 × 25 + 43,69 × (–15)) / (21,92 + 43,69) = –1,64 ° С.
Substituïm el valor obtingut en qualsevol de les fórmules per calcular les pèrdues de calor (si són equilibrats, són iguals) i obtenim el resultat desitjat:
P1 = 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 comporta una entrada 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’expliquen en diversos documents normatius. A l’hora de dissenyar un sistema de casetes interiors, primer cal tenir en compte els requisits del §7 SNiP 41-01-2003 i del §4 SanPiN 2.1.2.2645-10.
Com que el watt és la unitat generalment acceptada per mesurar la pèrdua de calor, la capacitat de calor de l’aire c (kJ / kg × ° C) s'ha de reduir a la dimensió "W × h / kg × ° C". Per a l’aire al nivell del mar, podeu 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 q = 1,30 kg / m3.
El consum d'energia per a la compensació de pèrdues de calor per ventilació es pot calcular mitjançant la següent fórmula:
Q = L × q × c × dT = 0,364 × L × dT,
on:
- L - consum d’aire (m3 / h);
- dT - diferència de temperatura entre l’aire i l’aire entrant (° C).
Si l’aire fred entra a la casa directament, llavors:
dT = T1 - T2,
on:
- T1 - temperatura interior;
- T2 - temperatura exterior.
Però, per a objectes grans del sistema de ventilació, normalment recuperar recuperador (intercanviador de calor). Pot estalviar energia significativament, ja que es produeix un escalfament parcial de l’aire entrant a causa de la temperatura del corrent de sortida.
L’eficàcia d’aquests dispositius es mesura en la seva eficiència k (%) En aquest cas, la fórmula anterior prendrà la forma:
dT = (T1 - T2) × (1 - k / 100).
Càlcul de flux de gas
Saber pèrdua de calor total, simplement podeu calcular 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, està afectada pel seu valor calorífic. Per al gas, aquest indicador depèn de la humitat i de la composició química de la barreja subministrada. Distingiu la més alta (Hh) i baixar (Hl) valor calorífic.
Per calcular la quantitat de combustible que es garanteix que sigui suficient per a la calefacció, se substitueix a la fórmula el menor valor calorífic, que es pot obtenir del proveïdor de gas. La unitat estàndard de valor calorífic és “mJ / m3”O“ mJ / kg ”. Però com que les unitats de mesura i potència de les calderes i pèrdues de calor funcionen amb watts, no amb joules, és necessari realitzar la conversió, ja que 1 mJ = 278 W × h.
Si es desconeix el valor del valor calorífic inferior de la barreja, es pot prendre les xifres mitjanes següents:
- per a 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 en percentatge. La fórmula final del flux de gas durant un període de temps I (h) té la següent forma:
V = Q × E / (Hl × K / 100).
El període d’actuació de la calefacció centralitzada a les cases està determinat per la temperatura mitjana diària de l’aire.
Si durant els últims cinc dies no ha superat "+ 8 ° С", segons el Decret del Govern de la Federació Russa núm. 307 de 13/05/2006, caldrà subministrar calor a la casa. 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 construeix la cabana es poden trobar a la sucursal local del Centre Hidrometeorològic.
Si la casa està situada a prop d’un gran assentament, és més fàcil utilitzar la taula. 1. SNiP 23-01-99 (columna núm. 11). Multiplicant aquest valor per 24 (hores diàries) obtenim el paràmetre I de l'equació per calcular el cabal de gas.
Si el volum d’entrada d’aire i la temperatura dins de les habitacions són constants (o amb lleus fluctuacions), la pèrdua de calor a través de l’embolcall de l’edifici i a causa de la ventilació de les habitacions serà directament proporcional a la temperatura exterior.
Per tant, per 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 de 200 m2
Calculem el consum de gas d’una caseta prop de la ciutat de Rostov-on-Don. Durada del període de calefacció: I = 171 × 24 = 4104 h. Temperatura mitjana del carrer T2 = - 0,6 ° C. 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, seleccioneu seccions homogènies:
- Les finestres. En total, hi ha 9 finestres de 1,6 × 1,8 m de mida, una finestra 1,0 × 1,8 m de mida i 2,5 finestres rodones de 0,38 m de mida.2 cadascú. Àrea total de la finestra: Sfinestres = 28,60 m2. Segons el passaport de productes Rfinestres = 0,55 Aleshores Pfinestres = 1279 watts.
- Portes Hi ha 2 portes aïllades de 0,9 x 2,0 m. La seva superfície: Sla porta = 3,6 m2. Segons el passaport de producte Rla porta = 1,45. Aleshores Pla porta = 61 watts.
- Mur en blanc. Secció "ABVGD": 36,1 × 4,8 = 173,28 m2. Terreny "SÍ": 8,7 × 1,5 = 13,05 m2. Terreny “DEJ”: 18,06 m2. La zona de la coberta de la coberta: 8,7 × 5,4 / 2 = 23,49. Superfície total de la paret en blanc: Sla paret = 251.37 – Sfinestres – Sla porta = 219,17 m2. Les parets són de formigó airejat de 40 cm de gruix i maons orientats a buits. Rles parets = 2,50 + 0,63 = 3,13. Aleshores Ples parets = 1723 W.
Pèrdua de calor total pel perímetre:
Pperim = Pfinestres + Pla porta + Ples parets = 3063 watts
Pas 2 Calculem la pèrdua de calor pel sostre.
L’aïllament és una cala contínua (35 mm), llana mineral (10 cm) i folre (15 mm). Rel terrat = 2,98. Superfície del terrat per sobre de l'edifici principal: 2 × 10 × 5,55 = 111 m2i per sobre de la sala de la caldera: 2,7 × 4,47 = 12,07 m2. Total Sel terrat = 123.07 m2. Aleshores Pel terrat = 1016 watts.
Pas 3 Calcula la pèrdua de calor pel sòl.
La resistència a la transferència de calor la proporcionen els taulers del paviment rugós i contraplacat sota el laminat (5 cm en total), així com l'aïllament de basalt (5 cm). Rgènere = 1,72. Llavors, la pèrdua de calor a través del sòl serà igual a:
Pgènere = (S1 / (Rgènere + 2.1) + S2 / (Rgènere + 4.3) + S3 / (Rgènere + 2.1)) × dT = 546 watts.
Pas 4 Calculem la pèrdua de calor mitjançant un garatge fred. El seu sòl no està aïllat.
Des d’una casa climatitzada, la calor penetra de dues maneres:
- A través de la paret del coixinet. S1 = 28.71, R1 = 3.13.
- A través d’un mur de maó amb una sala de calderes. S2 = 11.31, R2 = 0.89.
Aconseguim K1 = S1 / R1 + S2 / R2 = 21.88.
Des del garatge, la calor surt de la següent manera:
- Per la finestra. S1 = 0.38, R1 = 0.55.
- Per la porta. S2 = 6.25, R2 = 1.05.
- Per la paret. S3 = 19.68, R3 = 3.13.
- Pel 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.
Aconseguim K2 = S1 / R1 + … + S6 / R6 = 31.40
Calculem la temperatura al garatge, subjecte al saldo de la transferència de calor: T# = 9,2 ° C Llavors, la pèrdua de calor serà igual a: Pel garatge = 324 watts.
Pas 5 Calculem la pèrdua de calor per ventilació.
Permet que el volum de ventilació calculat per a una casa així amb 6 persones allotjades allà sigui de 440 m3/ hora Al sistema s’instal·la un recuperador amb una eficiència del 50%. En aquestes condicions, pèrdua de calor: Pventilació = 1970 watts
Pas 6. Determinem la pèrdua de calor total afegint tots els valors locals: P = 6919 watts
Pas 7 Calculem la quantitat de gas necessària per escalfar la 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 la pèrdua de calor.
Conclusions i vídeo útil sobre el tema
Conductivitat tèrmica i resistència a la transferència de calor dels materials. Normes de càlcul de parets, sostre i sòl:
La part més difícil dels càlculs per determinar el volum de gas necessari per escalfar és trobar la pèrdua de calor de l’objecte escalfat. Aquí, primer de tot, cal considerar acuradament els càlculs geomètrics.
Si els costos financers de la calefacció semblen excessius, haureu de pensar en un aïllament addicional de la casa. A més, els càlculs de pèrdua de calor mostren bé l'estructura de congelació.
Deixeu comentaris al bloc següent, feu preguntes sobre punts obscurs i interessants, publiqueu una foto sobre el tema de l'article. Comparteix la teva pròpia experiència en fer càlculs per conèixer el cost de la calefacció. És possible que els vostres consells ajudin molt als visitants del lloc.