Cómo calcular la potencia de una caldera de calefacción de gas: fórmulas y ejemplo de cálculo

Antes de diseñar un sistema de calefacción, instalar equipos de calefacción, es importante elegir una caldera de gas que pueda generar la cantidad de calor necesaria para la habitación. Por lo tanto, es importante elegir un dispositivo de tal potencia que su rendimiento sea lo más alto posible y que el recurso sea grande.

Hablaremos sobre cómo calcular la potencia de una caldera de gas con alta precisión y teniendo en cuenta ciertos parámetros. En el artículo que presentamos, todos los tipos de pérdida de calor a través de aberturas y estructuras de edificios se describen en detalle, se dan fórmulas para su cálculo. Un ejemplo específico presenta las características de la producción de cálculos.

Errores típicos al elegir una caldera

El cálculo correcto de la potencia de la caldera de gas no solo ahorrará en consumibles, sino que también aumentará la eficiencia del dispositivo. El equipo cuya transferencia de calor excede la demanda de calor real no funcionará de manera eficiente cuando, como dispositivo insuficientemente potente, no pueda calentar la habitación adecuadamente.

Existe un moderno equipo automatizado que regula independientemente el suministro de gas, lo que elimina los gastos irrazonables. Pero si dicha caldera hace su trabajo al límite, entonces su vida se reduce.

Como resultado, la eficiencia del equipo disminuye, las piezas se desgastan más rápido y se forma condensación. Por lo tanto, se hace necesario calcular la potencia óptima.

Existe la opinión de que la potencia de la caldera depende únicamente de la superficie de la habitación, y para cualquier hogar el cálculo de 100 W por 1 m2 será óptimo. Por lo tanto, para seleccionar la capacidad de la caldera, por ejemplo, 100 metros cuadrados por casa m, necesitará un equipo que genere 100 * 10 = 10,000 vatios o 10 kW.

Dichos cálculos son fundamentalmente incorrectos en relación con la aparición de nuevos materiales de acabado, aislamiento mejorado, lo que reduce la necesidad de comprar equipos de alta potencia.

La potencia de la caldera de gas se selecciona teniendo en cuenta las características individuales de la casa. El equipo seleccionado correctamente funcionará de la manera más eficiente posible con un consumo mínimo de combustible.

Realizar cálculo de potencia caldera de gas Hay dos formas de calentar: manualmente o utilizando el programa especial Valtec, diseñado para cálculos profesionales de alta precisión.

La potencia requerida del equipo depende directamente de la pérdida de calor de la habitación. Después de conocer la tasa de pérdida de calor, puede calcular la potencia de una caldera de gas o cualquier otro dispositivo de calefacción.

¿Qué es la pérdida de calor de la habitación?

Cualquier habitación tiene ciertas pérdidas de calor. El calor deja paredes, ventanas, pisos, puertas y techos, por lo que la tarea de una caldera de gas es compensar la cantidad de calor que se libera y proporcionar una cierta temperatura en la habitación. Esto requiere una cierta potencia térmica.

Se ha establecido experimentalmente que la mayor cantidad de calor sale a través de las paredes (hasta un 70%). Hasta el 30% de la energía térmica puede salir a través del techo y las ventanas, y hasta el 40% a través del sistema de ventilación. La menor pérdida de calor en la puerta (hasta 6%) y el piso (hasta 15%)

Los siguientes factores afectan la pérdida de calor de una casa.

• La ubicación de la casa. Cada ciudad tiene sus propias características climáticas. En los cálculos de pérdida de calor, es necesario tener en cuenta la característica crítica de temperatura negativa de la región, así como la temperatura promedio y la duración de la temporada de calefacción (para cálculos precisos utilizando el programa).
• La ubicación de las paredes en relación con los puntos cardinales. Se sabe que una rosa de los vientos se encuentra en el lado norte, por lo que la pérdida de calor de la pared ubicada en esta área será mayor. En invierno, sopla un viento frío con gran fuerza desde los lados oeste, norte y este, por lo que la pérdida de calor de estos muros será mayor.
• El área de la habitación climatizada. La cantidad de calor residual depende del tamaño de la habitación, el área de paredes, techos, ventanas, puertas.
• Ingeniería térmica de construcciones de edificios. Cualquier material tiene su propio coeficiente de resistencia térmica y coeficiente de transferencia de calor: la capacidad de pasar a través de una cierta cantidad de calor.Para averiguarlo, debe usar datos tabulares, así como aplicar ciertas fórmulas. La información sobre la composición de paredes, techos, pisos, su grosor se puede encontrar en el plan técnico de la vivienda.
• Ventanas y puertas. Tamaño, modificación de la puerta y ventanas de doble acristalamiento. Cuanto mayor es el área de las aberturas de ventanas y puertas, mayor es la pérdida de calor. Es importante tener en cuenta las características de las puertas instaladas y las ventanas de doble acristalamiento en los cálculos.
• Contabilidad de ventilación. La ventilación siempre existe en la casa, independientemente de la presencia de campanas artificiales. A través de las ventanas abiertas, la habitación se ventila, se crea movimiento de aire cuando las puertas de entrada se cierran y se abren, las personas se mueven de una habitación a otra, lo que contribuye a la salida del aire caliente de la habitación, su circulación.

Conociendo los parámetros anteriores, no solo puede calcular pérdida de calor en casa y determinar la potencia de la caldera, pero también para identificar lugares que necesitan aislamiento adicional.

Fórmulas para calcular la pérdida de calor.

Estas fórmulas se pueden usar para calcular la pérdida de calor no solo de una casa privada, sino también de un departamento. Antes de comenzar los cálculos, es necesario representar el plano del piso, marcar la ubicación de las paredes en relación con los puntos cardinales, designar ventanas, puertas y también calcular las dimensiones de cada pared, ventana y puertas.

Para determinar la pérdida de calor, es necesario conocer la estructura de la pared, así como el grosor de los materiales utilizados. Los cálculos tienen en cuenta la mampostería y el aislamiento.

Al calcular la pérdida de calor, se usan dos fórmulas: usando la primera, se determina el valor de resistencia al calor de la envolvente del edificio, y la segunda se usa para la pérdida de calor.

Para determinar la resistencia al calor, use la expresión:

R = B / K

Aquí:

• R - el valor de la resistencia térmica de las envolventes de edificios, medido en (m²* K) / W.
• K - la conductividad térmica del material del que está hecha la estructura envolvente se mide en W / (m * K).
• En - el espesor del material registrado en metros.

El coeficiente de conductividad térmica K es un parámetro tabular, el espesor B se toma del plan técnico de la casa.

El coeficiente de conductividad térmica es un valor tabular, depende de la densidad y la composición del material, puede diferir de la tabla, por lo que es importante familiarizarse con la documentación técnica del material (+)

La fórmula básica para calcular la pérdida de calor también se usa:

Q = L × S × dT / R

En la expresion:

• Q - pérdida de calor, medida en vatios.
• S - área de paredes (paredes, pisos, techos).
• dT - la diferencia entre la temperatura deseada de interior y exterior, medida y registrada en C.
• R - valor de resistencia térmica de la estructura, m²• C / W, que se encuentra en la fórmula anterior.
• L - coeficiente dependiendo de la orientación de las paredes con respecto a los puntos cardinales.

Con la información necesaria a mano, puede calcular manualmente la pérdida de calor de un edificio.

Ejemplo de cálculo de pérdida de calor

Como ejemplo, calculamos la pérdida de calor de una casa con características específicas.

La figura muestra un plan de casa para el que calcularemos la pérdida de calor. Al trazar un plano individual, es importante determinar correctamente la orientación de las paredes en relación con los puntos cardinales, calcular la altura, el ancho y la longitud de la estructura, así como observar la ubicación de las aberturas de ventanas y puertas, sus tamaños (+)

Según el plan, el ancho de la estructura es de 10 m, la longitud es de 12 m, la altura de los techos es de 2.7 m, las paredes están orientadas hacia el norte, sur, este y oeste. Tres ventanas están integradas en el muro occidental, dos de ellas tienen dimensiones de 1.5x1.7 m, una - 0.6x0.3 m.

Al calcular el techo, se tienen en cuenta la capa de aislamiento, el acabado y el material del techo. No se tienen en cuenta las películas de vapor e impermeabilizantes que no afectan el aislamiento térmico.

Las puertas con dimensiones de 1.3 × 2 m están integradas en el muro sur, también hay una pequeña ventana de 0.5 × 0.3 m. En el lado este hay dos ventanas de 2.1 × 1.5 my una de 1.5 × 1.7 m.

Las paredes constan de tres capas:

• El revestimiento de las paredes del panel de fibra (isoplita) por fuera y por dentro es de 1,2 cm cada una, el coeficiente es de 0,05.
• lana de vidrio ubicada entre las paredes, su grosor es de 10 cm y el coeficiente es de 0.043.

La resistencia térmica de cada pared se calcula por separado, porque tiene en cuenta la ubicación de la estructura en relación con los puntos cardinales, el número y el área de las aberturas. Los resultados del cálculo de la pared se resumen.

El piso es de varias capas, toda el área está hecha de acuerdo con una tecnología, incluye:

• la tabla de corte está ranurada, su grosor es de 3,2 cm, el coeficiente de conductividad térmica es de 0,15.
• Capa de nivelación en seco de aglomerado de 10 cm de espesor con un coeficiente de 0,15.
• aislamiento - lana mineral de 5 cm de espesor, coeficiente 0.039.

Suponga que el piso no tiene escotillas que empeoran la ingeniería térmica. Por lo tanto, el cálculo se realiza para el área de todas las habitaciones de acuerdo con una fórmula única.

Los techos están hechos de:

• Escudos de madera de 4 cm con un coeficiente de 0,15.
• lana mineral 15 cm, su coeficiente es 0.039.
• vapor, capa impermeabilizante.

Suponga que el techo tampoco tiene acceso al ático sobre un cuarto residencial o de servicios públicos.

La casa está ubicada en la región de Bryansk, en la ciudad de Bryansk, donde la temperatura negativa crítica es de -26 grados. Se ha establecido experimentalmente que la temperatura de la tierra es de +8 grados. Temperatura ambiente deseada + 22 grados.

Cálculo de la pérdida de calor de la pared.

Para encontrar la resistencia térmica total de una pared, primero es necesario calcular la resistencia térmica de cada una de sus capas.

La capa de lana de vidrio tiene un grosor de 10 cm. Este valor debe convertirse en metros, es decir:

B = 10 × 0.01 = 0.1

Recibió un valor de B = 0.1. El coeficiente de conductividad térmica del aislamiento térmico es 0.043. Sustituya los datos en la fórmula de resistencia térmica y obtenga:

R_vidrio=0.1/0.043=2.32

Por un ejemplo similar, calculamos la resistencia al calor de la isoplita:

R_isopl=0.012/0.05=0.24

La resistencia térmica total de la pared será igual a la suma de la resistencia térmica de cada capa, dado que tenemos dos capas de tablero de fibra.

R = R_vidrio+ 2 × R_isopl=2.32+2×0.24=2.8

Al determinar la resistencia térmica total de la pared, se puede encontrar la pérdida de calor. Para cada pared se calculan por separado. Calcule Q para el muro norte.

Los coeficientes adicionales permiten tener en cuenta en los cálculos la pérdida de calor de las paredes ubicadas en diferentes partes del mundo.

Según el plan, el muro norte no tiene aberturas de ventana, su longitud es de 10 m, su altura es de 2.7 m. Luego, el área del muro S se calcula mediante la fórmula:

S_{muro norte}=10×2.7=27

Calculamos el parámetro dT. Se sabe que la temperatura ambiente crítica para Bryansk es de -26 grados, y la temperatura ambiente deseada es de +22 grados. Entonces

dT = 22 - (- 26) = 48

Para el lado norte, se tiene en cuenta un coeficiente adicional L = 1.1.

La tabla muestra los coeficientes de conductividad térmica de algunos materiales que se utilizan en la construcción de muros. Como puede ver, la lana mineral pasa la mínima cantidad de calor a través de sí misma, el hormigón armado, el máximo

Después de hacer cálculos preliminares, puede usar la fórmula para calcular la pérdida de calor:

Q_{paredes del norte}= 27 × 48 × 1.1 / 2.8 = 509 (W)

Calculamos la pérdida de calor para el muro occidental. Con base en los datos, se incorporan 3 ventanas, dos de ellas tienen dimensiones de 1.5x1.7 my una - 0.6x0.3 m. Calculamos el área.

S_{muro oeste1}=12×2.7=32.4.

Del área total del muro occidental, es necesario excluir el área de las ventanas, ya que su pérdida de calor será diferente. Para hacer esto, necesitas calcular el área.

S_ventana1=1.5×1.7=2.55

S_ventana2=0.6×0.4=0.24

Para los cálculos de pérdida de calor, utilizaremos el área de la pared sin tener en cuenta el área de las ventanas, es decir:

S_{muro oeste}=32.4-2.55×2-0.24=25.6

Para el lado occidental, el coeficiente incremental es 1.05. Sustituya los datos obtenidos en la fórmula principal para calcular la pérdida de calor.

Q_{muro oeste}=25.6×1.05×48/2.8=461.

Hacemos cálculos similares para el lado este. Aquí hay 3 ventanas, una tiene dimensiones de 1.5x1.7 m, las otras dos - 2.1x1.5 m. Calculamos su área.

S_ventana3=1.5×1.7=2.55

S_ventana4=2.1×1.5=3.15

El área del muro oriental es:

S_{pared este1}=12×2.7=32.4

Del área total del muro restamos los valores del área de las ventanas:

S_{muro este}=32.4-2.55-2×3.15=23.55

El coeficiente adicional para el muro oriental es -1.05. Según los datos, calculamos la pérdida de calor del muro oriental.

Q_{muro este}=1.05×23.55×48/2.8=424

En el muro sur hay una puerta con parámetros de 1.3x2 my una ventana de 0.5x0.3 m. Calculamos su área.

S_ventana5=0.5×0.3=0.15

S_{la puerta}=1.3×2=2.6

El área del muro sur será igual a:

S_{pared sur1}=10×2.7=27

Determinamos el área de la pared excluyendo ventanas y puertas.

S_{paredes del sur}=27-2.6-0.15=24.25

Calculamos la pérdida de calor del muro sur, teniendo en cuenta el coeficiente L = 1.

Q_{paredes del sur}=1×24.25×48/2.80=416

Una vez determinada la pérdida de calor de cada pared, puede encontrar su pérdida de calor total mediante la fórmula:

Q_{las paredes}= Q_{paredes del sur}+ Q_{muro este}+ Q_{muro oeste}+ Q_{paredes del norte}

Sustituyendo los valores, obtenemos:

Q_{las paredes}= 509 + 461 + 424 + 416 = 1810 W

Como resultado, la pérdida de calor de las paredes ascendió a 1810 vatios por hora.

Cálculo de las pérdidas de calor de las ventanas.

Hay 7 ventanas en la casa, tres de ellas tienen dimensiones de 1.5 × 1.7 m, dos - 2.1 × 1.5 m, una - 0.6 × 0.3 my una más - 0.5 × 0.3 m.

Las ventanas con dimensiones de 1.5 × 1.7 m son un perfil de PVC de dos cámaras con vidrio I. De la documentación técnica puede descubrir que es R = 0.53. Las ventanas con dimensiones de 2.1 × 1.5 m son de dos cámaras con argón y vidrio I; tienen resistencia térmica R = 0.75, ventanas 0.6x0.3 my 0.5 × 0.3 - R = 0.53.

El área de las ventanas se calculó anteriormente.

S_ventana1=1.5×1.7=2.55

S_ventana2=0.6×0.4=0.24

S_ventana3=2.1×1.5=3.15

S_ventana4=0.5×0.3=0.15

También es importante tener en cuenta la orientación de las ventanas en relación con los puntos cardinales.

Normalmente, no es necesario calcular la resistencia térmica para ventanas, este parámetro se indica en la documentación técnica del producto

Calculamos la pérdida de calor de las ventanas occidentales, teniendo en cuenta el coeficiente L = 1.05. En el lateral hay 2 ventanas con dimensiones de 1.5 × 1.7 my una con 0.6 × 0.3 m.

Q_ventana1=2.55×1.05×48/0.53=243

Q_ventana2=0.24×1.05×48/0.53=23

Las pérdidas totales totales de las ventanas occidentales son

Q_subventana=243×2+23=509

En el lado sur hay una ventana de 0.5 × 0.3, su R = 0.53. Calculamos su pérdida de calor teniendo en cuenta el coeficiente de 1.

Q_{ventana sur}=0.15*48×1/0.53=14

En el lado este hay 2 ventanas con dimensiones 2.1 × 1.5 y una ventana 1.5 × 1.7. Calculamos la pérdida de calor teniendo en cuenta el coeficiente L = 1.05.

Q_ventana1=2.55×1.05×48/0.53=243

Q_ventana3=3.15×1.05×48/075=212

Resumimos la pérdida de calor de las ventanas orientales.

Q_{ventana este}=243+212×2=667.

La pérdida total de calor de las ventanas será igual a:

Q_ventanas= Q_{ventana este}+ Q_{ventana sur}+ Q_subventana=667+14+509=1190

Total a través de las ventanas sale 1190 vatios de energía térmica.

Determinación de la pérdida de calor de la puerta.

La casa tiene una puerta, está construida en la pared sur, tiene dimensiones de 1.3 × 2 m. Según los datos del pasaporte, la conductividad térmica del material de la puerta es de 0.14, su espesor es de 0.05 m. Gracias a estos indicadores, puede calcular la resistencia térmica de la puerta.

R_{la puerta}=0.05/0.14=0.36

Para los cálculos, debe calcular su área.

S_{la puerta}=1.3×2=2.6

Después de calcular la resistencia térmica y el área, puede encontrar la pérdida de calor. La puerta se encuentra en el lado sur, por lo que utilizamos un factor adicional de 1.

Q_{la puerta}=2.6×48×1/0.36=347.

Total, 347 vatios de calor salen por la puerta.

Cálculo de la resistencia térmica del suelo.

De acuerdo con la documentación técnica, el piso es de varias capas, está hecho por igual en toda el área, tiene dimensiones de 10x12 m. Calculamos su área.

S_género=10×12=210.

La composición del piso incluye tableros, aglomerado y aislamiento.

En la tabla puede encontrar los coeficientes de conductividad térmica de algunos materiales utilizados para cubrir el piso. Este parámetro también se puede especificar en la documentación técnica de los materiales y puede diferir de la tabla

La resistencia térmica debe calcularse para cada capa de piso por separado.

R_tableros=0.032/0.15=0.21

R_aglomerado=0.01/0.15= 0.07

R_aislará=0.05/0.039=1.28

La resistencia al calor total del piso es:

R_género= R_tableros+ R_aglomerado+ R_aislará=0.21+0.07+1.28=1.56

Dado que en invierno la temperatura de la tierra se mantiene a +8 grados, la diferencia de temperatura será igual a:

dT = 22-8 = 14

Usando cálculos preliminares, puede encontrar la pérdida de calor en el hogar a través del piso.

Al calcular la pérdida de calor de los materiales del piso se tienen en cuenta que afectan el aislamiento térmico (+)

Al calcular la pérdida de calor del piso, tenemos en cuenta el coeficiente L = 1.

Q_género=210×14×1/1.56=1885

La pérdida total de calor del piso es de 1885 vatios.

Cálculo de la pérdida de calor a través del techo.

Al calcular la pérdida de calor del techo, se tiene en cuenta una capa de lana mineral y paneles de madera. El vapor y la impermeabilización no participan en el proceso de aislamiento térmico, por lo tanto, no lo tenemos en cuenta. Para los cálculos, necesitamos encontrar la resistencia térmica de las tablas de madera y una capa de lana mineral. Utilizamos sus coeficientes de conductividad térmica y espesor.

R_{escudo de pueblo}=0.04/0.15=0.27

R_min.=0.05/0.039=1.28

La resistencia al calor total será igual a la suma de R_{escudo de pueblo} y R_min..

R_{el techo}=0.27+1.28=1.55

El área del techo es la misma que el piso.

S _{el techo} = 120

A continuación, el cálculo de la pérdida de calor del techo, teniendo en cuenta el coeficiente L = 1.

Q_{el techo}=120×1×48/1.55=3717

Total a través del techo va 3717 vatios.

La tabla muestra los calentadores populares para techos y sus coeficientes de conductividad térmica. La espuma de poliuretano es el aislamiento más efectivo; la paja tiene el coeficiente de pérdida de calor más alto.

Para determinar la pérdida total de calor en el hogar, es necesario agregar la pérdida de calor de las paredes, ventanas, puertas, techo y piso.

Q_total= 1810 + 1190 + 347 + 1885 + 3717 = 8949 W

Para calentar una casa con los parámetros especificados, se necesita una caldera de gas que admita una potencia de 8949 W o aproximadamente 10 kW.

Determinación de la pérdida de calor teniendo en cuenta la infiltración.

La infiltración es un proceso natural de intercambio de calor entre el entorno externo, que ocurre cuando las personas se mueven por la casa, al abrir puertas de entrada, ventanas.

Para calcular la pérdida de calor para ventilación puedes usar la fórmula:

Q_inf= 0.33 × K × V × dT

En la expresion:

• K - la tasa calculada de intercambio de aire, para salas de estar use un coeficiente de 0.3, para habitaciones con calefacción - 0.8, para una cocina y un baño - 1.
• V - el volumen de la habitación, calculado teniendo en cuenta la altura, el largo y el ancho.
• dT - diferencia de temperatura entre el medio ambiente y el edificio de apartamentos.

Se puede usar una fórmula similar si se instala ventilación en la habitación.

Si hay ventilación artificial en la casa, es necesario usar la misma fórmula que para la infiltración, simplemente sustituya los parámetros de escape en lugar de K y calcule dT teniendo en cuenta la temperatura del aire entrante

La altura de la habitación es de 2.7 m, ancho - 10 m, largo - 12 m. Conociendo estos datos, puede encontrar su volumen.

V = 2.7 × 10 × 12 = 324

La diferencia de temperatura será igual a

dT = 48

Como coeficiente K, tomamos el indicador 0.3. Entonces

Q_inf=0.33×0.3×324×48=1540

Q debe agregarse al total Q_inf. Al final

Q_total=1540+8949=10489.

Total, teniendo en cuenta la infiltración de la pérdida de calor en el hogar será de 10489 vatios o 10,49 kW.

Cálculo de la potencia de la caldera.

Al calcular la capacidad de la caldera, es necesario utilizar un factor de seguridad de 1.2. Es decir, el poder será igual a:

W = Q × k

Aquí:

• Q - pérdida de calor del edificio.
• k - factor de seguridad.

En nuestro ejemplo, sustituya Q = 9237 W y calcule la potencia de caldera requerida.

W = 10489 × 1.2 = 12587 W.

Dado el factor de seguridad, la capacidad de caldera requerida para calentar una casa es de 120 m² igual a aproximadamente 13 kW.

Conclusiones y video útil sobre el tema.

Instrucciones en video: cómo calcular la pérdida de calor en el hogar y la potencia de la caldera utilizando el programa Valtec.

El cálculo competente de la pérdida de calor y la potencia de una caldera de gas utilizando fórmulas o métodos de software le permite determinar con alta precisión los parámetros necesarios del equipo, lo que permite excluir costos de combustible irrazonables.

Por favor escriba comentarios en el formulario de bloque a continuación. Cuéntenos cómo se calculó la pérdida de calor antes de comprar equipos de calefacción para su propia casa de verano o casa de campo. Haga preguntas, comparta información y fotos sobre el tema.