Como calcular a potência de uma caldeira de aquecimento a gás: fórmulas e exemplo de cálculo

Antes de projetar um sistema de aquecimento, instalar equipamentos de aquecimento, é importante escolher uma caldeira a gás que possa gerar a quantidade necessária de calor para a sala. Portanto, é importante escolher um dispositivo com tanto poder que seu desempenho seja o mais alto possível e o recurso seja grande.

Falaremos sobre como calcular a potência de uma caldeira a gás com alta precisão e levando em consideração determinados parâmetros. No artigo que apresentamos, todos os tipos de perda de calor através de aberturas e estruturas de edifícios são descritos em detalhes, e são fornecidas fórmulas para seu cálculo. Um exemplo específico apresenta os recursos da produção de cálculos.

Erros típicos ao escolher uma caldeira

O cálculo correto da potência da caldeira a gás não só economiza em consumíveis, mas também aumenta a eficiência do dispositivo. O equipamento cuja transferência de calor excede a demanda real de calor não funcionará eficientemente quando, como dispositivo insuficientemente potente, não conseguir aquecer adequadamente a sala.

Existem modernos equipamentos automatizados que regulam independentemente o suprimento de gás, o que elimina despesas irracionais. Mas se essa caldeira fizer seu trabalho até o limite, sua vida será reduzida.

Como resultado, a eficiência do equipamento diminui, as peças se desgastam mais rapidamente e as formas de condensação. Portanto, torna-se necessário calcular a potência ideal.

Há uma opinião de que a potência da caldeira depende unicamente da área da superfície da sala e, para qualquer residência, o cálculo de 100 W por 1 m² será ideal. Portanto, para selecionar a capacidade da caldeira, por exemplo, para uma casa de 100 metros quadrados. m, você precisará de equipamento que gere 100 * 10 = 10.000 watts ou 10 kW.

Tais cálculos estão fundamentalmente errados em relação à aparência de novos materiais de acabamento, melhor isolamento, o que reduz a necessidade de comprar equipamentos de alta potência.

A potência da caldeira a gás é selecionada levando em consideração as características individuais da casa. O equipamento selecionado corretamente funcionará da maneira mais eficiente possível, com consumo mínimo de combustível

Executar cálculo de potência caldeira a gás Existem duas maneiras de aquecimento - manualmente ou usando o programa especial Valtec, projetado para cálculos profissionais de alta precisão.

A energia necessária do equipamento depende diretamente da perda de calor da sala. Tendo aprendido a taxa de perda de calor, você pode calcular a potência de uma caldeira a gás ou de qualquer outro dispositivo de aquecimento.

O que é perda de calor na sala?

Qualquer sala tem certas perdas de calor. O calor deixa paredes, janelas, pisos, portas e tetos; portanto, a tarefa de uma caldeira a gás é compensar a quantidade de calor liberada e fornecer uma certa temperatura na sala. Isso requer uma certa energia térmica.

Foi experimentalmente estabelecido que a maior quantidade de calor sai pelas paredes (até 70%). Até 30% da energia térmica pode sair pelo telhado e pelas janelas e até 40% pelo sistema de ventilação. A menor perda de calor na porta (até 6%) e no piso (até 15%)

Os seguintes fatores afetam a perda de calor de uma casa.

• A localização da casa. Cada cidade tem suas próprias características climáticas. Nos cálculos de perda de calor, é necessário levar em consideração as características críticas da temperatura negativa da região, bem como a temperatura média e a duração da estação de aquecimento (para cálculos precisos usando o programa).
• A localização das paredes em relação aos pontos cardeais. Sabe-se que uma rosa dos ventos está localizada no lado norte; portanto, a perda de calor da parede localizada nessa área será maior. No inverno, um vento frio sopra com grande força dos lados oeste, norte e leste, de modo que a perda de calor dessas paredes será maior.
• A área da sala aquecida. A quantidade de calor residual depende do tamanho da sala, da área de paredes, tetos, janelas, portas.
• Engenharia térmica de construções prediais. Qualquer material tem seu próprio coeficiente de resistência térmica e coeficiente de transferência de calor - a capacidade de passar por uma certa quantidade de calor.Para descobrir, você precisa usar dados tabulares e aplicar determinadas fórmulas. Informações sobre a composição de paredes, tetos, pisos e sua espessura podem ser encontradas no plano técnico da habitação.
• Janela e portas. Tamanho, modificação da porta e janelas com vidros duplos. Quanto maior a área das aberturas de janelas e portas, maior a perda de calor. É importante considerar as características de portas instaladas e janelas com vidros duplos nos cálculos.
• Contabilidade de ventilação. A ventilação sempre existe na casa, independentemente da presença de capuzes artificiais. Através das janelas abertas, a sala é ventilada, o movimento do ar é criado quando as portas de entrada são fechadas e abertas, as pessoas se deslocam de sala em sala, o que contribui para a saída de ar quente da sala, sua circulação.

Conhecendo os parâmetros acima, você não pode apenas calcular perda de calor em casa e determine a potência da caldeira, mas também para identificar locais que precisam de isolamento adicional.

Fórmulas para calcular a perda de calor

Essas fórmulas podem ser usadas para calcular a perda de calor não apenas de uma casa particular, mas também de um apartamento. Antes de iniciar os cálculos, é necessário descrever a planta baixa, marcar a localização das paredes em relação aos pontos cardeais, designar janelas, portas e também calcular as dimensões de cada parede, janela e porta.

Para determinar a perda de calor, é necessário conhecer a estrutura da parede, bem como a espessura dos materiais utilizados. Os cálculos levam em consideração alvenaria e isolamento

Ao calcular a perda de calor, duas fórmulas são usadas - usando a primeira, o valor da resistência ao calor do invólucro do edifício é determinado e o segundo é usado para a perda de calor.

Para determinar a resistência ao calor, use a expressão:

R = B / K

Aqui:

• R - o valor da resistência térmica dos envelopes de construção, medido em (m²* K) / W.
• K - o coeficiente de condutividade térmica do material de que é feita a estrutura envolvente é medido em W / (m * K).
• Em - a espessura do material registrado em metros.

O coeficiente de condutividade térmica K é um parâmetro tabular, a espessura B é retirada do plano técnico da casa.

O coeficiente de condutividade térmica é um valor tabular, depende da densidade e da composição do material, pode ser diferente da tabela, por isso é importante se familiarizar com a documentação técnica do material (+)

A fórmula básica para calcular a perda de calor também é usada:

Q = L × S × dT / R

Na expressão:

• Q - perda de calor, medida em watts.
• S - área de paredes (paredes, pisos, tetos).
• dT - a diferença entre a temperatura desejada do interior e do exterior, medida e registada em C.
• R - valor da resistência térmica da estrutura, m²• C / W, que é encontrado pela fórmula acima.
• L - coeficiente dependendo da orientação das paredes em relação aos pontos cardeais.

Tendo as informações necessárias em mãos, você pode calcular manualmente a perda de calor de um edifício.

Exemplo de cálculo de perda de calor

Como exemplo, calculamos a perda de calor de uma casa com características especificadas.

A figura mostra um plano da casa para o qual calcularemos a perda de calor. Ao elaborar um plano individual, é importante determinar corretamente a orientação das paredes em relação aos pontos cardeais, calcular a altura, largura e comprimento da estrutura, além de observar a localização das aberturas de janelas e portas, seus tamanhos (+)

Com base no plano, a largura da estrutura é de 10 m, o comprimento é de 12 m, a altura dos tetos é de 2,7 m, as paredes são orientadas para o norte, sul, leste e oeste. Três janelas são construídas na parede ocidental, duas delas com dimensões de 1,5x1,7 m, uma - 0,6x0,3 m.

Ao calcular o telhado, a camada de isolamento, o acabamento e o material de cobertura são levados em consideração. Filmes de vapor e impermeabilização que não afetam o isolamento térmico não são levados em consideração

Portas com dimensões de 1,3 × 2 m estão integradas na parede sul, também existe uma pequena janela de 0,5 × 0,3 M. No lado oriental, existem duas janelas de 2,1 × 1,5 me uma de 1,5 × 1,7 m.

As paredes consistem em três camadas:

• o revestimento das paredes de papelão (isoplita) por fora e por dentro - 1,2 cm cada, o coeficiente é de 0,05.
• lã de vidro localizada entre as paredes, sua espessura é de 10 cm e o coeficiente é de 0,043.

A resistência térmica de cada parede é calculada separadamente, porque leva em consideração a localização da estrutura em relação aos pontos cardeais, o número e a área das aberturas. Os resultados do cálculo da parede são resumidos.

O piso é de várias camadas, e toda a área é feita de acordo com uma tecnologia, incluindo:

• a placa de corte é estriada, sua espessura é de 3,2 cm, o coeficiente de condutividade térmica é de 0,15.
• Camada de nivelamento a seco de aglomerado de 10 cm de espessura com um coeficiente de 0,15.
• isolamento - lã mineral com 5 cm de espessura, coeficiente de 0,039.

Suponha que o piso não tenha escotilhas que pioram a engenharia de calor. Portanto, o cálculo é feito para a área de todos os quartos de acordo com uma única fórmula.

Os limites máximos são constituídos por:

• Escudos de madeira de 4 cm com coeficiente de 0,15.
• lã mineral 15 cm, seu coeficiente é 0,039.
• vapor, camada de impermeabilização.

Suponha que o teto também não tenha acesso ao sótão acima de uma sala residencial ou de serviço público.

A casa está localizada na região de Bryansk, na cidade de Bryansk, onde a temperatura negativa crítica é de -26 graus. Foi estabelecido experimentalmente que a temperatura da Terra é de +8 graus. Temperatura ambiente desejada + 22 graus.

Cálculo da perda de calor na parede

Para encontrar a resistência térmica total de uma parede, é necessário primeiro calcular a resistência térmica de cada uma de suas camadas.

A camada de lã de vidro tem uma espessura de 10 cm, valor que deve ser convertido em metros, ou seja:

B = 10 × 0,01 = 0,1

Recebeu um valor de B = 0,1. O coeficiente de condutividade térmica do isolamento térmico é 0,043. Substitua os dados na fórmula de resistência térmica e obtenha:

R_vidro=0.1/0.043=2.32

Por um exemplo semelhante, calculamos a resistência ao calor da isoplita:

R_isopl=0.012/0.05=0.24

A resistência térmica total da parede será igual à soma da resistência térmica de cada camada, uma vez que temos duas camadas de papelão.

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

Ao determinar a resistência térmica total da parede, pode-se encontrar a perda de calor. Para cada parede são calculados separadamente. Calcule Q para a parede norte.

Coeficientes adicionais tornam possível levar em consideração nos cálculos a perda de calor de paredes localizadas em diferentes partes do mundo

Com base no plano, a parede norte não possui aberturas para janelas, seu comprimento é de 10 m, sua altura é de 2,7 m. Em seguida, a área da parede S é calculada pela fórmula:

S_{parede norte}=10×2.7=27

Calculamos o parâmetro dT. Sabe-se que a temperatura ambiente crítica para Bryansk é de -26 graus e a temperatura ambiente desejada é de +22 graus. Então

dT = 22 - (- 26) = 48

Para o lado norte, um coeficiente adicional L = 1.1 é levado em consideração.

A tabela mostra os coeficientes de condutividade térmica de alguns materiais utilizados na construção de paredes. Como você pode ver, a lã mineral passa a quantidade mínima de calor através de si mesma, concreto armado - a máxima

Depois de fazer cálculos preliminares, você pode usar a fórmula para calcular a perda de calor:

Q_{paredes do norte}= 27 × 48 × 1,1 / 2,8 = 509 (W)

Calculamos a perda de calor para o muro ocidental. Com base nos dados, três janelas são construídas, duas delas com dimensões de 1,5x1,7 me uma - 0,6x0,3 m. Calculamos a área.

S_{oeste wall1}=12×2.7=32.4.

Da área total do muro ocidental, é necessário excluir a área das janelas, pois a perda de calor será diferente. Para fazer isso, você precisa calcular a área.

S_window1=1.5×1.7=2.55

S_window2=0.6×0.4=0.24

Para cálculos de perda de calor, usaremos a área da parede sem levar em conta a área das janelas, ou seja:

S_{parede oeste}=32.4-2.55×2-0.24=25.6

Para o lado ocidental, o coeficiente incremental é 1,05. Substitua os dados obtidos na fórmula principal para calcular a perda de calor.

Q_{parede oeste}=25.6×1.05×48/2.8=461.

Fazemos cálculos semelhantes para o lado leste. Existem três janelas aqui, uma com dimensões de 1,5x1,7 m, as outras duas - 2,1x1,5 m. Calculamos sua área.

S_window3=1.5×1.7=2.55

S_window4=2.1×1.5=3.15

A área da parede oriental é:

S_{wall1 leste}=12×2.7=32.4

Da área total da parede subtraímos os valores da área das janelas:

S_{parede leste}=32.4-2.55-2×3.15=23.55

O coeficiente adicional para a parede oriental é -1,05. Com base nos dados, calculamos a perda de calor da parede leste.

Q_{parede leste}=1.05×23.55×48/2.8=424

Na parede sul, há uma porta com parâmetros de 1,3x2 me uma janela de 0,5 x 0,3 m. Calculamos sua área.

S_window5=0.5×0.3=0.15

S_{a porta}=1.3×2=2.6

A área da parede sul será igual a:

S_{wall1 sul}=10×2.7=27

Determinamos a área da parede, excluindo janelas e portas.

S_{paredes sul}=27-2.6-0.15=24.25

Calculamos a perda de calor da parede sul, considerando o coeficiente L = 1.

Q_{paredes sul}=1×24.25×48/2.80=416

Após determinar a perda de calor de cada parede, é possível encontrar a perda total de calor pela fórmula:

Q_{as paredes}= Q_{paredes sul}+ Q_{parede leste}+ Q_{parede oeste}+ Q_{paredes do norte}

Substituindo os valores, obtemos:

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

Como resultado, a perda de calor das paredes atingiu 1810 watts por hora.

Cálculo das perdas de calor das janelas

Existem 7 janelas na casa, três delas com dimensões 1,5 × 1,7 m, duas - 2,1 × 1,5 m, uma - 0,6 × 0,3 m e mais uma - 0,5 × 0,3 m.

As janelas com dimensões de 1,5 × 1,7 m são um perfil de PVC de duas câmaras com vidro I. Na documentação técnica, você pode descobrir que é R = 0,53. As janelas com dimensões de 2,1 × 1,5 m são de duas câmaras com argônio e vidro I; possuem resistência térmica R = 0,75, janelas 0,6x0,3 me 0,5 × 0,3 - R = 0,53.

A área das janelas foi calculada acima.

S_window1=1.5×1.7=2.55

S_window2=0.6×0.4=0.24

S_window3=2.1×1.5=3.15

S_window4=0.5×0.3=0.15

Também é importante considerar a orientação das janelas em relação aos pontos cardeais.

Normalmente, a resistência térmica para janelas não precisa ser calculada, este parâmetro é indicado na documentação técnica do produto

Calculamos a perda de calor das janelas ocidentais, considerando o coeficiente L = 1,05. No lado existem 2 janelas com dimensões de 1,5 × 1,7 me uma com 0,6 × 0,3 m.

Q_window1=2.55×1.05×48/0.53=243

Q_window2=0.24×1.05×48/0.53=23

As perdas totais totais das janelas ocidentais são

Q_sub-janela=243×2+23=509

No lado sul, há uma janela 0,5 × 0,3, seu R = 0,53. Calculamos sua perda de calor levando em consideração o coeficiente de 1.

Q_{janela sul}=0.15*48×1/0.53=14

No lado oriental, existem 2 janelas com dimensões 2.1 × 1.5 e uma janela 1.5 × 1.7. Calculamos a perda de calor levando em consideração o coeficiente L = 1,05.

Q_window1=2.55×1.05×48/0.53=243

Q_window3=3.15×1.05×48/075=212

Resumimos a perda de calor das janelas orientais.

Q_{janela leste}=243+212×2=667.

A perda total de calor das janelas será igual a:

Q_janelas= Q_{janela leste}+ Q_{janela sul}+ Q_sub-janela=667+14+509=1190

Total através das janelas sai 1190 watts de energia térmica.

Determinação da perda de calor da porta

A casa tem uma porta, é construída na parede sul, tem dimensões de 1,3 × 2 m. Com base nos dados do passaporte, a condutividade térmica do material da porta é de 0,14, sua espessura é de 0,05 m. Graças a esses indicadores, você pode calcular a resistência térmica da porta.

R_{a porta}=0.05/0.14=0.36

Para cálculos, você precisa calcular sua área.

S_{a porta}=1.3×2=2.6

Depois de calcular a resistência térmica e a área, você pode encontrar a perda de calor. A porta está localizada no lado sul, então usamos um fator adicional de 1.

Q_{a porta}=2.6×48×1/0.36=347.

Total, 347 watts de calor sai pela porta.

Cálculo de resistência térmica do piso

De acordo com a documentação técnica, o piso é multicamada, é feito igualmente em toda a área, possui dimensões de 10x12 m e calculamos sua área.

S_sexo=10×12=210.

A composição do piso inclui placas, aglomerado e isolamento.

Na tabela, você encontra os coeficientes de condutividade térmica de alguns materiais usados ​​para cobrir o piso. Este parâmetro também pode ser especificado na documentação técnica dos materiais e pode diferir da tabela

A resistência térmica deve ser calculada para cada camada de piso separadamente.

R_pranchas=0.032/0.15=0.21

R_aglomerado=0.01/0.15= 0.07

R_{vai isolar}=0.05/0.039=1.28

A resistência total ao calor do piso é:

R_sexo= R_pranchas+ R_aglomerado+ R_{vai isolar}=0.21+0.07+1.28=1.56

Dado que no inverno a temperatura da Terra é mantida em +8 graus, a diferença de temperatura será igual a:

dT = 22-8 = 14

Usando cálculos preliminares, é possível encontrar a perda de calor em casa pelo piso.

Ao calcular a perda de calor dos materiais do piso, são levados em consideração que afetam o isolamento térmico (+)

Ao calcular a perda de calor do piso, levamos em consideração o coeficiente L = 1.

Q_sexo=210×14×1/1.56=1885

A perda total de calor do piso é de 1885 watts.

Cálculo da perda de calor através do teto

Ao calcular a perda de calor do teto, uma camada de lã mineral e painéis de madeira são levados em consideração. O vapor e a impermeabilização não participam do processo de isolamento térmico, portanto, não o levamos em consideração. Para os cálculos, precisamos encontrar a resistência térmica das tábuas de madeira e uma camada de lã mineral. Utilizamos seus coeficientes de condutividade térmica e espessura.

R_{escudo da vila}=0.04/0.15=0.27

R_min.=0.05/0.039=1.28

A resistência total ao calor será igual à soma de R_{escudo da vila} e R_min..

R_{o telhado}=0.27+1.28=1.55

A área do teto é igual ao piso.

S _{o teto} = 120

A seguir, o cálculo da perda de calor do teto, considerando o coeficiente L = 1.

Q_{o teto}=120×1×48/1.55=3717

Total através do teto vai 3717 watts.

A tabela mostra os aquecedores populares para tetos e seus coeficientes de condutividade térmica. A espuma de poliuretano é o isolamento mais eficaz; a palha tem o maior coeficiente de perda de calor.

Para determinar a perda total de calor em casa, é necessário adicionar a perda de calor das paredes, janelas, portas, teto e piso.

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

Para aquecer uma casa com os parâmetros especificados, é necessária uma caldeira a gás que suporte uma potência de 8949 W ou cerca de 10 kW.

Determinação da perda de calor levando em consideração a infiltração

A infiltração é um processo natural de troca de calor entre o ambiente externo, que ocorre quando as pessoas se movimentam pela casa, ao abrir portas de entrada, janelas.

Para calcular a perda de calor para ventilação você pode usar a fórmula:

Q_inf= 0,33 × K × V × dT

Na expressão:

• K - a taxa calculada de troca de ar, para salas de estar, use um coeficiente de 0,3, para salas com aquecimento - 0,8, para cozinha e banheiro - 1.
• V - o volume da sala, calculado tendo em conta a altura, comprimento e largura.
• dT - diferença de temperatura entre o ambiente e o prédio.

Uma fórmula semelhante pode ser usada se a ventilação estiver instalada na sala.

Se houver ventilação artificial na casa, é necessário usar a mesma fórmula usada na infiltração, basta substituir os parâmetros de exaustão em vez de K e calcular o dT levando em consideração a temperatura do ar que entra.

A altura da sala é de 2,7 m, largura - 10 m, comprimento - 12 M. Conhecendo esses dados, você pode encontrar seu volume.

V = 2,7 × 10 × 12 = 324

A diferença de temperatura será igual a

dT = 48

Como coeficiente K, tomamos o indicador 0,3. Então

Q_inf=0.33×0.3×324×48=1540

Q deve ser adicionado ao Q total_inf. No final

Q_total=1540+8949=10489.

No total, considerando a infiltração da perda de calor em casa, será de 10489 watts ou 10,49 kW.

Cálculo da potência da caldeira

Ao calcular a capacidade da caldeira, é necessário usar um fator de segurança de 1,2. Ou seja, o poder será igual a:

W = Q × k

Aqui:

• Q - perda de calor do edifício.
• k - fator de segurança.

No nosso exemplo, substitua Q = 9237 W e calcule a potência da caldeira necessária.

W = 10489 × 1,2 = 12587 W.

Dado o fator de segurança, a capacidade necessária da caldeira para aquecer uma casa é de 120 m² igual a aproximadamente 13 kW.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Instruções em vídeo: como calcular a perda de calor em casa e a energia da caldeira usando o programa Valtec.

O cálculo adequado da perda de calor e da potência de uma caldeira a gás usando fórmulas ou métodos de software permite determinar com alta precisão os parâmetros necessários do equipamento, o que possibilita excluir custos irracionais de combustível.

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