Cálculo de la pérdida de calor en el hogar: ¡nos consideramos correctamente!

La casa pierde calor a través de las estructuras de cerramiento (paredes, ventanas, techo, cimientos), ventilación y drenaje. Las principales pérdidas de calor pasan por las estructuras de cerramiento: entre el 60 y el 90% de todas las pérdidas de calor.

El cálculo de la pérdida de calor en el hogar es necesario, al menos, para elegir la caldera adecuada. También puede estimar cuánto dinero se gastará en calefacción en la casa planificada. Aquí hay un ejemplo de cálculo para una caldera de gas y una eléctrica. También es posible, gracias a los cálculos, analizar la eficiencia financiera del aislamiento, es decir para comprender si el costo de instalación del aislamiento se compensará con el ahorro de combustible durante la vida útil del aislamiento.

Pérdida de calor a través de estructuras de cerramiento.

Daré un ejemplo de cálculo para las paredes exteriores de una casa de dos pisos.

Está claro que durante el período de calefacción el clima es diferente, es decir la diferencia de temperatura cambia todo el tiempo. Por lo tanto, para calcular la pérdida de calor para todo el período de calefacción, debe multiplicar en el paso 4 por la diferencia de temperatura promedio para todos los días del período de calefacción.
Por ejemplo, durante 7 meses del período de calefacción, la diferencia de temperatura promedio en la habitación y el exterior fue de 28 grados, lo que significa pérdida de calor a través de las paredes durante estos 7 meses en kilovatios-hora:

0,32 W / m2 × ° C × 240 m2 × 28 ° C × 7 meses × 30 días × 24 h = 10838016 W × h = 10838 kW × h

El número es bastante "tangible". Por ejemplo, si la calefacción fuera eléctrica, puede calcular cuánto dinero se gastaría en calefacción multiplicando el número resultante por el costo de kWh. Puede calcular cuánto dinero se gastó en calefacción con gas calculando el costo de kWh de energía de una caldera de gas. Para hacer esto, necesita conocer el costo del gas, el calor de combustión del gas y la eficiencia de la caldera.

Por cierto, en el último cálculo, en lugar de la diferencia de temperatura promedio, el número de meses y días (pero no de horas, dejamos el reloj), fue posible usar el grado-día del período de calefacción: GSOP, algunos la información sobre GSOP está aquí. Puede encontrar el GSOP ya calculado para diferentes ciudades de Rusia y multiplicar la pérdida de calor de un metro cuadrado por el área de la pared, por estos GSOP y por 24 horas, habiendo recibido la pérdida de calor en kW * h.

De manera similar a las paredes, debe calcular los valores de pérdida de calor para ventanas, puerta de entrada, techo, cimientos. Luego, sume todo y obtendrá el valor de la pérdida de calor a través de todas las estructuras circundantes.Para las ventanas, por cierto, no será necesario averiguar el grosor y la conductividad térmica, por lo general, ya existe una resistencia preparada a la transferencia de calor de una unidad de vidrio calculada por el fabricante. Para el piso (en el caso de una base de losa), la diferencia de temperatura no será demasiado grande, el suelo debajo de la casa no es tan frío como el aire exterior.

Métodos para evaluar la pérdida de calor en el hogar.

Los lugares aproximados de las fugas se determinan tomando un mapa termográfico utilizando equipo especializado. Se puede hacer un cálculo para un edificio existente y una casa nueva. Los profesionales utilizan métodos de cálculo complejos que tienen en cuenta las características del calentamiento por convección y otros factores. Como regla general, es suficiente usar una calculadora de pérdida de calor simplificada en un sitio en línea especializado.

Métodos de cálculo típicos:

• por valores promediados para una región específica;
• sumatoria de las pérdidas de calor de los elementos principales (paredes, pisos, techos) con la adición de datos sobre bloques de puertas y ventanas, ventilación;
• cálculo de los parámetros de cada habitación.

Pérdida de calor por ventilación

El volumen aproximado de aire disponible en la casa (no tomo en cuenta el volumen de las paredes internas y los muebles):

10 m х 10 m х 7 m = 700 m3

Densidad del aire a una temperatura de + 20 ° C 1,2047 kg / m3. Capacidad calorífica específica del aire 1.005 kJ / (kg × ° C). Masa de aire en la casa:

700 m3 × 1,2047 kg / m3 = 843,29 kg

Digamos que todo el aire de la casa cambia 5 veces al día (este es un número aproximado). Con una diferencia promedio entre las temperaturas internas y externas de 28 ° C durante todo el período de calefacción, la energía térmica se consumirá en promedio por día para calentar el aire frío entrante:

5 × 28 ° C × 843.29 kg × 1.005 kJ / (kg × ° C) = 118,650.903 kJ

118,650.903 kJ = 32.96 kWh (1 kWh = 3600 kJ)

Aquellos. durante la temporada de calefacción, con un reemplazo de aire cinco veces mayor, la casa a través de la ventilación perderá en promedio 32,96 kWh de energía térmica por día. Durante los 7 meses del período de calefacción, las pérdidas de energía serán:

7 x 30 x 32,96 kWh = 6921,6 kWh

Factores que afectan la pérdida de calor.

Los procesos de tipo térmico se correlacionan perfectamente con los eléctricos: la diferencia de temperatura jugará el papel del voltaje y el flujo de calor puede considerarse como una fuerza de corriente, e incluso no es necesario inventar un término para la resistencia. El concepto de mínima resistencia, que aparece en la ingeniería térmica como puentes fríos, también es plenamente válido. Si consideramos un material arbitrario en una sección, es suficiente simplemente establecer la ruta del flujo de calor tanto en el nivel macro como en el nivel micro. En el papel del primer modelo, tomaremos un muro de hormigón, en el que, por necesidad tecnológica, se realizan fijaciones pasantes con varillas de acero de sección arbitraria.

El acero es capaz de conducir el calor ligeramente mejor que el hormigón, por lo que se pueden distinguir 3 flujos de calor principales:

• 
  A través del hormigón.

• A través de varillas de acero.
• Del resto de varillas al hormigón.

El último modelo de flujo de calor es el más interesante. Dado que la barra de acero se calienta más rápidamente, existe una diferencia de temperatura entre los materiales más cercanos al exterior de las paredes. Por lo tanto, el acero no solo puede "bombear" calor hacia afuera por sí mismo, sino que también aumentará la conductividad térmica del hormigón adyacente. En un medio poroso, los procesos térmicos proceden de la misma manera. Casi todos los materiales de construcción están hechos de una red ramificada de materia sólida y el espacio entre ellos está lleno de aire. Por lo tanto, un material denso y sólido servirá como conductor principal del calor, pero debido a la complejidad de la estructura, el camino a lo largo del cual se propaga el calor será mayor que la sección transversal. Entonces, el segundo factor que determina la resistencia térmica es que cada capa es heterogénea y tiene una envolvente del edificio en su conjunto.

El tercer factor que afecta la conductividad térmica es lo que llamamos acumulación de humedad dentro de los poros.El agua tiene una resistencia térmica 25 veces menor que la del aire, y si llena los poros, y en general, la conductividad térmica del material será aún mayor que si no hubiera poros en absoluto. Cuando el agua se congela, la situación empeora aún más: la conductividad térmica puede aumentar hasta 80 veces y la fuente de humedad suele ser el aire dentro de la habitación y la precipitación. Entonces, las tres formas principales de combatir este fenómeno serán la impermeabilización de paredes externas, el uso de protección de vapor y el cálculo de la acumulación de humedad, que debe hacerse en paralelo con la predicción de pérdidas de calor.

Esquemas de liquidación diferenciados

El método más simple para establecer la cantidad de pérdida de calor en un edificio sería una suma completa de los valores de flujo de calor a través de las estructuras con las que estará equipado el edificio. Este método tiene en cuenta completamente la diferencia en la estructura de diferentes materiales, así como las características específicas del flujo de calor a través de ellos, y también en los nodos de la unión de un solo plano a otro. Este enfoque para calcular las pérdidas de calor de una casa simplificará enormemente la tarea, porque las diferentes estructuras del tipo de cerramiento pueden diferir significativamente en el diseño de los sistemas de protección térmica. resulta que con un estudio separado será más fácil determinar la cantidad de pérdidas de calor,

porque existen diferentes métodos de cálculo para esto:

1. Para las paredes, la cantidad de pérdida de calor será igual al área total, que se multiplica por la relación entre la diferencia de temperatura y la resistencia. En este caso, se debe tener en cuenta la orientación de la pared hacia los puntos cardinales para tener en cuenta el calentamiento durante el día, así como el paso de las estructuras de tipo edificio.
2. Para la superposición, el método es el mismo, pero se tendrá en cuenta la presencia del espacio del ático y el modo de uso. Incluso para la temperatura ambiente, puede aplicar un valor 4 grados más alto, y la humedad calculada también será un 5-10% más alta.
3. Las pérdidas de calor a través del piso se consideran zonales y describen las correas a lo largo de todo el perímetro de la estructura. Esto se debe al hecho de que la temperatura del suelo debajo del piso es mucho más alta cerca del centro del edificio en comparación con la parte donde se encuentran los cimientos.
4. El flujo de calor a través del acristalamiento está determinado por los datos del pasaporte de los marcos de las ventanas, y también debe tener en cuenta el tipo de contrafuerte de las ventanas a la pared, así como la profundidad de las pendientes.

A continuación, pasemos al ejemplo de cálculo.

Ejemplo de cálculos de pérdida de calor

Antes de demostrar un ejemplo de cálculo, se debe responder una pregunta más: ¿cómo calcular correctamente la resistencia integral de un tipo térmico de estructuras complejas con una gran cantidad de capas? Es posible hacer esto manualmente, afortunadamente, en la construcción moderna, no se utilizan muchos tipos de bases de carga y sistemas de aislamiento. Pero es muy difícil tener en cuenta la presencia de acabados decorativos, yeso de fachadas e interiores, así como la influencia de todos los procesos de transición y otros factores, y es mejor utilizar cálculos automatizados. Uno de los mejores recursos de tipo red para tales tareas será smаrtsalс.ru, que además elaborará un diagrama de cambio del punto de rocío en función de las condiciones climáticas.

Por ejemplo, tomemos una estructura arbitraria. Será una casa de una planta de forma rectangular regular con un tamaño de 8 * 10 metros y una altura de techo de 3 metros. La casa tiene un piso no aislado sobre una imprimación con tablas sobre troncos con espacios de aire, y la altura del piso es 0.15 metros más alta que la marca de planificación del terreno en el sitio. Los materiales de la pared serán un monolito de escoria de 0,42 metros de espesor con un revoque interno de cal-cemento de hasta 3 cm de espesor y una mezcla externa de revoque de escoria-cemento "fur coat" de hasta 5 cm de espesor. La superficie total de acristalamiento es de 9,5 metros cuadrados y un paquete de vidrio de dos cámaras en un perfil de ahorro térmico con una resistencia térmica media de 0,32 m2 * C / W. La superposición se realiza sobre vigas de madera: desde abajo se enlucirá a lo largo de las tejas, se rellenará con escoria y se cubrirá con una regla de arcilla en la parte superior, sobre el techo hay un ático frío.La tarea de calcular las pérdidas de calor será la formación de un sistema de protección contra el calor de las superficies de las paredes.

Paredes

Aplicando los datos sobre el terreno, así como el espesor y materiales de las capas que se utilizaron para los muros, en el servicio mencionado anteriormente, debe completar los campos correspondientes. Según los resultados del cálculo, la resistencia a la transferencia de calor resulta ser 1,11 m2 * C / W, y el flujo de calor a través de las paredes es de 18 W para todos los metros cuadrados. Con un área total de pared (excluyendo el acristalamiento) de 102 metros cuadrados, la pérdida total de calor a través de las paredes es de 1,92 kWh. En este caso, las pérdidas de calor a través de las ventanas serán de 1 kW.

Tejado y losa

La fórmula para calcular la pérdida de calor de una casa a través del piso del ático se puede hacer en una calculadora en línea, eligiendo el tipo requerido de estructuras de cerca. Como resultado, la resistencia de superposición de la transferencia de calor es de 0,6 m2 * C / W y la pérdida de calor es de 31 W por metro cuadrado, es decir, 2,6 kW de toda el área de la estructura de la cerca. El resultado será la pérdida de calor total calculada como 7 kW * h. Con una baja calidad de las estructuras de tipo constructivo, el indicador es obviamente mucho menor que el actual.

De hecho, el cálculo está idealizado y no tiene en cuenta coeficientes especiales, por ejemplo, la tasa de ventilación, que es un componente del intercambio de calor de tipo convección, así como las pérdidas a través de las puertas de entrada y la ventilación. De hecho, debido a la instalación de ventanas de baja calidad, la falta de protección en el estribo del techo al Mauerlat y la terrible impermeabilización de las paredes desde los cimientos, las pérdidas de calor reales pueden ser 2-3 veces más altas que las calculadas. unos. Y, sin embargo, incluso los estudios básicos de ingeniería térmica ayudarán a determinar si las estructuras de la casa cumplirán con los estándares sanitarios.

https://youtu.be/XwMK8n_723Q

Pérdida de calor por alcantarillado.

Durante la temporada de calefacción, el agua que ingresa a la casa es bastante fría, por ejemplo, tiene una temperatura promedio de + 7 ° C. Se requiere calentar agua cuando los residentes lavan sus platos y se bañan. Además, el agua del aire ambiente en la cisterna del inodoro se calienta parcialmente. Todo el calor recibido por el agua se descarga por el desagüe.

Digamos que una familia en una casa consume 15 m3 de agua al mes. La capacidad calorífica específica del agua es 4.183 kJ / (kg × ° C). La densidad del agua es de 1000 kg / m3. Digamos que, en promedio, el agua que ingresa a la casa se calienta a + 30 ° C, es decir, diferencia de temperatura 23 ° C.

En consecuencia, por mes la pérdida de calor a través del alcantarillado será:

1000 kg / m3 × 15 m3 × 23 ° C × 4.183 kJ / (kg × ° C) = 1443135 kJ

1443135 kJ = 400,87 kWh

Durante 7 meses del período de calefacción, los residentes vierten a la alcantarilla:

7 × 400,87 kWh = 2806,09 kWh