Cálculo da perda de calor em casa - consideramo-nos bem!

A casa perde calor através das estruturas de fechamento (paredes, janelas, telhado, fundação), ventilação e esgoto. As principais perdas de calor passam pelas estruturas de fechamento - 60–90% de todas as perdas de calor.

O cálculo da perda de calor em casa é necessário, pelo menos, para escolher a caldeira certa. Você também pode estimar quanto dinheiro será gasto no aquecimento da casa planejada. Aqui está um exemplo de cálculo para uma caldeira a gás e uma elétrica. Também é possível, graças aos cálculos, analisar a eficiência financeira do isolamento, ou seja, para entender se o custo de instalação do isolamento compensará com a economia de combustível ao longo da vida do isolamento.

Perda de calor através de estruturas envolventes

Darei um exemplo de cálculo para as paredes externas de uma casa de dois andares.

É claro que durante o período de aquecimento o clima é diferente, ou seja, a diferença de temperatura muda o tempo todo. Portanto, para calcular a perda de calor para todo o período de aquecimento, você precisa multiplicar na etapa 4 pela diferença de temperatura média para todos os dias do período de aquecimento.
Por exemplo, durante 7 meses do período de aquecimento, a diferença média de temperatura dentro e fora da sala foi de 28 graus, o que significa perda de calor pelas paredes durante esses 7 meses em quilowatt-hora:

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

O número é bastante tangível. Por exemplo, se o aquecimento fosse elétrico, você pode calcular quanto dinheiro seria gasto no aquecimento multiplicando o número resultante pelo custo de kWh. Você pode calcular quanto dinheiro foi gasto em aquecimento com gás calculando o custo em kWh de energia de uma caldeira a gás. Para fazer isso, você precisa saber o custo do gás, o calor de combustão do gás e a eficiência da caldeira.

Aliás, no último cálculo, em vez da diferença média de temperatura, o número de meses e dias (mas não horas, deixamos o relógio), foi possível usar os graus-dia do período de aquecimento - GSOP, alguns informações sobre o GSOP estão aqui. Você pode encontrar o GSOP já calculado para diferentes cidades da Rússia e multiplicar a perda de calor de um metro quadrado pela área da parede, por estes GSOP e por 24 horas, tendo recebido a perda de calor em kW * h.

Da mesma forma que as paredes, você precisa calcular os valores de perda de calor para janelas, porta da frente, telhado, fundação. Em seguida, some tudo e você obtém o valor da perda de calor por meio de todas as estruturas envolventes.Para janelas, aliás, não será necessário saber a espessura e a condutividade térmica, normalmente já existe uma resistência pronta à transferência de calor de uma unidade de vidro calculada pelo fabricante. Para o piso (no caso de fundação em laje), a diferença de temperatura não será muito grande, o solo sob a casa não é tão frio quanto o ar externo.

Métodos para avaliar a perda de calor em casa

Os locais aproximados de vazamentos são determinados por meio de um mapa termográfico com equipamento especializado. Um cálculo pode ser feito para um edifício existente e uma nova casa. Os profissionais usam métodos de cálculo complexos, levando em consideração as características do aquecimento por convecção e outros fatores. Como regra, é suficiente usar uma calculadora simplificada de perda de calor em um site online especializado.

Métodos de cálculo típicos:

• por valores médios para uma região específica;
• somatório das perdas de calor dos elementos principais (paredes, pisos, tetos) com o acréscimo de dados sobre blocos de portas e janelas, ventilação;
• cálculo dos parâmetros de cada sala.

Perda de calor através da ventilação

O volume aproximado de ar disponível na casa (não levo em consideração o volume das paredes internas e móveis):

10 m х 10 m х 7 m = 700 m3

Densidade do ar a uma temperatura de + 20 ° C 1,2047 kg / m3. Capacidade de calor específico do ar 1,005 kJ / (kg × ° C). Massa de ar na casa:

700 m3 × 1,2047 kg / m3 = 843,29 kg

Digamos que todo o ar da casa mude 5 vezes por dia (este é um número aproximado). Com uma diferença média entre as temperaturas interna e externa de 28 ° C para todo o período de aquecimento, a energia térmica será consumida em média por dia para aquecer o ar frio de entrada:

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)

Aqueles. durante a estação de aquecimento, com a substituição quíntupla do ar, o aviário com ventilação perderá em média 32,96 kWh de energia térmica por dia. Durante 7 meses do período de aquecimento, as perdas de energia serão:

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

Fatores que afetam a perda de calor

Processos do tipo térmico se correlacionam perfeitamente com os elétricos - a diferença de temperatura desempenhará o papel de voltagem, e o fluxo de calor pode ser considerado como uma força de corrente, e mesmo um termo não precisa ser inventado para resistência. O conceito de menor resistência, que aparece na engenharia térmica como pontes frias, também é totalmente válido. Se considerarmos um material arbitrário em uma seção, é suficiente simplesmente definir o caminho do fluxo de calor tanto no nível macro quanto no nível micro. No papel do primeiro modelo, tomaremos uma parede de concreto, na qual, por necessidade tecnológica, por meio de fixações são feitas barras de aço com seção arbitrária.

O aço é capaz de conduzir o calor ligeiramente melhor do que o concreto e, portanto, três fluxos de calor principais podem ser distinguidos:

• 
  Através do concreto.

• Por meio de barras de aço.
• Do resto das barras ao concreto.

O último modelo de fluxo de calor é o mais interessante. Como a barra de aço esquenta mais rapidamente, existe uma diferença de temperatura entre os materiais mais próximos da parte externa das paredes. Assim, o aço não só é capaz de "bombear" calor para fora por si mesmo, como também aumenta a condutividade térmica do concreto adjacente a ele. Em um meio poroso, os processos térmicos ocorrem da mesma maneira. Quase todos os materiais de construção são feitos de uma teia ramificada de matéria sólida, e o espaço entre eles é preenchido com ar. Assim, um material denso e sólido servirá como principal condutor de calor, mas devido à complexidade da estrutura, o caminho ao longo do qual o calor se propaga será maior do que a seção transversal. Portanto, o segundo fator que determina a resistência térmica é que cada camada é heterogênea e possui uma envolvente de construção como um todo.

O terceiro fator que afeta a condutividade térmica é o que chamamos de acúmulo de umidade dentro dos poros.A água tem uma resistência térmica 25 vezes menor que a do ar, e se ela preencher os poros, e em geral, a condutividade térmica do material será ainda maior do que se não houvesse nenhum poro. Quando a água congela, a situação fica ainda pior - a condutividade térmica pode aumentar até 80 vezes, e a fonte de umidade geralmente é o ar dentro da sala e a precipitação. Assim, as três principais formas de combater esse fenômeno serão a impermeabilização das paredes externas, o uso de proteção contra vapor e o cálculo do acúmulo de umidade, que deve ser feito em paralelo com a previsão da perda de calor.

Esquemas de liquidação diferenciados

O método mais simples para estabelecer a quantidade de perda de calor em um edifício seria uma soma completa dos valores do fluxo de calor através das estruturas com as quais o edifício será equipado. Este método leva plenamente em consideração a diferença na estrutura dos diferentes materiais, bem como as especificidades do fluxo de calor por eles, e também nos nós de junção de um único plano a outro. Tal abordagem para calcular as perdas de calor de uma casa simplificará muito a tarefa, porque diferentes estruturas do tipo de fechamento podem diferir significativamente no projeto dos sistemas de proteção térmica. Acontece que com um estudo separado, será mais fácil determinar a quantidade de perdas de calor,

porque existem diferentes métodos de cálculo para isso:

1. Para paredes, a quantidade de vazamento de calor será igual à área total, que é multiplicada pela razão entre a diferença de temperatura e a resistência. Neste caso, deve-se levar em consideração a orientação da parede em relação aos pontos cardeais para levar em consideração o aquecimento diurno, bem como a passagem de ar das estruturas tipo edificação.
2. Para a sobreposição, o método é o mesmo, mas a presença do sótão e o modo de utilização serão tidos em consideração. Mesmo para a temperatura ambiente, você pode aplicar um valor 4 graus mais alto e a umidade calculada também será 5-10% mais alta.
3. As perdas de calor pelo piso são consideradas zonais e caracterizam as correias ao longo de todo o perímetro da estrutura. Isso se deve ao fato de que a temperatura do solo sob o piso é muito mais alta perto do centro do edifício em comparação com a parte onde se encontra a fundação.
4. O fluxo de calor através da vidraça é determinado pelos dados de passaporte dos caixilhos das janelas, devendo também ter em consideração o tipo de encosto das janelas à parede, bem como a profundidade das encostas.

A seguir, vamos passar para o exemplo de cálculo.

Exemplo de cálculos de perda de calor

Antes de demonstrar um exemplo de cálculo, mais uma pergunta deve ser respondida - como calcular corretamente a resistência integral de um tipo térmico de estruturas complexas com um grande número de camadas? É possível fazer isso manualmente, felizmente, na construção moderna, não são usados ​​muitos tipos de bases de suporte de carga e sistemas de isolamento. Mas é muito difícil levar em conta a presença de acabamentos decorativos, fachada e gesso interior, bem como a influência de todos os processos de transição e outros fatores, e é melhor usar cálculos automatizados. Um dos melhores recursos de tipo de rede para essas tarefas será smаrtsalс.ru, que adicionalmente traçará um diagrama de mudança de ponto de orvalho dependendo das condições climáticas.

Por exemplo, vamos usar uma estrutura arbitrária. Será uma casa térrea de forma retangular regular com um tamanho de 8 * 10 metros e um pé-direito de 3 metros. Na casa, foi feito um piso não isolado sobre uma cartilha com tábuas em toras com vãos de ar, e a altura do piso é 0,15 metros mais alta do que a marca de planejamento do local. Os materiais de parede serão um monólito de escória com espessura de 0,42 metros com um gesso interno de cal-cimento com espessura de até 3 cm e um gesso de mistura escória-cimento externo "casaco de pele" com espessura de até 5 cm. A área total de envidraçamento é de 9,5 metros quadrados, sendo um vidro de duas câmaras em perfil de economia térmica com resistência térmica média de 0,32 m2 * C / W. A sobreposição é feita em vigas de madeira - por baixo será rebocada ao longo de telhas, preenchida com escória e coberta com uma argamassa no topo, acima do tecto existe um sótão frio.A tarefa de calcular as perdas de calor será a formação de um sistema de blindagem térmica das superfícies das paredes.

Paredes

Aplicando os dados sobre o terreno, bem como a espessura e materiais das camadas que foram utilizadas para as paredes, no serviço citado acima, deve-se preencher os campos apropriados. De acordo com os resultados do cálculo, a resistência à transferência de calor acaba sendo 1,11 m2 * C / W, e o fluxo de calor pelas paredes é de 18 W para todos os metros quadrados. Com uma área total de parede (excluindo vidros) de 102 metros quadrados, a perda total de calor pelas paredes é de 1,92 kWh. Neste caso, as perdas de calor pelas janelas serão de 1 kW.

Telhado e laje

A fórmula de cálculo da perda de calor de uma casa pelo piso do sótão pode ser feita em uma calculadora online, escolhendo o tipo de estrutura de vedação necessária. Como resultado, a resistência à sobreposição da transferência de calor é de 0,6 m2 * C / W, e a perda de calor é de 31 W por metro quadrado, ou seja, 2,6 kW de toda a área da estrutura da cerca. O resultado será a perda total de calor calculada como 7 kW * h. Com uma baixa qualidade das estruturas do tipo construção, o indicador é obviamente muito menor do que o atual.

Na verdade, o cálculo é idealizado e não leva em consideração coeficientes especiais, por exemplo, a taxa de ventilação, que é um componente da troca de calor por convecção, bem como as perdas pelas portas de entrada e ventilação. Na verdade, devido à instalação de janelas de baixa qualidade, a falta de proteção no encontro do telhado para o Mauerlat e a péssima impermeabilização das paredes da fundação, as perdas de calor reais podem ser 2-3 vezes maiores do que as calculadas uns. E, no entanto, até mesmo estudos básicos de engenharia térmica ajudarão a determinar se as estruturas da casa cumprirão os padrões sanitários.

https://youtu.be/XwMK8n_723Q

Perda de calor pelo esgoto

Durante a estação de aquecimento, a água que entra na casa é bastante fria, por exemplo, tem uma temperatura média de + 7 ° C. O aquecimento da água é necessário quando os residentes lavam a louça e tomam banho. Além disso, a água do ar ambiente na cisterna do banheiro é parcialmente aquecida. Todo o calor recebido pela água é despejado no ralo.

Digamos que uma família em uma casa consuma 15 m3 de água por mês. A capacidade térmica específica da água é de 4,183 kJ / (kg × ° C). A densidade da água é 1000 kg / m3. Digamos que, em média, a água que entra na casa seja aquecida a + 30 ° C, ou seja, diferença de temperatura 23 ° C.

Assim, por mês, a perda de calor pelo esgoto será:

1000 kg / m3 × 15 m3 × 23 ° C × 4,183 kJ / (kg × ° C) = 1443135 kJ

1443135 kJ = 400,87 kWh

Durante 7 meses do período de aquecimento, os residentes jogam no esgoto:

7 × 400,87 kWh = 2806,09 kWh