Consumo médio de gás para aquecimento de casa de 150 m²: exemplo de cálculos e revisão de fórmulas termotécnicas

O financiamento da estação de aquecimento constitui uma parte significativa do orçamento gasto na manutenção da moradia. Conhecendo o preço e o consumo médio de gás para aquecimento de uma casa de 150 m², é possível determinar com bastante precisão os custos de aquecimento dos ambientes. Esses cálculos são fáceis de realizar por conta própria, sem pagar pelos serviços de termotécnicos.

Você aprenderá tudo sobre as normas de consumo de gás e os métodos de cálculo do consumo de combustível azul no artigo que apresentamos. Explicaremos quanta energia será necessária para compensar as perdas térmicas da casa durante a estação de aquecimento. Sugeriremos quais fórmulas devem ser usadas nos cálculos.

Aquecimento de casas de campo

Ao calcular o consumo de gás necessário para aquecer a casa, a tarefa mais difícil será calcular as perdas térmicas que o sistema de aquecimento deve compensar totalmente durante o funcionamento.

O conjunto de perdas de calor depende do clima, das características estruturais do edifício, dos materiais utilizados e dos parâmetros de funcionamento do sistema de ventilação.

Cálculo da quantidade de calor compensada

O sistema de aquecimento de qualquer edifício deve compensar suas perdas térmicas Q (W) durante o período frio. Elas ocorrem por dois motivos:

1. troca de calor pelo perímetro da casa;
2. perda de calor devido à entrada de ar frio pelo sistema de ventilação.

Formalmente, as perdas térmicas através da parede e do telhado Q_tp podem ser calculadas pela seguinte fórmula:

Q_tp = S * dT / R,

onde:

• S – área da superfície (m²);
• dT – diferença de temperatura entre o ar interno e externo (°C);
• R – índice de resistência à transferência de calor dos materiais (m² * °C / W).

O último índice (também chamado de “coeficiente de resistência térmica”) pode ser retirado das tabelas que acompanham os materiais de construção ou produtos.

O índice de perdas térmicas da casa depende significativamente do tipo de vidro duplo. O alto preço das janelas isoladas será justificado pela economia de combustível

Exemplo. Suponha que a parede externa do cômodo tenha uma área de 12 m², dos quais 2 m² são ocupados por uma janela.

Os índices de resistência à transferência de calor são os seguintes:

• Blocos de concreto aerado D400: R = 3.5.
• Vidro duplo de duas câmaras com árgon “4M1 – 16Ar – 4M1 – 16Ar – 4I”: R = 0.75.

Neste caso, com temperatura ambiente “+22°C” e temperatura externa “–30°C”, as perdas de calor da parede externa da sala serão:

• Q_tp (parede) = 10 * (22 – (– 30)) / 3.5 = 149 W:
• Q_tp (janela) = 2 * (22 – (– 30)) / 0.75 = 139 W:
• Q_tp = Q_tp (parede) + Q_tp (janela) = 288 W.

Este cálculo fornece um resultado correto sob a condição de ausência de troca de ar não controlada (infiltração).

Ela pode ocorrer nos seguintes casos:

• Presença de defeitos estruturais, como encaixe folgado das molduras das janelas nas paredes ou descolamento do material isolante. Eles devem ser corrigidos.
• Envelhecimento do edifício, resultando na formação de lascas, fissuras ou vazios na alvenaria. Neste caso, é necessário introduzir coeficientes de correção no índice de resistência à transferência de calor dos materiais.

Da mesma forma, é necessário determinar as perdas de calor pelo telhado, se o objeto estiver localizado no último andar. Pelo piso, uma perda de energia significativa ocorre apenas no caso de existir um espaço de subsolo não aquecido e ventilado, como uma garagem. Para o solo, o calor praticamente não se dissipa.

Para calcular o índice de resistência à transferência de calor de materiais multicamadas, é necessário somar os índices das camadas individuais. Normalmente, para os cálculos, consideram-se apenas os materiais menos condutores térmicos.

Consideremos a segunda causa das perdas de calor – a ventilação do edifício. O consumo de energia para aquecer o ar de entrada (Q_v) pode ser calculado pela fórmula:

Q_v = L * q * c * dT, onde:

• L – fluxo de ar (m³ / h);
• q – densidade do ar (kg / m³);
• c – capacidade térmica específica do ar de entrada (kJ / kg *°C);
• dT – diferença de temperatura entre o ar interior e exterior (°C).

A capacidade térmica específica do ar na faixa de temperatura que nos interessa [–50.. +30 °C] é igual a 1.01 kJ / kg *°C ou, convertendo para a dimensão necessária: 0.28 W * h / kg *°C. A densidade do ar depende da temperatura e da pressão, mas para os cálculos pode-se considerar o valor de 1.3 kg / m³.

Exemplo. Para uma sala de 12 m² com a mesma diferença de temperatura do exemplo anterior, as perdas de calor devido ao funcionamento da ventilação serão:

Q_v = (12 * 3) * 1.3 * 0.28 * (22 – (– 30)) = 681 W.

Os projetistas consideram o fluxo de ar de acordo com a SNiP 41-01-2003 (no nosso exemplo, 3 m³ / h por 1 m² de área da sala de estar), mas este valor pode ser significativamente reduzido pelo proprietário do edifício.

Total, as perdas de calor totais da sala modelo são:

Q = Q_tp + Q_v = 969 W.

Para calcular as perdas de calor por dia, semana ou mês, é necessário conhecer a temperatura média desses períodos.

Pelas fórmulas acima, percebe-se que o cálculo do volume de gás consumido, tanto para um curto período quanto para toda a estação fria, deve ser feito levando em conta o clima do local onde o objeto aquecido está localizado. Portanto, utilizar soluções padrão bem testadas só é possível para condições naturais semelhantes.

Para determinar parâmetros climáticos semelhantes, pode-se usar mapas de temperaturas médias mensais no inverno. Eles podem ser facilmente encontrados na internet.

Com geometria complexa da casa e variedade de materiais usados em sua construção e isolamento, pode-se recorrer a serviços de especialistas para calcular a quantidade necessária de calor.

Maneiras de minimizar as perdas térmicas

Os custos de aquecimento da casa representam uma parte significativa das despesas de manutenção. Portanto, é sensato realizar alguns tipos de trabalhos visando reduzir as perdas de calor por meio de isolamento do teto, paredes da casa, isolamento térmico do piso e estruturas adjacentes.

A aplicação de esquemas de isolamento externo e interno da casa permite reduzir significativamente esse indicador. Isso é especialmente verdadeiro para construções antigas com forte desgaste de paredes e lajes. As mesmas placas de poliestireno expandido permitem não apenas reduzir ou eliminar completamente o congelamento, mas também minimizar a infiltração de ar através do revestimento protegido.

Também é possível obter uma economia significativa não conectando ao aquecimento as áreas de verão da casa, como varandas ou o sótão. Nesse caso, haverá uma redução significativa no perímetro da parte aquecida da casa.

Usar o sótão apenas no verão economiza significativamente os custos de aquecimento da casa no inverno. No entanto, nesse caso, o teto do último andar deve ser bem isolado.

Se seguir rigorosamente as normas de ventilação dos ambientes, descritas no SNiP 41-01-2003, as perdas de calor por troca de ar serão maiores do que as causadas pelo congelamento das paredes e telhado do edifício. Essas regras são obrigatórias para projetistas e quaisquer pessoas jurídicas, se o ambiente for utilizado para produção ou prestação de serviços. No entanto, os moradores da casa podem, a seu critério, reduzir os valores indicados no documento.

Além disso, para aquecer o ar frio que entra da rua, podem ser usados trocadores de calor, em vez de aparelhos que consomem eletricidade ou gás. Assim, um recuperador de placas comum pode economizar mais da metade da energia, e um dispositivo mais complexo com fluido térmico, cerca de 75%.

Cálculo do volume necessário de gás

O gás combustível deve compensar as perdas de calor. Para isso, além das perdas de calor da casa, é necessário conhecer o volume de energia liberada na combustão, que depende da eficiência da caldeira e do poder calorífico da mistura.

Regra para escolher a caldeira

A escolha do aquecedor deve ser feita considerando as perdas de calor da casa. Ele deve ser suficiente para o período em que se atinge o mínimo anual de temperaturas. No manual da caldeira de piso ou caldeira a gás de parede, o parâmetro responsável por isso é a “potência térmica nominal”, que para equipamentos domésticos é medida em kW.

Como qualquer construção possui inércia térmica, para calcular a potência necessária da caldeira, geralmente se toma como temperatura mínima o indicador do período mais frio de cinco dias. Para uma localidade específica, pode-se obtê-lo em organizações que coletam e processam informações meteorológicas, ou a partir da tabela 1 da SNiP 23-01-99 (coluna nº 4).

Fragmento da tabela 1 da SNiP 23-01-99. Com ela, é possível obter os dados necessários sobre o clima da localidade onde está situado o objeto aquecido.

Se a potência da caldeira exceder o indicador suficiente para aquecer o ambiente, isso não leva a um aumento no consumo de gás. Nesse caso, o período de inatividade do equipamento será mais longo.

Às vezes, faz sentido escolher uma caldeira de potência um pouco menor. Esses dispositivos podem ser significativamente mais baratos tanto na compra quanto na operação. No entanto, neste caso, é necessário ter uma fonte de calor reserva (por exemplo, um aquecedor elétrico com gerador a gasolina), que possa ser usada durante geadas severas.

O principal indicador de eficiência e economia da caldeira é o rendimento. Em equipamentos domésticos modernos, ele está na faixa de 88 a 95%. O rendimento está especificado no manual do dispositivo e é utilizado no cálculo do consumo de gás.

Fórmula de liberação de calor

Para calcular corretamente o consumo de gás natural ou liquefeito para aquecimento de uma casa com área de aproximadamente 150 m², é necessário conhecer mais um indicador – o poder calorífico (calor específico de combustão) do combustível fornecido. De acordo com o sistema “SI”, ele é medido em J / kg para gás liquefeito ou em J / m³ para gás natural.

Os gasômetros (tanques para armazenamento de gás liquefeito) são caracterizados em litros. Para saber quanto combustível em quilogramas cabe neles, pode-se aplicar a proporção de 0.54 kg / 1 L.

Existem dois valores desse indicador – o poder calorífico inferior (H_l) e o superior (H_h). Ele depende da umidade e da temperatura do combustível. No cálculo, utiliza-se o indicador H_l – é esse que se deve obter junto ao fornecedor de gás.

Se essa informação não estiver disponível, nos cálculos podem ser adotados os seguintes valores:

• para gás natural H_l = 33.5 mJ / m³;
• para gás liquefeito H_l = 45.2 mJ / kg.

Considerando que 1 mJ = 278 Wh, obtemos os seguintes valores de poder calorífico:

• para gás natural H_l = 9.3 kWh / m³;
• para gás liquefeito H_l = 12.6 kWh / kg.

O volume de gás consumido em um determinado período V (m³ ou kg) pode ser calculado pela seguinte fórmula:

V = Q * E / (H_l * K), onde:

• Q – perda de calor do edifício (kW);
• E – duração do período de aquecimento (h);
• H_l – poder calorífico mínimo do gás (kWh / m³);
• K – eficiência da caldeira.

Para gás liquefeito, a dimensão de H_l é kWh / kg.

Exemplo de cálculo do consumo de gás

Como exemplo, vamos considerar uma casa de campo típica de madeira, pré-fabricada, de dois andares. Região – Altai Krai, cidade de Barnaul.

Dimensões da casa – 10 x 8.5 m. Ângulo de inclinação do telhado de duas águas – 30°. Este projeto se caracteriza por sótão aquecido, área de envidraçamento relativamente grande, ausência de porão e partes salientes da casa.

Passo 1. Vamos calcular os parâmetros principais da casa para o cálculo da perda de calor:

• Piso. Na ausência de um porão ventilado, as perdas pelo piso e fundação podem ser desprezadas.
• Janelas. Vidro duplo “4M1 – 16Ar – 4M1 – 16Ar – 4I”: R_o = 0.75. Área de envidraçamento S_o = 40 m².
• Paredes. A área da parede longitudinal (lateral) é igual a 10 * 3.5 = 35 m². A área da parede transversal (fachada) é igual a 8.5 * 3.5 + 8.5² * tg(30) / 4 = 40 m². Assim, a área total do perímetro do edifício é igual a 150 m², e considerando o envidraçamento, o valor procurado S_s = 150 – 40 = 110 m².
• Paredes. Os principais materiais de isolamento térmico são a madeira laminada colada, com espessura de 200 mm (R_b = 1.27) e o isolante de basalto, com espessura de 150 mm (R_u = 3.95). O índice total de resistência à transferência de calor para a parede R_s = R_b + R_u = 5.22.
• Telhado. O isolamento segue completamente a forma do telhado. A área da cobertura sem beirais S_k = 10 * 8.5 / cos (30) = 98 m².
• Telhado. Os principais materiais de isolamento térmico são o forro, com espessura de 12.5 mm (R_v = 0.07) e o isolante de basalto, com espessura de 200 mm (R_u = 5.27). O índice total de resistência à transferência de calor para o telhado R_k = R_v + R_u = 5.34.
• Ventilação. O fluxo de ar deve ser calculado não pela área da casa, mas levando em conta os requisitos para garantir um valor de pelo menos 30 m³ por pessoa por hora. Como na casa residem permanentemente 4 pessoas, então L = 30 * 4 = 120 m³ / h.

Passo 2. Vamos calcular a potência necessária da caldeira. Se o equipamento já foi adquirido, esta etapa pode ser ignorada.

Para nossos cálculos, precisamos conhecer apenas dois parâmetros da caldeira a gás: a eficiência e a potência nominal. Eles devem estar descritos no manual do dispositivo.

A temperatura do período mais frio de cinco dias é “–41 °C”. Vamos considerar a temperatura confortável como “+24 °C”. Assim, a diferença média de temperatura durante este período será dT = 65 °C.

Vamos calcular as perdas de calor:

• através das janelas: Q_o = S_o * dT / R_o = 40 * 65 / 0.75 = 3467 W;
• através das paredes: Q_s = S_s * dT / R_s = 110 * 65 / 5.22 = 1370 W;
• através do telhado: Q_k = S_k * dT / R_k = 98 * 65 / 5.34 = 1199 W;
• devido à ventilação: Q_v = L * q * c * dT = 120 * 1.3 * 0.28 * 65 = 2839 W.

As perdas totais de calor de toda a casa durante o período mais frio de cinco dias serão:

Q = Q_o + Q_s + Q_k + Q_v = 3467 + 1370 + 1199 + 2839 = 8875 W.

Assim, para esta casa modelo, pode-se escolher uma caldeira a gás com parâmetro de potência térmica máxima igual a 10-12 kW. Se o gás também for usado para fornecer água quente sanitária, será necessário escolher um dispositivo mais potente.

Passo 3. Vamos calcular a duração do período de aquecimento e as perdas de calor médias.

Por período frio do ano, quando o aquecimento é necessário, entende-se a estação com temperaturas médias diárias abaixo de 8-10 °C. Portanto, para os cálculos, pode-se usar as colunas nº 11-12 ou as colunas nº 13-14 da tabela 1 do SNiP 23-01-99.

Esta escolha fica a cargo dos proprietários da casa. No entanto, não haverá diferença significativa no consumo anual de combustível. No nosso caso, vamos optar pelo período com temperatura abaixo de “+10 °C”. A duração deste período é de 235 dias ou E = 5640 horas.

No aquecimento centralizado, a ativação e desativação do fornecimento de fluido térmico ocorre de acordo com as normas estabelecidas. Uma das vantagens de uma casa particular é a ativação do modo de aquecimento conforme a vontade dos moradores.

As perdas de calor da casa para a temperatura média durante este período são calculadas da mesma forma que no passo 2, apenas o parâmetro dT = 24 – (–6.7) = 30.7 °C. Após realizar os cálculos, obtemos Q = 4192 W.

Passo 4. Vamos calcular o volume de gás consumido.

Considere que a eficiência da caldeira K = 0,92. Então, o volume de gás consumido (com valores médios do poder calorífico mínimo da mistura gasosa) durante o período frio será:

• para gás natural: V = Q * E / (H_l * K) = 4192 * 5640 / (9300 * 0,92) = 2763 m³;
• para gás liquefeito: V = Q * E / (H_l * K) = 4192 * 5640 / (12600 * 0,92) = 2040 kg.

Conhecendo os preços do gás, é possível calcular também os custos financeiros do aquecimento.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Redução do consumo de gás através da eliminação de erros relacionados ao isolamento da casa. Exemplo real:

Consumo de gás com potência térmica conhecida:

Todos os cálculos de perda de calor podem ser realizados de forma independente apenas quando as propriedades de isolamento térmico dos materiais com os quais a casa foi construída são conhecidas. Se o edifício for antigo, primeiro é necessário verificar se há congelamento e eliminar os problemas identificados.

Depois disso, com base nas fórmulas apresentadas no artigo, é possível realizar o cálculo do consumo de gás com alta precisão.

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