Consumo de gás para aquecimento de uma casa de 200 m²: determinação dos custos usando combustível de rede e de botijão
Proprietários de casas de campo médias e grandes devem planejar os custos de manutenção da residência. Portanto, muitas vezes surge a tarefa de calcular o consumo de gás para aquecimento de uma casa de 200 m2 ou de área maior. A arquitetura original geralmente não permite usar o método de analogias e encontrar cálculos já prontos.
No entanto, não há necessidade de pagar para resolver essa tarefa. Todos os cálculos podem ser feitos por conta própria. Para isso, serão necessários conhecimentos de algumas normas técnicas, bem como compreensão de física e geometria em nível escolar.
Nós o ajudaremos a entender essa questão urgente para um economista doméstico. Diremos quais fórmulas são usadas nos cálculos, quais características são necessárias para obter o resultado. No artigo que apresentamos, há exemplos com base nos quais será mais fácil fazer seu próprio cálculo.
Conteúdo do artigo:
Determinação da quantidade de perda de energia
Para determinar a quantidade de energia que a casa perde, é necessário conhecer as características climáticas da região, a condutividade térmica dos materiais e as normas de ventilação. E para calcular o volume necessário de gás, basta conhecer seu poder calorífico. O mais importante neste trabalho é a atenção aos detalhes.
O aquecimento do edifício deve compensar as perdas de calor que ocorrem por dois motivos principais: vazamentos de calor no perímetro da casa e entrada de ar frio através do sistema de ventilação. Ambos os processos são descritos por fórmulas matemáticas, com as quais se podem realizar cálculos por conta própria.
Condutividade térmica e resistência térmica do material
Qualquer material pode conduzir calor. A intensidade de sua transmissão é expressa pelo coeficiente de condutividade térmica λ (W / (m × °C)). Quanto menor ele for, mais protegido estará o edifício contra o congelamento no inverno.

No entanto, as estruturas podem ser construídas ou isoladas com material de diferentes espessuras. Por isso, em cálculos práticos, utiliza-se o coeficiente de resistência à transmissão de calor:
R (m2 × °C / W)
Ele está relacionado à condutividade térmica pela seguinte fórmula:
R = h / λ,
onde h – espessura do material (m).
Exemplo. Vamos determinar o coeficiente de resistência à transferência de calor de diferentes larguras de blocos de concreto aerado da marca D700 com λ = 0.16:
- largura 300 mm: R = 0.3 / 0.16 = 1.88;
- largura 400 mm: R = 0.4 / 0.16 = 2.50.
Para materiais de isolamento e blocos de janela, pode ser apresentado tanto o coeficiente de condutividade térmica quanto o coeficiente de resistência à transferência de calor.
Se a estrutura de fechamento consistir em vários materiais, ao determinar o coeficiente de resistência à transferência de calor de todo o “pavê”, somam-se os coeficientes de suas camadas individuais.
Exemplo. A parede é construída com blocos de concreto aerado (λb = 0.16), com espessura de 300 mm. Externamente, é isolada com poliestireno expandido extrudado (λp = 0.03) de 50 mm de espessura, e internamente, revestida com forro de madeira (λv = 0.18), de 20 mm de espessura.

Agora podemos calcular o coeficiente total de resistência à transferência de calor:
R = 0.3 / 0.16 + 0.05 / 0.03 + 0.02 / 0.18 = 1.88 + 1.66 + 0.11 = 3.65.
A contribuição das camadas que são pouco significativas no parâmetro “economia de calor” pode ser desprezada.
Cálculo das perdas de calor através das estruturas de fechamento
As perdas de calor Q (W) através de uma superfície homogênea podem ser calculadas da seguinte forma:
Q = S × dT / R,
onde:
- S – área da superfície considerada (m2);
- dT – diferença de temperatura entre o ar interno e externo do ambiente (°C);
- R – coeficiente de resistência à transferência de calor da superfície (m2 * °C / W).
Para determinar o indicador total de todas as perdas de calor, execute os seguintes passos:
- identificar as áreas que são homogêneas em relação ao coeficiente de resistência à transferência de calor;
- calcular suas áreas;
- determinar os indicadores de resistência térmica;
- realizar o cálculo das perdas de calor para cada uma das áreas;
- somar os valores obtidos.
Exemplo. Um cômodo de canto de 3 × 4 metros no último andar com um sótão frio. A altura do pé direito é de 2.7 metros. Existem 2 janelas, com dimensões de 1 × 1.5 m.
Vamos encontrar as perdas de calor através do perímetro com temperatura do ar interna “+25 °C “ e externa “–15 °C”:
- Vamos separar as áreas homogêneas quanto ao coeficiente de resistência: teto, parede, janelas.
- Área do teto St = 3 × 4 = 12 m2. Área das janelas Sj = 2 × (1 × 1.5) = 3 m2. Área das paredes Sp = (3 + 4) × 2.7 – Sj = 29.4 m2.
- O coeficiente de resistência térmica do teto é composto pelo indicador da laje (tábua com espessura de 0,025 m), do isolamento (placas de lã mineral com espessura de 0,10 m) e do piso de madeira do sótão (madeira e compensado com espessura total de 0,05 m): Rt = 0.025 / 0.18 + 0.1 / 0.037 + 0.05 / 0.18 = 3.12. Para janelas, o valor é retirado do passaporte da vidraça dupla: Rj = 0.50. Para a parede construída como no exemplo anterior: Rp = 3.65.
- Qt = 12 × 40 / 3.12 = 154 W. Qj = 3 × 40 / 0.50 = 240 W. Qp = 29.4 × 40 / 3.65 = 322 W.
- As perdas totais de calor da sala modelo através das estruturas envolventes Q = Qt + Qj + Qp = 716 W.
O cálculo pelas fórmulas fornecidas dá uma boa aproximação, desde que o material corresponda às qualidades de condutividade térmica declaradas e não haja erros que possam ter sido cometidos durante a construção. Também pode ser problemático o envelhecimento dos materiais e da estrutura da casa como um todo.
Geometria típica das paredes e telhados
Ao determinar as perdas de calor, os parâmetros lineares (comprimento e altura) da estrutura são geralmente tomados internos, não externos. Ou seja, ao calcular a transferência de calor através do material, considera-se a área de contato com o ar quente, não com o ar frio.

Assim, por exemplo, com dimensões da casa de 8 × 10 metros e espessura da parede de 0.3 metro, o perímetro interno Pint = (9.4 + 7.4) × 2 = 33.6 m, e o perímetro externo Pext = (8 + 10) × 2 = 36 m.
O piso entre andares geralmente tem espessura de 0.20 a 0.30 m. Portanto, a altura de dois andares do piso do primeiro ao teto do segundo, pelo lado externo, será Hext = 2.7 + 0.2 + 2.7 = 5.6 m. Se somarmos apenas a altura acabada, obtém-se um valor menor: Hint = 2.7 + 2.7 = 5.4 m. O piso entre andares, ao contrário das paredes, não tem função de isolamento, portanto, para os cálculos, deve-se usar Hext.
Para casas de dois andares com dimensões de cerca de 200 m2, a diferença entre a área das paredes internas e externas é de 6% a 9%. Da mesma forma, os parâmetros geométricos do telhado e do piso são considerados com base nas dimensões internas.
O cálculo da área das paredes para casas de geometria simples é elementar, pois os fragmentos consistem em seções retangulares e empenas de sótão e ático.

Ao calcular as perdas de calor através do telhado, na maioria dos casos, é suficiente aplicar as fórmulas para encontrar as áreas do triângulo, retângulo e trapézio.

A área do telhado instalado não pode ser usada na determinação das perdas de calor, pois inclui os beirais, que não são considerados na fórmula. Além disso, frequentemente o material (por exemplo, feltro asfáltico ou chapa de aço galvanizado perfilada) é colocado com uma pequena sobreposição.

A geometria retangular das janelas também não causa problemas nos cálculos. Se os vidros duplos tiverem forma complexa, sua área pode não ser calculada, mas sim obtida no passaporte do produto.
Perdas de calor através do piso e fundação
O cálculo das perdas de calor para o solo através do piso do térreo, assim como através das paredes e piso do porão, é feito de acordo com as regras prescritas no Apêndice “E” SP 50.13330.2012. O fato é que a velocidade de propagação do calor no solo é muito menor do que na atmosfera, portanto, os solos também podem ser condicionalmente considerados como material isolante.
Mas, como são suscetíveis ao congelamento, a área do piso é dividida em 4 zonas. A largura das três primeiras é de 2 metros, e a quarta compreende a parte restante.

Para cada zona, determina-se o coeficiente de resistência à transferência de calor, acrescido pelo solo:
- zona 1: R1 = 2.1;
- zona 2: R2 = 4.3;
- zona 3: R3 = 8.6;
- zona 4: R4 = 14.2;
Se os pisos são isolados, então, para determinar o coeficiente total de resistência térmica, somam-se os indicadores do isolante e do solo.
Exemplo. Considere uma casa com dimensões externas de 10 × 8 m e espessura de parede de 0.3 metro, que possui um porão com profundidade de 2.7 metros. Seu teto está localizado ao nível do solo. É necessário calcular as perdas de calor para o solo com temperatura interna do ar “+25 °C” e externa “–15 °C”.
Suponha que as paredes sejam feitas de blocos FBS, com espessura de 40 cm (λf = 1,69). Internamente, são revestidas com tábua de 4 cm de espessura (λd = 0,18). O piso do subsolo é preenchido com concreto de argila expandida, com espessura de 12 cm (λc = 0,70). Então, o coeficiente de resistência térmica das paredes do embasamento: Rp = 0,4 / 1,69 + 0,04 / 0,18 = 0,46, e do piso Rpi = 0,12 / 0,70 = 0,17.
As dimensões internas da casa serão de 9,4 × 7,4 metros.

Calculemos as áreas e os coeficientes de resistência à transferência de calor por zonas:
- A Zona 1 ocorre apenas na parede. Tem um perímetro igual a 33,6 m e altura de 2 m. Portanto, S1 = 33,6 × 2 = 67,2. Rz1 = Rp + R1 = 0,46 + 2,1 = 2,56.
- Zona 2 na parede. Tem um perímetro igual a 33,6 m e altura de 0,7 m. Portanto, S2p = 33,6 × 0,7 = 23,52. Rz2p = Rp + R2 = 0,46 + 4,3 = 4,76.
- Zona 2 no piso. S2pi = 9,4 × 7,4 – 6,8 × 4,8 = 36,92. Rz2pi = Rpi + R2 = 0,17 + 4,3 = 4,47.
- Zona 3 ocorre apenas no piso. S3 = 6,8 × 4,8 – 2,8 × 0,8 = 30,4. Rz3 = Rpi + R3 = 0,17 + 8,6 = 8,77.
- Zona 4 ocorre apenas no piso. S4 = 2,8 × 0,8 = 2,24. Rz4 = Rpi + R4 = 0,17 + 14,2 = 14,37.
Perda de calor do subsolo Q = (S1 / Rz1 + S2p / Rz2p + S2pi / Rz2pi + S3 / Rz3 + S4 / Rz4) × dT = (26,25 + 4,94 + 8,26 + 3,47 + 0,16) × 40 = 1723 W.
Consideração de cômodos não aquecidos
Frequentemente, ao calcular as perdas de calor, ocorre uma situação em que há um ambiente não aquecido, mas isolado na casa. Nesse caso, a transferência de energia ocorre em duas etapas. Consideremos esta situação usando o exemplo do sótão.

O principal problema é que a área do piso entre o sótão e o andar superior é diferente da área do telhado e das empenas. Nesse caso, é necessário usar a condição de equilíbrio de transferência de calor Q1 = Q2.
Também pode ser escrito da seguinte forma:
K1 × (T1 – T#) = K2 × (T# – T2),
onde:
- K1 = S1 / R1 + … + Sn / Rn para o piso entre a parte aquecida da casa e o cômodo frio;
- K2 = S1 / R1 + … + Sn / Rn para o piso entre o cômodo frio e a rua.
A partir da igualdade de transferência de calor, encontramos a temperatura que se estabelecerá no cômodo frio, com os valores conhecidos dentro de casa e na rua. T# = (K1 × T1 + K2 × T2) / (K1 + K2). Depois disso, substituímos o valor na fórmula e encontramos as perdas de calor.
Exemplo. Suponha que o tamanho interno da casa seja 8 x 10 metros. O ângulo do telhado é 30°. A temperatura do ar nos cômodos é “+25 °C” e do lado de fora é “–15 °C”.
Calculamos o coeficiente de resistência térmica do teto como no exemplo da seção de cálculo de perda de calor através das envolventes do edifício: Rp = 3.65. A área do piso é 80 m2, portanto K1 = 80 / 3.65 = 21.92.
Área do telhado S1 = (10 × 8) / cos(30) = 92.38. Calculamos o coeficiente de resistência térmica, considerando a espessura da madeira (ripamento e acabamento – 50 mm) e da lã mineral (10 cm): R1 = 2.98.
Área da janela da empena S2 = 1.5. Para um vidro duplo comum, a resistência térmica R2 = 0.4. Calculamos a área da empena pela fórmula: S3 = 82 × tg(30) / 4 – S2 = 7.74. O coeficiente de resistência à transferência de calor é o mesmo que o do telhado: R3 = 2.98.

Calculamos o coeficiente para o telhado (lembrando que o número de empenas é dois):
K2 = S1 / R1 + 2 × (S2 / R2 + S3 / R3) = 92.38 / 2.98 + 2 × (1.5 / 0.4 + 7.74 / 2.98) = 43.69.
Calcularemos a temperatura do ar no sótão:
T# = (21.92 × 25 + 43.69 × (–15)) / (21.92 + 43.69) = –1.64 °C.
Substituiremos o valor obtido em qualquer uma das fórmulas de cálculo de perdas de calor (desde que o balanço seja igual) e obteremos o resultado desejado:
Q1 = K1 × (T1 – T#) = 21.92 × (25 – (–1.64)) = 584 W.
Resfriamento por ventilação
O sistema de ventilação é instalado para manter um microclima normal na casa. Isso leva à entrada de ar frio no ambiente, o que também deve ser considerado no cálculo das perdas de calor.
Os requisitos para o volume de ventilação estão descritos em vários documentos normativos. Ao projetar o sistema interno de uma casa, é necessário considerar principalmente os requisitos da §7 SNiP 41-01-2003 e §4 SanPiN 2.1.2.2645-10.
Como a unidade de medida de perdas de calor comumente adotada é o watt, a capacidade térmica do ar c (kJ / kg ×°C) deve ser convertida para a dimensão “W × h / kg × °C”. Para o ar ao nível do mar, pode-se adotar o valor de c = 0.28 W × h / kg ×°C.
Como o volume de ventilação é medido em metros cúbicos por hora, também é necessário conhecer a densidade do ar q (kg / m3). Sob pressão atmosférica normal e umidade média, esse valor pode ser considerado como q = 1.30 kg / m3.

O consumo de energia para compensar as perdas de calor devido à ventilação pode ser calculado pela seguinte fórmula:
Q = L × q × c × dT = 0.364 × L × dT,
onde:
- L – fluxo de ar (m3 / h);
- dT – diferença de temperatura entre o ar interno e o ar que entra (°C).
Se o ar frio entra na casa diretamente, então:
dT = T1 – T2,
onde:
- T1 – temperatura interna do ambiente;
- T2 – temperatura externa.
Mas para grandes edifícios, geralmente se integra um recuperador de calor (trocador de calor) ao sistema de ventilação. Ele permite economizar significativamente recursos energéticos, pois o aquecimento parcial do ar que entra ocorre devido à temperatura do fluxo de saída.
A eficiência desses dispositivos é medida pelo seu rendimento k (%). Nesse caso, a fórmula anterior assume a forma:
dT = (T1 – T2) × (1 – k / 100).
Cálculo do consumo de gás
Sabendo as perdas térmicas totais, é possível calcular de forma bastante simples o consumo necessário de gás natural ou liquefeito para aquecer uma casa com área de 200 m2.
Na quantidade de energia liberada, além do volume de combustível, influi seu poder calorífico. Para o gás, esse indicador depende da umidade e composição química da mistura fornecida. Distinguem-se o poder calorífico superior (Hh) e o inferior (Hl).

Para calcular o volume de combustível que garantirá o aquecimento, substitui-se na fórmula o valor do poder calorífico inferior, que pode ser obtido junto ao fornecedor de gás. A unidade padrão de medida do poder calorífico é “MJ / m3” ou “MJ / kg”. Porém, como as unidades de medida de potência das caldeiras e das perdas térmicas operam com watts, e não joules, é necessário realizar a conversão, considerando que 1 MJ = 278 Wh.
Se o valor do poder calorífico inferior da mistura for desconhecido, é permitido adotar os seguintes valores médios:
- para gás natural Hl = 9.3 kWh / m3;
- para gás liquefeito Hl = 12.6 kWh / kg.
Outro indicador necessário para os cálculos é a eficiência da caldeira K. Geralmente, é medida em porcentagem. A fórmula final do consumo de gás para um período de tempo E (h) é a seguinte:
V = Q × E / (Hl × K / 100).
O período em que o aquecimento central é ligado nas casas é determinado pela temperatura média diária do ar.
Se nos últimos cinco dias ela não ultrapassar “+ 8 °C”, então, de acordo com o Decreto do Governo da Federação Russa nº 307 de 13/05/2006, o fornecimento de calor à casa deve ser garantido. Para residências particulares com aquecimento autônomo, no cálculo do consumo de combustível, também se utilizam esses valores.
Os dados precisos sobre o número de dias com temperatura não superior a “+ 8 °C” para a localidade onde a casa foi construída podem ser obtidos na filial local do Centro Hidrometeorológico.
Se a casa estiver localizada perto de uma grande cidade, é mais simples utilizar a tabela 1. SNiP 23-01-99 (coluna nº 11). Multiplicando esse valor por 24 (horas por dia), obteremos o parâmetro E da equação de cálculo do consumo de gás.

Se o volume de entrada de ar e a temperatura interna dos ambientes forem constantes (ou com variações insignificantes), então as perdas de calor através das estruturas de fechamento e devido à ventilação dos ambientes serão diretamente proporcionais à temperatura do ar externo.
Portanto, para o parâmetro T2 nas equações de cálculo de perdas de calor, pode-se usar o valor da coluna nº 12 da tabela 1. SNiP 23-01-99.
Exemplo para uma casa de campo de 200 m²2
Vamos calcular o consumo de gás para uma casa de campo perto de Rostov-on-Don. Duração do período de aquecimento: E = 171 × 24 = 4104 h. Temperatura externa média T2 = – 0.6 °C. Temperatura desejada na casa: T1 = 24 °C.

Passo 1. Vamos calcular as perdas de calor pelo perímetro, desconsiderando a garagem.
Para isso, vamos identificar seções homogêneas:
- Janelas. Há 9 janelas de 1.6 × 1.8 m, uma janela de 1.0 × 1.8 m e 2.5 janelas redondas com área de 0.38 m2 cada. Área total das janelas: Sjanela = 28.60 m2. Conforme o certificado do produto, Rjanela = 0.55. Então Qjanela = 1279 W.
- Portas. Existem 2 portas isoladas de 0.9 x 2.0 m. Sua área: Sporta = 3.6 m2. Conforme o certificado do produto, Rporta = 1.45. Então Qporta = 61 W.
- Parede cega. Seção “ABVGD”: 36.1 × 4.8 = 173.28 m2. Seção “DA”: 8.7 × 1.5 = 13.05 m2. Seção “DEZH”: 18.06 m2. Área da empena do telhado: 8.7 × 5.4 / 2 = 23.49. Total, área da parede cega: Sparede = 251.37 – Sjanela – Sporta = 219.17 m2. As paredes são construídas de concreto aerado com 40 cm de espessura e tijolo de revestimento oco. Rparede = 2.50 + 0.63 = 3.13. Então Qparede = 1723 W.
Perdas totais de calor pelo perímetro:
Qperim = Qjanela + Qporta + Qparede = 3063 W.
Passo 2. Vamos calcular as perdas de calor pelo telhado.
O isolamento consiste em um ripamento contínuo (35 mm), lã mineral (10 cm) e forro (15 mm). Rtelhado = 2.98. Área do telhado sobre o corpo principal: 2 × 10 × 5.55 = 111 m2, e sobre a caldeira: 2.7 × 4.47 = 12.07 m2. Total Stelhado = 123.07 m2. Então Qtelhado = 1016 W.
Passo 3. Vamos calcular as perdas de calor pelo piso.

A resistência à transferência de calor é fornecida pelas tábuas do contrapiso e o compensado sob o laminado (5 cm no total), além do isolante de basalto (5 cm). Rpiso = 1,72. Então as perdas de calor pelo piso serão iguais a:
Qpiso = (S1 / (Rpiso + 2,1) + S2 / (Rpiso + 4,3) + S3 / (Rpiso + 2,1)) × dT = 546 W.
Passo 4. Vamos calcular as perdas de calor pela garagem fria. Seu piso não é isolado.
Do interior aquecido da casa, o calor penetra por duas vias:
- Através da parede de suporte. S1 = 28,71, R1 = 3,13.
- Através da divisória de tijolos com a caldeira. S2 = 11,31, R2 = 0,89.
Obtemos K1 = S1 / R1 + S2 / R2 = 21,88.
Da garagem para fora, o calor sai da seguinte forma:
- Através da janela. S1 = 0,38, R1 = 0,55.
- Através do portão. S2 = 6,25, R2 = 1,05.
- Através da parede. S3 = 19,68, R3 = 3,13.
- Através do telhado. S4 = 23,89, R4 = 2,98.
- Através do piso. Zona 1. S5 = 17,50, R5 = 2,1.
- Através do piso. Zona 2. S6 = 9,10, R6 = 4,3.
Obtemos K2 = S1 / R1 + … + S6 / R6 = 31,40
Vamos calcular a temperatura na garagem sob condição de equilíbrio de transferência de calor: T# = 9,2 °C. Então as perdas de calor serão iguais a: Qgaragem = 324 W.
Passo 5. Vamos calcular as perdas de calor devido à ventilação.
Suponha que o volume calculado de ventilação para esta casa de campo com 6 pessoas seja 440 m3/h. No sistema está instalado um recuperador com eficiência de 50%. Nessas condições, as perdas de calor: Qvent = 1970 W.
Passo 6. Vamos determinar as perdas de calor totais, somando todos os valores locais: Q = 6919 W.
Passo 7. Vamos calcular o volume de gás necessário para aquecer a casa modelo no período de inverno com eficiência da caldeira de 92%:
- Gás natural. V = 3319 m3.
- Gás liquefeito. V = 2450 kg.
Após os cálculos, é possível analisar os custos financeiros de aquecimento e a conveniência dos investimentos destinados à redução das perdas de calor.
Conclusões e vídeo útil sobre o tema
Condutividade térmica e resistência à transferência de calor dos materiais. Regras de cálculo para paredes, telhado e piso:
A parte mais complexa dos cálculos para determinar o volume de gás necessário para aquecimento é a descoberta das perdas de calor do objeto aquecido. Aqui, em primeiro lugar, é preciso prestar atenção aos cálculos geométricos.
Se os custos financeiros com o aquecimento parecerem excessivos, deve-se considerar o isolamento adicional da casa. Além disso, os cálculos das perdas de calor mostram bem a estrutura do congelamento.
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