Cálculo de radiadores de aquecimento: como calcular a quantidade necessária e a potência das baterias

Um sistema de aquecimento bem projetado garantirá a temperatura necessária na residência e será confortável em todos os cômodos, independentemente do clima. Mas, para transferir calor ao espaço aéreo dos ambientes, é preciso saber a quantidade necessária de radiadores, não é mesmo?

Descobrir isso ajudará o cálculo de radiadores de aquecimento, baseado nos cálculos da potência térmica exigida dos aparelhos de aquecimento a serem instalados.

Você nunca fez esses cálculos e tem medo de errar? Nós ajudaremos a entender as fórmulas – o artigo apresenta um algoritmo detalhado de cálculo, analisa os valores dos coeficientes individuais utilizados no processo de cálculo.

Para facilitar a compreensão dos detalhes do cálculo, selecionamos materiais fotográficos temáticos e vídeos úteis que explicam o princípio do cálculo da potência dos aparelhos de aquecimento.

Cálculo simplificado da compensação de perdas de calor

Qualquer cálculo se baseia em certos princípios. A base dos cálculos da potência térmica necessária dos radiadores parte do entendimento de que aparelhos de aquecimento bem funcionais devem compensar totalmente as perdas de calor que ocorrem durante seu funcionamento devido às características dos ambientes aquecidos.

Para cômodos residenciais em uma casa bem isolada, localizada por sua vez em uma zona climática temperada, em alguns casos, o cálculo simplificado da compensação de vazamentos térmicos será adequado.

Para tais ambientes, os cálculos se baseiam na potência normativa de 41 W, necessária para aquecer 1 m³ de espaço habitável.

Para que a energia térmica irradiada pelos aparelhos de aquecimento seja direcionada precisamente ao aquecimento dos ambientes, é necessário isolar paredes, sótãos, janelas e pisos.

A fórmula para determinar a potência térmica dos radiadores, necessária para manter condições ótimas de habitação no ambiente, é a seguinte:

Q = 41 x V,

onde V – volume do cômodo aquecido em metros cúbicos.

O resultado de quatro dígitos obtido pode ser expresso em quilowatts, reduzindo-o com base em 1 kW = 1000 W.

Fórmula detalhada para cálculo da potência térmica

Em cálculos detalhados da quantidade e tamanhos de radiadores de aquecimento, geralmente parte-se da potência relativa de 100 W necessária para aquecer normalmente 1 m² de um determinado ambiente padrão.

A fórmula para determinar a potência térmica necessária dos dispositivos de aquecimento é a seguinte:

Q = ( 100 x S ) x R x K x U x T x H x W x G x X x Y x Z

O multiplicador S nos cálculos nada mais é do que a área do ambiente aquecido, expressa em metros quadrados.

As demais letras são vários coeficientes de correção, sem os quais o cálculo será limitado.

O principal nos cálculos térmicos é lembrar do ditado “o calor não quebra ossos” e não ter medo de errar para cima.

Mas mesmo os parâmetros de cálculo adicionais nem sempre podem refletir toda a especificidade de um determinado ambiente. Recomenda-se, em caso de dúvidas nos cálculos, dar preferência a valores maiores.

É mais fácil depois reduzir a temperatura dos radiadores com dispositivos de controle térmico do que congelar por falta de sua potência térmica.

A seguir, cada um dos coeficientes envolvidos na fórmula de cálculo da potência térmica dos radiadores é analisado em detalhes.

No final do artigo, são fornecidas informações sobre as características de radiadores desmontáveis de diferentes materiais e é discutida a ordem dos cálculos do número necessário de seções e dos próprios radiadores com base no cálculo principal.

Orientação dos cômodos em relação aos pontos cardeais

Mesmo nos dias mais gelados, a energia solar ainda influencia o equilíbrio térmico dentro da residência.

Da orientação dos cômodos para um lado ou outro depende o coeficiente «R» da fórmula de cálculo da potência térmica.

1. Quarto com janela voltada para o sul – R = 1,0. Durante o dia, receberá o máximo de calor externo adicional em comparação com outros ambientes. Essa orientação é considerada como base, e o parâmetro adicional neste caso é mínimo.
2. Janela voltada para o oeste – R = 1,0 ou R = 1,05 (para regiões com dias curtos de inverno). Este cômodo também conseguirá receber sua parcela de luz solar. Embora o sol entre lá mais perto do anoitecer, a localização desse ambiente ainda é mais vantajosa do que a leste e norte.
3. Quarto orientado para o leste – R = 1,1. O sol nascente no inverno dificilmente conseguirá aquecer adequadamente esse ambiente externamente. Para a potência dos radiadores, serão necessários Watts adicionais. Portanto, adicionamos ao cálculo uma correção significativa de 10%.
4. Do lado de fora há apenas o norte – R = 1,1 ou R = 1,15 (não se enganará o morador de latitudes setentrionais que adicionar 15%). No inverno, esse ambiente não vê luz solar direta. Portanto, recomenda-se ajustar também os cálculos da produção de calor necessária dos radiadores em 10% para cima.

Se na região de residência predominam ventos de determinada direção, é desejável para cômodos com lados voltados para o vento aumentar R em até 20% dependendo da força do vento (x1,1÷1,2), e para ambientes com paredes paralelas às correntes frias, elevar o valor de R em 10% (x1,1).

Os ambientes com janelas voltadas para norte e leste, bem como os cômodos do lado de barlavento, exigirão aquecimento mais potente

Consideração da influência das paredes externas

Além da parede com janela(s) embutida(s), as outras paredes do cômodo também podem ter contato com o frio externo.

As paredes externas do ambiente determinam o coeficiente «K» da fórmula de cálculo da potência térmica dos radiadores:

• A presença de uma parede externa no ambiente é o caso típico. Aqui, com o coeficiente é simples – K = 1,0.
• Duas paredes externas exigirão 20% mais calor para aquecer o cômodo – K = 1,2.
• Cada parede externa adicional acrescenta 10% à produção de calor necessária nos cálculos. Para três paredes externas – K = 1,3.
• A presença de quatro paredes externas no ambiente também acrescenta 10% – K = 1,4.

Dependendo das características do ambiente para o qual o cálculo é realizado, deve-se adotar o coeficiente correspondente.

Dependência dos radiadores em relação ao isolamento térmico

Reduzir o orçamento para aquecimento do espaço interno é possível com uma moradia isolada de forma adequada e confiável contra o frio do inverno, e de forma significativa.

O grau de isolamento das paredes externas é regido pelo coeficiente «U», que diminui ou aumenta a potência térmica calculada dos dispositivos de aquecimento:

• U = 1,0 – para paredes externas padrão.
• U = 0,85 – se o isolamento das paredes externas foi realizado conforme cálculo especial.
• U = 1,27 – se as paredes externas não forem suficientemente resistentes ao frio.

Consideram-se padrão as paredes feitas de materiais e espessuras adequados ao clima. Também com espessura reduzida, mas com superfície externa rebocada ou com isolamento térmico externo superficial.

Se a área do ambiente permitir, é possível realizar isolamento das paredes por dentro. E sempre há uma maneira de proteger as paredes do frio pelo lado de fora.

Uma sala de esquina bem isolada conforme cálculo especial proporcionará uma porcentagem significativa de economia nos custos de aquecimento de toda a área habitável do apartamento.

O clima – um fator importante na aritmética

Diferentes zonas climáticas têm diferentes indicadores de temperaturas externas mínimas.

No cálculo da potência de transferência de calor dos radiadores, para levar em conta as diferenças de temperatura, é previsto o coeficiente «T».

Vejamos os valores deste coeficiente para diferentes condições climáticas:

• T = 1,0 até -20 °C.
• T = 0,9 para invernos com geada até -15 °C
• T = 0,7 – até -10 °C.
• T = 1,1 para geadas até -25 °C,
• T = 1,3 – até -35 °C,
• T = 1,5 – abaixo de -35 °C.

Como podemos ver na lista acima, considera-se clima normal de inverno até -20 °C. Para regiões com esse frio mínimo, adota-se o valor igual a 1.

Para regiões mais quentes, este coeficiente de cálculo reduzirá o resultado geral das computações. Já para áreas de clima severo, a quantidade de energia térmica exigida dos dispositivos de aquecimento aumentará.

Particularidades do cálculo de ambientes altos

É claro que, de dois cômodos com a mesma área, aquele com o teto mais alto exigirá mais calor. O coeficiente «H» ajuda a considerar nos cálculos da potência térmica a correção para o volume do espaço aquecido.

No início do artigo, foi mencionado um ambiente normativo. Considera-se como tal um cômodo com teto a 2,7 metros ou menos. Para ele, adota-se o valor do coeficiente igual a 1.

Vejamos a dependência do coeficiente H em relação à altura dos tetos:

• H = 1,0 – para tetos com 2,7 metros de altura.
• H = 1,05 – para ambientes com altura de até 3 metros.
• H = 1,1 – para cômodo com teto de até 3,5 metros.
• H = 1,15 – até 4 metros.
• H = 1,2 – necessidade de calor para um ambiente mais alto.

Como vemos, para cômodos com tetos altos, deve-se adicionar 5% a cada meio metro de altura, a partir de 3,5 m.

Pela lei da natureza, o ar quente aquecido sobe. Para misturar todo o seu volume, os aparelhos de aquecimento terão que trabalhar adequadamente.

Com a mesma área de cômodos, uma sala de maior volume pode exigir uma quantidade adicional de radiadores conectados ao sistema de aquecimento.

Papel do teto e do piso no cálculo

Para a redução da potência térmica dos radiadores, não apenas as paredes externas bem isoladas contribuem. O teto em contato com o ambiente aquecido também permite minimizar as perdas durante o aquecimento do cômodo.

O coeficiente «W» na fórmula de cálculo serve justamente para prever isso:

• W = 1,0 – se no andar superior houver, por exemplo, um sótão não aquecido e sem isolamento.
• W = 0,9 – para um sótão não aquecido, mas isolado, ou outro ambiente isolado acima.
• W = 0,8 – se o andar acima for um cômodo aquecido.

O valor de W pode ser ajustado para cima para cômodos do primeiro andar, se eles estiverem sobre o solo, sobre um porão não aquecido ou espaço de subsolo. Então os números serão: piso isolado +20% (x1,2); piso não isolado +40% (x1,4).

Qualidade das esquadrias – garantia de calor

As janelas – outrora um ponto fraco no isolamento térmico do espaço residencial. As esquadrias modernas com vidros duplos permitiram melhorar significativamente a proteção dos cômodos contra o frio externo.

O grau de qualidade das janelas na fórmula de cálculo da potência térmica é descrito pelo coeficiente «G».

Como base de cálculo, foi tomada uma esquadria padrão com vidro duplo de uma câmara, cujo coeficiente é igual a 1.

Vejamos outras opções de aplicação do coeficiente:

• G = 1,0 – esquadria com vidro duplo de uma câmara.
• G = 0,85 – se a esquadria for equipada com vidro duplo de duas ou três câmaras.
• G = 1,27 – se a janela tiver uma esquadria de madeira antiga.

Assim, se a casa tiver esquadrias antigas, as perdas de calor serão significativas. Portanto, serão necessários radiadores mais potentes. O ideal é que essas esquadrias sejam substituídas, pois isso representa custos adicionais com aquecimento.

O tamanho da janela tem importância

Seguindo a lógica, pode-se afirmar que quanto maior o número de janelas no cômodo e maior a sua área, mais sensíveis são as perdas de calor através delas. O coeficiente «X» da fórmula de cálculo da potência térmica necessária dos radiadores reflete exatamente isso.

Em um cômodo com janelas enormes, os radiadores também devem ter um número de seções correspondente ao tamanho e à qualidade das esquadrias.

A norma é o resultado da divisão da área das aberturas de janelas pela área do cômodo, que varia de 0,2 a 0,3.

Apresentamos os principais valores do coeficiente X para diversas situações:

• X = 1,0 – para uma relação de 0,2 a 0,3.
• X = 0,9 – para uma relação de áreas de 0,1 a 0,2.
• X = 0,8 – para uma relação de até 0,1.
• X = 1,1 – se a relação de áreas for de 0,3 a 0,4.
• X = 1,2 – quando estiver entre 0,4 e 0,5.

Se a metragem das aberturas das janelas (por exemplo, em ambientes com janelas panorâmicas) ultrapassar as relações propostas, é sensato adicionar 10% ao valor de X a cada aumento de 0,1 na relação de áreas.

A porta do cômodo que é usada regularmente no inverno para sair a um balcão ou loggia aberto introduz suas correções no equilíbrio térmico. Para tal ambiente, é correto aumentar X em mais 30% (x1,3).

As perdas de energia térmica são facilmente compensadas pela instalação compacta de um convector de água ou elétrico sob a entrada da varanda.

Influência da cobertura do radiador

Naturalmente, o radiador que estiver menos bloqueado por diversos obstáculos artificiais e naturais cederá melhor o calor. Para este caso, a fórmula de cálculo da sua potência térmica é estendida pelo coeficiente «Y», que considera as condições de funcionamento do radiador.

O local mais comum de instalação dos aquecedores é debaixo do peitoril da janela. Com essa posição, o valor do coeficiente é 1.

Consideremos as situações típicas de colocação dos radiadores:

• Y = 1,0 – diretamente sob o peitoril da janela.
• Y = 0,9 – se o radiador estiver completamente exposto de todos os lados.
• Y = 1,07 – quando o radiador estiver obstruído por uma saliência horizontal da parede
• Y = 1,12 – se o radiador sob o peitoril estiver coberto por um invólucro frontal.
• Y = 1,2 – quando o aquecedor estiver bloqueado de todos os lados.

Cortinas longas e grossas puxadas também causam resfriamento no cômodo.

O design moderno dos radiadores de aquecimento permite utilizá-los sem quaisquer coberturas decorativas – garantindo assim a máxima transferência de calor

Eficiência da conexão dos radiadores

A eficiência do radiador depende diretamente do modo como ele é conectado ao circuito de aquecimento interno do cômodo. Muitas vezes, os proprietários sacrificam esse indicador em prol da estética do ambiente. A fórmula de cálculo da potência térmica necessária leva tudo isso em conta através do coeficiente «Z».

Apresentamos os valores deste indicador para diversas situações:

• Z = 1,0 – conexão do radiador ao circuito geral do sistema de aquecimento pelo método «diagonal», que é o mais justificado.
• Z = 1,03 – outra opção, a mais comum devido ao pequeno comprimento da tubulação, é a conexão «lateral».
• Z = 1,13 – terceiro método «por baixo, de ambos os lados». Graças aos tubos de plástico, este método rapidamente se estabeleceu em novas construções, apesar da eficiência muito menor.
• Z = 1,28 – outro método, muito pouco eficiente, «por baixo, de um lado». Ele merece consideração apenas porque alguns projetos de radiadores são fornecidos com conjuntos prontos com conexão a um único ponto de tubulação de alimentação e retorno.

Os purgadores de ar embutidos nos aparelhos de aquecimento ajudarão a aumentar o coeficiente de eficiência, pois eles salvarão o sistema da «presença de ar» a tempo.

Antes de esconder os tubos de aquecimento no piso, utilizando conexões de baixa eficiência dos radiadores, vale lembrar das paredes e do teto.

O princípio de funcionamento de qualquer aparelho de aquecimento a água baseia-se nas propriedades físicas de o líquido quente subir e, após resfriamento, descer.

Portanto, é fortemente recomendado não utilizar conexões de sistemas de aquecimento aos radiadores em que o tubo de alimentação fica na parte inferior e o de retorno na parte superior.

Exemplo prático de cálculo da potência térmica

Dados iniciais:

1. Sala de canto sem varanda no segundo andar de uma casa de dois andares em blocos de concreto, rebocada, em uma região sem vento da Sibéria Ocidental.
2. Comprimento da sala 5,30 m X largura 4,30 m = área 22,79 m².
3. Largura da janela 1,30 m X altura 1,70 m = área 2,21 m².
4. Altura do cômodo = 2,95 m.

Sequência de cálculo:

Abaixo, é apresentada a descrição do cálculo do número de seções dos radiadores e do número necessário de radiadores. Ele se baseia nos resultados obtidos de potências térmicas, levando em consideração as dimensões dos locais previstos para instalação dos aparelhos de aquecimento.

Independentemente dos resultados, recomenda-se equipar os nichos sob as janelas com radiadores nos cômodos de canto, e não apenas isso. Os radiadores devem ser instalados junto a paredes externas «cegas» ou perto de cantos que estejam mais sujeitos ao congelamento devido ao frio externo.

Potência térmica específica das seções dos radiadores

Antes mesmo de realizar o cálculo geral da transferência de calor necessária dos aparelhos de aquecimento, é necessário decidir de qual material serão os radiadores desmontáveis a serem instalados nos cômodos.

A escolha deve se basear nas características do sistema de aquecimento (pressão interna, temperatura do fluido de aquecimento). Além disso, não se deve esquecer do custo bastante variável dos produtos adquiridos.

A seguir, falaremos sobre como calcular corretamente a quantidade necessária de diferentes radiadores para aquecimento.

Com um fluido de aquecimento a 70 °C, as seções padrão de 500 mm de radiadores feitos de materiais diferentes possuem potência térmica específica 'q' desigual.

1. Ferro fundido – q = 160 Watts (potência específica de uma seção de ferro fundido). Radiadores deste metal são adequados para qualquer sistema de aquecimento.
2. Aço – q = 85 Watts. Os radiadores tubulares de aço podem operar nas condições de uso mais severas. Suas seções são bonitas com seu brilho metálico, mas possuem a menor transferência de calor.
3. Alumínio – q = 200 Watts. Os leves e estéticos radiadores de alumínio devem ser instalados apenas em sistemas de aquecimento autônomos, onde a pressão é inferior a 7 atmosferas. Mas em termos de emissão de calor, suas seções são inigualáveis.
4. Bimetálico – q = 180 Watts. O interior dos radiadores bimetálicos é feito de aço, e a superfície de dissipação de calor é de alumínio. Esses radiadores suportam todos os regimes de pressão e temperatura. A potência térmica específica das seções bimetálicas também é excelente.

Os valores de q fornecidos são bastante aproximados e usados para cálculo preliminar. Números mais precisos constam nos manuais dos aparelhos de aquecimento adquiridos.

Cálculo do número de seções dos radiadores

Radiadores modulares de qualquer material são bons porque, para atingir sua potência térmica calculada, é possível adicionar ou remover seções individuais.

Para determinar o número necessário 'N' de seções de radiadores do material escolhido, utiliza-se a fórmula:

N = Q / q,

Onde:

• Q = potência térmica necessária previamente calculada dos aparelhos para aquecer o cômodo,
• q = potência térmica específica de uma seção individual dos radiadores pretendidos para instalação.

Após calcular o número total necessário de seções de radiadores no ambiente, é preciso determinar quantos radiadores devem ser instalados. Este cálculo baseia-se na comparação das dimensões dos locais previstos para instalação dos aparelhos de aquecimento e dos tamanhos dos radiadores, considerando as conexões.

Os elementos da bateria são conectados por niples com rosca externa de direções opostas usando uma chave de radiador, simultaneamente são instaladas juntas nas conexões.

Para cálculos preliminares, você pode usar dados sobre a largura das seções de diferentes radiadores:

• de ferro fundido = 93 mm,
• de alumínio = 80 mm,
• bimetálicos = 82 mm.

Na fabricação de radiadores desmontáveis de tubos de aço, os fabricantes não seguem padrões específicos. Se você deseja instalar essas baterias, deve abordar a questão individualmente.

Você também pode usar nossa calculadora online gratuita para calcular o número de seções:

Aumento da eficiência da transferência de calor

Ao aquecer o ar interno do ambiente com o radiador, também ocorre um aquecimento intenso da parede externa na área atrás da bateria. Isso leva a perdas de calor adicionais e injustificadas.

Para aumentar a eficiência de transferência de calor do radiador, sugere-se isolar o aparelho de aquecimento da parede externa com uma tela refletora de calor.

O mercado oferece muitos materiais de isolamento modernos com superfície folheada refletora de calor. A folha protege o ar quente aquecido pela bateria do contato com a parede fria e o direciona para dentro do cômodo.

Para funcionar corretamente, as bordas do refletor instalado devem exceder as dimensões do radiador e se projetar 2-3 cm de cada lado. O espaço entre o aparelho de aquecimento e a superfície de proteção térmica deve ser de 3-5 cm.

Para fazer a tela refletora de calor, pode-se recomendar isospan, penofol, alufom. Do rolo adquirido, corta-se um retângulo do tamanho necessário e fixa-se na parede no local de instalação do radiador.

Fixar a tela refletora de calor do aquecedor na parede é melhor com cola de silicone ou com pregos líquidos.

Recomenda-se separar a folha de isolamento da parede externa com uma pequena camada de ar, por exemplo, usando uma fina grade de plástico.

Se o refletor for composto por várias partes do material isolante, as juntas do lado da folha devem ser coladas com fita adesiva metalizada.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Pequenos vídeos apresentarão a implementação prática de alguns conselhos de engenharia no dia a dia. No próximo vídeo, você pode ver um exemplo prático de cálculo de radiadores de aquecimento:

A alteração do número de seções do radiador é abordada neste vídeo:

O próximo vídeo contará como instalar o refletor sob a bateria:

As habilidades adquiridas no cálculo da potência térmica de diferentes tipos de radiadores de aquecimento ajudarão o mestre doméstico na configuração adequada do sistema de aquecimento. E as donas de casa poderão verificar a correção do processo de instalação das baterias por especialistas externos.

Você já fez o cálculo independente da potência das baterias de aquecimento para sua casa? Ou enfrentou problemas decorrentes da instalação de aparelhos de aquecimento de baixa potência? Compartilhe sua experiência com nossos leitores – por favor, deixe seus comentários abaixo.