Calcolo del sistema di riscaldamento di una casa privata: regole ed esempi di calcolo

Il riscaldamento di una casa privata è un elemento necessario per un'abitazione confortevole. Conviene ammettere che all'installazione dell'impianto di riscaldamento occorra prestare attenzione, poiché gli errori costerebbero cari. Ma lei non ha mai eseguito calcoli simili e non sa come farli correttamente?

L'aiuteremo – nel nostro articolo esamineremo in dettaglio come si effettua il calcolo dell'impianto di riscaldamento di una casa privata per compensare efficacemente le perdite di calore nei mesi invernali.

Forniremo esempi concreti, corredando il materiale dell'articolo con foto illustrative e utili video consigli, nonché tabelle aggiornate con indicatori e coefficienti necessari per i calcoli.

Perdite di calore di una casa privata

L'edificio perde calore a causa della differenza di temperatura dell'aria all'interno e all'esterno della casa. Le perdite di calore sono tanto maggiori quanto più estesa è la superficie delle strutture di contenimento dell'edificio (finestre, tetto, pareti, fondamenta).

Inoltre, le perdite di energia termica sono legate ai materiali delle strutture di chiusura e alle loro dimensioni. Ad esempio, le perdite di calore dei muri sottili sono maggiori di quelle dei muri spessi.

Un efficace calcolo del riscaldamento per una casa privata tiene obbligatoriamente conto dei materiali utilizzati nella costruzione delle strutture di chiusura.

Ad esempio, a parità di spessore, una parete in legno e una in mattoni conducono il calore con diversa intensità – le perdite di calore attraverso le strutture in legno sono più lente. Alcuni materiali trasmettono meglio il calore (metallo, mattone, cemento), altri peggio (legno, lana minerale, polistirene espanso).

L'atmosfera all'interno di un edificio residenziale è indirettamente collegata all'ambiente esterno. Pareti, aperture di finestre e porte, tetto e fondamenta in inverno trasferiscono calore dalla casa all'esterno, restituendo freddo. Su di essi ricade il 70-90% delle perdite totali di calore del cottage.

Pareti, tetto, finestre e porte – tutto lascia passare il calore verso l'esterno in inverno. Una termocamera mostrerà chiaramente le perdite di calore.

Una costante perdita di energia termica durante la stagione di riscaldamento avviene anche attraverso la ventilazione e le fognature.

Nel calcolo delle perdite di calore di un edificio residenziale privato questi dati di solito non vengono considerati. Ma includere nel calcolo termico complessivo della casa le perdite di calore attraverso i sistemi fognari e di ventilazione è comunque una decisione corretta.

Un sistema di isolamento termico ben progettato può ridurre significativamente le perdite di calore attraverso le strutture edilizie e le aperture di porte/finestre.

Non è possibile eseguire il calcolo del circuito di riscaldamento autonomo di una casa di campagna senza valutare le perdite di calore delle sue strutture di chiusura. Più precisamente, non si riuscirà a determinare la potenza della caldaia di riscaldamento sufficiente a riscaldare il cottage anche durante le gelate più intense.

L'analisi del consumo reale di energia termica attraverso le pareti permetterà di confrontare i costi per l'attrezzatura della caldaia e il combustibile con le spese per l'isolamento termico delle strutture di chiusura.

Infatti, più la casa è energeticamente efficiente, cioè meno energia termica perde nei mesi invernali, minori sono le spese per l'acquisto del combustibile.

Per un corretto calcolo del sistema di riscaldamento è necessario il coefficiente di conducibilità termica dei comuni materiali da costruzione.

Tabella dei valori del coefficiente di conducibilità termica di vari materiali da costruzione, più frequentemente utilizzati nella costruzione

Calcolo delle perdite di calore attraverso le pareti

Prendendo come esempio un ipotetico cottage a due piani, calcoliamo le perdite di calore attraverso le sue strutture murarie.

Dati iniziali:

• una «scatola» quadrata con pareti frontali larghe 12 m e alte 7 m;
• nelle pareti 16 aperture, ciascuna di area 2,5 m²;
• Materiale delle pareti esterne: mattone pieno in ceramica;
• Spessore della parete: 2 mattoni.

Procediamo ora al calcolo di un gruppo di indicatori, dai quali si ricava il valore totale delle perdite di calore attraverso le pareti.

Resistenza termica

Per determinare la resistenza termica di una parete esterna, è necessario dividere lo spessore del materiale della parete per il suo coefficiente di conducibilità termica.

Per diversi materiali strutturali, i dati relativi al coefficiente di conducibilità termica sono mostrati nelle immagini sopra e sotto.

Per calcoli precisi è necessario il coefficiente di conducibilità termica dei materiali termoisolanti elencati nella tabella, utilizzati in edilizia.

La nostra parete fittizia è costruita in mattone pieno in ceramica, il cui coefficiente di conducibilità termica è 0,56 W/m·^°C. Il suo spessore, considerando la muratura con malta cementizia, è 0,51 m. Dividendo lo spessore della parete per il coefficiente di conducibilità termica del mattone, otteniamo la resistenza termica della parete:

0,51 : 0,56 = 0,91 W/m^2×°C

Il risultato della divisione viene arrotondato a due cifre decimali; non è necessario avere dati più precisi sulla resistenza termica.

Superficie delle pareti esterne

Poiché come esempio è stato scelto un edificio quadrato, la superficie delle sue pareti si determina moltiplicando la larghezza per l'altezza di una parete, poi per il numero di pareti esterne:

12 · 7 · 4 = 336 m²

Quindi, conosciamo l'area delle pareti esterne. Ma che dire delle aperture di finestre e porte, che insieme occupano 40 m² (2,5·16=40 m²) della parete esterna? È necessario tenerne conto?

In effetti, come calcolare correttamente il riscaldamento autonomo in una casa in legno senza considerare la resistenza termica delle finestre e delle porte?

Coefficiente di conducibilità termica dei materiali termoisolanti utilizzati per l'isolamento delle pareti portanti

Se è necessario calcolare le perdite di calore di un edificio di grande superficie o di una casa calda (energeticamente efficiente), sì, considerare i coefficienti di trasmissione termica dei telai delle finestre e delle porte d'ingresso nel calcolo sarà corretto.

Tuttavia, per gli edifici residenziali unifamiliari costruiti con materiali tradizionali, è accettabile trascurare le aperture di porte e finestre. Cioè, non sottrarre la loro area dalla superficie totale delle pareti esterne.

Perdite di calore totali delle pareti

Determiniamo la perdita di calore di un metro quadrato di parete per una differenza di temperatura di un grado tra l'interno e l'esterno della casa.

Per fare ciò, dividiamo l'unità per la resistenza termica della parete calcolata in precedenza:

1 : 0,91 = 1,09 W/m²·^°C

Conoscendo la perdita di calore per metro quadrato del perimetro delle pareti esterne, è possibile determinare le perdite di calore a determinate temperature esterne.

Ad esempio, se nei locali del cottage la temperatura è +20 ^°C, mentre all'esterno è -17 ^°C, la differenza di temperatura sarà di 20+17=37 ^°C. In tale situazione, le perdite termiche complessive delle pareti della nostra casa ipotetica saranno:

0,91 · 336 · 37 = 11313 W,

Dove: 0,91 – la resistenza termica di un metro quadrato di parete; 336 – l'area delle pareti di facciata; 37 – la differenza di temperatura tra l'ambiente interno e quello esterno.

Coefficiente di conducibilità termica dei materiali termoisolanti utilizzati per l'isolamento di pavimenti/pareti, per la realizzazione di massetti asciutti e per il livellamento delle pareti

Ricalcoliamo il valore ottenuto delle perdite termiche in kilowattora, più comodi per la comprensione e per i successivi calcoli della potenza dell'impianto di riscaldamento.

Perdite termiche delle pareti in kilowattora

Per prima cosa, determiniamo quanta energia termica si perderà attraverso le pareti in un'ora con una differenza di temperatura di 37 ^°C.

Ricordiamo che il calcolo viene effettuato per una casa con caratteristiche strutturali scelte arbitrariamente per scopi dimostrativi e illustrativi:

11313 · 1 : 1000 = 11,313 kWh,

Dove: 11313 – il valore delle perdite termiche ottenuto in precedenza; 1 – l'ora; 1000 – il numero di watt in un kilowatt.

Coefficiente di conducibilità termica dei materiali da costruzione utilizzati per l'isolamento di pareti e solai

Per calcolare le perdite di calore giornaliere, moltiplichiamo il valore delle perdite termiche orarie per 24 ore:

11,313 · 24 = 271,512 kWh

Per chiarezza, determiniamo le perdite di energia termica per l'intera stagione di riscaldamento:

7 · 30 · 271,512 = 57017,52 kWh,

Dove: 7 – il numero di mesi nella stagione di riscaldamento; 30 – il numero di giorni in un mese; 271,512 – le perdite termiche giornaliere delle pareti.

Pertanto, le perdite termiche calcolate per la casa con le caratteristiche sopra indicate degli involucri edilizi ammonteranno a 57017,52 kWh per sette mesi della stagione di riscaldamento.

Considerazione dell'influenza della ventilazione della casa privata

Come esempio per il calcolo delle perdite termiche per ventilazione durante la stagione di riscaldamento, consideriamo un cottage ipotetico di forma quadrata, con pareti larghe 12 metri e alte 7 metri.

Senza considerare mobili e pareti interne, il volume interno dell'aria in questo edificio sarà:

12 · 12 · 7 = 1008 m³

Alla temperatura dell'aria di +20 ^°C (norma nella stagione di riscaldamento), la sua densità è 1,2047 kg/m³ e il calore specifico è 1,005 kJ/(kg·^°C).

Calcoliamo la massa dell'aria in casa:

1008 · 1,2047 = 1214,34 kg,

Dove: 1008 – il volume dell'aria interna; 1,2047 – la densità dell'aria a t +20 ^°C.

Tabella con i valori del coefficiente di conducibilità termica dei materiali che possono essere necessari per calcoli precisi

Supponiamo un ricambio quintuplo del volume d'aria negli ambienti della casa. Notiamo che l'esatto fabbisogno di volume d'aria immessa di aria fresca dipende dal numero di residenti del cottage.

Con una differenza media di temperatura tra casa e strada durante la stagione di riscaldamento pari a 27 ^°C (20 ^°C interna, -7 ^°C esterna), al giorno per riscaldare l'aria fredda immessa sarà necessaria energia termica:

5 · 27 · 1214,34 · 1,005 = 164755,58 kJ,

Dove: 5 – numero di ricambi d'aria nelle stanze; 27 – differenza di temperatura tra ambiente interno ed esterno; 1214,34 – densità dell'aria a t +20 ^°C; 1,005 – calore specifico dell'aria.

Convertiamo i kilojoule in kilowattora, dividendo il valore per il numero di kilojoule in un kilowattora (3600):

164755,58 : 3600 = 45,76 kWh

Dopo aver determinato il consumo di energia termica per il riscaldamento dell'aria in casa con un ricambio quintuplo tramite ventilazione forzata, si possono calcolare le perdite di calore "dell'aria" per una stagione di riscaldamento di sette mesi:

7 · 30 · 45,76 = 9609,6 kWh,

Dove: 7 – numero di mesi "riscaldati"; 30 – numero medio di giorni in un mese; 45,76 – consumo giornaliero di energia termica per il riscaldamento dell'aria immessa.

I consumi energetici per ventilazione (infiltrazione) sono inevitabili, poiché il ricambio d'aria negli ambienti del cottage è essenziale per la vita.

Il fabbisogno di riscaldamento dell'aria di ricambio in casa deve essere calcolato, sommato alle perdite di calore attraverso le strutture di chiusura e considerato nella scelta della caldaia di riscaldamento. C'è un altro tipo di consumo energetico termico, l'ultimo: le perdite di calore fognarie.

Costi energetici per la preparazione dell'acqua calda sanitaria (ACS)

Se nei mesi caldi dal rubinetto del cottage arriva acqua fredda, nella stagione di riscaldamento è gelida, con temperatura non superiore a +5 ^°C. Fare il bagno, lavare i piatti e lavare i panni sono impossibili senza il riscaldamento dell'acqua.

L'acqua raccolta nel serbatoio del water entra in contatto attraverso le pareti con l'atmosfera domestica, sottraendo un po' di calore. Cosa succede all'acqua riscaldata bruciando carburante non gratuito e utilizzata per le necessità domestiche? Viene scaricata nella fogna.

Caldaia a doppio circuito con bollitore a riscaldamento indiretto, utilizzata sia per riscaldare il fluido termovettore, sia per fornire acqua calda nel circuito appositamente realizzato

Consideriamo un esempio. Una famiglia di tre persone, supponiamo, consuma 17 m³ di acqua al mese. 1000 kg/m³ – densità dell'acqua, e 4,183 kJ/kg·^°C – il suo calore specifico.

La temperatura media di riscaldamento dell'acqua destinata a uso domestico sia +40 ^oC. Di conseguenza, la differenza di temperatura media tra l'acqua fredda in entrata in casa (+5 ^oC) e quella riscaldata nella caldaia (+30 ^oC) è di 25 ^oC.

Per il calcolo delle perdite di calore fognarie, consideriamo:

17 · 1000 · 25 · 4,183 = 1777775 kJ,

Dove: 17 – volume mensile di consumo di acqua; 1000 – densità dell'acqua; 25 – differenza di temperatura tra acqua fredda e riscaldata; 4,183 – capacità termica specifica dell'acqua;

Per convertire i kilojoule in più comprensibili kilowattora:

1777775 : 3600 = 493,82 kWh

Pertanto, nel periodo di sette mesi della stagione di riscaldamento, l'energia termica che finisce nella rete fognaria è pari a:

493,82 · 7 = 3456,74 kWh

Il consumo di energia termica per il riscaldamento dell'acqua per scopi igienici è modesto rispetto alle perdite di calore attraverso le pareti e la ventilazione. Ma si tratta comunque di dispendi energetici che gravano sulla caldaia di riscaldamento o sul bollitore e comportano un consumo di combustibile.

Calcolo della potenza della caldaia di riscaldamento

La caldaia nel sistema di riscaldamento è progettata per compensare le perdite di calore dell'edificio. Inoltre, in caso di sistema a doppio circuito o di caldaia dotata di bollitore ad accumulo per riscaldamento indiretto, per riscaldare l'acqua per le necessità igieniche.

Calcolando le perdite di calore giornaliere e il consumo di acqua calda 'per la rete fognaria', è possibile determinare con precisione la potenza necessaria della caldaia per un cottage di una determinata superficie e caratteristiche delle strutture di chiusura.

Una caldaia a singolo circuito produce solo il riscaldamento del fluido termovettore per il sistema di riscaldamento

Per determinare la potenza della caldaia di riscaldamento è necessario calcolare le perdite di energia termica della casa attraverso le pareti della facciata e per il riscaldamento dell'aria di ricambio degli ambienti interni.

Sono necessari i dati sulle perdite di calore in kilowattora al giorno – nel caso di una casa fittizia calcolata come esempio, questi sono:

271,512 + 45,76 = 317,272 kWh,

Dove: 271,512 – perdite di calore giornaliere attraverso le pareti esterne; 45,76 – perdite di calore giornaliere per il riscaldamento dell'aria di ventilazione.

Di conseguenza, la potenza di riscaldamento necessaria della caldaia sarà:

317,272 : 24 (ore) = 13,22 kW

Tuttavia, una tale caldaia sarà sottoposta a un carico costantemente elevato, che ne riduce la durata. E nei giorni particolarmente freddi, la potenza calcolata della caldaia non sarà sufficiente, poiché con un elevato sbalzo termico tra l'ambiente interno e l'atmosfera esterna, le perdite di calore dell'edificio aumenteranno bruscamente.

Quindi non conviene scegliere la caldaia basandosi su un calcolo medio dei consumi di energia termica – potrebbe non reggere forti gelate.

Sarà razionale aumentare la potenza richiesta dell'apparecchiatura della caldaia del 20%:

13,22 · 0,2 + 13,22 = 15,86 kW

Per calcolare la potenza necessaria del secondo circuito della caldaia, che riscalda l'acqua per lavare i piatti, fare il bagno, ecc., è necessario dividere il consumo mensile di calore delle perdite termiche «fognarie» per il numero di giorni del mese e per 24 ore:

493,82 : 30 : 24 = 0,68 kW

In base ai calcoli, la potenza ottimale della caldaia per il cottage di esempio è di 15,86 kW per il circuito di riscaldamento e di 0,68 kW per il circuito di acqua calda sanitaria.

Scelta dei radiatori di riscaldamento

Tradizionalmente si consiglia di scegliere la potenza del radiatore di riscaldamento in base all'area della stanza da riscaldare, con un sovradimensionamento del 15-20% per sicurezza.

Con un esempio, esaminiamo quanto sia corretta la metodologia di scelta del radiatore «10 m2 di superficie – 1,2 kW».

La potenza termica dei radiatori dipende dal metodo di collegamento, cosa che è necessario considerare quando si eseguono i calcoli dell'impianto di riscaldamento.

Dati iniziali: stanza d'angolo al primo piano di una casa bifamiliare IZhS (costruzione individuale di alloggi); parete esterna in muratura a due file di mattoni ceramici; larghezza della stanza 3 m, lunghezza 4 m, altezza del soffitto 3 m.

Secondo lo schema semplificato di scelta, si propone di calcolare l'area della stanza, calcoliamo:

3 (larghezza) · 4 (lunghezza) = 12 m²

Cioè, la potenza necessaria del radiatore di riscaldamento con un sovrapprezzo del 20% risulta di 14,4 kW. Ora calcoliamo i parametri di potenza del radiatore di riscaldamento in base alle perdite di calore della stanza.

In realtà, l'area della stanza influisce sulle perdite di energia termica meno dell'area delle sue pareti che danno all'esterno dell'edificio (facciate).

Quindi calcoleremo proprio l'area delle pareti «esterne» presenti nella stanza:

3 (larghezza) · 3 (altezza) + 4 (lunghezza) · 3 (altezza) = 21 m²

Conoscendo l'area delle pareti che trasmettono calore «all'esterno», calcoliamo le perdite di calore con una differenza di temperatura tra interno ed esterno di 30^° (in casa +18 ^°C, fuori -12 ^°C), e direttamente in kilowattora:

0,91 · 21 · 30 : 1000 = 0,57 kW,

Dove: 0,91 – resistenza termica delle pareti della stanza che danno all'esterno (m2); 21 – area delle pareti «esterne»; 30 – differenza di temperatura tra interno ed esterno della casa; 1000 – numero di watt in un kilowatt.

Secondo gli standard edilizi, i dispositivi di riscaldamento vengono posizionati nei punti di massima perdita di calore. Ad esempio, i radiatori vengono installati sotto le finestre, i termoventilatori – sopra l'ingresso di casa. Nelle stanze d'angolo, i radiatori vengono installati su pareti cieche, soggette alla massima esposizione ai venti.

Ne consegue che per compensare le perdite di calore attraverso le pareti di facciata di questa struttura, con una differenza di temperatura di 30^° tra casa e esterno, è sufficiente un riscaldamento con potenza di 0,57 kWh. Aumentiamo la potenza necessaria del 20, anzi del 30% – otteniamo 0,74 kWh.

Pertanto, le reali esigenze di potenza del riscaldamento possono essere notevolmente inferiori rispetto allo schema commerciale «1,2 kW per metro quadrato di superficie del locale».

Inoltre, un calcolo corretto delle potenze necessarie dei radiatori di riscaldamento permetterà di ridurre il volume del fluido termovettore nel sistema di riscaldamento, riducendo così il carico sulla caldaia e i costi del combustibile.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Dove va il calore dalla casa – le risposte sono fornite da un video esplicativo:

Nel video viene illustrata la procedura per calcolare le dispersioni termiche della casa attraverso le strutture di chiusura. Conoscendo le perdite di calore, si potranno calcolare con precisione le potenze dell'impianto di riscaldamento:

Un video dettagliato sui principi di selezione delle caratteristiche di potenza della caldaia di riscaldamento è disponibile qui sotto:

La produzione di calore diventa ogni anno più costosa – i prezzi del combustibile aumentano. E il calore scarseggia costantemente. Non si può essere indifferenti ai consumi energetici del cottage – è del tutto svantaggioso.

Da un lato, ogni nuova stagione di riscaldamento costa al proprietario della casa sempre di più. Dall'altro lato, l'isolamento di pareti, fondamenta e tetto di una casa di campagna richiede un investimento considerevole. Tuttavia, meno calore esce dall'edificio, più economico sarà riscaldarlo.

Mantenere il calore negli ambienti della casa è il compito principale dell'impianto di riscaldamento nei mesi invernali. La scelta della potenza della caldaia dipende dalle condizioni della casa e dalla qualità dell'isolamento delle sue strutture di chiusura. Il principio «kilowatt per 10 metri quadrati di superficie» funziona per un cottage con condizioni medie di facciate, tetto e fondamenta.

Ha calcolato autonomamente l'impianto di riscaldamento per la sua casa? Oppure ha notato incongruenze nei calcoli riportati nell'articolo? Condivida la sua esperienza pratica o le sue conoscenze teoriche, lasciando un commento nel blocco sotto questo articolo.