Consumo medio di gas per riscaldamento di una casa di 150 m²: esempio di calcoli e panoramica delle formule termotecniche

Il finanziamento della stagione di riscaldamento costituisce una parte significativa del budget speso per la manutenzione dell'abitazione. Conoscendo il prezzo e il consumo medio di gas per il riscaldamento di una casa di 150 m², è possibile determinare con sufficiente precisione i costi per il riscaldamento degli ambienti. Questi calcoli possono essere eseguiti facilmente da soli senza dover pagare i servizi di termotecnici.

Tutto sulle norme di consumo del gas e sui metodi di calcolo del consumo di combustibile blu lo apprenderà nell'articolo che presentiamo. Le spiegheremo quanta energia sarà necessaria per compensare le perdite di calore della casa durante la stagione di riscaldamento. Le indicheremo quali formule utilizzare nei calcoli.

Riscaldamento di cottage di campagna

Nel calcolo del consumo di gas necessario per riscaldare la casa, il compito più complesso sarà il calcolo delle dispersioni termiche, che il sistema di riscaldamento deve compensare completamente durante il funzionamento.

Il complesso delle perdite di calore dipende dal clima, dalle caratteristiche costruttive dell'edificio, dai materiali utilizzati e dai parametri di funzionamento del sistema di ventilazione.

Calcolo della quantità di calore compensata

Il sistema di riscaldamento di qualsiasi edificio deve compensare le perdite di calore Q (W) durante il periodo freddo. Esse avvengono per due motivi:

1. scambio termico attraverso il perimetro della casa;
2. perdita di calore a causa dell'ingresso di aria fredda attraverso il sistema di ventilazione.

Formalmente, le perdite di calore attraverso la parete e il tetto Q_tp possono essere calcolate con la seguente formula:

Q_tp = S * dT / R,

dove:

• S – superficie (m²);
• dT – differenza di temperatura tra l'aria interna ed esterna (°C);
• R – indice di resistenza alla trasmissione del calore dei materiali (m² * °C / W).

L'ultimo indicatore (chiamato anche “coefficiente di resistenza termica”) può essere preso dalle tabelle allegate ai materiali da costruzione o ai prodotti.

Il tipo di vetrocamera influisce significativamente sull'indice di perdita di calore della casa. L'alto prezzo delle finestre isolate sarà giustificato dal risparmio di carburante.

Esempio. Supponiamo che la parete esterna della stanza abbia una superficie di 12 m², di cui 2 m² occupati dalla finestra.

Gli indicatori di resistenza alla trasmissione del calore sono i seguenti:

• Blocchi di calcestruzzo aerato D400: R = 3.5.
• Vetrocamera doppia con argon “4M1 – 16Ar – 4M1 – 16Ar – 4I”: R = 0,75.

In questo caso, con temperatura ambiente “+22°C” e temperatura esterna “–30°C”, le perdite di calore della parete esterna della stanza saranno:

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

Tale calcolo fornisce un risultato corretto a condizione che non vi sia scambio d'aria incontrollato (infiltrazione).

Può verificarsi nei seguenti casi:

• Presenza di difetti strutturali, come la chiusura non ermetica dei telai delle finestre alle pareti o il distacco del materiale isolante. È necessario eliminarli.
• Invecchiamento dell'edificio, a seguito del quale si formano scheggiature, crepe o vuoti nella muratura. In questo caso è necessario introdurre coefficienti correttivi nell'indice di resistenza termica dei materiali.

Allo stesso modo è necessario determinare le perdite di calore attraverso il tetto, se l'oggetto si trova all'ultimo piano. Attraverso il pavimento, una perdita di energia significativa si verifica solo in presenza di un seminterrato non riscaldato e ventilato, come un garage. Nel terreno, invece, il calore praticamente non si disperde.

Per calcolare l'indice di resistenza termica dei materiali multistrato è necessario sommare gli indici dei singoli strati. Di solito per i calcoli si prendono solo i materiali con la minore conducibilità termica.

Consideriamo la seconda causa di perdite di calore: la ventilazione dell'edificio. Il consumo energetico per il riscaldamento dell'aria di immissione (Q_v) può essere calcolato con la formula:

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

• L – portata d'aria (m³ / h);
• q – densità dell'aria (kg / m³);
• c – capacità termica specifica dell'aria in entrata (kJ / kg *°C);
• dT – differenza di temperatura tra aria interna ed esterna (°C).

La capacità termica specifica dell'aria nell'intervallo di temperatura di nostro interesse [–50.. +30 °C] è pari a 1,01 kJ / kg *°C o, convertita nell'unità desiderata: 0,28 W * h / kg *°C. La densità dell'aria dipende dalla temperatura e dalla pressione, ma per i calcoli si può prendere il valore di 1,3 kg / m³.

Esempio. Per una stanza di 12 m² con la stessa differenza di temperatura dell'esempio precedente, le perdite di calore dovute alla ventilazione saranno:

Q_v = (12 * 3) * 1,3 * 0,28 * (22 – (– 30)) = 681 W.

I progettisti prendono la portata d'aria secondo SNiP 41-01-2003 (nel nostro esempio 3 m³ / h per 1 m² di superficie della stanza abitativa), ma questo valore può essere notevolmente ridotto dal proprietario dell'edificio.

In totale, le perdite di calore complessive della stanza modello sono:

Q = Q_tp + Q_v = 969 W.

Per calcolare le perdite di calore per un giorno, una settimana o un mese, è necessario conoscere la temperatura media di questi periodi.

Dalle formule precedenti si vede che il calcolo del volume di gas consumato, sia per un breve periodo di tempo che per l'intera stagione fredda, deve essere effettuato tenendo conto del clima della zona in cui si trova l'edificio riscaldato. Pertanto, è possibile utilizzare soluzioni standard ben consolidate solo per condizioni climatiche simili.

Per determinare parametri climatici simili, è possibile utilizzare le mappe delle temperature medie mensili nel periodo invernale. Si possono facilmente trovare su Internet.

In presenza di una geometria complessa della casa e della varietà di materiali utilizzati nella sua costruzione e isolamento, per calcolare la quantità di calore necessaria è possibile ricorrere ai servizi di specialisti.

Modi per minimizzare le perdite di calore

Le spese per il riscaldamento della casa costituiscono una parte significativa dei costi di manutenzione. Perciò è ragionevole eseguire alcuni lavori mirati a ridurre le dispersioni termiche mediante l'isolamento del soffitto, delle pareti della casa, l'isolamento termico del pavimento e delle strutture adiacenti.

L'applicazione di schemi di isolamento esterno e interno della casa consente di ridurre notevolmente questo indicatore. Ciò riguarda in particolare gli edifici vecchi con forte usura di pareti e solai. Gli stessi pannelli in polistirene espanso permettono non solo di ridurre o eliminare completamente il congelamento, ma anche di minimizzare l'infiltrazione d'aria attraverso il rivestimento protetto.

Si può ottenere un notevole risparmio anche non collegando al riscaldamento le aree estive della casa, come verande o il piano mansardato. In questo caso si avrà una significativa riduzione del perimetro della parte riscaldata della casa.

L'utilizzo del piano mansardato solo in estate consente di risparmiare notevolmente sui costi di riscaldamento della casa in inverno. Tuttavia, in questo caso, il soffitto del piano superiore deve essere ben isolato.

Se si seguono rigorosamente le norme di ventilazione degli ambienti prescritte nel SNiP 41-01-2003, le perdite di calore dovute al ricambio d'aria saranno superiori a quelle dovute al congelamento di muri e tetto dell'edificio. Queste norme sono obbligatorie per i progettisti e per tutte le persone giuridiche, se l'ambiente viene utilizzato per la produzione o la fornitura di servizi. Tuttavia, gli inquilini della casa possono, a loro discrezione, ridurre i valori indicati nel documento.

Inoltre, per riscaldare l'aria fredda proveniente dall'esterno, è possibile utilizzare scambiatori di calore, anziché apparecchi che consumano elettricità o gas. Così, un comune recuperatore a piastre può risparmiare più della metà dell'energia, mentre un dispositivo più complesso con fluido termovettore può risparmiare circa il 75%.

Calcolo del volume di gas necessario

Il gas combustibile deve compensare le perdite di calore. A tal fine, oltre alle dispersioni termiche della casa, è necessario conoscere la quantità di energia rilasciata durante la combustione, che dipende dal rendimento della caldaia e dal potere calorifico della miscela.

Regola per la scelta della caldaia

La scelta del riscaldatore deve essere effettuata tenendo conto delle dispersioni termiche della casa. Deve essere sufficiente per il periodo in cui si raggiunge il minimo annuale delle temperature. Nel manuale della caldaia a gas a pavimento o da parete, il parametro responsabile è “potenza termica nominale”, che per gli apparecchi domestici viene misurato in kW.

Poiché ogni edificio possiede inerzia termica, per calcolare la potenza necessaria della caldaia si prende solitamente come temperatura minima il valore del periodo di cinque giorni più freddo. Per una località specifica, è possibile ottenerlo presso gli enti che raccolgono ed elaborano dati meteorologici, oppure dalla tabella 1 dello SNiP 23-01-99 (colonna n. 4).

Frammento della tabella 1 dello SNiP 23-01-99. Con essa si possono ottenere i dati necessari sul clima della località in cui si trova l'edificio riscaldato.

Se la potenza della caldaia supera il valore sufficiente per il riscaldamento dell'ambiente, ciò non comporta un aumento del consumo di gas. In questo caso, il periodo di inattività dell'apparecchiatura sarà più lungo.

A volte ha senso scegliere una caldaia di potenza leggermente inferiore. Tali dispositivi possono essere notevolmente più economici sia all'acquisto che durante l'utilizzo. Tuttavia, in questo caso è necessario disporre di una fonte di calore di riserva (ad esempio, un termoventilatore abbinato a un generatore a benzina), che possa essere utilizzata durante le forti gelate.

Il principale indicatore dell'efficienza e dell'economicità della caldaia è il rendimento. Negli apparecchi domestici moderni, esso varia dall'88% al 95%. Il rendimento è indicato nel manuale del dispositivo e viene utilizzato nel calcolo del consumo di gas.

Formula di rilascio del calore

Per calcolare correttamente il consumo di gas naturale o GPL per il riscaldamento di una casa di circa 150 m², è necessario conoscere un altro parametro: il potere calorifico (calore specifico di combustione) del combustibile fornito. Secondo il sistema “SI”, viene misurato in J/kg per il GPL o in J/m³ per il gas naturale.

I gasometri (serbatoi per lo stoccaggio di GPL) sono caratterizzati in litri. Per sapere quanto combustibile in chilogrammi può contenere, si può utilizzare la proporzione 0,54 kg / 1 l.

Esistono due valori di questo parametro: il potere calorifico inferiore (H_l) e quello superiore (H_h). Esso dipende dall'umidità e dalla temperatura del combustibile. Per i calcoli si prende il valore H_l – è questo che è necessario ottenere dal fornitore di gas.

Se non sono disponibili tali informazioni, nei calcoli si possono assumere i seguenti valori:

• per il gas naturale H_l = 33.5 MJ / m³;
• per il gas liquefatto H_l = 45.2 MJ / kg.

Considerando che 1 MJ = 278 Wh, otteniamo i seguenti valori del potere calorifico:

• per il gas naturale H_l = 9.3 kWh / m³;
• per il gas liquefatto H_l = 12.6 kWh / kg.

Il volume di gas consumato in un determinato periodo di tempo V (m³ o kg) può essere calcolato con la seguente formula:

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

• Q – dispersioni termiche dell'edificio (kW);
• E – durata del periodo di riscaldamento (h);
• H_l – potere calorifico minimo del gas (kWh / m³);
• K – rendimento della caldaia.

Per il gas liquefatto la dimensione di H_l è kWh / kg.

Esempio di calcolo del consumo di gas

A titolo di esempio, prendiamo un tipico cottage prefabbricato in legno a telaio a due piani. Regione – Territorio dell'Altaj, città di Barnaul.

Dimensioni del cottage – 10 x 8.5 m. Angolo di inclinazione del tetto a due falde – 30°. Questo progetto si distingue per una mansarda calda, una superficie vetrata relativamente ampia, l'assenza di seminterrato e di parti sporgenti della casa.

Passo 1. Calcoliamo i parametri principali della casa per il calcolo delle dispersioni termiche:

• Pavimento. In assenza di un seminterrato ventilato, le perdite attraverso il pavimento e le fondamenta possono essere trascurate.
• Finestre. Vetrocamera doppio “4M1 – 16Ar – 4M1 – 16Ar – 4I”: R_o = 0.75. Superficie vetrata S_o = 40 m².
• Pareti. L'area della parete longitudinale (laterale) è 10 * 3.5 = 35 m². L'area della parete trasversale (facciata) è 8.5 * 3.5 + 8.5² * tg(30) / 4 = 40 m². Pertanto, l'area totale del perimetro dell'edificio è 150 m² e, considerando le vetrate, il valore richiesto S_s = 150 – 40 = 110 m².
• Pareti. I principali materiali isolanti sono il legno lamellare, spessore 200 mm (R_b = 1.27) e l'isolante in basalto, spessore 150 mm (R_u = 3.95). Il valore totale della resistenza termica della parete R_s = R_b + R_u = 5.22.
• Tetto. L'isolamento segue perfettamente la forma del tetto. Superficie del tetto senza sporgenze S_k = 10 * 8.5 / cos (30) = 98 m².
• Tetto. I principali materiali isolanti sono il rivestimento in legno, spessore 12.5 mm (R_v = 0.07) e l'isolante in basalto, spessore 200 mm (R_u = 5.27). Il valore totale della resistenza termica del tetto R_k = R_v + R_u = 5.34.
• Ventilazione. La portata d'aria va calcolata non in base alla superficie della casa, ma tenendo conto dei requisiti che garantiscano un valore non inferiore a 30 m³ per persona all'ora. Poiché nel cottage risiedono stabilmente 4 persone, L = 30 * 4 = 120 m³ / h.

Passaggio 2. Calcoliamo la potenza necessaria della caldaia. Se l'apparecchiatura è già stata acquistata, questa fase può essere saltata.

Per i nostri calcoli è necessario conoscere solo due parametri della caldaia a gas: il rendimento e la potenza nominale. Devono essere indicati nel libretto dell'apparecchio.

La temperatura del quinquennio più freddo è di “–41 °C”. La temperatura di comfort è considerata di “+24 °C”. Pertanto, la differenza media di temperatura in questo periodo sarà dT = 65 °C.

Calcoliamo le perdite di calore:

• attraverso le finestre: Q_o = S_o * dT / R_o = 40 * 65 / 0.75 = 3467 W;
• attraverso le pareti: Q_s = S_s * dT / R_s = 110 * 65 / 5.22 = 1370 W;
• attraverso il tetto: Q_k = S_k * dT / R_k = 98 * 65 / 5.34 = 1199 W;
• a causa della ventilazione: Q_v = L * q * c * dT = 120 * 1.3 * 0.28 * 65 = 2839 W.

Le perdite termiche totali dell'intera casa durante il periodo freddo di cinque giorni saranno:

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

Pertanto, per questa casa modello si può scegliere una caldaia a gas con una potenza termica massima di 10-12 kW. Se il gas viene utilizzato anche per la produzione di acqua calda sanitaria, sarà necessario optare per un apparecchio più potente.

Passaggio 3. Calcoliamo la durata del periodo di riscaldamento e le perdite di calore medie.

Per periodo freddo dell'anno in cui è necessario il riscaldamento si intende la stagione con temperature medie giornaliere inferiori a 8-10 °C. Pertanto, per i calcoli si possono prendere le colonne n. 11-12 o le colonne n. 13-14 della tabella 1 della SNiP 23-01-99.

Questa scelta rimane ai proprietari del cottage. Inoltre, non vi sarà una differenza significativa nel consumo annuo di combustibile. Nel nostro caso ci fermeremo al periodo con temperatura inferiore a “+10 °C”. La durata di questo periodo è di 235 giorni, ovvero E = 5640 ore.

Con il riscaldamento centralizzato, l'accensione e lo spegnimento della fornitura del fluido termovettore avvengono secondo le normative stabilite. Uno dei vantaggi di una casa privata è l'avvio della modalità di riscaldamento a discrezione degli occupanti.

Le perdite di calore della casa per la temperatura media in questo periodo si calcolano come nel passaggio 2, ma con il parametro dT = 24 – (– 6.7) = 30.7 °C. Dopo aver effettuato i calcoli, otteniamo Q = 4192 W.

Passaggio 4. Calcoliamo il volume di gas consumato.

Poniamo il rendimento della caldaia K = 0.92. Quindi il volume di gas consumato (con valori medi del potere calorifico minimo della miscela gassosa) durante il periodo freddo sarà:

• per gas naturale: V = Q * E / (H_l * K) = 4192 * 5640 / (9300 * 0.92) = 2763 m³;
• per gas liquefatto: V = Q * E / (H_l * K) = 4192 * 5640 / (12600 * 0.92) = 2040 kg.

Conoscendo i prezzi del gas, si possono calcolare anche i costi finanziari per il riscaldamento.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Riduzione del consumo di gas grazie all'eliminazione degli errori legati all'isolamento della casa. Esempio reale:

Consumo di gas con potenza termica nota:

Tutti i calcoli delle perdite di calore possono essere eseguiti autonomamente solo quando sono note le proprietà termoisolanti dei materiali con cui è costruita la casa. Se l'edificio è vecchio, è necessario prima verificare che non geli e risolvere i problemi individuati.

Successivamente, utilizzando le formule presentate nell'articolo, è possibile eseguire il calcolo del consumo di gas con elevata precisione.

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