Calculadora de Pèrdua de Calor - Dimensionar Sistemes de Calefacció i Comparar Aïllament

Calculadora de pèrdues de calor

Una calculadora de pèrdues de calor estima la rapidesa amb què s’escapa la calor d’una habitació, en watts. Utilitza les dimensions de l’habitació, la qualitat del seu aïllament i la diferència de temperatura entre l’interior i l’exterior. El resultat mostra aproximadament quina potència de calefacció necessita una habitació per mantenir-se calenta.

La calor sempre flueix de les zones calentes a les fredes. A l’hivern, la calor es desplaça d’una habitació escalfada, a través de les parets, la teulada i el terra, cap a l’aire exterior, més fred. Un sistema de calefacció ha de substituir aquesta calor perduda per mantenir l’habitació a una temperatura constant. Saber quants watts es perden ajuda a triar un escalfador o radiador de la mida adequada i a valorar si el cost d’un aïllament addicional compensa.

Fórmula de les pèrdues de calor

La calculadora utilitza una fórmula estàndard de la física de la construcció:

$Q = U \times A \times \Delta T$

• Q és la taxa de pèrdua de calor, en watts (W).
• U és el valor U, o transmitància tèrmica, en watts per metre quadrat i kelvin (W/m²K). Un valor U més baix significa un aïllament millor.
• A és l’àrea superficial total per on s’escapa la calor, en metres quadrats (m²).
• ΔT és la diferència de temperatura entre l’interior i l’exterior, en graus Celsius o kelvins.

La fórmula multiplica tres factors: la facilitat amb què la calor travessa el material de construcció, la superfície disponible perquè hi passi la calor i la magnitud de la diferència de temperatura. Una diferència més gran o una superfície més gran augmenten les pèrdues de calor. Un valor U més alt també ho fa.

Valors U utilitzats a la calculadora

La calculadora ofereix quatre nivells d’aïllament fixos, cadascun associat a un valor U típic:

Són mitjanes aproximades per a tota una habitació, no per a un material concret. Una paret, una finestra i una teulada reals tenen cadascuna el seu propi valor U, i les finestres solen deixar passar molta més calor que les parets aïllades.

Superfície

La calculadora suma l’àrea de les sis superfícies d’una habitació rectangular: les quatre parets, el sostre i el terra.

$A = 2 \times (L \times W + L \times H + W \times H)$

L, W i H són la llargada, l’amplada i l’alçada de l’habitació, en metres. Aquest mètode tracta cada superfície com si estigués orientada cap a l’exterior. En una casa real, les parets compartides amb una habitació veïna escalfada perden poca calor o gens, de manera que una estimació per a tota la casa feta així tendeix a ser una mica elevada.

Diferència de temperatura

ΔT és simplement la temperatura interior menys la temperatura exterior. Per a comprovacions de confort quotidianes, sovint s’utilitza la temperatura més baixa que s’espera notar aquell dia. En canvi, els enginyers que dimensionen un sistema de calefacció permanent utilitzen la «temperatura de disseny» de la ubicació, una dada estàndard de temps fred publicada per organismes com ASHRAE, en lloc de la temperatura més baixa registrada mai en aquell lloc.

Com s’utilitza la calculadora de pèrdues de calor

1. Mesureu l’habitació. Introduïu la llargada, l’amplada i l’alçada interiors en metres.
2. Trieu un nivell d’aïllament. Seleccioneu deficient, mitjà, bo o excel·lent segons l’antiguitat i la construcció de l’edifici. Si no n’esteu segur, és més prudent triar un nivell pitjor, ja que així s’evita dimensionar insuficientment l’escalfador.
3. Establiu les temperatures. Introduïu la temperatura interior que s’ha de mantenir i la temperatura exterior prevista.
4. Llegiu el resultat. La calculadora mostra la superfície total, el valor U utilitzat, la diferència de temperatura, la pèrdua total de calor en watts i una qualificació de severitat.

Com funciona la qualificació de severitat

La qualificació de severitat no es basa només en el valor brut de la potència en watts, perquè una habitació gran perd naturalment més watts que una de petita, fins i tot amb el mateix aïllament. En lloc d’això, la calculadora divideix la pèrdua de calor pel volum de l’habitació, obtenint un valor en watts per metre cúbic (W/m³), i el compara amb quatre intervals:

Una habitació petita i mal aïllada pot obtenir la qualificació «greu» fins i tot amb una potència total moderada, mentre que una sala gran i ben aïllada pot obtenir la qualificació «baixa» malgrat tenir una xifra total més alta. Dividir pel volum fa que la qualificació sigui comparable entre habitacions de diferents mides.

Exemple resolt

Considereu una habitació de 5 m de llargada, 4 m d’amplada i 2,5 m d’alçada, amb un aïllament mitjà (U = 1,0 W/m²K), escalfada a 21 °C mentre a l’exterior hi ha 0 °C.

1. Superfície: 2 × (5 × 4 + 5 × 2,5 + 4 × 2,5) = 2 × (20 + 12,5 + 10) = 2 × 42,5 = 85 m²
2. Diferència de temperatura: 21 − 0 = 21 °C
3. Pèrdua de calor: 1,0 × 85 × 21 = 1.785 W
4. Volum de l’habitació: 5 × 4 × 2,5 = 50 m³
5. Pèrdua de calor per volum: 1.785 ÷ 50 = 35,7 W/m³, que es troba dins de l’interval de 30 fins a 50, de manera que la calculadora classifica aquesta habitació com a Alta.

La mateixa habitació, amb les mateixes temperatures, mostra fins a quin punt l’aïllament canvia el resultat:

La pèrdua de calor varia directament amb el valor U quan l’àrea i la diferència de temperatura es mantenen constants, però el valor U no disminueix en la mateixa proporció a cada pas. Passar d’un aïllament deficient a un de mitjà redueix a la meitat el valor U (2,0 a 1,0), cosa que redueix exactament a la meitat la pèrdua de calor, de 3.570 W a 1.785 W. Passar d’un aïllament mitjà a un d’excel·lent, en canvi, redueix el valor U a una quarta part (1,0 a 0,25), de manera que la pèrdua de calor també es redueix a una quarta part, de 1.785 W a 446 W, i no simplement a la meitat.

Limitacions

Aquesta fórmula proporciona una estimació en règim estacionari, útil per fer comparacions i dimensionaments aproximats, però no té en compte diversos efectes del món real:

• Filtracions d’aire. Els corrents d’aire al voltant de portes, finestres i escletxes poden representar una part important de la pèrdua de calor real d’un edifici. La fórmula no ho inclou.
• Ponts tèrmics. Els muntants, les bigues i altres elements de l’estructura condueixen la calor més ràpidament que l’aïllament que els envolta.
• Finestres i portes. La calculadora aplica un sol valor U a tota l’habitació, però el vidre sol perdre calor diverses vegades més ràpidament que una paret aïllada.
• Guany solar. La llum solar que entra per les finestres pot compensar una part de la pèrdua de calor durant el dia.
• Parets interiors compartides. Les parets entre dues habitacions escalfades perden poca calor, però la fórmula les compta com si donessin a l’exterior.

Per al disseny certificat d’un sistema de calefacció, un instal·lador qualificat o un assessor energètic hauria de tenir en compte aquests factors mitjançant mesuraments in situ.

Preguntes més freqüents

Què és una calculadora de pèrdues de calor?

És una eina que estima quants watts de calor perd una habitació cap a l’exterior, en funció de les seves dimensions, l’aïllament i la diferència de temperatura entre l’interior i l’exterior. El resultat indica aproximadament quina potència de calefacció necessita l’habitació.

Quina fórmula utilitza?

Q = U × A × ΔT, on Q és la pèrdua de calor en watts, U és el valor U dels materials de construcció en W/m²K, A és la superfície total en metres quadrats i ΔT és la diferència de temperatura en graus.

Com es calcula la qualificació de severitat?

La calculadora divideix la pèrdua total de calor pel volum de l’habitació per obtenir watts per metre cúbic, i després la classifica com a baixa (per sota de 15 W/m³), moderada (de 15 fins a 30), alta (de 30 fins a 50) o greu (50 o més). Cada interval comença en el seu límit inferior i acaba just abans del següent. Això evita penalitzar injustament les habitacions grans per la seva mida.

Quin valor U hauria de triar?

Trieu «deficient» (2,0) per a edificis antics sense aïllament; «mitjà» (1,0) per a habitatges estàndard construïts entre els 1980 i els 2000; «bo» (0,5) per a habitatges moderns i ben aïllats; i «excel·lent» (0,25) només per a edificis construïts segons els estàndards de les cases passives. Si no n’esteu segur, triar un nivell pitjor evita dimensionar insuficientment l’escalfador.

La calculadora té en compte les finestres per separat?

No. Aplica un sol valor U a tota l’habitació. Les finestres solen perdre molta més calor per metre quadrat que les parets aïllades, de manera que a la pràctica una habitació amb finestres grans perdrà més calor del que mostra aquesta calculadora.

Quina diferència hi ha entre el valor U i el valor R?

Descriuen la mateixa propietat des de perspectives oposades. El valor U mesura la rapidesa amb què la calor travessa un material (com més baix, millor); el valor R mesura fins a quin punt un material resisteix el flux de calor (com més alt, millor). Es relacionen mitjançant R = 1/U.

Referències

1. ASHRAE. ASHRAE Handbook—Fundamentals. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers.
2. Chartered Institution of Building Services Engineers. CIBSE Guide A: Environmental Design. CIBSE.
3. U.S. Department of Energy. «Insulation.» energy.gov/energysaver/insulation.
4. Passive House Institute. «Passive House Requirements.» passivehouse.com.