Cálculo de la Calefacción del Hogar

La transferencia de calor en el hogar puede ocurrir por conducción, convección y radiación. Normalmente se estudia en términos de conducción, a pesar de que la infiltración a través de las paredes y alrededor de las ventanas si no están bien selladas, pueden contribuir con una pérdida adicional significativa. La pérdida por radiación se puede minimizar mediante el uso de aislamiento con refuerzo de aluminio, que actúa como una barrera a la radiación.

La industria de calefacción y aire acondicionado de los EE.UU., usa casi exclusivamente en sus cálculos, las antiguas unidades comunes británicas y de los EE.UU. Este ejemplo se expresará en esas unidades, por compatibilidad con las unidades encontradas normalmente.

I. Calcular la tasa de pérdida por las paredes en BTUs por hora.

Para una habitación de 10 x 10 pies y 8 pies de alto, con todas las superficies aisladas con R19, tal como recomienda el departamento de energía de los EE.UU., con una temperatura interior de 68°F y una temperatura exterior de 28°F:

II. Calcular las pérdidas por dia a esas temperaturas.

Note que esto es solo la pérdida a través de las paredes. Las pérdidas a través del suelo y el techo, se realizan en un cálculo separado y normalmente emplean valores diferentes de R.

III. Calcular las pérdidas por "grado-dia".

Esta es la pérdida por dia para un grado de diferencia entre las temperaturas interior y exterior.

Si las condiciones del caso II, prevalecieran todo el día, necesitaríamos 40 grados-dia de calefacción, y por tanto serían 40 grados-dia x 404 BTU/grados dia = 16.168 BTU para mantener constante la temperatura interior.

IV. Calcular la pérdida de calor en la temporada completa.

La necesidad típica de calefacción para una temporada en Atlanta, de septiembre a mayo, es de 2.980 grados-dia (una media a largo plazo).

El número típico de grado-dia de calefacción o refrigeración, para una determinada localidad geográfica, se puede obtener usualmente del Servicio del Tiempo.

V. Calcular las pérdidas de calor por temporada de calefacción, para una casa típica del sur de Atlanta sin aislamiento.

El rango de tasas de pérdida, dada por el Departamento de Energía para viviendas típicas sin aislar es de 15.000 a 30.000 BTU/grado-dia. Eligiendo 25.000 BTU/grado-dia:

VI. Calcular el coste de calefacción anual.

Se supone un coste de gas natural de 12$ por millón de BTU. En un calefactor operando al 70% eficiencia

Si fuera calefacción por resistencia eléctrica al 100% de eficiencia*, 9¢/kWh.

Si fuera una bomba de calor eléctrica con un coeficiente de rendimiento = 3

* Una estratagema de marketing común, de las empresas de servicios eléctricos en el uso de la electricidad en su casa, es ofrecer un 100% de eficiencia al producir calor. Esto es engañoso porque hay que quemar cerca de 3 unidades de combustible primario, para entregar una unidad de energía eléctrica a la casa, debido a los cuellos de botella térmica en la generación de electricidad. Así que un 100% de uso eficiente en su casa, es aproximadamente un 33% de eficiencia en el uso del combustible primario.

Cuando se calientan con gas natural, se utiliza el combustible primario en su casa, y esto supone una clara ventaja respecto del uso de calefacción por resistencia eléctrica, la cual supondría un desperdicio de la alta calidad de energía eléctrica recibida. Mediante el uso de una bomba de calor eléctrica, por lo menos en el sur de Estados Unidos, puede obtener un coeficiente de rendimiento de alrededor de 3. Es decir, se bombea tres unidades de calor a la casa con solo el gasto de una unidad de energía eléctrica. Esto supone equilibrar la pérdida de 3:1, que se produce en el proceso de generación de la energía eléctrica, tal como vimos mas arriba. En el ejemplo de arriba, el coste calculado para la bomba de calor eléctrica es mas barato que el coste de calentamiento por gas natural, pero esto puede deberse a que en esos tiempos el coste del gas natural estaba demasiado alto. Sobre los últimos 25 años, los coste de calefacción con bombas de calor eléctrica y de gas natural, han estado equiparables.