Ile prądu zużywa kocioł elektryczny: jak obliczyć przed zakupem

Wykorzystanie energii elektrycznej jako źródła energii do ogrzewania domu wiejskiego jest atrakcyjne z wielu powodów: łatwej dostępności, powszechności i przyjazności dla środowiska.Jednocześnie główną przeszkodą w korzystaniu z kotłów elektrycznych pozostają dość wysokie taryfy.

Czy zastanawiałeś się również nad wykonalnością instalacji kotła elektrycznego? Ustalmy razem, ile energii elektrycznej zużywa kocioł elektryczny. Do czego użyjemy zasad obliczeń i wzorów omówionych w naszym artykule.

Obliczenia pomogą Ci szczegółowo zrozumieć, ile kW energii elektrycznej będziesz musiał płacić miesięcznie, jeśli do ogrzewania domu lub mieszkania użyjesz kotła elektrycznego. Uzyskane liczby pozwolą Państwu podjąć ostateczną decyzję dotyczącą zakupu/niezakupu kotła.

Metody obliczania mocy kotła elektrycznego

Istnieją dwie główne metody obliczania wymaganej mocy kotła elektrycznego. Pierwsza opiera się na ogrzewanej powierzchni, druga na obliczeniu strat ciepła przez przegrodę budynku.

Obliczenia według pierwszej opcji są bardzo przybliżone, oparte na jednym wskaźniku - mocy właściwej. Konkretna moc podana jest w podręcznikach i zależy od regionu.

Obliczenia dla drugiej opcji są bardziej skomplikowane, ale uwzględniają wiele indywidualnych wskaźników konkretnego budynku. Kompletne obliczenia termotechniczne budynku to dość złożone i żmudne zadanie. Następnie rozważone zostaną uproszczone obliczenia, które mimo to mają niezbędną dokładność.

Niezależnie od metody obliczeń, ilość i jakość zebranych danych wyjściowych ma bezpośredni wpływ na prawidłowe oszacowanie wymaganej mocy kotła elektrycznego.

Przy zmniejszonej mocy sprzęt będzie stale działał przy maksymalnym obciążeniu, nie zapewniając niezbędnego komfortu życia. Przy przeszacowanej mocy występuje nieuzasadnione duże zużycie energii elektrycznej i wysokie koszty urządzeń grzewczych.

W przeciwieństwie do innych rodzajów paliwa, energia elektryczna jest opcją przyjazną dla środowiska, dość czystą i prostą, ale jest powiązana z obecnością w regionie nieprzerwanej sieci energetycznej

Procedura obliczania mocy kotła elektrycznego

Następnie szczegółowo zastanowimy się, jak obliczyć wymaganą moc kotła, aby sprzęt w pełni spełnił swoje zadanie ogrzewania domu.

Etap 1 – zebranie danych wstępnych do obliczeń

Do przeprowadzenia obliczeń potrzebne będą następujące informacje o budynku:

• S – powierzchnia ogrzewanego pomieszczenia.
• W_pokonać – moc konkretna.

Specyficzny wskaźnik mocy pokazuje, ile energii cieplnej potrzeba na 1 m² o godzinie 1:00

W zależności od lokalnych warunków naturalnych można przyjąć następujące wartości:

• dla centralnej części Rosji: 120 – 150 W/m²;
• dla regionów południowych: 70-90 W/m²;
• dla regionów północnych: 150-200 W/m².

W_pokonać - wartość teoretyczna, którą stosuje się głównie do bardzo przybliżonych obliczeń, ponieważ nie odzwierciedla ona rzeczywistych strat ciepła budynku. Nie uwzględnia powierzchni przeszkleń, ilości drzwi, materiału ścian zewnętrznych i wysokości stropów.

Dokładne obliczenia termiczne wykonywane są przy użyciu specjalistycznych programów, uwzględniających wiele czynników. Dla naszych celów takie obliczenia nie są potrzebne, całkiem możliwe jest obliczenie strat ciepła zewnętrznych konstrukcji otaczających.

Wielkości, które należy uwzględnić w obliczeniach:

R – opór przenikania ciepła lub współczynnik oporu cieplnego. Jest to stosunek różnicy temperatur na krawędziach otaczającej konstrukcji do przepływu ciepła przechodzącego przez tę konstrukcję. Ma wymiar m²×⁰С/W.

To właściwie proste - R wyraża zdolność materiału do zatrzymywania ciepła.

Q – wartość określająca wielkość strumienia ciepła przechodzącego przez 1 m² powierzchniach przy różnicy temperatur 1⁰C przez 1 godzinę. Oznacza to, że pokazuje, ile energii cieplnej traci 1 m² przegroda budynku na godzinę przy różnicy temperatur 1 stopień. Ma wymiar W/m²×H.

Dla podanych tutaj obliczeń nie ma różnicy między kelwinami a stopniami Celsjusza, ponieważ nie liczy się temperatura bezwzględna, a jedynie różnica.

Q_ogólnie – wielkość przepływu ciepła przechodzącego przez powierzchnię S otaczającej konstrukcji na godzinę. Ma wymiar W/h.

P – moc kotła grzewczego.Oblicza się ją jako wymaganą maksymalną moc urządzeń grzewczych przy maksymalnej różnicy temperatur powietrza zewnętrznego i wewnętrznego. Innymi słowy, wystarczająca moc kotła do ogrzania budynku w najzimniejszej porze roku. Ma wymiar W/h.

Efektywność – współczynnik sprawności kotła grzewczego, wielkość bezwymiarowa pokazująca stosunek energii otrzymanej do energii wydatkowanej. W dokumentacji sprzętu jest ona zwykle podawana jako procent 100, np. 99%. W obliczeniach używana jest wartość od 1, tj. 0,99.

∆T – pokazuje różnicę temperatur po obu stronach otaczającej konstrukcji. Aby było jaśniejsze, jak prawidłowo obliczyć różnicę, spójrz na przykład. Jeśli na zewnątrz: -30 °C, a wewnątrz +22°C ∆T = 22 - (-30) = 52°C

Lub to samo, ale w stopniach Kelvina: ∆T = 293 – 243 = 52K

Oznacza to, że różnica będzie zawsze taka sama dla stopni i kelwinów, więc dane referencyjne w kelwinach można wykorzystać do obliczeń bez poprawek.

D – grubość konstrukcji otaczającej w metrach.

k – współczynnik przewodności cieplnej materiału powłoki budynku, który jest pobierany z podręczników lub SNiP II-3-79 „Inżynieria cieplna budynków” (SNiP - przepisy i przepisy budowlane). Ma wymiar W/m×K lub W/m×⁰С.

Poniższa lista wzorów przedstawia zależność między wielkościami:

• R=d/k
• R= ∆T / Q
• Q = ∆T/R
• Q_ogólnie = Q × S
• P = Q_ogólnie / efektywność

W przypadku konstrukcji wielowarstwowych opór przenikania ciepła R oblicza się dla każdej konstrukcji osobno, a następnie sumuje.

Czasami obliczenia konstrukcji wielowarstwowych mogą być zbyt kłopotliwe, na przykład przy obliczaniu strat ciepła okna z podwójnymi szybami.

Co należy wziąć pod uwagę przy obliczaniu oporu przenikania ciepła dla okien:

• grubość szkła;
• liczba szklanek i szczelin powietrznych między nimi;
• rodzaj gazu między szybami: obojętny lub powietrze;
• obecność powłoki termoizolacyjnej na szybie okiennej.

Można jednak znaleźć gotowe wartości dla całej konstrukcji od producenta lub w książce referencyjnej, na końcu tego artykułu znajduje się tabela dla okien z podwójnymi szybami o wspólnym projekcie.

Etap #2 - obliczenie strat ciepła z podłogi piwnicy

Osobno należy zastanowić się nad obliczeniem strat ciepła przez podłogę budynku, ponieważ gleba ma znaczną odporność na przenoszenie ciepła.

Obliczając straty ciepła podłogi piwnicy, należy wziąć pod uwagę penetrację gruntu. Jeśli dom znajduje się na poziomie gruntu, przyjmuje się, że głębokość wynosi 0.

Zgodnie z ogólnie przyjętą metodą powierzchnia podłogi jest podzielona na 4 strefy.

• 1 strefa - wycofać się po obwodzie na odległość 2 m od ściany zewnętrznej do środka podłogi. W przypadku pogłębienia budynku cofa się go z poziomu gruntu na poziom podłogi wzdłuż pionowej ściany. Jeśli ściana zostanie wkopana 2 m w ziemię, wówczas strefa 1 będzie całkowicie na ścianie.
• 2 strefa – cofa się 2 m po obwodzie do środka od granicy strefy 1.
• 3 strefa – cofa się 2 m po obwodzie do środka od granicy strefy 2.
• 4 strefa – pozostałe piętro.

W oparciu o ustaloną praktykę każda strefa ma swoje własne R:

• R1 = 2,1 m²×°C/W;
• R2 = 4,3 m²×°C/W;
• R3 = 8,6 m²×°C/W;
• R4 = 14,2 m²×°C/W.

Podane wartości R obowiązują dla podłóg niepowlekanych. W przypadku izolacji każde R zwiększa się o R izolacji.

Dodatkowo dla podłóg układanych na legarach współczynnik R mnoży się przez współczynnik 1,18.

Strefa 1 ma szerokość 2 metrów. Jeśli dom jest zakopany, musisz wziąć wysokość ścian w ziemi, odjąć od 2 metrów, a resztę przenieść na podłogę

Etap #3 - obliczenie strat ciepła przez sufit

Teraz możesz rozpocząć obliczenia.

Wzór, który może posłużyć do przybliżonego oszacowania mocy kotła elektrycznego:

W=W_pokonać × S

Zadanie: obliczyć wymaganą moc kotła w Moskwie, ogrzewana powierzchnia 150 m².

Dokonując obliczeń bierzemy pod uwagę, że Moskwa należy do regionu centralnego, tj. W_pokonać można przyjąć jako równą 130 W/m².

W_pokonać = 130 × 150 = 19500 W/h lub 19,5 kW/h

Liczba ta jest na tyle niedokładna, że ​​nie wymaga uwzględnienia wydajności urządzeń grzewczych.

Teraz określmy straty ciepła po 15m² powierzchnia sufitu izolowana wełną mineralną. Grubość warstwy termoizolacyjnej wynosi 150 mm, temperatura powietrza na zewnątrz -30°C, wewnątrz budynku +22°C w ciągu 3 godzin.

Rozwiązanie: korzystając z tabeli wyznaczamy współczynnik przewodzenia ciepła wełny mineralnej k=0,036 W/m×°C. Grubość d należy przyjmować w metrach.

Procedura obliczeniowa jest następująca:

• R = 0,15 / 0,036 = 4,167 M²×°C/W
• ∆T= 22 — (-30) = 52°С
• Q= 52 / 4,167 = 12,48 W/m²× godz
• Q_ogólnie = 12,48 × 15 = 187 W/h.

Obliczyliśmy, że strata ciepła przez sufit w naszym przykładzie wyniesie 187 * 3 = 561 W.

Dla naszych celów całkowicie możliwe jest uproszczenie obliczeń poprzez obliczenie strat ciepła tylko konstrukcji zewnętrznych: ścian i sufitów, bez zwracania uwagi na wewnętrzne przegrody i drzwi.

Ponadto można obejść się bez obliczania strat ciepła dla wentylacji i kanalizacji. Nie będziemy brać pod uwagę infiltracji i obciążenia wiatrem. Zależność lokalizacji budynku od punktów kardynalnych i ilości otrzymanego promieniowania słonecznego.

Z ogólnych rozważań można wyciągnąć jeden wniosek. Im większa kubatura budynku, tym mniejsze straty ciepła na 1 m². Łatwo to wyjaśnić, ponieważ powierzchnia ścian zwiększa się kwadratowo, a objętość wzrasta w sześcianie. Piłka ma najmniejsze straty ciepła.

W konstrukcjach otaczających brane są pod uwagę tylko zamknięte warstwy powietrza. Jeśli Twój dom ma wentylowaną fasadę, wówczas taką warstwę powietrza uważa się za niezamkniętą i nie jest brana pod uwagę. Nie są brane wszystkie warstwy znajdujące się przed warstwą plenerową: płytki elewacyjne lub kasety.

Uwzględniane są zamknięte warstwy powietrza, na przykład w oknach z podwójnymi szybami.

Wszystkie ściany domu są zewnętrzne. Poddasze nie jest ogrzewane, nie uwzględnia się oporu cieplnego pokrycia dachowego

Etap #4 - obliczenie całkowitej utraty ciepła w domku

Po części teoretycznej można przystąpić do części praktycznej.

Na przykład obliczmy dom:

• wymiary ścian zewnętrznych: 9x10 m;
• wysokość: 3 m;
• okno z podwójną szybą 1,5×1,5 m: 4 szt.;
• drzwi dębowe 2.1×0,9 m, grubość 50 mm;
• Podłogi sosnowe gr. 28 mm, na piance ekstrudowanej o gr. 30 mm, ułożone na legarach;
• strop z płyty gipsowo-kartonowej gr. 9 mm, na wierzch wełna mineralna gr. 150 mm;
• materiał ściany: mur z 2 cegieł silikatowych, ocieplenie wełną mineralną gr. 50 mm;
• najzimniejszy okres to 30°C, szacunkowa temperatura wewnątrz budynku to 20°C.

Wykonamy wstępne obliczenia wymaganych powierzchni. Obliczając strefy na podłodze, przyjmujemy zerową głębokość ściany. Deskę podłogową układa się na legarach.

• okna – 9 m²;
• drzwi – 1,9 m²;
• ściany bez okien i drzwi - 103,1 m²;
• sufit - 90 m²;
• powierzchnie kondygnacji: S1 = 60 m², S2 = 18 m², S3 = 10 m², S4 = 2 m²;
• ΔT = 50 °C.

Następnie, korzystając z podręczników lub tabel podanych na końcu tego rozdziału, dobieramy wymagane wartości współczynnika przewodzenia ciepła dla każdego materiału. Polecamy przeczytać więcej na temat współczynnik przewodności cieplnej i jego wartości dla najpopularniejszych materiałów budowlanych.

W przypadku desek sosnowych współczynnik przewodzenia ciepła należy przyjmować wzdłuż włókien.

Całość obliczeń jest dość prosta:

Krok 1: Obliczanie strat ciepła przez konstrukcje ścian nośnych składa się z trzech etapów.

Obliczamy współczynnik strat ciepła ścian ceglanych: R_Cyrusa = d / k = 0,51 / 0,7 = 0,73 M²×°C/W.

To samo dotyczy izolacji ścian: R_ut = d / k = 0,05 / 0,043 = 1,16 M²×°C/W.

Strata ciepła 1 m² ściany zewnętrzne: Q = ΔT/(R_Cyrusa + R_ut) = 50 / (0,73 + 1,16) = 26,46 M²×°C/W.

W rezultacie całkowita strata ciepła ze ścian będzie wynosić: Q_ul = Q×S = 26,46 × 103,1 = 2728 Wh.

Krok 2: Obliczanie strat energii cieplnej przez okna: Q_okna = 9 × 50 / 0,32 = 1406 W/h.

Krok 3: Obliczanie wycieków energii cieplnej przez drzwi dębowe: Q_dw = 1,9 × 50 / 0,23 = 413 W/h.

Krok 4: Straty ciepła przez górną kondygnację - strop: Q_pot = 90 × 50 / (0,06 + 4,17) = 1064 W/h.

Krok #5: Obliczanie R_ut na podłogę również w kilku krokach.

Najpierw znajdujemy współczynnik strat ciepła izolacji: R_ut= 0,16 + 0,83 = 0,99 M²×°C/W.

Następnie dodajemy R_ut do każdej strefy:

• R1 = 3,09 M²×°C/W; R2 = 5,29 M²×°C/W;
• R3 = 9,59 M²×°C/W; R4 = 15,19 M²×°C/W.

Krok #6: Ponieważ podłoga jest układana na kłodach, mnożymy przez współczynnik 1,18:

R1 = 3,64 M²×°C/W; R2 = 6,24 M²×°C/W;

R3 = 11,32 M²×°C/W; R4 = 17,92 M²×°C/W.

Krok #7: Obliczmy Q dla każdej strefy:

Q1 = 60 × 50 / 3,64 = 824 W/h;

Q2 = 18 × 50 / 6,24 = 144 W/h;

Q3 = 10 × 50 / 11,32 = 44 W/h;

Q4 = 2 × 50 / 17,92 = 6 W/h.

Krok #8: Teraz możesz obliczyć Q dla całego piętra: Q_podłoga = 824 + 144 + 44 + 6 = 1018 W/h.

Krok #9: W wyniku naszych obliczeń możemy wskazać wielkość całkowitej straty ciepła:

Q_ogólnie = 2728 + 1406 + 413 + 1064 + 1018 = 6629 Wh.

W obliczeniach nie uwzględniono strat ciepła związanych z kanalizacją i wentylacją. Aby nie komplikować sprawy ponad miarę, do wymienionych przecieków doliczmy po prostu 5%.

Oczywiście wymagana jest rezerwa, co najmniej 10%.

Zatem ostateczna wartość strat ciepła w domu podana jako przykład będzie wynosić:

Q_ogólnie = 6629 × 1,15 = 7623 W/h.

Q_ogólnie pokazuje maksymalną stratę ciepła w domu, gdy różnica temperatur pomiędzy powietrzem zewnętrznym i wewnętrznym wynosi 50°C.

Jeżeli będziemy liczyć według pierwszej uproszczonej wersji korzystając z Wsp to:

W_pokonać = 130 × 90 = 11700 W/h.

Oczywiste jest, że druga opcja obliczeń, choć znacznie bardziej skomplikowana, daje bardziej realistyczną liczbę budynków z izolacją. Pierwsza opcja pozwala uzyskać uogólnioną wartość strat ciepła dla budynków o niskim stopniu izolacji termicznej lub bez niej.

W pierwszym przypadku kocioł będzie musiał co godzinę całkowicie odnawiać straty energii cieplnej powstałe przez otwory, stropy i ściany bez izolacji.

W drugim przypadku konieczne jest ogrzewanie do momentu osiągnięcia komfortowej temperatury tylko raz. Wtedy kocioł będzie musiał jedynie przywrócić straty ciepła, których wartość jest znacznie niższa niż w przypadku pierwszej opcji.

Tabela 1. Przewodność cieplna różnych materiałów budowlanych.

Tabela pokazuje współczynniki przewodności cieplnej dla popularnych materiałów budowlanych

Tabela 2. Grubość spoin cementowych dla różnych rodzajów murów.

Przy obliczaniu grubości muru uwzględnia się grubość spoiny 10 mm. Ze względu na spoiny cementowe przewodność cieplna muru jest nieco wyższa niż oddzielnej cegły

Tabela 3. Przewodność cieplna różnych typów płyt z wełny mineralnej.

W tabeli przedstawiono wartości współczynnika przewodzenia ciepła dla różnych płyt z wełny mineralnej. Do izolacji fasad stosuje się sztywną płytę

Tabela 4.Straty ciepła z okien o różnych konstrukcjach.

Oznaczenia w tabeli: Ar – wypełnienie okien zespolonych gazem szlachetnym, K – szyba zewnętrzna posiada powłokę termoochronną, grubość szyby 4 mm, pozostałe cyfry oznaczają odstęp między szybami

Szacowana wymagana maksymalna moc zużywana na ogrzewanie dobrze izolowanego budynku wynosi 7,6 kW/h. Jednak kotły elektryczne również potrzebują pewnego ładunku, aby zapewnić sobie energię do działania.

Jak zauważyłeś, słabo ocieplony dom lub mieszkanie będzie wymagało dużych ilości prądu do ogrzewania. Co więcej, dotyczy to każdego typu kotła. Właściwa izolacja podłóg, sufitów i ścian może znacznie obniżyć koszty.

Na naszej stronie internetowej znajdują się artykuły dotyczące metod izolacji i zasad doboru materiałów termoizolacyjnych. Zapraszamy do zapoznania się z nimi:

• Izolacja domu prywatnego od zewnątrz: popularne technologie + przegląd materiałów
• Izolacja podłóg za pomocą legarów: materiały do ​​​​izolacji termicznej + schematy dociepleń
• Izolacja dachu poddasza: szczegółowe instrukcje dotyczące montażu izolacji termicznej na poddaszu niskiego budynku
• Rodzaje izolacji ścian domu od wewnątrz: materiały do ​​​​izolacji i ich właściwości
• Izolacja sufitu w domu prywatnym: rodzaje zastosowanych materiałów + jak wybrać właściwy
• Izolacja balkonu zrób to sam: popularne opcje i technologie izolacji balkonu od wewnątrz

Etap #5 – obliczenie kosztów energii

Jeśli uprościmy istotę techniczną kotła grzewczego, możemy nazwać go konwencjonalnym konwerterem energii elektrycznej na jej analog cieplny. Wykonując prace konwersyjne, zużywa także pewną ilość energii. Te. kocioł otrzymuje pełną jednostkę energii elektrycznej, z czego tylko 0,98 jest dostarczane na ogrzewanie.

Aby uzyskać dokładne dane dotyczące zużycia energii elektrycznej przez badany elektryczny kocioł grzewczy, jego moc (w pierwszym przypadku nominalną i obliczoną w drugim) należy podzielić przez wartość sprawności zadeklarowaną przez producenta.

Średnio wydajność takiego sprzętu wynosi 98%. W rezultacie wielkość zużycia energii będzie wynosić na przykład dla opcji projektowej:

7,6 / 0,98 = 7,8 kW/h.

Pozostaje tylko pomnożyć wartość przez taryfę lokalną. Następnie oblicz całkowity koszt ogrzewania elektrycznego i zacznij szukać sposobów na jego zmniejszenie.

Na przykład kup licznik dwutaryfowy, który pozwala częściowo płacić po niższych stawkach „nocnych”. Dlaczego konieczna jest wymiana starego licznika elektrycznego na nowy model? Szczegółowa procedura i zasady dokonywania wymiany omówione tutaj.

Innym sposobem na obniżenie kosztów po wymianie licznika jest włączenie w obieg grzewczy akumulatora termicznego, który w nocy magazynuje tanią energię i wykorzystuje ją w ciągu dnia.

Etap 6 – obliczenie sezonowych kosztów ogrzewania

Teraz, gdy już opanowałeś metodę obliczania przyszłych strat ciepła, możesz łatwo oszacować koszty ogrzewania w całym okresie grzewczym.

Według SNiP 23-01-99 „Klimatologia budynków” w kolumnach 13 i 14 znajdujemy dla Moskwy czas trwania okresu ze średnią temperaturą poniżej 10 °C.

Dla Moskwy okres ten trwa 231 dni, a średnia temperatura wynosi -2,2°C. Aby obliczyć Q_ogólnie dla ΔT=22,2°C nie jest konieczne ponowne wykonywanie całych obliczeń.

Wystarczy wyprowadzić Q_ogólnie o 1°C:

Q_ogólnie = 7623 / 50 = 152,46 W/h

Odpowiednio dla ΔT= 22,2°C:

Q_ogólnie = 152,46 × 22,2 = 3385 Wh

Aby obliczyć zużytą energię elektryczną, należy pomnożyć przez okres grzewczy:

Q = 3385 × 231 × 24 × 1,05 = 18766440W = 18766kW

Powyższa kalkulacja jest o tyle ciekawa, że ​​pozwala na analizę całej konstrukcji domu pod kątem efektywności izolacji.

Rozważaliśmy uproszczoną wersję obliczeń. Zalecamy również przeczytanie całości obliczenia termotechniczne budynku.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Jak uniknąć utraty ciepła przez fundament:

Jak obliczyć straty ciepła online:

Zastosowanie kotłów elektrycznych jako głównych urządzeń grzewczych jest bardzo ograniczone możliwościami sieci elektrycznych i kosztem energii elektrycznej.

Natomiast jako dodatek np. do kocioł na paliwo stałe, może być bardzo skuteczne i przydatne. Mogą znacznie skrócić czas nagrzewania instalacji grzewczej lub pełnić funkcję głównego kotła w niezbyt niskich temperaturach.

Czy do ogrzewania wykorzystujesz bojler elektryczny? Powiedz nam, jakiej metody użyłeś do obliczenia wymaganej mocy dla swojego domu. A może po prostu chcesz kupić kocioł elektryczny i masz pytania? Zapytaj ich w komentarzach do artykułu - postaramy się Ci pomóc.