Quanta electricitat consumeix una caldera elèctrica: com fer càlculs abans de comprar

L’ús de l’electricitat com a font d’energia per escalfar una casa de camp és atractiu per moltes raons: fàcil accessibilitat, prevalença, amabilitat ambiental. Al mateix temps, les tarifes bastant elevades segueixen sent l’obstacle principal per a l’ús de calderes elèctriques.

També heu pensat en la conveniència d’instal·lar una caldera elèctrica? Vegem junts quanta electricitat consumeix una caldera elèctrica. Per què farem servir les regles per realitzar càlculs i fórmules comentades al nostre article.

Els càlculs ajudaran a comprendre detalladament la quantitat de kW d’electricitat que s’hauran de pagar mensualment si s’utilitza una caldera elèctrica per escalfar una casa o un apartament. Les xifres resultants us permetran prendre una decisió final sobre la compra / no compra de la caldera.

Mètodes per calcular la potència d’una caldera elèctrica

Es poden distingir dos mètodes principals per calcular la potència necessària d’una caldera elèctrica. La primera es basa en la zona climatitzada, la segona en el càlcul de pèrdues de calor a través de l’embolcall de l’edifici.

El càlcul segons la primera opció és molt dur, basat en una potència específica d’indicador. Es dóna una potència específica als llibres de referència i depèn de la regió.

El càlcul segons la segona opció és més complicat, però té en compte molts indicadors individuals d’un edifici concret. El càlcul complet d’enginyeria tèrmica de l’edifici és una tasca bastant complicada i acuradora. A continuació, es considerarà un càlcul simplificat que, tanmateix, posseeixi la precisió necessària.

Independentment del mètode de càlcul, la quantitat i la qualitat de les dades de la font recollida afecten directament la correcta avaluació de la potència requerida de la caldera elèctrica.

Amb poca potència, l’equip funcionarà constantment amb la màxima càrrega, no proporcionant la comoditat desitjada de la vida. Amb una potència excessiva: un consum energètic raonablement elevat, un elevat cost dels equips de calefacció.

A diferència d'altres tipus de combustible, l'electricitat és una opció respectuosa amb el medi ambient, bastant neta i senzilla, però relacionada amb la disponibilitat d'una xarxa elèctrica ininterrompuda a la regió

El procediment per calcular la potència d’una caldera elèctrica

A continuació, considerarem en detall com calcular la potència de la caldera necessària perquè l’equip compleixi plenament la seva tasca d’escalfar la casa.

Etapa # 1: recopilació de dades inicials per al càlcul

Per als càlculs, necessitareu la informació següent sobre l'edifici:

• S - zona de l’habitació climatitzada.
• W_ritmes - potència específica.

L’indicador de potència específic mostra quanta energia tèrmica es necessita per 1 m² a la 1 en punt.

Segons les condicions ambientals locals, es poden acceptar els valors següents:

• a la part central de Rússia: 120 - 150 W / m²;
• per a les regions del sud: 70-90 W / m²;
• per a les regions del nord: 150-200 W / m².

W_ritmes - Valor teòric, que s’utilitza principalment per a càlculs molt rugosos, perquè no reflecteix la pèrdua de calor real de l’edifici. No té en compte l’àrea de envidrament, el nombre de portes, el material de les parets externes, l’alçada dels sostres.

El càlcul precís d’enginyeria de calor es realitza mitjançant programes especialitzats tenint en compte molts factors. Als nostres propòsits, no cal fer un càlcul, és possible obtenir càlculs de pèrdues de calor de les estructures de tancament externes.

Valors que s'han d'utilitzar en els càlculs:

R - resistència a la transferència de calor o coeficient de resistència a la calor. Aquesta és la relació de la diferència de temperatura a les vores de l'estructura que tanca amb el flux de calor que passa per aquesta estructura. Té una dimensió m²×⁰С / W.

De fet, tot és senzill: R expressa la capacitat d’un material de retenir calor.

P - un valor que mostra la quantitat de flux de calor que passa a 1 m² superfície a una diferència de temperatura d'1 ºC durant 1 hora. És a dir, mostra quanta calor està perdent 1 m² edifici sobre per hora a una temperatura de 1 grau. Té una dimensió de W / m²×h

Per als càlculs que es donen aquí, no hi ha cap diferència entre pessebres i graus centígrads, ja que no importa la temperatura absoluta, sinó només la diferència.

P_total - la quantitat de flux de calor que passa per l’àrea S de l’embolcall de l’edifici per hora. Té una dimensió de P / h.

Pàg - potència de la caldera de calefacció. Es calcula com el valor màxim de potència requerit dels equips de calefacció amb la diferència de temperatura màxima entre l’aire exterior i l’interior. Dit d'una altra manera, potència suficient de la caldera per escalfar l'edifici durant la temporada més freda. Té una dimensió de P / h.

Eficiència - l'eficiència de la caldera de calefacció, una quantitat dimensional que mostra la relació entre l'energia rebuda i l'energia gastada. La documentació per a l'equip normalment es dóna en un percentatge de 100, per exemple el 99%. En els càlculs, un valor de 1 i.e. 0,99.

∆T - mostra la diferència de temperatura a banda i banda del sobre de l’edifici. Per fer més clar com es calcula correctament la diferència, vegeu un exemple. Si fora: -30 °C, i a dins de +22 ° C ∆T = 22 - (-30) = 52 ° С

O, també, però en kelvin: ∆T = 293 - 243 = 52 K

És a dir, la diferència serà sempre la mateixa per a graus i kelvins, per tant, per als càlculs, les dades de referència en els kelvins es poden utilitzar sense correccions.

d - gruix de l’edifici en metres.

k - coeficient de conductivitat tèrmica del material del sobre de l'edifici, que es pren dels llibres de referència o Normes i reglaments de construcció II-3-79 "Enginyeria tèrmica de la construcció" (Normes i normes de construcció). Té una dimensió de W / m × K o W / m × ⁰C.

La llista següent de fórmules mostra la relació entre les quantitats:

• R = d / k
• R = ∆T / Q
• Q = ∆T / R
• P_total = Q × S
• P = q_total / Eficiència

Per a estructures multicapa, la resistència de transferència de calor R es calcula per separat per a cada estructura i s'afegeix després.

De vegades el càlcul d’estructures multicapa pot ser massa feixuc, per exemple, quan es calcula la pèrdua de calor d’una finestra de vidre.

Què cal tenir en compte per calcular la resistència a la transferència de calor de les finestres:

• gruix del vidre;
• el nombre de copes i llacunes d’aire entre ells;
• tipus de gas entre els gots: inert o aeri;
• la presència d’un recobriment d’aïllament tèrmic de vidres de finestra.

Tanmateix, podeu trobar valors preparats per a tota l'estructura ja sigui del fabricant o al directori, al final d'aquest article hi ha una taula per a finestres de doble vidre d'un disseny comú.

Etapa 2: càlcul de la pèrdua de calor del sòl del soterrani

Per separat, cal aprofitar el càlcul de la pèrdua de calor a través del sòl de l’edifici, ja que el sòl presenta una resistència important a la transferència de calor.

En calcular la pèrdua de calor del soterrani, heu de tenir en compte l’aprofundiment al sòl. Si la casa està al nivell del sòl, se suposa que la profunditat és 0.

Segons la tècnica generalment acceptada, la superfície del sòl està dividida en 4 zones.

• 1 zona - 2 metres enrere des de la paret exterior fins al centre del pis al voltant del perímetre. En cas d’aprofundiment de l’edifici, es desvia del nivell del sòl al nivell del sòl al llarg d’una paret vertical. Si la paret es troba a 2 m de profunditat al terra, la zona 1 quedarà completament a la paret.
• 2 zona - retrocedeix 2 m al voltant del perímetre fins al centre des del límit d’una zona.
• 3 zona - retrocedeix 2 m al voltant del perímetre fins al centre des del límit de 2 zones.
• 4 zona - pis restant.

Per a cada zona a partir de la pràctica establerta, s’estableixen els seus propis 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

Els valors R indicats són vàlids per a sòls no revestits. En el cas de l’aïllament, cada R augmenta en R de l’aïllament.

A més, per als pisos col·locats en troncs, R es multiplica per un factor d’1,18.

La zona 1 té 2 metres d’amplada. Si la casa està enterrada, haureu d’agafar l’alçada de les parets al terra, restar-ne de 2 metres i traslladar la resta al terra.

Etapa 3: càlcul de la pèrdua de calor del sostre

Ara podeu procedir als càlculs.

Una fórmula que pot servir com a estimació aproximada de la potència d’una caldera elèctrica:

W = w_ritmes × S

Objectiu: calcular la capacitat de la caldera necessària a Moscou, la superfície escalfada de 150 m².

A l’hora de fer càlculs, tenim en compte que Moscou pertany a la regió central, és a dir. W_ritmes es pot prendre igual a 130 W / m².

W_ritmes = 130 × 150 = 19500W / h o 19,5kW / h

Aquesta xifra és tan imprecisa que no requereix tenir en compte l'eficiència dels equips de calefacció.

Ara determinem la pèrdua de calor a través de 15m² la zona del sostre aïllada amb llana mineral. El gruix de la capa d’aïllament és de 150 mm, la temperatura exterior és de -30 ° C, a l’interior de l’edifici +22 ° C durant 3 hores.

Solució: segons la taula trobem el coeficient de conductivitat tèrmica de la llana mineral, k = 0,036 W / m×° C El gruix d ha de tenir-se en metres.

El procediment de càlcul és el següent:

• R = 0,15 / 0,036 = 4,167 m²×° C / O
• ∆T = 22 - (-30) = 52 ° С
• P = 52 / 4.167 = 12,48 W / m²× h
• P_total = 12,48 × 15 = 187 Wh / h.

Hem calculat que la pèrdua de calor a través del sostre en el nostre exemple serà de 187 * 3 = 561W.

Als nostres propòsits, és molt possible simplificar els càlculs, calculant la pèrdua de calor només de les estructures externes: parets i sostres, sense parar atenció als envans i portes interiors.

A més, podeu fer-ho sense calcular la pèrdua de calor per ventilació i aigües residuals. No tindrem en compte la infiltració i la càrrega del vent. Dependència de la ubicació de l’edifici dels punts cardinals i de la quantitat de radiació solar rebuda.

A partir de consideracions generals, es pot treure una conclusió. Com més gran sigui l’edifici, menys pèrdua de calor per 1 m². Això és fàcil d’explicar, ja que l’àrea de les parets augmenta quadràticament i el volum al cub.La pilota té menys pèrdues de calor.

A les estructures de tancament només es tenen en compte les capes d'aire tancat. Si la vostra casa té una façana ventilada, es considera que aquesta capa d’aire no es tanca, no es tindrà en compte. No agafeu totes les capes que segueixen davant d’una capa a l’aire lliure: rajoles de façana o casetes.

Es tenen en compte les capes d'aire tancades, per exemple, a les finestres de doble vidre.

Totes les parets de la casa són exteriors. Les golfes no s’escalfen, no es té en compte la resistència tèrmica dels materials de la coberta

Etapa # 4: càlcul de la pèrdua de calor total de la casa

Després de la part teòrica, podeu procedir a la pràctica.

Per exemple, calculem la casa:

• dimensions dels murs exteriors: 9x10 m;
• alçada: 3 m;
• finestra amb una finestra de doble vidre 1,5×1,5 m: 4 peces;
• porta de roure 2.1×0,9 m, gruix 50 mm;
• terres de pi de 28 mm, sobre poliestirè extrudit amb un gruix de 30 mm, col·locat en troncs;
• Sostre GKL de 9 mm, sobre llana mineral de 150 mm de gruix;
• material de paret: maçoneria 2 maons de silicat, aïllament de llana mineral 50 mm;
• el període més fred és de 30 ° С, la temperatura calculada a l'edifici és de 20 ° С.

Realitzarem càlculs preparatoris de les àrees requerides. Quan calculem les zones que hi ha al terra, aprofundim el zero de les parets. El tauler de terra es troba sobre els troncs.

• finestres - 9 m²;
• porta - 1,9 m²;
• parets, menys finestres i portes - 103,1 m²;
• sostre - 90 m²;
• superfície de zones del pis: S1 = 60 m², S2 = 18 m², S3 = 10 m², S4 = 2 m²;
• ΔT = 50 ° C.

A més, segons els llibres de referència o les taules indicades al final d’aquest capítol, seleccionem els valors necessaris del coeficient de conductivitat tèrmica per a cada material. Us recomanem que llegiu amb més detall coeficient de conductivitat tèrmica i els seus valors per als materials de construcció més populars.

En els taulers de pi, la conductivitat tèrmica s’ha de portar al llarg de les fibres.

Tot el càlcul és molt senzill:

Pas 1: El càlcul de la pèrdua de calor mitjançant estructures de paret portant comporta tres passos.

Calculem el coeficient de pèrdua de calor de les parets de la maó: R_kir = d / k = 0,51 / 0,7 = 0,73 m²×° C / O.

El mateix per a l’aïllament de la paret: R_ut = d / k = 0,05 / 0,043 = 1,16 m²×° C / O.

Pèrdua de calor 1 m² parets externes: Q = ΔT / (R_kir + R_ut) = 50 / (0,73 + 1,16) = 26,46 m²×° C / O.

Com a resultat, la pèrdua de calor total de les parets serà: Q_c = Q × S = 26,46 × 103,1 = 2728 W / h.

Pas 2: Càlcul de pèrdues de calor a través de finestres: Q_{la finestra} = 9 × 50 / 0,32 = 1406W / h.

Pas 3: Càlcul de fuites d’energia tèrmica per una porta de roure: Q_dv = 1,9 × 50 / 0,23 = 413W / h.

Pas 4: Pèrdua de calor pel sostre superior: sostre: Q_suor = 90 × 50 / (0,06 + 4,17) = 1064W / h.

Pas 5: Calculem R_ut per al pis també en diverses accions.

Primer, trobem el coeficient de pèrdua de calor de l’aïllament: R_ut= 0,16 + 0,83 = 0,99 m²×° C / O.

A continuació, afegiu R_ut a cada zona:

• R1 = 3,09 m²×° C / O; R2 = 5,29 m²×° C / O;
• R3 = 9,59 m²×° C / O; R4 = 15,19 m²×° C / O.

Pas 6: Com que el sòl es troba en els troncs, multiplica per un factor 1,18:

R1 = 3,64 m²×° C / O; R2 = 6,24 m²×° C / O;

R3 = 11,32 m²×° C / O; R4 = 17,92 m²×° C / O.

Pas 7: Calculem Q per a cada zona:

Q1 = 60 × 50 / 3,64 = 824W / h;

Q2 = 18 × 50 / 6,24 = 144W / h;

Q3 = 10 × 50 / 11,32 = 44W / h;

Q4 = 2 × 50 / 17,92 = 6W / h.

Pas 8: Ara podeu calcular Q per a tot el gènere: Q_gènere = 824 + 144 + 44 + 6 = 1018W / h.

Pas 9: Com a resultat dels nostres càlculs, podem designar la suma de la pèrdua de calor total:

P_total = 2728 + 1406 + 413 + 1064 + 1018 = 6629W / h.

El càlcul no va incloure pèrdues de calor associades a les aigües residuals i a la ventilació. Per no complicar-se més enllà de la mesura, només cal afegir un 5% a les filtracions enumerades.

Per descomptat, cal un marge d'almenys un 10%.

Per tant, la xifra final de pèrdua de calor d’una casa d’exemple és:

P_total = 6629 × 1,15 = 7623W / h.

P_total mostra la pèrdua de calor màxima a casa quan la diferència de temperatura entre l’aire exterior i l’interior és de 50 ° C.

Si comptes segons la primera versió simplificada mitjançant Wud, llavors:

W_ritmes = 130 × 90 = 11700W / h.

És evident que la segona versió del càlcul és encara més complicada, però dóna una xifra més realista als edificis amb aïllament. La primera opció permet obtenir un valor generalitzat de pèrdua de calor per a edificis amb un baix grau d’aïllament tèrmic o sense res del tot.

En el primer cas, la caldera haurà de renovar-se completament cada hora la pèrdua d’energia tèrmica que es produeixi a través d’obertures, terres, parets sense aïllament.

En el segon cas, només cal escalfar una vegada abans d’arribar a una temperatura còmoda.A continuació, la caldera només haurà de restaurar la pèrdua de calor, la magnitud de la qual és significativament inferior a la primera opció.

Taula 1. Conductivitat tèrmica de diversos materials de construcció.

La taula mostra la conductivitat tèrmica dels materials de construcció comuns.

Taula 2. El gruix de l’articulació de ciment per a diversos tipus de maçoneria.

Quan es calcula el gruix de la maçoneria, es té en compte el gruix de la costura de 10 mm. A causa de les juntes de ciment, la conductivitat tèrmica de la maçoneria és lleugerament superior a un sol maó

Taula 3. Conductivitat tèrmica de diversos tipus de lloses de llana mineral.

La taula mostra els valors del coeficient de conductivitat tèrmica de diverses plaques de llana mineral. S’utilitza una placa dura per escalfar les façanes

Taula 4. Pèrdues de calor de finestres de diversos dissenys.

Denominacions a la taula: Ar - omplir el vidre amb gas inert, K ​​- el vidre exterior té un revestiment protector contra la calor, el gruix del vidre és de 4 mm; els nombres restants indiquen la bretxa entre els vidres.

La potència màxima estimada que es destina a escalfar un edifici ben aïllat és de 7,6 kW / h. Tot i això, les calderes elèctriques per al treball també necessiten una mica de càrrega per a la seva pròpia potència.

Com heu notat, una casa o un apartament poc aïllats requereixen grans quantitats d’electricitat per a la calefacció. I això és cert per a qualsevol tipus de caldera. Un aïllament adequat del sòl, sostre i parets pot reduir significativament els costos.

Al nostre lloc hi ha articles sobre mètodes d’aïllament i normes per triar un material aïllant a la calor. Us recomanem que us familiariu amb ells:

• Aïllament d'una casa privada a l'exterior: tecnologies populars + visió general del material
• Aïllament del sòl per troncs: materials per aïllament tèrmic + esquemes d’aïllament
• Aïllament del sostre àtic: instrucció detallada sobre la instal·lació d’aïllament tèrmic a les golfes d’un edifici de poca altura
• Tipus d’aïllament de les parets de la casa des de dins: materials per aïllar i les seves característiques
• Aïllament del sostre d’una casa privada: tipus de materials utilitzats + com triar el dret
• Escalfem el balcó: facin les opcions i tecnologies més populars per escalfar el balcó des de dins

Etapa 5: Càlcul de costos d’electricitat

Si simplifiqueu l’essència tècnica d’una caldera de calefacció, podeu anomenar-la convertidor convencional d’energia elèctrica en el seu analògic tèrmic. Realitzant el treball de conversió, també consumeix una certa quantitat d’energia. I.e. la caldera rep una unitat d’electricitat completa i només un 0,98 de la seva part es subministra per a la calefacció.

Per obtenir una figura precisa del consum d’energia per part de la caldera de calefacció elèctrica estudiada, la seva potència (classificada en el primer cas i calculada en el segon) s’ha de dividir pel valor d’eficiència declarat pel fabricant.

L’eficiència mitjana d’aquest equipament és del 98%. Com a resultat, el consum d'energia serà, per exemple, per a l'opció de càlcul:

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

Resta multiplicar el valor per la tarifa local. A continuació, calculeu el cost total de la calefacció elèctrica i comenceu a buscar maneres de reduir-les.

Per exemple, compra un comptador de dues tarifes que et permet pagar parcialment amb tarifes "nocturnes" més baixes. Per què cal substituir l’antic comptador d’electricitat per un nou model. El procediment i les regles de substitució detallades revisat aquí.

Una altra manera de reduir els costos després de substituir el comptador és incloure un acumulador tèrmic al circuit de calefacció per poder emmagatzemar energia barata a la nit i gastar-la durant el dia.

Etapa 6: càlcul dels costos de calefacció de temporada

Ara que domines el mètode de càlcul de la pèrdua de calor futura, pots estimar fàcilment el cost de la calefacció durant tot el període de calefacció.

Segons SNiP 23-01-99 “Climatologia de la construcció” a les columnes 13 i 14 trobem per a Moscou la durada del període amb una temperatura mitjana inferior a 10 ° C.

Per a Moscou, aquest període té una durada de 231 dies i té una temperatura mitjana de -2,2 ºC. Per calcular Q_total per a ΔT = 22,2 ° С, no cal tornar a realitzar tot el càlcul.

N’hi ha prou per imprimir Q_total 1 ° C:

P_total = 7623/50 = 152,46 W / h

Per tant, per ΔT = 22,2 ° C:

P_total = 152,46 × 22,2 = 3385W / h

Per trobar l’electricitat consumida, es multiplica per període de calefacció:

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

El càlcul anterior també és interessant perquè permet analitzar tota l’estructura de l’habitatge des del punt de vista de l’eficàcia de l’ús de l’aïllament.

Hem considerat una versió simplificada dels càlculs. Us recomanem que també us familiaritzeu amb el complet càlcul d’enginyeria tèrmica de l’edifici.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Com evitar la pèrdua de calor a través del fonament:

Com calcular la pèrdua de calor en línia:

L’ús de calderes elèctriques com a equip principal de calefacció està molt limitat per les capacitats de les xarxes elèctriques i el cost de l’electricitat.

Tanmateix, com a complement, per exemple a caldera de combustible sòlidpot ser força efectiu i útil. Poden reduir significativament el temps per escalfar el sistema de calefacció o utilitzar-se com a caldera principal a temperatures no molt baixes.

Feu servir una caldera elèctrica per escalfar? Indiqueu-nos amb quin mètode heu calculat la potència necessària per a la vostra llar. O potser només voleu comprar una caldera elèctrica i teniu preguntes? Demaneu-los els comentaris de l'article: intentarem ajudar-vos.