Cuánta electricidad consume una caldera eléctrica: cómo hacer cálculos antes de comprar

El uso de la electricidad como fuente de energía para calentar una casa de campo es atractivo por muchas razones: fácil acceso, prevalencia, respeto al medio ambiente. Al mismo tiempo, las tarifas bastante altas siguen siendo el principal obstáculo para el uso de calderas eléctricas.

¿También ha pensado en la conveniencia de instalar una caldera eléctrica? Veamos juntos cuánta electricidad consume una caldera eléctrica. Por qué usaremos las reglas para realizar cálculos y fórmulas discutidas en nuestro artículo.

Los cálculos ayudarán a comprender en detalle cuántos kW de electricidad se pagarán mensualmente si se usa una caldera eléctrica para calentar una casa o un apartamento. Las cifras resultantes le permitirán tomar una decisión final sobre la compra / no compra de la caldera.

Métodos para calcular la potencia de una caldera eléctrica.

Se pueden distinguir dos métodos principales para calcular la potencia requerida de una caldera eléctrica. El primero se basa en el área calentada, el segundo en el cálculo de la pérdida de calor a través de la envolvente del edificio.

El cálculo según la primera opción es muy aproximado, basado en un solo indicador: potencia específica. El poder específico se da en los libros de referencia y depende de la región.

El cálculo según la segunda opción es más complicado, pero tiene en cuenta muchos indicadores individuales de un edificio en particular. El cálculo completo de ingeniería térmica del edificio es una tarea bastante complicada y laboriosa. A continuación se considerará un cálculo simplificado, que sin embargo posee la precisión necesaria.

Independientemente del método de cálculo, la cantidad y la calidad de los datos fuente recopilados afectan directamente la evaluación correcta de la potencia requerida de la caldera eléctrica.

Con poca potencia, el equipo funcionará constantemente con la carga máxima, sin proporcionar la comodidad de vida deseada. Con potencia excesiva: consumo de energía excesivamente alto, alto costo de los equipos de calefacción.

A diferencia de otros tipos de combustible, la electricidad es una opción ecológica, bastante limpia y simple, pero vinculada a la disponibilidad de una red eléctrica ininterrumpida en la región.

El procedimiento para calcular la potencia de una caldera eléctrica.

A continuación, consideraremos en detalle cómo calcular la potencia necesaria de la caldera para que el equipo cumpla completamente su tarea de calentar la casa.

Etapa n. ° 1: recopilación de datos iniciales para el cálculo

Para los cálculos necesitará la siguiente información sobre el edificio:

• S - área de la habitación climatizada.
• W_latidos - potencia específica

El indicador de potencia específico muestra cuánta energía térmica se necesita por 1 m.² a la 1 en punto.

Dependiendo de las condiciones ambientales locales, se pueden aceptar los siguientes valores:

• para la parte central de Rusia: 120-150 W / m²;
• para las regiones del sur: 70-90 W / m²;
• para regiones del norte: 150-200 W / m².

W_latidos - Valor teórico, que se utiliza principalmente para cálculos muy generales, ya que no refleja la pérdida de calor real del edificio. No tiene en cuenta el área de acristalamiento, el número de puertas, el material de las paredes externas, la altura de los techos.

El cálculo preciso de la ingeniería de calor se lleva a cabo utilizando programas especializados que tienen en cuenta muchos factores. Para nuestros propósitos, tal cálculo no es necesario, es muy posible obtenerlo calculando las pérdidas de calor de las estructuras de cerramiento externas.

Valores a utilizar en los cálculos:

R - resistencia a la transferencia de calor o coeficiente de resistencia al calor. Esta es la relación entre la diferencia de temperatura a lo largo de los bordes de la estructura envolvente y el flujo de calor que pasa a través de esta estructura. Tiene una dimensión m²×⁰С / W.

De hecho, todo es simple: R expresa la capacidad de un material para retener el calor.

Q - un valor que muestra la cantidad de flujo de calor que pasa a través de 1 m² superficie a una diferencia de temperatura de 1⁰C durante 1 hora. Es decir, muestra cuánto calor está perdiendo 1 m² sobre de construcción por hora a una caída de temperatura de 1 grado. Tiene una dimensión de W / m²×h

Para los cálculos dados aquí, no hay diferencia entre grados Kelvin y grados Celsius, ya que no es la temperatura absoluta lo que importa, sino solo la diferencia.

Q_total - la cantidad de flujo de calor que pasa por el área S de la envolvente del edificio por hora. Tiene una dimensión de W / h.

PAGS - potencia de la caldera de calefacción. Se calcula como el valor de potencia máxima requerida del equipo de calefacción con la diferencia de temperatura máxima entre el aire exterior e interior. En otras palabras, suficiente potencia de caldera para calentar el edificio durante la temporada más fría. Tiene una dimensión de W / h.

Eficiencia - la eficiencia de la caldera de calentamiento, una cantidad adimensional que muestra la relación entre la energía recibida y la energía gastada. La documentación para el equipo generalmente se proporciona como un porcentaje de 100, por ejemplo, 99%. En los cálculos, un valor de 1, es decir 0,99.

∆T - muestra la diferencia de temperatura en ambos lados de la envolvente del edificio. Para aclarar cómo se calcula correctamente la diferencia, vea un ejemplo. Si fuera: -30 °C, y dentro de +22 ° C, entonces ∆T = 22 - (-30) = 52 ° С

O también, pero en kelvin: ∆T = 293 - 243 = 52K

Es decir, la diferencia siempre será la misma para grados y grados Kelvin, por lo tanto, para los cálculos, los datos de referencia en grados Kelvin se pueden usar sin correcciones.

re - espesor del edificio en metros.

k - coeficiente de conductividad térmica del material de la envolvente del edificio, que se toma de los libros de referencia o Normas y Reglamentos de Construcción II-3-79 "Ingeniería de Calor de Construcción" (Normas y Reglamentos de Construcción - normas y reglas de construcción). Tiene una dimensión de W / m × K o W / m × ⁰C.

La siguiente lista de fórmulas muestra la relación entre las cantidades:

• R = d / k
• R = ∆T / Q
• Q = ∆T / R
• Q_total = Q × S
• P = q_total / Eficiencia

Para estructuras multicapa, la resistencia de transferencia de calor R se calcula por separado para cada estructura y luego se suma.

A veces, el cálculo de estructuras multicapa puede ser demasiado engorroso, por ejemplo, al calcular la pérdida de calor de una ventana de vidrio.

Lo que debe tener en cuenta al calcular la resistencia a la transferencia de calor para ventanas:

• espesor de vidrio;
• la cantidad de vasos y espacios de aire entre ellos;
• tipo de gas entre los vasos: inerte o aire;
• La presencia de revestimiento de aislamiento térmico de vidrio de la ventana.

Sin embargo, puede encontrar valores prefabricados para toda la estructura, ya sea del fabricante o en el directorio, al final de este artículo hay una tabla para ventanas de doble acristalamiento de un diseño común.

Etapa n. ° 2: cálculo de la pérdida de calor del piso del sótano

Por separado, es necesario detenerse en el cálculo de la pérdida de calor a través del piso del edificio, ya que el suelo tiene una resistencia significativa a la transferencia de calor.

Al calcular la pérdida de calor del sótano, debe tener en cuenta la profundización en el suelo. Si la casa está a nivel del suelo, se supone que la profundidad es 0.

Según la técnica generalmente aceptada, el área del piso se divide en 4 zonas.

• 1 zona - 2 metros hacia atrás desde la pared exterior hasta el centro del piso alrededor del perímetro. En caso de profundización del edificio, se desvía del nivel del suelo al nivel del piso a lo largo de una pared vertical. Si la pared tiene 2 m de profundidad en el suelo, la zona 1 estará completamente en la pared.
• 2 zonas - se retira 2 m alrededor del perímetro hacia el centro desde el borde de 1 zona.
• Zona 3 - se retira 2 m alrededor del perímetro al centro desde el borde de 2 zonas.
• 4 zonas - piso restante.

Para cada zona de práctica establecida, se establecen sus propias 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.

Los valores R dados son válidos para pisos sin recubrimiento. En el caso del aislamiento, cada R aumenta en R del aislamiento.

Además, para pisos colocados en troncos, R se multiplica por un factor de 1.18.

La zona 1 tiene 2 metros de ancho. Si la casa está enterrada, debe tomar la altura de las paredes en el suelo, restar de 2 metros y transferir el resto al piso

Etapa 3: cálculo de la pérdida de calor del techo.

Ahora puede proceder con los cálculos.

Una fórmula que puede servir como una estimación aproximada de la potencia de una caldera eléctrica:

W = w_latidos × S

Objetivo: calcular la capacidad de caldera necesaria en Moscú, el área calentada de 150 m².

Al hacer los cálculos, tenemos en cuenta que Moscú pertenece a la región central, es decir. W_latidos se puede tomar igual a 130 W / m².

W_latidos = 130 × 150 = 19500W / ho 19.5kW / h

Esta cifra es tan imprecisa que no requiere tener en cuenta la eficiencia de los equipos de calefacción.

Ahora determinamos la pérdida de calor a través de 15m² El área del techo aislada con lana mineral. El espesor de la capa de aislamiento es de 150 mm, la temperatura exterior es de -30 ° C, dentro del edificio +22 ° C durante 3 horas.

Solución: de acuerdo con la tabla, encontramos el coeficiente de conductividad térmica de la lana mineral, k = 0.036 W / m×° C. El espesor d debe tomarse en metros.

El procedimiento de cálculo es el siguiente:

• R = 0.15 / 0.036 = 4.167 metro²×° C / W
• ∆T = 22 - (-30) = 52 ° С
• Q = 52 / 4,167 = 12,48 W / m²× h
• Q_total = 12,48 × 15 = 187 Wh / h.

Calculamos que la pérdida de calor a través del techo en nuestro ejemplo será 187 * 3 = 561W.

Para nuestros propósitos, es bastante posible simplificar los cálculos, calculando la pérdida de calor solo de las estructuras externas: paredes y techos, sin prestar atención a las particiones y puertas internas.

Además, puede hacerlo sin calcular la pérdida de calor por ventilación y alcantarillado. No tendremos en cuenta la infiltración y la carga del viento. Dependencia de la ubicación del edificio en los puntos cardinales y la cantidad de radiación solar recibida.

De consideraciones generales, se puede sacar una conclusión. Cuanto más grande es el edificio, menos pérdida de calor por 1 m.². Esto es fácil de explicar, ya que el área de las paredes aumenta cuadráticamente y el volumen en el cubo.La pelota tiene la menor pérdida de calor.

En las estructuras de cerramiento solo se tienen en cuenta las capas de aire cerradas. Si su casa tiene una fachada ventilada, dicha capa de aire se considera no cerrada, no se tiene en cuenta. No tome todas las capas que siguen delante de una capa al aire libre: azulejos o casetes de fachada.

Se tienen en cuenta las capas de aire cerrado, por ejemplo, en ventanas de doble acristalamiento.

Todas las paredes de la casa son externas. El ático no se calienta, no se tiene en cuenta la resistencia térmica de los materiales para techos.

Etapa 4: cálculo de la pérdida de calor total de la cabaña.

Después de la parte teórica, puede pasar a la práctica.

Por ejemplo, calculamos la casa:

• dimensiones de paredes externas: 9x10 m;
• altura: 3 m;
• ventana con doble acristalamiento 1,5×1,5 m: 4 piezas;
• puerta de roble 2.1×0,9 m, espesor 50 mm;
• suelos de pino de 28 mm, sobre poliestireno extruido con un espesor de 30 mm, colocados sobre troncos;
• Techo GKL de 9 mm, sobre lana mineral de 150 mm de espesor;
• material de pared: mampostería 2 ladrillos de silicato, aislamiento de lana mineral 50 mm;
• el período más frío es de 30 ° С, la temperatura calculada dentro del edificio es de 20 ° С.

Realizaremos cálculos preparatorios de las áreas requeridas. Al calcular las zonas en el piso, tomamos la profundización cero de las paredes. La tabla del piso se coloca sobre los troncos.

• ventanas - 9 m²;
• puerta - 1.9 m²;
• paredes, menos ventanas y puertas - 103,1 m²;
• techo - 90 m²;
• área de zonas de piso: S1 = 60 m², S2 = 18 m², S3 = 10 m², S4 = 2 m²;
• ΔT = 50 ° C.

Además, de acuerdo con los libros o tablas de referencia que figuran al final de este capítulo, seleccionamos los valores necesarios del coeficiente de conductividad térmica para cada material. Le recomendamos que lea con más detalle con coeficiente de conductividad térmica y sus valores para los materiales de construcción más populares.

Para tableros de pino, la conductividad térmica debe tomarse a lo largo de las fibras.

Todo el cálculo es bastante simple:

Paso 1: El cálculo de la pérdida de calor a través de estructuras de muros de carga implica tres pasos.

Calculamos el coeficiente de pérdida de calor de las paredes del ladrillo: R_Ciro = d / k = 0.51 / 0.7 = 0.73 metro²×° C / W.

Lo mismo para el aislamiento de la pared: R_Utah = d / k = 0.05 / 0.043 = 1.16 metro²×° C / W.

Pérdida de calor 1 m² paredes externas: Q = ΔT / (R_Ciro + R_Utah) = 50 / (0,73 + 1,16) = 26,46 metro²×° C / W.

Como resultado, la pérdida total de calor de las paredes será: Q_{S t} = Q × S = 26.46 × 103.1 = 2728 W / h.

Paso número 2: Cálculo de la pérdida de calor a través de ventanas: Q_{la ventana} = 9 × 50 / 0.32 = 1406W / h.

Paso número 3: Cálculo de fuga de energía térmica a través de una puerta de roble: Q_dv = 1.9 × 50 / 0.23 = 413W / h.

Paso 4: Pérdida de calor a través del techo superior - techo: Q_sudor = 90 × 50 / (0.06 + 4.17) = 1064W / h.

Paso número 5: Calculamos R_Utah para el piso también en varias acciones.

Primero, encontramos el coeficiente de pérdida de calor del aislamiento: R_Utah= 0,16 + 0,83 = 0,99 metro²×° C / W.

Luego agregue R_Utah a cada zona:

• R1 = 3.09 metro²×° C / W; R2 = 5.29 metro²×° C / W;
• R3 = 9.59 metro²×° C / W; R4 = 15,19 metro²×° C / W.

Paso 6: Como el piso está colocado sobre los registros, multiplique por un factor de 1.18:

R1 = 3.64 metro²×° C / W; R2 = 6.24 metro²×° C / W;

R3 = 11.32 metro²×° C / W; R4 = 17,92 metro²×° C / W.

Paso número 7: Calculamos Q para 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.

Paso número 8: Ahora puede calcular Q para todo el género: Q_suelo = 824 + 144 + 44 + 6 = 1018 W / h.

Paso 9: Como resultado de nuestros cálculos, podemos designar la suma de la pérdida de calor total:

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

El cálculo no incluyó las pérdidas de calor asociadas con las aguas residuales y la ventilación. Para no complicar más allá de la medida, solo agregue 5% a las fugas enumeradas.

Por supuesto, se necesita un margen de al menos 10%.

Por lo tanto, la cifra final de pérdida de calor de una casa de ejemplo es:

Q_total = 6629 × 1.15 = 7623W / h.

Q_total muestra la pérdida de calor máxima en el hogar cuando la diferencia de temperatura entre el aire externo e interno es de 50 ° C.

Si cuenta según la primera versión simplificada a través de Wud, entonces:

W_latidos = 130 × 90 = 11700 W / h.

Está claro que la segunda versión del cálculo es aún más complicada, pero da una cifra más realista para edificios con aislamiento. La primera opción le permite obtener un valor generalizado de pérdida de calor para edificios con un bajo grado de aislamiento térmico o sin ningún tipo de aislamiento.

En el primer caso, la caldera tendrá que renovar por completo cada hora la pérdida de energía térmica que se produce a través de aberturas, pisos, paredes sin aislamiento.

En el segundo caso, es necesario calentar solo una vez antes de alcanzar una temperatura confortable.Entonces la caldera solo necesitará restaurar la pérdida de calor, cuya magnitud es significativamente menor que la primera opción.

Tabla 1. Conductividad térmica de diversos materiales de construcción.

La tabla muestra la conductividad térmica para materiales de construcción comunes.

Tabla 2. El espesor de la junta de cemento para varios tipos de mampostería.

Al calcular el grosor de la mampostería, se tiene en cuenta el grosor de la costura de 10 mm. Debido a las juntas de cemento, la conductividad térmica de la mampostería es ligeramente más alta que un solo ladrillo

Tabla 3. Conductividad térmica de varios tipos de losas de lana mineral.

La tabla muestra los valores del coeficiente de conductividad térmica para varias placas de lana mineral. Se utiliza un plato duro para calentar las fachadas.

Tabla 4. Pérdidas de calor de ventanas de varios diseños.

Designaciones en la tabla: Ar - llenando el vidrio con gas inerte, K - el vidrio exterior tiene un recubrimiento de protección térmica, el grosor del vidrio es de 4 mm; los números restantes indican el espacio entre los vidrios

7,6 kW / h es la potencia máxima requerida estimada que se gasta en calentar un edificio bien aislado. Sin embargo, las calderas eléctricas para el trabajo también necesitan algo de carga para su propia energía.

Como notó, una casa o apartamento mal aislado requerirá grandes cantidades de electricidad para la calefacción. Y esto es cierto para cualquier tipo de caldera. El aislamiento adecuado del piso, techo y paredes puede reducir significativamente los costos.

En nuestro sitio hay artículos sobre métodos de aislamiento y reglas para elegir un material de aislamiento térmico. Le sugerimos que se familiarice con ellos:

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Etapa # 5 - Cálculo de costos de electricidad

Si simplifica la esencia técnica de una caldera de calefacción, puede llamarla un convertidor convencional de energía eléctrica en su análogo térmico. Realizando el trabajo de conversión, también consume una cierta cantidad de energía. Aquellos. La caldera recibe una unidad de electricidad completa, y solo 0,98 de su parte se suministra para calefacción.

Para obtener una cifra precisa del consumo de energía de la caldera de calefacción eléctrica en estudio, es necesario dividir su potencia (nominal en el primer caso y calculada en el segundo) por el valor de eficiencia declarado por el fabricante.

La eficiencia promedio de tales equipos es del 98%. Como resultado, el consumo de energía será, por ejemplo, para la opción de cálculo:

7.6 / 0.98 = 7.8 kW / h.

Queda por multiplicar el valor por la tarifa local. Luego calcule el costo total de la calefacción eléctrica y comience a buscar formas de reducirlos.

Por ejemplo, compre un medidor de dos tarifas que le permita pagar parcialmente a tarifas "nocturnas" más bajas. ¿Por qué necesita reemplazar el viejo medidor de electricidad con un nuevo modelo? El procedimiento y las reglas para reemplazar en detalle revisado aquí.

Otra forma de reducir costos después de reemplazar el medidor es incluir un acumulador térmico en el circuito de calefacción para almacenar energía barata por la noche y gastarla durante el día.

Etapa n. ° 6: cálculo de los costos de calefacción estacionales

Ahora que ha dominado el método para calcular la pérdida de calor futura, puede estimar fácilmente el costo de la calefacción durante todo el período de calefacción.

De acuerdo con SNiP 23-01-99 “Climatología de la construcción” en las columnas 13 y 14, encontramos para Moscú la duración del período con una temperatura promedio inferior a 10 ° C.

Para Moscú, este período dura 231 días y tiene una temperatura promedio de -2.2 ° C. Para calcular Q_total para ΔT = 22.2 ° С, no es necesario realizar todo el cálculo nuevamente.

Es suficiente imprimir Q_total 1 ° C:

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

En consecuencia, para ΔT = 22.2 ° C:

Q_total = 152,46 × 22,2 = 3385 W / h

Para encontrar la electricidad consumida, multiplicamos por el período de calentamiento:

Q = 3385 × 231 × 24 × 1.05 = 18766440W = 18766kW

El cálculo anterior también es interesante porque le permite analizar toda la estructura de la casa desde el punto de vista de la efectividad del uso del aislamiento.

Consideramos una versión simplificada de los cálculos. Le recomendamos que también se familiarice con el cálculo de ingeniería térmica del edificio.

Conclusiones y video útil sobre el tema.

Cómo evitar la pérdida de calor a través de la base:

Cómo calcular la pérdida de calor en línea:

El uso de calderas eléctricas como equipo principal de calefacción está muy limitado por las capacidades de las redes eléctricas y el costo de la electricidad..

Sin embargo, como un adicional, por ejemplo para caldera de combustible sólidoPuede ser bastante efectivo y útil. Pueden reducir significativamente el tiempo de calentamiento del sistema de calefacción o utilizarse como caldera principal a temperaturas no muy bajas.

¿Utiliza una caldera eléctrica para calentar? Díganos por qué método calculó la potencia necesaria para su hogar. ¿O tal vez solo quieres comprar una caldera eléctrica y tienes preguntas? Pregúnteles en los comentarios al artículo, trataremos de ayudarlo.