Ile energii elektrycznej zużywa kocioł elektryczny: jak wykonać obliczenia przed zakupem

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

Czy myślałeś również o celowości zainstalowania kotła elektrycznego? Zobaczmy razem, ile energii elektrycznej zużywa kocioł elektryczny. Dlaczego będziemy korzystać z zasad wykonywania obliczeń i formuł omówionych w naszym artykule.

Obliczenia pomogą szczegółowo zrozumieć, ile kW energii elektrycznej trzeba będzie płacić miesięcznie, jeśli kocioł elektryczny jest używany do ogrzewania domu lub mieszkania. Otrzymane dane pozwolą Ci podjąć ostateczną decyzję o zakupie / nie zakupie kotła.

Metody obliczania mocy kotła elektrycznego

Można wyróżnić dwie główne metody obliczania wymaganej mocy kotła elektrycznego. Pierwszy opiera się na ogrzewanej powierzchni, drugi na obliczeniu strat ciepła przez przegrodę budynku.

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

Obliczenia według drugiej opcji są bardziej skomplikowane, ale uwzględniają wiele indywidualnych wskaźników konkretnego budynku. Pełne obliczenia termotechniczne budynku to dość skomplikowane i żmudne zadanie. Uproszczone obliczenia zostaną rozważone poniżej, które mimo to posiadają niezbędną dokładność.

Bez względu na metodę obliczeniową ilość i jakość zebranych danych źródłowych bezpośrednio wpływa na prawidłową ocenę wymaganej mocy kotła elektrycznego.

Przy niskiej mocy sprzęt będzie stale pracował przy maksymalnym obciążeniu, nie zapewniając pożądanego komfortu życia. Przy nadmiernej mocy - nieuzasadnione wysokie zużycie energii, wysoki koszt urządzeń grzewczych.

W przeciwieństwie do innych rodzajów paliwa, energia elektryczna jest przyjazną dla środowiska, dość czystą i prostą opcją, ale wiąże się z dostępnością nieprzerwanej sieci elektrycznej w regionie

Procedura obliczania mocy kotła elektrycznego

Następnie zastanowimy się szczegółowo, jak obliczyć niezbędną moc kotła, aby urządzenie w pełni wypełniło swoje zadanie ogrzewania domu.

Etap 1 - zebranie danych początkowych do obliczeń

Do obliczeń potrzebne będą następujące informacje o budynku:

• S. - powierzchnia ogrzewanego pomieszczenia.
• W._uderzenia - moc właściwa.

Wskaźnik mocy właściwej pokazuje, ile energii cieplnej potrzeba na 1 m² o 1 godzinie.

W zależności od lokalnych warunków środowiskowych można przyjąć następujące wartości:

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

W._uderzenia - Wartość teoretyczna, która jest wykorzystywana głównie do bardzo przybliżonych obliczeń, ponieważ nie odzwierciedla rzeczywistych strat ciepła w budynku. Nie uwzględnia powierzchni przeszklenia, liczby drzwi, materiału ścian zewnętrznych, wysokości sufitów.

Dokładne obliczenia inżynierii cieplnej są przeprowadzane przy użyciu specjalistycznych programów z uwzględnieniem wielu czynników. Dla naszych celów takie obliczenia nie są potrzebne, można je uzyskać obliczając straty ciepła zewnętrznych obudowujących konstrukcji.

Wartości, które należy zastosować w obliczeniach:

R - odporność na przenikanie ciepła lub współczynnik oporu cieplnego. Jest to stosunek różnicy temperatur wzdłuż krawędzi otaczającej struktury do strumienia ciepła przechodzącego przez tę strukturę. Ma wymiar m²×⁰С / W.

W rzeczywistości wszystko jest proste - R wyraża zdolność materiału do zatrzymywania ciepła.

Q - wartość wskazująca wielkość przepływu ciepła przechodzącego przez 1 m² powierzchnię przy różnicy temperatur 1⁰C przez 1 godzinę. Oznacza to, że pokazuje, ile ciepła traci 1 m² przegroda budynku na godzinę przy spadku temperatury o 1 stopień. Ma wymiar W / m²×h

W podanych tutaj obliczeniach nie ma różnicy między stopniami Kelvina i stopniami Celsjusza, ponieważ liczy się nie temperatura bezwzględna, a jedynie różnica.

Q_łącznie - ilość przepływu ciepła przechodzącego przez obszar S przegrody budynku na godzinę. Ma wymiar W / h.

P. - moc kotła grzewczego. Jest obliczany jako wymagana maksymalna wartość mocy urządzenia grzewczego z maksymalną różnicą temperatur między powietrzem zewnętrznym i wewnętrznym. Innymi słowy, wystarczająca moc kotła do ogrzania budynku w najzimniejszym sezonie. Ma wymiar W / h.

Wydajność - sprawność kotła grzewczego, bezwymiarowa ilość pokazująca stosunek energii otrzymanej do wydatkowanej energii. Dokumentacja wyposażenia jest zwykle podawana jako procent 100, na przykład 99%. W obliczeniach wartość od 1 tj. 0,99.

∆T - pokazuje różnicę temperatur po obu stronach przegrody budynku. Aby wyjaśnić, jak poprawnie oblicza się różnicę, zobacz przykład. Jeśli na zewnątrz: -30 °C, a następnie wewnątrz +22 ° C ∆T = 22 - (-30) = 52 ° С

Lub też, ale w Kelvin: ∆T = 293 - 243 = 52 K.

Oznacza to, że różnica będzie zawsze taka sama dla stopni i stopni Kelvina, dlatego do obliczeń można użyć danych odniesienia w stopniach Kelvina bez poprawek.

d - grubość budynku w metrach.

k - współczynnik przewodności cieplnej materiału przegrody budowlanej, zaczerpnięty z podręczników lub norm i przepisów budowlanych II-3-79 „Ciepłownictwo budowlane” (Normy i przepisy budowlane - normy i reguły budowlane). Ma wymiar W / m × K lub W / m × ⁰C.

Poniższa lista wzorów pokazuje zależność między ilościami:

• R = d / k
• R = ∆T / Q
• Q = ∆T / R
• Q_łącznie = Q × S.
• P = q_łącznie / Wydajność

W przypadku struktur wielowarstwowych opór przenikania ciepła R jest obliczany osobno dla każdej struktury, a następnie sumowany.

Czasami obliczenia struktur wielowarstwowych mogą być zbyt kłopotliwe, na przykład przy obliczaniu strat ciepła szklanego okna.

Co należy wziąć pod uwagę przy obliczaniu odporności na przenikanie ciepła dla okien:

• grubość szkła;
• liczba szklanek i szczeliny powietrzne między nimi;
• rodzaj gazu między szkłami: obojętny lub powietrzny;
• obecność powłoki termoizolacyjnej szkła okiennego.

Możesz jednak znaleźć gotowe wartości dla całej konstrukcji albo od producenta, albo w katalogu, na końcu tego artykułu znajduje się tabela dla podwójnie oszklonych okien o wspólnym projekcie.

Etap # 2 - obliczenie strat ciepła podłogi piwnicy

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

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

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

• 1 strefa - 2 metry od zewnętrznej ściany do środka podłogi wokół obwodu. W przypadku pogłębienia budynek odchyla się od poziomu gruntu do poziomu podłogi wzdłuż pionowej ściany. Jeśli ściana ma 2 m głębokości w ziemi, strefa 1 będzie całkowicie na ścianie.
• 2 strefy - wycofuje się 2 m na całym obwodzie do centrum od granicy 1 strefy.
• 3 strefy - wycofuje się 2 m na całym obwodzie do centrum od granicy 2 stref.
• 4 strefy - pozostała podłoga.

Dla każdej strefy z ustalonej praktyki ustalane są jej własne Rs:

• 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 niepowlekanych podłóg. W przypadku izolacji każdy R zwiększa się o R izolacji.

Dodatkowo dla podłóg ułożonych na kłodach R jest mnożone przez współczynnik 1,18.

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

Etap 3 - obliczenie strat ciepła sufitu

Teraz możesz przejść do obliczeń.

Wzór, który może służyć jako przybliżony szacunek mocy kotła elektrycznego:

W = w_uderzenia × S.

Cel: obliczenie niezbędnej wydajności kotła w Moskwie, ogrzewanej powierzchni 150 m².

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

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

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

Teraz określamy straty ciepła na 15m² obszar sufitu izolowany wełną mineralną. Grubość warstwy izolacyjnej wynosi 150 mm, temperatura zewnętrzna wynosi -30 ° C, wewnątrz budynku +22 ° C przez 3 godziny.

Rozwiązanie: zgodnie z tabelą znajdujemy współczynnik przewodności cieplnej wełny mineralnej, k = 0,036 W / m×° C. Grubość d należy przyjmować w metrach.

Procedura obliczania 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_łącznie = 12,48 × 15 = 187 Wh / h.

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

Dla naszych celów całkiem możliwe jest uproszczenie obliczeń, obliczanie strat ciepła tylko zewnętrznych konstrukcji: ścian i sufitów, bez zwracania uwagi na wewnętrzne ścianki działowe i drzwi.

Ponadto można to zrobić bez obliczania strat ciepła dla wentylacji i ścieków. Nie będziemy brać pod uwagę infiltracji i obciążenia wiatrem. Zależność położenia budynku od punktów kardynalnych i ilości odbieranego promieniowania słonecznego.

Z ogólnych rozważań można wyciągnąć jeden wniosek. Im większy budynek, tym mniejsze straty ciepła na 1 m². Łatwo to wyjaśnić, ponieważ powierzchnia ścian zwiększa się kwadratowo, a objętość w sześcianie.Piłka ma najmniejszą utratę ciepła.

W konstrukcjach otaczających brane są pod uwagę tylko zamknięte warstwy powietrza. Jeśli twój dom ma wentylowaną fasadę, taka warstwa powietrza jest uważana za niezamkniętą, nie jest brana pod uwagę. Nie bierz wszystkich warstw znajdujących się przed warstwą powietrza: płytki elewacyjne lub kasety.

Uwzględniane są zamknięte warstwy powietrza, na przykład w podwójnie oszklonych oknach.

Wszystkie ściany domu są zewnętrzne. Poddasze nie jest ogrzewane, nie uwzględnia się odporności termicznej materiałów dachowych

Etap 4 - obliczenie całkowitej utraty ciepła w domku

Po części teoretycznej możesz przejść do części praktycznej.

Na przykład obliczamy dom:

• wymiary ścian zewnętrznych: 9x10 m;
• wysokość: 3 m;
• okno z podwójnie oszklonym oknem 1,5×1,5 m: 4 szt .;
• dębowe drzwi 2.1×0,9 m, grubość 50 mm;
• podłogi sosnowe o grubości 28 mm, na wytłaczanym polistyrenie o grubości 30 mm, ułożone na kłodach;
• Sufit GKL 9 mm, ponad wełną mineralną o grubości 150 mm;
• materiał ściany: mur 2 cegły silikatowe, izolacja z wełny mineralnej 50 mm;
• najzimniejszy okres wynosi 30 ° С, obliczona temperatura wewnątrz budynku wynosi 20 ° С.

Przeprowadzimy obliczenia przygotowawcze wymaganych obszarów. Obliczając strefy na podłodze, bierzemy zerowe pogłębienie ścian. Deska podłogowa jest układana na kłodach.

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

Ponadto, zgodnie z książkami lub tabelami podanymi na końcu tego rozdziału, wybieramy niezbędne wartości współczynnika przewodności cieplnej dla każdego materiału. Zalecamy lekturę bardziej szczegółowo współczynnik przewodzenia ciepła i jego wartości dla najpopularniejszych materiałów budowlanych.

W przypadku desek sosnowych przewodnictwo cieplne należy mierzyć wzdłuż włókien.

Całe obliczenie jest dość proste:

Krok 1: Obliczenie strat ciepła przez nośne konstrukcje ścian obejmuje trzy etapy.

Obliczamy współczynnik strat ciepła ścian muru: R_Kir = 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_Kir + R_ut) = 50 / (0,73 + 1,16) = 26,46 m²×° C / W.

W rezultacie całkowita utrata ciepła ścian będzie wynosić: Q_św = Q × S = 26,46 × 103,1 = 2728 W / h.

Krok 2: Obliczanie strat ciepła przez okna: Q_okno = 9 × 50 / 0,32 = 1406 W / h.

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

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

Krok numer 5: Obliczamy R_ut na podłogę także w kilku akcjach.

Po pierwsze, znajdujemy współczynnik strat ciepła izolacji: R_ut= 0,16 + 0,83 = 0,99 m²×° C / W.

Następnie dodaj 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 ułożona na kłodach, należy pomnożyć 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 numer 7: Obliczamy 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 numer 8: Teraz możesz obliczyć Q dla całej płci: Q_płeć = 824 + 144 + 44 + 6 = 1018 W / h.

Krok 9: W wyniku naszych obliczeń możemy wyznaczyć sumę całkowitych strat ciepła:

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

Obliczenia nie uwzględniły strat ciepła związanych ze ściekami i wentylacją. Aby nie komplikować ponad miarę, wystarczy dodać 5% do wymienionych wycieków.

Oczywiście potrzebny jest margines co najmniej 10%.

Tak więc ostateczna wartość strat ciepła dla przykładowego domu to:

Q_łącznie = 6629 × 1,15 = 7623 W / h.

Q_łącznie pokazuje maksymalne straty ciepła w domu, gdy różnica temperatur między powietrzem zewnętrznym i wewnętrznym wynosi 50 ° C.

Jeśli policzysz zgodnie z pierwszą uproszczoną wersją za pośrednictwem Wud:

W._uderzenia = 130 × 90 = 11700 W / h.

Oczywiste jest, że druga wersja obliczeń jest jeszcze bardziej skomplikowana, ale daje bardziej realistyczny rysunek dla budynków z izolacją. Pierwsza opcja pozwala uzyskać ogólną wartość strat ciepła dla budynków o niskim stopniu izolacji termicznej lub bez niej.

W pierwszym przypadku kocioł będzie musiał co godzinę całkowicie odnawiać utratę energii cieplnej występującą przez otwory, podłogi, ściany bez izolacji.

W drugim przypadku konieczne jest podgrzanie tylko jeden raz, aby osiągnąć komfortową temperaturę.Wtedy kocioł będzie musiał tylko przywrócić straty ciepła, których wielkość jest znacznie mniejsza niż pierwsza opcja.

Tabela 1. Przewodność cieplna różnych materiałów budowlanych.

Tabela pokazuje przewodność cieplną popularnych materiałów budowlanych.

Tabela 2. Grubość złącza cementowego dla różnych rodzajów murów.

Przy obliczaniu grubości muru bierze się pod uwagę grubość szwu 10 mm. Ze względu na połączenia cementowe przewodność cieplna muru jest nieco wyższa niż pojedynczej cegły

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

Tabela pokazuje wartości współczynnika przewodności cieplnej dla różnych płyt z wełny mineralnej. Twarda płyta służy do ocieplenia fasad

Tabela 4. Straty ciepła okien o różnych konstrukcjach.

Oznaczenia w tabeli: Ar - wypełnienie szkła gazem obojętnym, K - szkło zewnętrzne ma powłokę termoizolacyjną, grubość szkła wynosi 4 mm; pozostałe liczby oznaczają odstęp między szkłami

7,6 kW / h jest szacunkową maksymalną wymaganą mocą zużywaną na ogrzewanie dobrze izolowanego budynku. Jednak kotły elektryczne do pracy również wymagają pewnej opłaty za własną moc.

Jak zauważyłeś, źle ocieplony dom lub mieszkanie będzie wymagało dużych ilości energii elektrycznej do ogrzewania. Dotyczy to każdego rodzaju kotła. Właściwa izolacja podłogi, sufitu i ścian może znacznie obniżyć koszty.

Na naszej stronie znajdują się artykuły na temat metod izolacji i zasad wyboru materiału termoizolacyjnego. Sugerujemy zapoznanie się z nimi:

• Izolacja prywatnego domu na zewnątrz: popularne technologie + przegląd materiałów
• Izolacja podłogi za pomocą kłód: materiały do ​​izolacji termicznej + schematy izolacji
• Izolacja dachu poddasza: szczegółowa instrukcja montażu izolacji termicznej na poddaszu niskiego budynku
• Rodzaje izolacji ścian domu od wewnątrz: materiały do ​​izolacji i ich cechy
• Izolacja sufitu w prywatnym domu: rodzaje użytych materiałów + jak wybrać odpowiedni
• Zrób to sam, ocieplając balkon: popularne opcje i technologie ocieplania balkonu od wewnątrz

Etap 5 - Obliczanie kosztów energii elektrycznej

Jeśli uprościsz istotę techniczną kotła grzewczego, możesz nazwać go konwencjonalnym konwerterem energii elektrycznej na jego analog termiczny. Dokonując konwersji, zużywa również pewną ilość energii. Tj. kocioł otrzymuje pełną jednostkę energii elektrycznej, a tylko 0,98 jej części jest dostarczanych do ogrzewania.

Aby uzyskać dokładną liczbę zużycia energii przez badany elektryczny kocioł grzewczy, konieczne jest podzielenie jego mocy (znamionowej w pierwszym przypadku i obliczonej w drugim) przez wartość sprawności zadeklarowaną przez producenta.

Średnia wydajność takiego sprzętu wynosi 98%. W rezultacie zużycie energii będzie na przykład dla opcji obliczeniowej:

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

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

Na przykład kup dwuz taryfowy licznik, który pozwala ci częściowo płacić przy niższych taryfach „nocnych”. Dlaczego musisz wymienić stary licznik energii elektrycznej na nowy model? Procedura i zasady szczegółowej wymiany sprawdzone tutaj.

Innym sposobem na obniżenie kosztów po wymianie licznika jest włączenie akumulatora termicznego do obwodu grzewczego, aby zgromadzić tanią energię w nocy i wydać ją w ciągu dnia.

Etap # 6 - obliczenie sezonowych kosztów ogrzewania

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

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

W Moskwie okres ten trwa 231 dni i ma średnią temperaturę -2,2 ° C. Aby obliczyć Q_łącznie dla ΔT = 22,2 ° С nie jest konieczne wykonywanie całego obliczenia od nowa.

Wystarczy wydrukować Q_łącznie 1 ° C:

Q_łącznie = 7623/50 = 152,46 W / h

Odpowiednio dla ΔT = 22,2 ° C:

Q_łącznie = 152,46 × 22,2 = 3385 W / h

Aby znaleźć zużytą energię elektryczną, mnożymy przez okres ogrzewania:

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

Powyższe obliczenia są również interesujące, ponieważ pozwalają przeanalizować całą konstrukcję domu z punktu widzenia skuteczności zastosowania izolacji.

Rozważaliśmy uproszczoną wersję obliczeń. Zalecamy również zapoznanie się z pełną treścią 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 kosztami energii elektrycznej.

Jednak jako dodatkowy, na przykład do kocioł na paliwo stałemoże być dość skuteczny i użyteczny. Mogą znacznie skrócić czas ogrzewania systemu grzewczego lub mogą być używane jako główny kocioł w niezbyt niskich temperaturach.

Czy do ogrzewania używasz kotła elektrycznego? Powiedz nam, jaką metodą obliczyłeś niezbędną moc dla swojego domu. A może po prostu chcesz kupić kocioł elektryczny i masz pytania? Zapytaj ich w komentarzach do artykułu - postaramy się ci pomóc.