Quanta eletricidade uma caldeira elétrica consome: como fazer cálculos antes de comprar

O uso da eletricidade como fonte de energia para o aquecimento de uma casa de campo é atraente por vários motivos: fácil acessibilidade, prevalência, respeito pelo meio ambiente. Ao mesmo tempo, tarifas bastante altas continuam sendo o principal obstáculo ao uso de caldeiras elétricas.

Você também pensou na conveniência de instalar uma caldeira elétrica? Vamos ver juntos quanta eletricidade uma caldeira elétrica consome. Por que usaremos as regras para executar cálculos e fórmulas discutidas em nosso artigo.

Os cálculos ajudarão a entender em detalhes quanto kW de eletricidade será pago mensalmente se uma caldeira elétrica for usada para aquecer uma casa ou apartamento. Os números resultantes permitirão que você tome uma decisão final sobre a compra / não compra da caldeira.

Métodos para calcular a potência de uma caldeira elétrica

Dois métodos principais podem ser distinguidos para calcular a potência necessária de uma caldeira elétrica. O primeiro é baseado na área aquecida, o segundo no cálculo da perda de calor através do envelope do edifício.

O cálculo de acordo com a primeira opção é muito difícil, com base em uma única potência específica do indicador. Poder específico é dado em livros de referência e depende da região.

O cálculo de acordo com a segunda opção é mais complicado, mas leva em consideração muitos indicadores individuais de um edifício específico. O cálculo completo da engenharia térmica do edifício é uma tarefa bastante complicada e minuciosa. Um cálculo simplificado será considerado abaixo, que possui a precisão necessária.

Independentemente do método de cálculo, a quantidade e a qualidade dos dados de origem coletados afetam diretamente a avaliação correta da potência necessária da caldeira elétrica.

Com baixa potência, o equipamento trabalha constantemente com carga máxima, não proporcionando o conforto de vida desejado. Com potência excessiva - consumo excessivamente alto de energia, alto custo de equipamentos de aquecimento.

Ao contrário de outros tipos de combustível, a eletricidade é uma opção ecológica, razoavelmente limpa e simples, mas ligada à disponibilidade de uma rede elétrica ininterrupta na região

O procedimento para calcular a potência de uma caldeira elétrica

A seguir, consideraremos detalhadamente como calcular a energia necessária da caldeira para que o equipamento cumpra totalmente sua tarefa de aquecer a casa.

Etapa 1 - coleta de dados iniciais para cálculo

Para os cálculos, você precisará das seguintes informações sobre o edifício:

• S - área da sala aquecida.
• W_batidas - poder específico.

O indicador de potência específico mostra quanta energia térmica é necessária por 1 m² às 13 horas.

Dependendo das condições ambientais locais, os seguintes valores podem ser aceitos:

• para a parte central da Rússia: 120 - 150 W / m²;
• para regiões do sul: 70-90 W / m²;
• para regiões do norte: 150-200 W / m².

W_batidas - Valor teórico, usado principalmente para cálculos muito aproximados, porque não reflete a perda real de calor do edifício. Não leva em conta a área dos vidros, o número de portas, o material das paredes externas, a altura dos tetos.

O cálculo preciso da engenharia de calor é realizado usando programas especializados, levando em consideração muitos fatores. Para nossos propósitos, esse cálculo não é necessário, é bem possível calcular as perdas de calor das estruturas externas externas.

Valores a serem utilizados nos cálculos:

R - resistência à transferência de calor ou coeficiente de resistência ao calor. Essa é a razão entre a diferença de temperatura ao longo das bordas da estrutura envolvente e o fluxo de calor que passa por essa estrutura. Tem uma dimensão m²×/С / W.

De fato, tudo é simples - R expressa a capacidade de um material reter calor.

Q - um valor que mostra a quantidade de fluxo de calor que passa por 1 m² superfície a uma diferença de temperatura de 1 ° C por 1 hora. Ou seja, mostra quanto calor está perdendo 1 m² envelope de construção por hora a uma queda de temperatura de 1 grau. Tem uma dimensão de W / m²×h

Para os cálculos apresentados aqui, não há diferença entre Kelvins e graus Celsius, pois não é a temperatura absoluta que importa, mas apenas a diferença.

Q_total - a quantidade de fluxo de calor que passa pela área S do envelope do edifício por hora. Tem uma dimensão de W / h.

P - potência da caldeira de aquecimento. É calculado como o valor máximo de potência necessário do equipamento de aquecimento com a diferença máxima de temperatura entre o ar externo e o interno. Em outras palavras, energia da caldeira suficiente para aquecer o edifício durante a estação mais fria. Tem uma dimensão de W / h.

Eficiência - a eficiência da caldeira de aquecimento, uma quantidade adimensional que mostra a proporção de energia recebida em relação à energia gasta. A documentação para o equipamento é geralmente fornecida como uma porcentagem de 100, por exemplo 99%. Nos cálculos, um valor de 1, ou seja, 0,99.

∆T - mostra a diferença de temperatura nos dois lados do envelope do edifício. Para deixar mais claro como a diferença é calculada corretamente, veja um exemplo. Se fora: -30 °C e dentro de +22 ° C, depois ∆T = 22 - (-30) = 52 ° С

Ou também, mas em kelvin: =T = 293 - 243 = 52K

Ou seja, a diferença será sempre a mesma para graus e kelvins; portanto, para cálculos, os dados de referência em kelvins podem ser usados ​​sem correções.

d - espessura do edifício em metros.

k - coeficiente de condutividade térmica do material da envolvente do edifício, retirado dos livros de referência ou das Normas e Regulamentos de Construção II-3-79 "Engenharia de Calor da Construção" (Normas e Regulamentos de Construção - normas e regras de construção). Tem uma dimensão de W / m × K ou W / m × ⁰C.

A seguinte lista de fórmulas mostra a relação entre as quantidades:

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

Para estruturas multicamadas, a resistência de transferência de calor R é calculada separadamente para cada estrutura e depois adicionada.

Às vezes, o cálculo de estruturas multicamadas pode ser muito complicado, por exemplo, ao calcular a perda de calor de uma janela de vidro.

O que você precisa considerar ao calcular a resistência à transferência de calor para janelas:

• espessura do vidro;
• o número de óculos e espaços de ar entre eles;
• tipo de gás entre os óculos: inerte ou ar;
• a presença de revestimento de isolamento térmico de vidro de janela.

No entanto, você pode encontrar valores prontos para toda a estrutura do fabricante ou no diretório. No final deste artigo, há uma tabela para janelas com vidros duplos de um design comum.

Etapa 2 - cálculo da perda de calor do piso do porão

Separadamente, é necessário se concentrar no cálculo da perda de calor pelo piso do edifício, uma vez que o solo possui resistência significativa à transferência de calor.

Ao calcular a perda de calor do porão, é necessário levar em consideração o aprofundamento no solo. Se a casa estiver no nível do solo, a profundidade será assumida como 0.

De acordo com a técnica geralmente aceita, a área do piso é dividida em 4 zonas.

• 1 zona - 2 metros da parede externa até o centro do piso ao redor do perímetro. Em caso de aprofundamento do edifício, ele desvia do nível do solo para o nível do solo ao longo de uma parede vertical. Se a parede tiver 2 m de profundidade no chão, a zona 1 estará completamente na parede.
• 2 zonas - recua 2 m ao redor do perímetro até o centro, a partir da fronteira de 1 zona.
• Zona 3 - recua 2 m ao redor do perímetro até o centro, a partir da fronteira de 2 zonas.
• Zona 4 - andar restante.

Para cada zona da prática estabelecida, seus próprios Rs são definidos:

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

Os valores R fornecidos são válidos para pisos não revestidos. No caso de isolamento, cada R aumenta em R do isolamento.

Além disso, para pisos dispostos em toras, R é multiplicado por um fator de 1,18.

A zona 1 tem 2 metros de largura. Se a casa estiver enterrada, você precisará medir a altura das paredes no chão, subtrair de 2 metros e transferir o restante para o chão

Etapa 3 - cálculo da perda de calor do teto

Agora você pode prosseguir com os cálculos.

Uma fórmula que pode servir como uma estimativa aproximada da potência de uma caldeira elétrica:

W = w_batidas × S

Objetivo: calcular a capacidade necessária da caldeira em Moscou, a área aquecida de 150 m².

Ao fazer cálculos, levamos em conta que Moscou pertence à região central, ou seja, W_batidas pode ser tomado igual a 130 W / m².

W_batidas = 130 × 150 = 19500W / h ou 19,5kW / h

Este número é tão impreciso que não exige que se leve em consideração a eficiência dos equipamentos de aquecimento.

Agora determinamos a perda de calor através de 15m² a área do teto isolada com lã mineral. A espessura da camada de isolamento é de 150 mm, a temperatura externa é de -30 ° C, dentro do edifício +22 ° C por 3 horas.

Solução: de acordo com a tabela, encontramos o coeficiente de condutividade térmica da lã mineral, k = 0,036 W / m×° C. A espessura d deve ser medida em metros.

O procedimento de cálculo é o seguinte:

• R = 0,15 / 0,036 = 4,167 m²×° 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 a perda de calor através do teto em nosso exemplo será 187 * 3 = 561W.

Para nossos propósitos, é bem possível simplificar os cálculos, calculando a perda de calor apenas das estruturas externas: paredes e tetos, sem prestar atenção às divisórias e portas internas.

Além disso, você pode fazer sem calcular a perda de calor para ventilação e esgoto. Não levaremos em consideração a infiltração e a carga de vento. Dependência da localização do edifício nos pontos cardeais e quantidade de radiação solar recebida.

De considerações gerais, uma conclusão pode ser tirada. Quanto maior o edifício, menor perda de calor por 1 m². Isso é fácil de explicar, pois a área das paredes aumenta quadraticamente e o volume no cubo.A bola tem menos perda de calor.

Nas estruturas anexas, apenas as camadas de ar fechadas são levadas em consideração. Se a sua casa tiver uma fachada ventilada, essa camada de ar é considerada não fechada e não é levada em consideração. Não retire todas as camadas que se seguem à frente de uma camada ao ar livre: azulejos de fachada ou cassetes.

Camadas de ar fechadas, por exemplo, em janelas com vidros duplos são levadas em consideração.

Todas as paredes da casa são externas. O sótão não é aquecido, a resistência térmica dos materiais de cobertura não é levada em consideração

Estágio # 4 - cálculo da perda total de calor da casa de campo

Após a parte teórica, você pode prosseguir para a prática.

Por exemplo, calculamos a casa:

• dimensões das paredes externas: 9x10 m;
• altura: 3 m;
• janela com vidro duplo 1,5×1,5 m: 4 peças;
• porta em carvalho 2.1×0,9 m, espessura 50 mm;
• pisos de pinho de 28 mm, sobre poliestireno extrudido com 30 mm de espessura, assentados sobre troncos;
• Teto GKL de 9 mm, sobre lã mineral de 150 mm de espessura;
• material de parede: alvenaria 2 tijolos de silicato, isolamento de lã mineral 50 mm;
• o período mais frio é 30 ° C, a temperatura calculada dentro do edifício é 20 ° C.

Realizaremos cálculos preparatórios das áreas necessárias. Ao calcular as zonas no chão, tomamos o aprofundamento zero das paredes. A tábua de chão é colocada nos troncos.

• janelas - 9 m²;
• porta - 1,9 m²;
• paredes, menos janelas e portas - 103,1 m²;
• teto - 90 m²;
• área das zonas do piso: S1 = 60 m², S2 = 18 m², S3 = 10 m², S4 = 2 m²;
• ΔT = 50 ° C.

Além disso, de acordo com os livros ou tabelas de referência fornecidos no final deste capítulo, selecionamos os valores necessários do coeficiente de condutividade térmica para cada material. Recomendamos que você leia mais detalhadamente com coeficiente de condutividade térmica e seus valores para os materiais de construção mais populares.

Para tábuas de pinho, a condutividade térmica deve ser calculada ao longo das fibras.

Todo o cálculo é bastante simples:

Etapa 1: O cálculo da perda de calor através de estruturas de parede de suporte envolve três etapas.

Calculamos o coeficiente de perda de calor das paredes da alvenaria: R_kir = d / k = 0,51 / 0,7 = 0,73 m²×° C / W.

O mesmo para isolamento de paredes: R_ut = d / k = 0,05 / 0,043 = 1,16 m²×° C / W.

Perda de calor 1 m² paredes externas: Q = ΔT / (R_kir + R_ut) = 50 / (0,73 + 1,16) = 26,46 m²×° C / W.

Como resultado, a perda total de calor das paredes será: Q_st = Q × S = 26,46 × 103,1 = 2728 W / h.

Etapa número 2: Cálculo da perda de calor através das janelas: Q_{a janela} = 9 × 50 / 0,32 = 1406W / h.

Etapa número 3: Cálculo do vazamento de energia térmica através de uma porta de carvalho: Q_dv = 1,9 × 50 / 0,23 = 413W / h.

Etapa 4: Perda de calor através do teto superior - teto: Q_suor = 90 × 50 / (0,06 + 4,17) = 1064W / h.

Etapa número 5: Nós calculamos R_ut para o chão também em várias ações.

Primeiro, encontramos o coeficiente de perda de calor do isolamento: R_ut= 0,16 + 0,83 = 0,99 m²×° C / W.

Em seguida, adicione R_ut para cada zona:

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

Etapa 6: Como o piso é colocado sobre os troncos, multiplique por um fator de 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.

Etapa 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.

Etapa número 8: Agora você pode calcular Q para todo o sexo: Q_sexo = 824 + 144 + 44 + 6 = 1018W / h.

Etapa 9: Como resultado de nossos cálculos, podemos designar a soma da perda total de calor:

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

O cálculo não incluiu perdas de calor associadas a esgoto e ventilação. Para não complicar além da medida, basta adicionar 5% aos vazamentos listados.

Obviamente, é necessária uma margem de pelo menos 10%.

Assim, o número final de perda de calor de um exemplo de casa é:

Q_total = 6629 × 1,15 = 7623W / h.

Q_total mostra a perda máxima de calor em casa quando a diferença de temperatura entre o ar externo e o interno é de 50 ° C.

Se você contar de acordo com a primeira versão simplificada através do Wud, então:

W_batidas = 130 × 90 = 11700W / h.

É claro que a segunda versão do cálculo é ainda mais complicada, mas fornece um valor mais realista para edifícios com isolamento. A primeira opção permite obter um valor generalizado de perda de calor para edifícios com um baixo grau de isolamento térmico ou sem ele.

No primeiro caso, a caldeira precisará renovar completamente a cada hora a perda de energia térmica que ocorre através de aberturas, pisos, paredes sem isolamento.

No segundo caso, é necessário aquecer apenas uma vez antes de atingir uma temperatura confortável.Em seguida, a caldeira precisará restaurar apenas a perda de calor, cuja magnitude é significativamente menor que a primeira opção.

Tabela 1. Condutividade térmica de vários materiais de construção.

A tabela mostra a condutividade térmica para materiais de construção comuns.

Tabela 2. A espessura da junta de cimento para vários tipos de alvenaria.

Ao calcular a espessura da alvenaria, a espessura da costura de 10 mm é levada em consideração. Devido às juntas de cimento, a condutividade térmica da alvenaria é um pouco mais alta que um único tijolo

Tabela 3. Condutividade térmica de vários tipos de placas de lã mineral.

A tabela mostra os valores do coeficiente de condutividade térmica para várias placas de lã mineral. Uma placa dura é usada para aquecer as fachadas

Tabela 4. Perdas de calor de janelas de vários projetos.

Designações na tabela: Ar - encher o copo com gás inerte, K - o vidro externo possui um revestimento protetor de calor, a espessura do vidro é de 4 mm; os números restantes indicam a diferença entre os óculos

7,6 kW / h é a potência máxima requerida estimada gasta no aquecimento de um edifício bem isolado. No entanto, as caldeiras elétricas para o trabalho também precisam de alguma cobrança por sua própria energia.

Como você notou, uma casa ou apartamento mal isolado exigirá grandes quantidades de eletricidade para aquecimento. E isso é verdade para qualquer tipo de caldeira. O isolamento adequado do piso, teto e paredes pode reduzir significativamente os custos.

Em nosso site, existem artigos sobre métodos e regras de isolamento para escolher um material de isolamento térmico. Sugerimos que você se familiarize com eles:

• Isolamento de uma casa particular fora: tecnologias populares + revisão de materiais
• Isolamento de pisos por toras: materiais para isolamento térmico + esquemas de isolamento
• Isolamento do telhado do sótão: instruções detalhadas sobre a instalação do isolamento térmico no sótão de um edifício baixo
• Tipos de isolamento para as paredes da casa por dentro: materiais para isolamento e suas características
• Isolamento para o teto em uma casa particular: tipos de materiais usados ​​+ como escolher o certo
• Faça você mesmo aquecendo a varanda: opções e tecnologias populares para aquecer a varanda por dentro

Etapa 5 - Cálculo dos custos de eletricidade

Se você simplificar a essência técnica de uma caldeira de aquecimento, poderá chamá-la de um conversor convencional de energia elétrica em seu análogo térmico. Realizando o trabalho de conversão, ele também consome uma certa quantidade de energia. I.e. a caldeira recebe uma unidade completa de eletricidade e apenas 0,98 da sua parte é fornecida para aquecimento.

Para obter um valor exato do consumo de energia da caldeira de aquecimento elétrica em estudo, sua potência (classificada no primeiro caso e calculada no segundo) deve ser dividida pelo valor de eficiência declarado pelo fabricante.

A eficiência média desses equipamentos é de 98%. Como resultado, o consumo de energia será, por exemplo, para a opção de cálculo:

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

Resta multiplicar o valor pela tarifa local. Em seguida, calcule o custo total do aquecimento elétrico e comece a procurar maneiras de reduzi-los.

Por exemplo, compre um medidor de duas tarifas que permita pagar parcialmente a tarifas "noturnas" mais baixas. Por que você precisa substituir o medidor de eletricidade antigo por um novo modelo. O procedimento e regras para substituir em detalhes revisado aqui.

Outra maneira de reduzir os custos após a substituição do medidor é incluir um acumulador térmico no circuito de aquecimento para estocar energia barata à noite e gastá-la durante o dia.

Etapa # 6 - cálculo dos custos de aquecimento sazonal

Agora que você já domina o método de calcular a perda futura de calor, pode estimar facilmente o custo do aquecimento durante todo o período de aquecimento.

De acordo com o SNiP 23-01-99 "Climatologia da construção" nas colunas 13 e 14, encontramos para Moscou a duração do período com uma temperatura média abaixo de 10 ° C.

Para Moscou, este período dura 231 dias e tem uma temperatura média de -2,2 ° C. Para calcular Q_total para ΔT = 22,2 ° С, não é necessário executar todo o cálculo novamente.

Basta imprimir Q_total 1 ° C:

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

Por conseguinte, para ΔT = 22,2 ° C:

Q_total = 152,46 × 22,2 = 3385W / h

Para encontrar a eletricidade consumida, multiplicamos pelo período de aquecimento:

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

O cálculo acima também é interessante, pois permite analisar toda a estrutura da casa do ponto de vista da eficácia do uso do isolamento.

Consideramos uma versão simplificada dos cálculos. Recomendamos que você também se familiarize com as cálculo de engenharia térmica do edifício.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Como evitar a perda de calor através da fundação:

Como calcular a perda de calor online:

O uso de caldeiras elétricas como principal equipamento de aquecimento é muito limitado pelas capacidades das redes elétricas e pelo custo da eletricidade.

No entanto, como um adicional, por exemplo, para caldeira a combustível sólidopode ser bastante eficaz e útil. Eles podem reduzir significativamente o tempo de aquecimento do sistema de aquecimento ou ser usados ​​como caldeira principal em temperaturas não muito baixas.

Você usa caldeira elétrica para aquecimento? Diga-nos por qual método você calculou a energia necessária para sua casa. Ou talvez você só queira comprar uma caldeira elétrica e tenha dúvidas? Peça a eles nos comentários do artigo - tentaremos ajudá-lo.