Расчет потребления энергии электрическим котлом при покупке

Электричество как источник тепла для загородных домов имеет ряд преимуществ: доступность, широкое распространение, экологичность. Основным недостатком остается высокая стоимость электроэнергии.

Рассматриваете ли вы установку электрокотла? Узнайте, сколько энергии он расходует. В статье изучим расчеты и формулы, которые помогут вам понять это.

Расчёты покажут ежемесячные затраты на электроэнергию при использовании электрического котла для обогрева жилья. Эти данные помогут сделать выбор в пользу приобретения или отказа от покупки котла.

Способы расчета мощности электрокотла

Существуют два основных способа определения нужной мощности электрического котла. Первый основан на площади помещения, которое нужно отоплaть, а второй — на расчете потерь тепла через стены и окна.

Расчет по первому варианту достаточно приблизительный и строится только на одном показателе — удельной мощности. Данный параметр указан в справочных изданиях и варьируется в зависимости от региона.

Расчет по второму варианту более трудоемкий, но учитывает много индивидуальных показателей конкретного сооружения. Полный теплотехнический расчет здания — задача сложная и требующая кропотливой работы. Далее будет рассмотрен упрощенный расчет, сохраняющий необходимую точность.

Точность определения необходимой мощности электрокотла зависит от объема и качества собранной информации, независимо от используемого метода расчета.

С недостаточной мощностью техника функционирует на пределе возможностей, создавая дискомфорт проживающим. С избыточной – необоснованно высокое энергопотребление и большая цена на отопительное оборудование.

Расчет производительности электрокотлов

Рассмотрим подробнее расчет мощности котла для полного выполнения им задачи отопления дома.

Первый этап — это сбор первоначальной информации для расчёта.

Для расчётов требуется следующая информация о сооружении:

• S – площадь отапливаемого помещения.
• W_уд – удельная мощность.

Удельный показатель мощности указывает, сколько тепловой энергии требуется на 1 м³. ² в 1 час.

В зависимости от конкретной местности возможны различные варианты.

• для центральной части России: 120 – 150 Вт/м²;
• для южных регионов: 70-90 Вт/м²;
• для северных регионов: 150-200 Вт/м².

W_уд Это приблизительная величина, используемая преимущественно для простых подсчетов, поскольку не учитывает фактические теплопотери строения. Не берет во внимание площадь остекления, количество дверей, материалы наружных стен и высоту потолков.

Точные теплотехнические расчеты выполняются специальными программами, учитывающими большое количество факторов.
Для решения поставленной задачи достаточно рассчитать теплопотери наружных ограждающих конструкций.

Параметры для расчетов.

R Это отношение разницы температур по сторонам конструкции к теплу, проникающему сквозь неё. ²×⁰С/Вт.

В действительности всё очевидно: показатель R свидетельствует о способности материала удерживать тепло.

Q Параметр, отражающий объем тепла, пересекающего метр. ² Поверхности отдают тепловую энергию при разнице температур в 1 градус Цельсия за час. ² Показатель теплопроводности ограждающих конструкций при температурном изменении на 1 градус, выраженный в Вт/м. ²×ч.

Для этих расчётов значения различий между кельвинами и градусами Цельсия не имеет значения, так как важно лишь изменение температуры.

Q_общ Тепловой поток, идущий через площадь S ограждающей конструкции за час, измеряется в ваттах на час (Вт/ч).

P Мощность отопительного котла определяется как наибольшая необходимая величина мощности нагревательных приборов при самой большой разнице температур наружного и внутреннего воздуха. Это означает достаточную мощность котла для обогрева здания в самый холодный период года. Единица измерения – ватты в час (Вт/ч).

КПД Коэффициент полезного действия отопительного котла — безразмерная величина, показывающая соотношение полученной энергии к затраченной. В документации на оборудование обычно указывают его в процентах от 100, например, 99%. В расчётах применяют величину от 1, то есть 0,99.

∆T – демонстрирует разницу температур с обеих сторон стены. Для наглядности приведём пример. Например, если снаружи: -30 … °С, а внутри +22 °С, то ∆T = 22 — (-30) = 52 °С

Или тоже, но в кельвинах: ∆T = 293 – 243 = 52К

Разница между градусами и кельвинами всегда остаётся неизменной, так что для расчётов можно использовать справочные данные в кельвинах без дополнительных коррекций.

d – толщина ограждающей конструкции в метрах.

k Теплопроводность материала ограждающей конструкции берется из справочников или СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника» (СНиП — строительные нормы и правила) и выражается в Вт/(м×К) или Вт/(м×⁰С).

В следующем списке формул проиллюстрирована зависимость значений.

• R = d / k
• R= ∆T / Q
• Q = ∆T / R
• Q_общ = Q × S
• P = Q_общ / КПД

Для многослойных сооружений расчет сопротивления теплопередачи R производится отдельно для каждой составляющей, а затем результаты суммируются.

Рассчет сложных сооружений иногда бывает затруднен, например, при определении потерь тепла в конструкции оконного стеклопакета.

Какие факторы следует учитывать при определении теплопроводности окон?

• толщину стекла;
• Число стеклянных листов и полостей с воздухом между ними.
• Что находится между стеклами: инертный газ или воздух?
• Наличие теплоизоляции на оконном стекле.

Готовые значения для всего строения доступны у изготовителя или в справочнике; в конце данной статьи представлена таблица для стеклопакетов стандартной конструкции.

Вычисление потерь тепла пола на цокольном этаже, этап #2.

Рассчитать теплопотери через пол здания следует отдельно, поскольку почва оказывает существенное сопротивление теплопередаче.

Для расчёта теплопотерь цокольного этажа необходимо учитывать глубину его залегания в грунте. При расположении дома на уровне земли глубина заложения равна нулю.

По общеустановленной методике пол разделён на четыре зоны.

• 1 зона Отступ от наружной стены составляет 2 метра к центру пола по периметру. При заглубленном здании отступ производится от уровня земли до уровня пола по вертикальной стене. В случае заглубления стены в грунт на 2 метра, зона 1 полностью располагается на стене.
• 2 зона Отступ составляет 2 метра по всей окружности от края первой зоны к центру.
• 3 зона От края второй зоны отступают два метра по всему периметру к центру.
• 4 зона – оставшийся пол.

Для каждого участка по сложившейся практике определены свои R.

• R1 = 2,1 м²×°С/Вт;
• R2 = 4,3 м²×°С/Вт;
• R3 = 8,6 м²×°С/Вт;
• R4 = 14,2 м²×°С/Вт.

Указанные величины R относятся к полам без покрытия. При утеплении каждый показатель R возрастает на R утеплителя.

Для полов, уложенных на лаги R, коэффициент умножается на 1,18.

Этап #3 — вычисление теплопотерь потолка

Теперь можно приступить к расчетам.

Формула для примерной оценки мощности электрического котла:

W=W_уд × S

Необходимо определить мощность котла для обогрева здания в Москве площадью 150 квадратных метров.

При расчётах принимаем во внимание, что Москва находится в центре страны. _уд можно принять равным 130 Вт/м².

W_уд = 130 × 150 = 19500Вт/ч или 19,5кВт/ч

Эта величина столь приблизительна, что учет ее влияния на эффективность отопительного оборудования излишен.

Теперь определим теплопотери через 15м² Площадь потолков, утеплившихся минеральной ватой толщиной 150 мм, сохранила температуру внутри здания +22 °С при температуре наружного воздуха -30 °С в течение трех часов.

Из таблицы определяем коэффициент теплопроводности минеральной ваты, равный 0,036 Вт/м. ×°С . Толщину d необходимо брать в метрах.

Порядок расчета такой:

• R = 0,15 / 0,036 = 4,167 м²×°С/Вт
• ∆T= 22 — (-30) = 52°С
• Q= 52 / 4,167 = 12,48 Вт/м²×ч
• Q_общ = 12,48 × 15 = 187 Вт/ч.

В данном примере тепловые потери через потолок составят 561 ватт (187 * 3 = 561).

Для решения поставленных задач можно упростить вычисления, учитывая теплопотери только внешних ограждающих конструкций — стен и потолков, без учета внутренних перегородок и дверей.

Можно исключить расчет потерь тепла через вентиляцию и канализацию. Не учитываем инфильтрацию и ветровую нагрузку. Важно учитывать ориентацию здания по сторонам света и получение солнечной радиации.

Чем объёмнее здание, тем меньше теплопотери на квадратный метр. ²Это просто: площадь стен увеличивается пропорционально квадрату размера, а объем – пропорционально кубу. Шар обладает минимальными потерями тепла.

При расчете ограждающих конструкций учитываются только замкнутые воздушные слои. Вентилируемый фасад не считается замкнутым и в расчет не берется. Не учитываются все слои, которые располагаются перед незамкнутым воздушным слоем: фасадная плитка или кассеты.

В расчёты включаются замкнутые воздушные слои, например, в стеклопакетах.

Четвёртый этап — подсчёт полных потерь тепла дома.

Следующим этапом будет практическая часть.

Для примера рассчитаем дом:

• размеры наружных стен: 9х10 м;
• высота: 3 м;
• окно со стеклопакетом 1,5×1,5 м: 4 шт;
• дверь дубовая 2,1×0,9 м, толщина 50 мм;
• Поверх слоя из экструдированного пенопласта толщиной 30 мм уложено покрытие из досок сосны толщиной 28 мм на лагах.
• Потолок из гипсокартона толщиной 9 мм, облицованный сверху минеральной ватой толщиной 150 мм.
• Стены облицованы двойной кладкой из силикатного кирпича, внутреннее пространство утепляют минеральной ватой толщиной 50 миллиметров.
• Температура может опускаться до -30 градусов, расчётная температура внутри сооружения — 20 градусов.

Вычислим площадь требуемых участков. При определении зон на полу считаем глубину основания стен равной нулю. Пол покрыт досками, установленными на лаги.

• окна – 9 м²;
• дверь – 1,9 м²;
• стены, за минусом окон и двери – 103,1 м²;
• потолок — 90 м²;
• площади зон пола: S1 = 60 м², S2 = 18 м², S3 = 10 м², S4 = 2 м²;
• ΔT = 50 °С.

В справочниках или таблицах, представленных в конце раздела, подбираем нужные значения коэффициента теплопроводности для каждого материала. коэффициентом теплопроводности и характеристики наиболее востребованных стройматериалов.

Теплопроводность сосновых досок следует определять по направлению волокон.

Весь расчет достаточно прост:

Шаг №1: Для расчета теплопотерь через стены выполняют три шага.

Определяем показатель теплопередачи кирпичных стен. _кир = d / k = 0,51 / 0,7 = 0,73 м²×°С/Вт.

То же для утеплителя стен: R_ут = d / k = 0,05 / 0,043 = 1,16 м²×°С/Вт.

Теплопотери 1 м² наружных стен: Q = ΔT/(R_кир + R_ут) = 50 / (0,73 + 1,16) = 26,46 м²×°С/Вт.

Итоговые тепловые потери стен будут равны: Q _ст = Q×S = 26,46 × 103,1 = 2728 Вт/ч.

Шаг №2: Расчет убыли тепла через оконные проемы: Q _окн = 9 × 50 / 0,32 = 1406Вт/ч.

Шаг № 3: Расчёт потерь тепла через деревянную дверь из дуба: Q _дв = 1,9 × 50 / 0,23 = 413Вт/ч.

Шаг №4: Теплопотери через верхнее перекрытие (потолок): Q. _пот = 90 × 50 / (0,06 + 4,17) = 1064Вт/ч.

Шаг №5: Рассчитываем R_ут для пола так же в несколько действий.

Вначале вычисляем коэффициент теплопередачи утеплителя: R. _ут= 0,16 + 0,83 = 0,99 м²×°С/Вт.

Затем прибавляем R_ут к каждой зоне:

• R1 = 3,09 м²×°С/Вт; R2 = 5,29 м²×°С/Вт;
• R3 = 9,59 м²×°С/Вт; R4 = 15,19 м²×°С/Вт.

Шаг №6: Так как пол уложен на лаги умножаем на коэффициент 1,18:

R1 = 3,64 м²×°С/Вт; R2 = 6,24 м²×°С/Вт;

R3 = 11,32 м²×°С/Вт; R4 = 17,92 м²×°С/Вт.

Шаг №7: Вычислим Q для каждой зоны:

Q1 = 60 × 50 / 3,64 = 824Вт/ч;

Q2 = 18 × 50 / 6,24 = 144Вт/ч;

Q3 = 10 × 50 / 11,32 = 44Вт/ч;

Q4 = 2 × 50 / 17,92 = 6Вт/ч.

Шаг №8: Теперь возможно рассчитать Q для всей популяции. _пол = 824 + 144 + 44 + 6 = 1018Вт/ч.

Шаг №9: Вычислили общее количество ушедшего тепла.

Q_общ = 2728 + 1406 + 413 + 1064 + 1018 = 6629Вт/ч.

В расчет не были приняты потери тепла через канализацию и вентиляцию. Для упрощения расчета к указанным потерям прибавим 5 %.

Разумеется необходим запас, минимум 10%.

В результате расчетная величина тепловых потерь для указанного дома будет равной:

Q_общ = 6629 × 1,15 = 7623Вт/ч.

Q_общ График демонстрирует наибольшие потери тепла от дома, когда разница температур наружного и внутреннего воздуха составляет 50 градусов Цельсия.

Рассчитаем по первому упрощённому варианту с использованием программы Wood.

W_уд = 130 × 90 = 11700Вт/ч.

Второй способ подсчета, хотя и более трудоемкий, выдает более точные показатели для зданий с утеплением. Первый способ подходит для определения общего значения теплопотерь в строениях с малой степенью теплоизоляции или без неё.

В данном случае котлу нужно будет полностью восстанавливать каждую час потери тепла, которые возникают из-за щелей, перекрытий и стен без утеплителя.

В этом случае достаточно разового прогрева до желаемой температуры. После этого котлу предстоит лишь компенсировать потери тепла, которые в данном случае будут значительно меньше, чем в первом сценарии.

Таблица 1. Коэффициент теплопроводности разных стройматериалов.

Таблица 2. Ширина цементного шва при разных вариантах кладки.

Таблица 3. Теплопроводность разных видов плит из минеральной ваты.

Теплопотери окон разного строения.

7,6 кВт/ч — это рассчитанная максимально необходимая мощность для обогрева добротно утепленного здания. Для функционирования электрокотлам также требуется определенный запас мощности на собственное питание.

Плохо утеплённый дом или квартира нуждается в больших затратах электроэнергии на отопление независимо от типа котла.

На нашем сайте доступны статьи о методах утепления и критериях выбора теплоизоляционных материалов. Пожалуйста, прочтите их.

• Внешнее утепление частных домов: тренды и материалы
• Теплоизоляция пола на лагах: выбор материалов и чертежи
• Как утеплить мансарду частного дома: инструкция по обустройству теплоизоляции
• Утеплители для внутренних стен дома: виды и свойства.
• И утеплители для перекрытий в загородных домах: разновидности и рекомендации по выбору.
• Утепление балкона своими силами: востребованные подходы и методы

Этап #5 — вычисление затрат на электроэнергию

Отопительный котел можно представить как устройство, преобразующее электрическую энергию в тепловую. В процессе преобразования часть энергии расходуется самим котлом. Получая единицу электроэнергии, котел отдает на отопление 0,98 ее части.

Чтобы узнать точный расход энергии исследуемым электрическим котлом, нужно разделить его мощность (номинальную в первом случае, расчетную во втором) на указанное производителем значение КПД.

Средняя эффективность такого оборудования достигает 98%. В итоге потребление энергии в расчётном случае будет равным…

7,6 / 0,98 = 7,8 кВт/ч.

Умножьте полученное значение на локальный тариф. После этого рассчитайте общую сумму расходов на электрическое отопление и начните искать способы уменьшить эти расходы.

Например, приобрести двухтарифный счетчик для оплаты электроэнергии по более низким ночным тарифам. Замена старого счетчика новой моделью будет необходима. рассмотрены здесь.

Чтобы снизить расходы после установки нового счётчика, можно подключить к системе отопления накопитель тепла. Он накапливает дешёвую энергию ночью и использует её днём.

Шаг шестой — расчет эксплуатационных расходов на отопительный сезон.

Освоив методику расчёта будущих теплопотерь, можно легко оценить расходы на отопление за весь сезон.

В таблице СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» показана для Москвы продолжительность периода с средней температурой меньше десяти градусов по Цельсию в столбцах тринадцатом и четырнадцатом.

Период для Москвы составляет 231 день при средней температуре -2,2 °С. Для расчета Q… _общ При ΔT = 22,2 °C повторный полный расчет не требуется.

Достаточно вывести Q_общ на 1 °С:

Q_общ = 7623 / 50 = 152,46 Вт/ч

Соответственно для ΔT= 22,2 °С:

Q_общ = 152,46 × 22,2 = 3385Вт/ч

Чтобы определить потреблённую энергию, нужно её расход помножить на длительность отопительного сезона.

Q = 3385 × 231 × 24 × 1,05 = 18766440Вт = 18766кВт

Данный расчет также ценен потому что дает возможность проанализировать конструкцию дома с позиции эффективности утепления.

Рассмотрев упрощённый вариант расчётов, рекомендуем ознакомиться и с полным вариантом. теплотехническим расчетом здания.

Выводы и полезное видео по теме

Как избежать теплопотерь через фундамент:

Как рассчитать теплопотери онлайн:

Использование электрокотлов как основной системы отопления значительно ограничивается мощностью электрических сетей и ценой электроэнергии. .

Однако в качестве дополнительного, например к твердотопливному котлуЭлектрические обогреватели могут быть весьма эффективными и полезными, способны значительно сократить время на прогрев системы отопления или использоваться в качестве основного котла при не очень низких температурах.

Используете электрический котел для отопления? Как определяли необходимую мощность для своего дома? Или же планируете приобрести электрокотел и у вас есть вопросы? Спрашивайте в комментариях к статье — постараемся дать ответ.