Quanta electricitat consumeix una caldera elèctrica: com calcular abans de comprar

L'ús de l'electricitat com a font d'energia per escalfar una casa de camp és atractiu per molts motius: fàcil disponibilitat, prevalença i respectuós amb el medi ambient.Al mateix temps, el principal obstacle per a l'ús de calderes elèctriques segueixen sent les tarifes més aviat elevades.

Has pensat també en la viabilitat d'instal·lar una caldera elèctrica? Anem a esbrinar junts quanta electricitat consumeix una caldera elèctrica. Per a això utilitzarem les regles i fórmules de càlcul que es discuteixen al nostre article.

Els càlculs us ajudaran a entendre amb detall quants kW d'electricitat haureu de pagar mensualment si feu servir una caldera elèctrica per escalfar una casa o un apartament. Les xifres obtingudes permetran prendre una decisió final sobre la compra/no compra de la caldera.

Mètodes per calcular la potència d'una caldera elèctrica

Hi ha dos mètodes principals per calcular la potència necessària d'una caldera elèctrica. El primer es basa en la zona climatitzada, el segon en el càlcul de la pèrdua de calor a través de l'envoltant de l'edifici.

El càlcul segons la primera opció és molt aproximat, basat en un únic indicador: potència específica. El poder específic es dóna als llibres de referència i depèn de la regió.

El càlcul de la segona opció és més complicat, però té en compte molts indicadors individuals d'un edifici concret. Un càlcul complet d'enginyeria tèrmica d'un edifici és una tasca força complexa i minuciosa. A continuació, es considerarà un càlcul simplificat, que no obstant això té la precisió necessària.

Independentment del mètode de càlcul, la quantitat i la qualitat de les dades inicials recollides afecten directament l'avaluació correcta de la potència requerida de la caldera elèctrica.

Amb una potència reduïda, l'equip funcionarà constantment a la màxima càrrega, no proporcionant la comoditat de vida necessària. Amb una potència sobreestimada, hi ha un consum d'electricitat excessivament gran i un alt 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 està lligada a la presència d'una xarxa elèctrica ininterrompuda a la regió.

El procediment per calcular la potència d'una caldera elèctrica

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

Etapa #1 - recollida de dades inicials per al càlcul

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

• S – zona de l'habitació climatitzada.
• W_batre - Potència específica.

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

Depèn de les condicions naturals locals, es poden prendre els valors següents:

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

W_batre - un valor teòric, que s'utilitza principalment per a càlculs molt aproximats, perquè no reflecteix la pèrdua de calor real de l'edifici. No té en compte l'àrea de vidre, el nombre de portes, el material de les parets exteriors, ni l'alçada dels sostres.

Els càlculs tèrmics precisos es fan mitjançant programes especialitzats, tenint en compte molts factors. Per als nostres propòsits, aquest càlcul no és necessari; és molt possible fer-ho amb el càlcul de la pèrdua de calor de les estructures de tancament externes.

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

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

En realitat, és senzill: R expressa la capacitat d'un material per retenir la calor.

Q – un valor que indica la quantitat de flux de calor que passa per 1 m² superfícies amb una diferència de temperatura d'1⁰C durant 1 hora. És a dir, mostra quanta energia tèrmica perd 1 m² envoltant de l'edifici per hora amb una diferència de temperatura d'1 grau. Té una dimensió W/m²×h.

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

Q_{en general} – la quantitat de flux de calor que passa per l'àrea S de l'estructura de tancament per hora. Té la dimensió W/h.

P - Potència de calefacció de la caldera.Es calcula com la potència màxima requerida de l'equip de calefacció a la màxima diferència de temperatura de l'aire exterior i interior. És a dir, la potència de la caldera suficient per escalfar l'edifici en l'estació més freda. Té la dimensió W/h.

Eficiència - Factor d'eficiència d'una caldera de calefacció, una quantitat adimensional que mostra la relació entre l'energia rebuda i l'energia gastada. A la documentació de l'equip se sol donar en un percentatge de 100, per exemple el 99%. En els càlculs, s'utilitza un valor d'1, és a dir. 0,99.

∆T – mostra la diferència de temperatura a dos costats de l'estructura de tancament. Per aclarir com es calcula correctament la diferència, mireu l'exemple. Si fora: -30 °C, i dins de +22 ° C, doncs ∆T = 22 - (-30) = 52 °C

O igual, però en Kelvin: ∆T = 293 – 243 = 52K

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

d – gruix de l'estructura de tancament en metres.

k – coeficient de conductivitat tèrmica del material de l'envoltant de l'edifici, que s'ha extret de llibres de referència o SNiP II-3-79 "Enginyeria tèrmica de l'edifici" (SNiP - codis i reglaments de construcció). Té la dimensió W/m×K o W/m×⁰С.

La següent llista de fórmules mostra la relació entre quantitats:

• R=d/k
• R= ∆T / Q
• Q = ∆T/R
• Q_{en general} = Q × S
• P = Q_{en general} / eficiència

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

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

Què s'ha de tenir en compte a l'hora de calcular la resistència a la transferència de calor de les finestres:

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

Tanmateix, podeu trobar valors preparats per a tota l'estructura, ja sigui del fabricant o al llibre de referència; 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 soterrani

Per separat, cal detenir-se en el càlcul de la pèrdua de calor a través del terra de l'edifici, ja que el sòl té una resistència important a la transferència de calor.

En calcular la pèrdua de calor del pis del soterrani, cal tenir en compte la penetració al sòl. Si la casa es troba a nivell del sòl, s'assumeix que la profunditat és 0.

Segons el mètode generalment acceptat, la superfície del sòl es divideix en 4 zones.

• 1 zona - retrocedir 2 m des del mur exterior fins al centre de la planta al llarg del perímetre. En cas d'aprofundiment de l'edifici, es retira des de la planta baixa fins a la planta per un mur vertical. Si la paret està enterrada a 2 m de terra, la zona 1 estarà completament a la paret.
• 2 zona – es retira 2 m al llarg del perímetre fins al centre des del límit de la zona 1.
• 3 zona – es retira 2 m al llarg del perímetre fins al centre des del límit de la zona 2.
• 4 zona - la planta restant.

Segons la pràctica establerta, cada zona té la seva pròpia 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 a sòls col·locats sobre biguetes, R es multiplica per un factor d'1,18.

La zona 1 fa 2 metres d'amplada. Si la casa està enterrada, cal agafar l'alçada de les parets a terra, restar 2 metres i transferir la resta al terra.

Etapa #3: càlcul de la pèrdua de calor del sostre

Ara podeu començar a fer càlculs.

Una fórmula que pot servir per estimar aproximadament la potència d'una caldera elèctrica:

W=W_batre × S

Tasca: calcular la potència necessària de la caldera a Moscou, àrea climatitzada de 150 m².

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

W_batre = 130 × 150 = 19.500 W/h o 19,5 kW/h

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

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

Solució: utilitzant la taula trobem el coeficient de conductivitat tèrmica de la llana mineral, k=0,036 W/m×°C. El gruix d s'ha de prendre en metres.

El procediment de càlcul és el següent:

• 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_{en general} = 12,48 × 15 = 187 W/h.

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

Per als nostres propòsits, és totalment possible simplificar els càlculs calculant la pèrdua de calor només de les estructures externes: parets i sostres, sense prestar atenció a les particions i portes internes.

A més, podeu prescindir de calcular les pèrdues de calor per a la ventilació i el clavegueram. No tindrem en compte la infiltració i la càrrega de vent. Dependència de la ubicació de l'edifici dels punts cardinals i la quantitat de radiació solar rebuda.

A partir de consideracions generals, es pot extreure una conclusió. Com més gran sigui el volum de 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 augmenta en un cub. La pilota té la menor pèrdua de calor.

En les estructures de tancament, només es tenen en compte les capes d'aire tancades. Si la vostra casa té una façana ventilada, llavors aquesta capa d'aire es considera que no està tancada i no es té en compte. No es prenen totes les capes que precedeixen la capa a l'aire lliure: rajoles de façana o cassets.

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. L'àtic no s'escalfa, no es té en compte la resistència tèrmica dels materials de coberta

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

Després de la part teòrica, podeu començar la part pràctica.

Per exemple, calculem una casa:

• dimensions dels murs exteriors: 9x10 m;
• alçada: 3 m;
• finestra amb doble vidre 1.5×1,5 m: 4 unitats;
• porta de roure 2.1×0,9 m, gruix 50 mm;
• Terres de pi de 28 mm, damunt d'escuma extruïda de 30 mm de gruix, col·locada sobre biguetes;
• sostre de plaques de guix de 9 mm, a sobre de llana mineral de 150 mm de gruix;
• material de paret: maçoneria de 2 maons de silicat, aïllament amb llana mineral de 50 mm;
• el període més fred és de 30 °C, la temperatura estimada a l'interior de l'edifici és de 20 °C.

Farem càlculs preparatoris de les àrees requerides. Quan calculem zones al terra, assumim una profunditat de paret zero. El tauler del terra es col·loca sobre biguetes.

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

A continuació, utilitzant llibres de referència o taules que es donen al final d'aquest capítol, seleccionem els valors requerits del coeficient de conductivitat tèrmica per a cada material. Us recomanem que llegiu més informació coeficient de conductivitat tèrmica i els seus valors per als materials de construcció més populars.

Per als taulers de pi, el coeficient de conductivitat tèrmica s'ha de prendre al llarg de les fibres.

Tot el càlcul és bastant senzill:

Pas 1: El càlcul de la pèrdua de calor a través de les estructures de parets de càrrega inclou tres passos.

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

El mateix per a l'aïllament de parets: R_ut = d / k = 0,05 / 0,043 = 1,16 m²×°C/W.

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

Com a resultat, la pèrdua total de calor de les parets serà: Q_st = Q×S = 26,46 × 103,1 = 2728 Wh.

Pas #2: Càlcul de les pèrdues d'energia tèrmica per finestres: Q_finestres = 9 × 50 / 0,32 = 1406 W/h.

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

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

Pas #5: Calculant R_ut per al terra també en diversos passos.

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

Després afegim R_ut a 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.

Pas #6: Com que el terra està col·locat sobre troncs, multipliquem per un factor d'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.

Pas #7: Calculem Q per a cada zona:

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 = 6W/h.

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

Pas #9: Com a resultat dels nostres càlculs, podem indicar la quantitat de pèrdua total de calor:

Q_{en general} = 2728 + 1406 + 413 + 1064 + 1018 = 6629Wh.

El càlcul no va incloure les pèrdues de calor associades a clavegueram i ventilació. Per no complicar les coses més enllà de la mesura, només afegim un 5% a les fuites enumerades.

Per descomptat, cal una reserva, almenys un 10%.

Així, la xifra final de pèrdua de calor de l'habitatge donada com a exemple serà:

Q_{en general} = 6629 × 1,15 = 7623 W/h.

Q_{en general} mostra la màxima pèrdua de calor d'una casa quan la diferència de temperatura entre l'aire exterior i l'interior és de 50 °C.

Si calculem segons la primera versió simplificada utilitzant Wsp, aleshores:

W_batre = 130 × 90 = 11700 W/h.

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

En el primer cas, la caldera haurà de renovar completament la pèrdua d'energia tèrmica que es produeix per obertures, sostres i parets sense aïllament cada hora.

En el segon cas, cal escalfar fins que s'assoleixi una temperatura còmoda només una vegada. Aleshores, la caldera només haurà de restaurar la pèrdua de calor, el valor de la qual és significativament inferior al de la primera opció.

Taula 1. Conductivitat tèrmica de diversos materials de construcció.

La taula mostra els coeficients de conductivitat tèrmica dels materials de construcció habituals

Taula 2. Gruix de juntes de ciment per a diversos tipus de maçoneria.

En calcular el gruix de la maçoneria, es té en compte un gruix de juntes de 10 mm. A causa de les juntes de ciment, la conductivitat tèrmica de la maçoneria és lleugerament superior a la d'un maó separat.

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

La taula mostra els valors del coeficient de conductivitat tèrmica per a diverses lloses de llana mineral. Per aïllar façanes s'utilitza una llosa rígida

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

Designacions a la taula: Ar - farciment de finestres de doble vidre amb gas inert, K ​​- el vidre exterior té un recobriment protector contra la calor, el gruix del vidre és de 4 mm, els números restants indiquen l'espai entre els vidres.

7,6 kW/h és la potència màxima necessària estimada que es gasta per escalfar un edifici ben aïllat. Tanmateix, les calderes elèctriques també necessiten una mica de càrrega per alimentar-se per funcionar.

Com heu vist, una casa o un apartament mal aïllats necessitaran grans quantitats d'electricitat per a la calefacció. A més, això és cert per a qualsevol tipus de caldera. Un aïllament adequat de terres, sostres i parets pot reduir significativament els costos.

Tenim articles al nostre lloc web sobre mètodes d'aïllament i normes per triar materials d'aïllament tèrmic. Us convidem a familiaritzar-vos amb ells:

• Aïllament d'una casa privada des de l'exterior: tecnologies populars + revisió de materials
• Aïllament del sòl mitjançant biguetes: materials per a l'aïllament tèrmic + esquemes d'aïllament
• Aïllament d'un sostre de les golfes: instruccions detallades sobre la instal·lació d'aïllament tèrmic a les golfes d'un edifici de poca alçada
• Tipus d'aïllament per a les parets d'una casa des de l'interior: materials per a l'aïllament i les seves característiques
• Aïllament del sostre d'una casa privada: tipus de materials utilitzats + com triar el correcte
• Aïllament d'un balcó per a vosaltres mateixos: opcions i tecnologies populars per aïllar un balcó des de l'interior

Etapa #5: càlcul de costos energètics

Si simplifiquem l'essència tècnica d'una caldera de calefacció, podem anomenar-la un convertidor convencional d'energia elèctrica al seu anàleg tèrmic. Mentre es realitza el treball de conversió, també consumeix una certa quantitat d'energia. Aquells. la caldera rep una unitat completa d'electricitat, i només 0,98 d'ella es subministra per a la calefacció.

Per obtenir una xifra precisa del consum elèctric de la caldera de calefacció elèctrica objecte d'estudi, la seva potència (nominal en el primer cas i calculada en el segon) s'ha de dividir pel valor d'eficiència declarat pel fabricant.

De mitjana, l'eficiència d'aquests equips és del 98%. Com a resultat, la quantitat de consum d'energia serà, per exemple, per a l'opció de disseny:

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

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

Per exemple, compreu un comptador de dues tarifes, que us permetrà pagar parcialment a tarifes "nocturnes" més baixes. Per què cal substituir el comptador elèctric antic per un nou model? El procediment i les normes per dur a terme la substitució en detall revisat aquí.

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

Etapa #6: càlcul dels costos de calefacció estacionals

Ara que ja heu dominat el mètode de càlcul de futures pèrdues de calor, podeu estimar fàcilment els costos de calefacció durant tot el període de calefacció.

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

A Moscou, aquest període dura 231 dies i té una temperatura mitjana de -2,2 °C. Per calcular Q_{en general} per a ΔT=22,2 °C, no cal tornar a realitzar tot el càlcul.

N'hi ha prou amb sortir Q_{en general} per 1 °C:

Q_{en general} = 7623 / 50 = 152,46 W/h

En conseqüència, per a ΔT = 22,2 °C:

Q_{en general} = 152,46 × 22,2 = 3385Wh

Per trobar l'electricitat consumida, multipliqueu pel període de calefacció:

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

El càlcul anterior també és interessant perquè ens permet analitzar tota l'estructura de la casa des del punt de vista de l'efectivitat de l'aïllament.

Hem considerat una versió simplificada dels càlculs. També us recomanem que llegiu el complet càlcul d'enginyeria tèrmica de l'edifici.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Com evitar la pèrdua de calor a través de la base:

Com calcular la pèrdua de calor en línia:

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

Tanmateix, com a complement, per exemple caldera de combustible sòlid, pot ser molt eficaç i útil. Poden reduir considerablement el temps necessari per escalfar el sistema de calefacció o utilitzar-se com a caldera principal a temperatures no molt baixes.

Feu servir una caldera elèctrica per a la calefacció? Expliqueu-nos quin mètode heu utilitzat per calcular la potència necessària per a la vostra llar. O potser només voleu comprar una caldera elèctrica i teniu preguntes? Pregunteu-los als comentaris de l'article: intentarem ajudar-vos.