Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Використання електрики в якості джерела енергії для опалення заміського будинку привабливо з багатьох причин: легкодоступность, поширеність, екологічність. Разом з тим найголовнішою перешкодою використання електричних котлів залишаються досить високі тарифи.

Ви теж задумалися про доцільність встановлення електрокотла? Давайте разом розберемося, скільки споживає електроенергії електричний котел. Для чого будемо використовувати правила виконання розрахунків і формули, розглянуті в нашій статті.

Розрахунки допоможуть детально розібратися в тому, скільки кВт електроенергії доведеться оплачувати щомісячно в разі використання електокотла для опалення будинку або квартири. Отримані цифри дозволять прийняти остаточне рішення з приводу покупки / НЕ покупки котла.

Способи розрахунку потужності електрокотла

Можна виділити дві основні методики розрахунку необхідної потужності електричного котла. Перша заснована на опалювальної площі, друга на розрахунку тепловтрат через огороджувальні конструкції.

Розрахунок за першим варіантом дуже грубий, заснований на єдиному показнику - питомої потужності. Питома потужність приведена в довідниках і залежить від регіону.

Монтаж електроустаткування для системи опалення відрізняється найнижчою ціною і простою схемою Електрокотел не потрібно топити, забезпечувати запасом палива і влаштовувати димохід. Для організації опалення з ним не потрібна котельня Вагомий мінус використання електрики - негуманні тарифи на електроенергію і залежність від централізованих мереж Для роботи потрібна хороша електрична потужність і безперебійні поставки енергії. Тому перед покупкою потрібно все розрахувати, включаючи витрати

Розрахунок за другим варіантом складніше, але враховує безліч індивідуальних показників конкретного будинку. Повний теплотехнічний розрахунок будівлі - завдання досить складна і копітка. Далі буде розглянуто спрощений розрахунок, проте володіє необхідною точністю.

Незалежно від методики розрахунку, кількість і якість зібраних вихідних даних безпосередньо впливають на правильну оцінку необхідної потужності електрокотла.

При заниженою потужності обладнання буде постійно працювати з максимальним навантаженням, не забезпечуючи потрібного комфорту проживання. При завищеною потужності - невиправдано велике споживання електроенергії висока вартість опалювального обладнання.

На відміну від інших видів палива, електроенергія - це екологічно безпечний, досить чистий і простий варіант, але прив'язаний до наявності безперебійно діючої електромережі в регіоні

Порядок розрахунку потужності електричного котла

Далі детально розглянемо як розрахувати необхідну потужність котла, щоб обладнання в повному обсязі виконувало своє завдання щодо обігріву будинку.

Етап # 1 - збір вихідних даних для розрахунку

Для проведення розрахунків знадобляться такі відомості про будівлю:

  • S - площа опалювального приміщення.
  • W уд - питома потужність.

Показник питомої потужності показує скільки необхідно теплової енергії на 1 м 2 в 1 годину.

Залежить від місцевих природних умов, можна прийняти наступні значення:

  • для центральної частини Росії: 120 - 150 Вт / м 2;
  • для південних регіонів: 70-90 Вт / м 2;
  • для північних регіонів: 150-200 Вт / м 2.

W уд - величина теоретична, яка застосовується в основному для дуже грубих розрахунків, тому що не відображає реальних тепловтрат будівлі. Не враховує площа скління, кількість дверей, матеріал зовнішніх стін, висоту стель.

Точний теплотехнічний розрахунок проводиться за допомогою спеціалізованих програм з урахуванням безлічі факторів. Для наших цілей такий розрахунок не потрібен, цілком можна обійтися обрахуванням тепловтрат зовнішніх огороджувальних конструкцій.

Величини, які потрібно задіяти в розрахунках:

R - опір теплопередачі або коефіцієнт теплового опору. Це відношення різниці температур по краях захисної конструкції до теплового потоку, що проходить через цю конструкцію. Має розмірність м 2 × ⁰С / Вт.

Насправді все просто - R висловлює здатність матеріалу затримувати тепло.

Q - величина, що показує кількість теплового потоку що проходить через 1 м2 поверхні при різниці температури в 1⁰С за 1год. Тобто показує скільки втрачає теплової енергії 1 м 2 огороджувальної конструкції на годину при перепаді температури в 1 градус. Має розмірність Вт / м 2 × год.

Для наведених тут розрахунків різниці між Кельвіна і градусами за Цельсієм немає, оскільки важлива не абсолютна температура, а тільки різниця.

Q заг - кількість теплового потоку що проходить через площу S огороджувальної конструкції на годину. Має розмірність Вт / год.

P - потужність опалювального котла. Обчислюється як необхідна максимальна величина потужності опалювального обладнання при максимальній різниці температури зовнішнього і внутрішнього повітря. Іншими словами достатня потужність котла для обігріву будівлі в самий холодний сезон. Має розмірність Вт / год.

ККД - коефіцієнт корисної дії опалювального котла, безрозмірна величина показує відношення отриманої енергії до витраченої енергії. В документації на обладнання зазвичай наводиться у відсотках від 100 наприклад 99%. У розрахунках застосовується величина від 1 тобто 0, 99.

ΔT - показує різницю температури з двох сторін захисної конструкції. Щоб було зрозуміліше, як правильно обчислюється різниця подивіться приклад. Якщо зовні: -30 ° С, а всередині +22 ° С, то ΔT = 22 - (-30) = 52 ° С

Або теж, але в кельвінах: ΔT = 293 - 243 = 52К

Тобто різниця завжди буде однаковою для градусів і кельвінів, тому для розрахунків довідкові дані в кельвінах можуть застосовуватися без поправок.

d - товщина захисної конструкції в метрах.

k - коефіцієнт теплопровідності матеріалу огороджувальної конструкції, який береться з довідників або СНиП II-3-79 «Будівельна теплотехніка» (СНиП - будівельні норми і правила). Має розмірність Вт / м × K або Вт / м × ⁰С.

Наступний список формул показує взаємозв'язок величин:

  • R = d / k
  • R = ΔT / Q
  • Q = ΔT / R
  • Q заг = Q × S
  • P = Q заг / ККД

Для багатошарових конструкцій опір теплопередачі R обчислюється для кожної конструкції окремо і потім підсумовується.

Іноді розрахунок багатошарових конструкцій може бути занадто громіздким, наприклад при розрахунку тепловтрат віконного склопакета.

Що необхідно врахувати при розрахунку опору теплопередачі для вікон:

  • товщину скла;
  • кількість стекол і повітряних зазорів між ними;
  • вид газу між стеклами: інертний або повітря;
  • наявність теплоізоляційного покриття віконного скла.

Однак можна знайти готові значення для всієї конструкції або у виробника, або в довіднику, в кінці цієї статті наведена таблиця для склопакетів поширеною конструкції.

Етап # 2 - розрахунок тепловтрат підлоги цокольного поверху

Окремо необхідно зупиниться на розрахунку тепловтрат через підлогу будівлі, так як грунт значно опір теплопередачі.

При розрахунках тепловтрат цокольного поверху потрібно брати до уваги заглиблення в грунт. Якщо будинок стоїть на рівні землі, то заглиблення приймається рівним 0.

За загальноприйнятою методикою площа статі ділиться на 4 зони.

  • 1 зона - відступається 2 м від зовнішньої стіни до центру статі по периметру. У разі заглиблення будівлі, відступається від рівня землі до рівня підлоги по вертикальній стіні. Якщо стіна заглиблена в грунт на 2 м, то зона 1 буде повністю на стіні.
  • 2 зона - відступається по 2 м по периметру до центру від кордону 1 зони.
  • 3 зона - відступається по 2 м по периметру до центру від кордону 2 зони.
  • 4 зона - залишився підлогу.

Для кожної зони зі сформованої практики встановлені свої R:

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

Наведені значення R справедливі для підлог без покриття. У випадку утеплення, кожне R збільшується на R утеплювача.

Додатково для підлог, покладених на лаги R множиться на коефіцієнт 1, 18.

Зона 1 має ширину 2 метри. Якщо будинок заглиблений, то потрібно взяти висоту стін в грунті, відняти від 2 метрів, а залишок перенести на підлогу

Етап # 3 - обчислення тепловтрат стелі

Тепер можна приступити до розрахунків.

Формула, яка може служити для приблизної оцінки потужності електричного котла:

W = W уд × S

Завдання: розрахувати необхідну потужність котла в м.Москва, опалювальна площа 150м².

При виробництві розрахунків враховуємо, що Москва ставиться до центрального регіону, тобто W уд можна прийняти рівним 130 Вт / м 2.

W уд = 130 × 150 = 19500Вт / ч або 19, 5кВт / ч

Ця цифра настільки неточна, що не вимагає обліку ККД опалювального обладнання.

Тепер визначимо тепловтрати через 15м 2 площі стелі, утепленого мінеральною ватою. Товщина шару теплоізоляції 150мм, температура зовнішнього повітря -30 ° С, всередині будівлі +22 ° С за 3 години.

Рішення: по таблиці знаходимо коефіцієнт теплопровідності мінеральної вати, k = 0, 036 Вт / м × ° С. Товщину d необхідно брати в метрах.

Порядок розрахунку такий:

  • R = 0, 15 / 0, 036 = 4, 167 м 2 × ° С / Вт
  • ΔT = 22 - (-30) = 52 ° С
  • Q = 52 / 4, 167 = 12, 48 Вт / м 2 × год
  • Q заг = 12, 48 × 15 = 187 Вт / год.

Вирахували, що втрати тепла через стелю складуть в нашому прикладі 187 * 3 = 561Вт.

Для наших цілей цілком допускається спростити розрахунки, розраховуючи тепловтрати тільки зовнішніх конструкцій: стін і стель, не звертаючи увагу на внутрішні перегородки і двері.

Крім того, можна обійтися без розрахунку втрат тепла на вентиляцію й каналізацію. Не будемо брати до уваги інфільтрацію і вітрове навантаження. Залежність розташування будівлі по сторонах світу і кількість одержуваної сонячної радіації.

Із загальних міркувань можна зробити один висновок. Чим більше обсяг будівлі, тим менше доводиться тепловтрат на 1 м 2. Пояснити це легко, так як площа стін зростає квадратично, а обсяг в кубі. Куля має найменші тепловтрати.

У конструкціях враховуються тільки замкнуті повітряні прошарки. Якщо у Вашого будинку вентильований фасад, то такий повітряний шар вважається не замкнутим, до уваги не береться. Чи не беруться всі шари, які слідують перед незамкнутим повітряним шаром: фасадна плитка або касети.

Замкнені повітряні прошарки, наприклад, в склопакетах враховуються.

Всі стіни будинку є зовнішніми. Горище не опалювальний, теплоопір покрівельних матеріалів в розрахунок не береться

Етап # 4 - розрахунок загальних тепловтрат котеджу

Після теоретичної частини можна приступити до практичної.

Для прикладу розрахуємо будинок:

  • розміри зовнішніх стін: 9х10 м;
  • висота: 3 м;
  • вікно зі склопакетом 1, 5 × 1, 5 м: 4 шт;
  • двері дубові 2, 1 × 0, 9 м, товщина 50 мм;
  • підлоги соснові 28 мм, поверх екструдованого пінопласту завтовшки 30 мм, укладені на лаги;
  • стелю ГКЛ 9 мм, поверх мінеральної вати товщиною 150 мм;
  • матеріал стін: кладка 2 силікатних цегли, утеплення мінеральною ватою 50 мм;
  • найхолодніший період - 30 ° С, розрахункова температура всередині будівлі 20 ° С.

Зробимо попередні розрахунки необхідних площ. При розрахунку зон на підлозі, приймаємо нульове заглиблення стін. Дошка підлоги покладена на лаги.

  • вікна - 9 м 2;
  • двері - 1, 9 м 2;
  • стіни, за мінусом вікон і дверей - 103, 1 м 2;
  • стелю - 90 м 2;
  • площі зон статі: S1 = 60 м 2, S2 = 18 м 2, S3 = 10 м 2, S4 = 2 м 2;
  • ΔT = 50 ° С.

Далі за довідниками або за таблицями наведеним в кінці цієї глави, вибираємо необхідні значення коефіцієнта теплопровідності для кожного матеріалу. Пропонуємо Вам ознайомитися більш детально з коефіцієнтом теплопровідності і його значеннями для найпопулярніших будівельних матеріалів.

Для соснових дощок коеффіціенттеплопроводності потрібно брати уздовж волокон.

Весь розрахунок досить простий:

Крок №1: Розрахунок втрат тепла через несучі стінові конструкції включає три дії.

Розраховуємо коефіцієнт тепловтрат стін цегляної кладки: R кир = d / k = 0, 51 / 0, 7 = 0, 73 м 2 × ° С / Вт.

Те ж для утеплювача стін: R ут = d / k = 0, 05 / 0, 043 = 1, 16 м 2 × ° С / Вт.

Тепловтрати 1 м 2 зовнішніх стін: Q = ΔT / (R кир + R ут) = 50 / (0, 73 + 1, 16) = 26, 46 м 2 × ° С / Вт.

В результаті загальні тепловтрати стін складуть: Q ст = Q × S = 26, 46 × 103, 1 = 2728 Вт / год.

Крок №2: Обчислення втрат теплової енергії через вікна: Q окн = 9 × 50 / 0, 32 = 1406Вт / ч.

Крок № 3: Підрахунок витоків теплової енергії через дубові двері: Q дв = 1, 9 × 50 / 0, 23 = 413Вт / ч.

Крок №4: Втрати тепла через верхнє перекриття - стеля: Q піт = 90 × 50 / (0, 06 + 4, 17) = 1064Вт / ч.

Крок №5: Розраховуємо R ут для підлоги так само в кілька дій.

Спочатку знаходимо коефіцієнт тепловтрат утеплювача: R ут = 0, 16 + 0, 83 = 0, 99 м 2 × ° С / Вт.

Потім додаємо R ут до кожної зоні:

  • R1 = 3, 09 м 2 × ° С / Вт; R2 = 5, 29 м 2 × ° С / Вт;
  • R3 = 9, 59 м 2 × ° С / Вт; R4 = 15, 19 м 2 × ° С / Вт.

Крок №6: Так як підлогу викладено на лаги множимо на коефіцієнт 1, 18:

R1 = 3, 64 м 2 × ° С / Вт; R2 = 6, 24 м 2 × ° С / Вт;

R3 = 11, 32 м 2 × ° С / Вт; R4 = 17, 92 м 2 × ° С / Вт.

Крок №7: Обчислимо Q для кожної зони:

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.

Крок №8: Тепер можна обчислити Q для всього статі: Q підлогу = 824 + 144 + 44 + 6 = 1018Вт / ч.

Крок №9: В результаті виконаних нами обчислень можна позначити суму загальних втрат тепла:

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

У розрахунок не ввійшли тепловтрати пов'язані з каналізацією і вентиляцією. Щоб не ускладнювати надміру просто додамо на перераховані витоку 5%.

Зрозуміло необхідний запас, мінімум 10%.

Таким чином остаточна цифра тепловтрат наведеного як приклад будинку складе:

Q заг = 6629 × 1, 15 = 7623Вт / ч.

Q заг показує максимальні тепловтрати будинку при різниці температури зовнішнього і внутрішнього повітря 50 ° С.

Якщо порахувати за першим спрощеним варіантом через Wуд то:

W уд = 130 × 90 = 11700Вт / ч.

Ясно, що другий варіант розрахунку нехай і значніше складніше, але дає більш реальну цифру для будівель з утепленням. Перший варіант дозволяє отримати узагальнену значення втрат тепла для будівель з низьким ступенем теплоізоляції або зовсім без неї.

У першому випадку котла доведеться кожну годину по повній відновлювати втрати теплової енергії, що відбуваються через отвори, перекриття, стіни без ізоляції.

У другому випадку топити до досягнення комфортного значення температури треба тільки один раз. Потім котла треба буде тільки відновлювати тепловтрати, величина яких істотно нижче першого варіанту.

Таблиця 1. Теплопровідність різних будівельних матеріалів.

У таблиці наведено коефіцієнти теплопровідності для поширених будівельних матеріалів

Таблиця 2. Товщина цементного шва при різних типах кладки.

При розрахунку товщини кладки враховується товщина шва 10мм. За рахунок цементних швів теплопровідність кладки трохи вище ніж окремого цегли

Таблиця 3. Теплопровідність різних типів плит мінеральної вати.

У таблиці наведені значення коефіцієнта теплопровідності для різних мінераловатних плит. Для утеплення фасадів застосовується жорстка плита

Таблиця 4. Тепловтрати вікон різної конструкції.

Позначення в таблиці: Ar - заповнення склопакетів інертним газом, К - зовнішнє скло має теплозащитное покриття, товщина скла 4 мм інші цифри позначають проміжок між стеклами

7, 6 кВт / ч - це розрахункова необхідна максимальна потужність, яка витрачається на опалення добре утепленій споруди. Однак електрокотли для роботи теж потрібен певний заряд для власного харчування.

Як ви помітили погано утеплений будинок або квартира потребує великих витрат електроенергії на опалення. Причому це справедливо для будь-якого типу котла. Правильне утеплення підлоги, стелі і стін дозволяє істотно знизити витрати.

У нас на сайті є статті по методам утеплення і правилам вибору теплоізоляційного матеріалу. Пропонуємо вам ознайомитися з ними:

  • Утеплення приватного будинку зовні: популярні технології + огляд матеріалів
  • Утеплення підлоги по лагам: матеріали для теплоізоляції + схеми утеплення
  • Утеплення мансардного даху: детальний інструктаж по влаштуванню теплоізоляції в мансарді малоповерхового будинку
  • Види утеплювачів для стін будинку зсередини: матеріали для утеплення та їх характеристики
  • Утеплювач для стелі в приватному будинку: види використовуваних матеріалів + як правильно вибрати
  • Утеплення балкона своїми руками: популярні варіанти і технології утеплення балкона зсередини

Етап № 5 - обчислення витрат на електроенергію

Якщо спростити технічну сутність котла опалення, то назвати його можна звичайним перетворювачем електричної енергії в її теплової аналог. Виконуючи роботу по перетворенню, він теж споживає деяку кількість енергії. Тобто котел отримує повну одиницю електроенергії, а на опалення надходить тільки 0, 98 її частина.

Для отримання точної цифри витрат електроенергії досліджуваним електричним котлом опалення треба його потужність (номінальну в першому випадку і розрахункову у другому) розділити на заявлене виробником значення ККД.

В середньому ККД подібного обладнання становить 98%. В результаті величина енергоспоживання складе, наприклад для розрахункового варіанта:

7, 6 / 0, 98 = 7, 8 кВт / ч.

Залишається помножити значення на місцевий тариф. Потім обчислити загальну суму витрат на електроопалення та зайнятися пошуком шляхів їх скорочення.

Наприклад, купити двухтарифні лічильник, що дає можливість частково проводити оплату за нижчими "нічним" тарифами. Для чого потрібно замінити старий електролічильник новою моделлю. Порядок і правила виконання заміни докладно розглянуті тут.

Ще один спосіб зменшити витрати після заміни лічильника - включити в опалювальний контур термоаккумулятор, щоб запасатися дешевою енергією вночі, а витрачати її днем.

Етап # 6 - підрахунок сезонних витрат на опалення

Тепер, коли ви освоїли методику розрахунку майбутніх тепловтрат, легко зможете оцінити витрати на опалення протягом усього опалювального періоду.

За СНиП 23-01-99 «Будівельна кліматологія» в шпальтах 13 та 14 знаходимо для Москви тривалість періоду із середньою температурою нижче 10 ° С.

Для Москви такий період триває 231 день і має середню температуру -2, 2 ° С. Щоб обчислити Q заг для ΔT = 22, 2 ° С, необов'язково проводити весь розрахунок заново.

Досить вивести Q заг на 1 ° С:

Q заг = 7623/50 = 152, 46 Вт / год

Відповідно для ΔT = 22, 2 ° С:

Q заг = 152, 46 × 22, 2 = 3385Вт / ч

Для знаходження спожитої електроенергії помножимо на опалювальний період:

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

Наведений розрахунок цікавий ще й тим, що дозволяє провести аналіз всієї конструкції будинку з точки зору ефективності застосування утеплення.

Ми розглянули спрощений варіант розрахунків. Рекомендуем вам также ознакомиться с полным теплотехническим расчетом здания.

Висновки і корисне відео по темі

Как избежать теплопотерь через фундамент:

Как рассчитать теплопотери онлайн:

Применение электрокотлов в качестве основного отопительного оборудования очень сильно ограничено возможностями электросетей и стоимостью электроэнергии .

Однако в качестве дополнительного, например к твердотопливному котлу, могут быть весьма эффективны и полезны. Способны значительно сократить время на прогревание системы отопления или использоваться в качестве основного котла при не очень низких температурах.

Вы пользуетесь электрическим котлом для отопления? Расскажите, по какому методу вы рассчитывали необходимую мощность для вашего дома. А может вы только хотите купить электрокотел и у вас возникли вопросы? Задавайте их в комментариях к статье – постараемся вам помочь.

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія:

Опалення