Câtă energie electrică consumă un cazan electric: cum să efectuați calcule înainte de achiziționare

Utilizarea electricității ca sursă de energie pentru încălzirea unei case de la țară este atractivă din multe motive: accesibilitate, răspândire, ecologie. Cu toate acestea, principala piedică în utilizarea cazanelor electrice rămân tarifele destul de ridicate.

Și dumneavoastră vă gândiți la oportunitatea instalării unui cazan electric? Să analizăm împreună cât consumă energie electrică un cazan electric. Pentru aceasta vom folosi reguli de efectuare a calculelor și formulele discutate în articolul nostru.

Calculele vă vor ajuta să înțelegeți în detaliu câți kWh de energie electrică va trebui să plătiți lunar dacă utilizați un cazan electric pentru încălzirea casei sau apartamentului. Cifrele obținute vă vor permite să luați o decizie finală privind achiziționarea sau neachiziționarea cazanului.

Metode de calcul al puterii cazanului electric

Se pot distinge două metode principale de calcul al puterii necesare a cazanului electric. Prima se bazează pe suprafața încălzită, a doua pe calculul pierderilor de căldură prin elementele de închidere.

Calculul conform primei variante este foarte aproximativ, bazat pe un singur indicator – puterea specifică. Puterea specifică este dată în manuale și depinde de regiune.

Calculul conform celei de-a doua variante este mai complex, dar ia în considerare numeroși indicatori individuali ai clădirii concrete. Un calcul termotehnic complet al clădirii – o sarcină destul de complexă și migăloasă. În continuare, va fi prezentat un calcul simplificat, care, totuși, are precizia necesară.

Indiferent de metoda de calcul, cantitatea și calitatea datelor inițiale colectate influențează direct evaluarea corectă a puterii necesare a cazanului electric.

La putere scăzută, echipamentul va funcționa constant la sarcină maximă, neasigurând confortul de locuit necesar. La putere excesivă, consumul de energie electrică este nejustificat de mare, iar costul echipamentului de încălzire este ridicat.

Spre deosebire de alte tipuri de combustibil, energia electrică – este o opțiune ecologică, destul de curată și simplă, dar legată de existența unei rețele electrice funcționale neîntrerupt în regiune.

Procedura de calcul al puterii cazanului electric

În continuare, vom analiza în detaliu cum să calculăm puterea necesară a cazanului, astfel încât echipamentul să-și îndeplinească pe deplin sarcina de încălzire a casei.

Etapa #1 – colectarea datelor inițiale pentru calcul

Pentru efectuarea calculelor, vor fi necesare următoarele informații despre clădire:

• S – suprafața încăperii încălzite.
• W_ud – puterea specifică.

Indicatorul puterii specifice arată câtă energie termică este necesară pe 1 m² în 1 oră.

Depinde de condițiile naturale locale, se pot accepta următoarele valori:

• pentru partea centrală a Rusiei: 120 – 150 W/m²;
• pentru regiunile sudice: 70-90 W/m²;
• pentru regiunile nordice: 150-200 W/m².

W_ud – este o mărime teoretică, care se aplică în principal pentru calcule foarte aproximative, deoarece nu reflectă pierderile reale de căldură ale clădirii. Nu ia în considerare suprafața vitrată, numărul de uși, materialul pereților exteriori, înălțimea tavanelor.

Calculul termotehnic exact se efectuează cu ajutorul programelor specializate, ținând cont de numeroși factori. Pentru scopurile noastre, un astfel de calcul nu este necesar, ne putem descurca cu calculul pierderilor de căldură ale structurilor de închidere exterioare.

Mărimile care trebuie implicate în calcule:

R – rezistența la transfer termic sau coeficientul de rezistență termică. Este raportul dintre diferența de temperatură la marginile structurii de închidere și fluxul termic care trece prin această structură. Are dimensiunea m²×°C/W.

De fapt, totul este simplu – R exprimă capacitatea materialului de a reține căldura.

Q – mărimea care arată cantitatea de flux termic care trece prin 1 m² de suprafață la o diferență de temperatură de 1°C timp de 1 oră. Adică arată câtă energie termică pierde 1 m² de structură de închidere pe oră la o diferență de temperatură de 1 grad. Are dimensiunea W/m²×h.

Pentru calculele prezentate aici, nu există diferență între kelvini și grade Celsius, deoarece nu temperatura absolută este importantă, ci doar diferența.

Q_obshch – cantitatea de flux termic care trece prin suprafața S a structurii de închidere într-o oră. Are dimensiunea W/h.

P – puterea cazanului de încălzire. Se calculează ca valoarea maximă necesară a puterii echipamentului de încălzire la diferența maximă de temperatură dintre aerul exterior și cel interior. Cu alte cuvinte, puterea suficientă a cazanului pentru încălzirea clădirii în cel mai rece sezon. Are dimensiunea W/h.

KPD – randamentul cazanului de încălzire, o mărime adimensională care arată raportul dintre energia obținută și energia consumată. În documentația echipamentului este de obicei exprimat în procente din 100, de exemplu 99%. În calcule se utilizează o valoare de la 1, adică 0,99.

∆T – arată diferența de temperatură de ambele părți ale structurii de închidere. Pentru a înțelege mai bine cum se calculează corect diferența, vedeți exemplul. Dacă afară: -30 °C, iar înăuntru +22 °C, atunci ∆T = 22 – (-30) = 52 °C

Sau la fel, dar în kelvini: ∆T = 293 – 243 = 52 K

Adică diferența va fi întotdeauna aceeași pentru grade și kelvini, prin urmare, pentru calcule, datele de referință în kelvini pot fi utilizate fără corecții.

d – grosimea structurii de închidere, în metri.

k – coeficientul de conductivitate termică a materialului structurii de închidere, care se ia din manuale sau SNiP II-3-79 «Termotehnica în construcții» (SNiP – norme și reguli de construcție). Are dimensiunea W/m×K sau W/m×°C.

Următoarea listă de formule arată interrelația dintre mărimi:

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

Pentru structurile multistrat, rezistența la transfer termic R se calculează pentru fiecare strat separat și apoi se însumează.

Uneori, calculul structurilor multistrat poate fi prea greoi, de exemplu la calculul pierderilor de căldură ale unui geam termopan.

Ce trebuie luat în considerare la calcularea rezistenței la transfer termic pentru ferestre:

• grosimea sticlei;
• numărul de foi de sticlă și de goluri de aer dintre ele;
• tipul de gaz dintre foi: inert sau aer;
• prezența unui strat termoizolant pe sticla ferestrei.

Cu toate acestea, se pot găsi valori gata făcute pentru întreaga structură fie la producător, fie într-un manual, la sfârșitul acestui articol este prezentat un tabel pentru geamurile termopan de construcție obișnuită.

Etapa #2 – calculul pierderilor de căldură ale podelei subsolului

Separat, este necesar să ne oprim asupra calculului pierderilor de căldură prin pardoseala clădirii, deoarece solul oferă o rezistență semnificativă la transferul termic.

La calcularea pierderilor de căldură ale subsolului, trebuie luată în considerare adâncimea de îngropare în sol. Dacă casa se află la nivelul solului, adâncimea se consideră egală cu 0.

Conform metodei general acceptate, suprafața pardoselii este împărțită în 4 zone.

• Zona 1 – se retrage 2 m de la peretele exterior spre centrul pardoselii, pe perimetru. În cazul îngropării clădirii, se retrage de la nivelul solului până la nivelul pardoselii pe peretele vertical. Dacă peretele este îngropat în sol la 2 m, atunci zona 1 va fi complet pe perete.
• Zona 2 – se retrage câte 2 m pe perimetru spre centru de la limita zonei 1.
• Zona 3 – se retrage cu 2 m de-a lungul perimetrului spre centru de la limita zonei 2.
• Zona 4 – podeaua rămasă.

Pentru fiecare zonă, conform practicii stabilite, au fost stabilite propriile 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.

Valorile R indicate sunt valabile pentru podele fără acoperire. În cazul izolației, fiecare R crește cu R-ul izolației.

În plus, pentru podelele așezate pe grinzi, R se înmulțește cu coeficientul 1,18.

Zona 1 are o lățime de 2 metri. Dacă casa este îngropată, atunci trebuie să luați înălțimea pereților în sol, să scădeți din 2 metri, iar restul să îl transferați pe podea.

Etapa #3 – calcularea pierderilor de căldură ale tavanului

Acum puteți începe calculele.

Formula care poate servi pentru estimarea aproximativă a puterii cazanului electric:

W=W_ud × S

Sarcina: calculați puterea necesară a cazanului în orașul Moscova, suprafața încălzită 150 m².

La efectuarea calculelor, ținem cont că Moscova aparține regiunii centrale, adică W_ud poate fi considerat egal cu 130 W/m².

W_ud = 130 × 150 = 19500 W/h sau 19,5 kW/h

Această cifră este atât de inexactă încât nu necesită luarea în considerare a randamentului echipamentului de încălzire.

Acum vom determina pierderile de căldură prin suprafața tavanului de 15 m², izolat cu vată minerală. Grosimea stratului de izolație termică 150 mm, temperatura aerului exterior -30 °C, în interiorul clădirii +22 °C timp de 3 ore.

Soluție: din tabel găsim coeficientul de conductivitate termică al vatei minerale, k=0,036 W/m×°C. Grosimea d trebuie luată în metri.

Ordinea de calcul este următoarea:

• R = 0,15 / 0,036 = 4,167 m²×°C/W
• ∆T= 22 – (-30) = 52°C
• Q= 52 / 4,167 = 12,48 W/m²×h
• Q_total = 12,48 × 15 = 187 W/h.

Am calculat că pierderile de căldură prin tavan vor fi în exemplul nostru 187 * 3 = 561 W.

Pentru scopurile noastre, este pe deplin acceptabil să simplificăm calculele, calculând pierderile de căldură numai pentru structurile exterioare: pereți și tavane, fără a acorda atenție pereților despărțitori interiori și ușilor.

În plus, putem renunța la calculul pierderilor de căldură pentru ventilație și canalizare. Nu vom lua în considerare infiltrația și încărcarea vântului. Dependența amplasării clădirii față de punctele cardinale și cantitatea de radiație solară primită.

Din considerente generale se poate trage o singură concluzie. Cu cât volumul clădirii este mai mare, cu atât pierderile de căldură pe 1 m² sunt mai mici. Explicația este simplă, deoarece suprafața pereților crește pătratic, iar volumul cubic. Sfera are cele mai mici pierderi de căldură.

În structurile de închidere se iau în considerare numai straturile de aer închise. Dacă locuința dumneavoastră are o fațadă ventilată, atunci un astfel de strat de aer este considerat neînchis și nu se ia în calcul. Nu se iau în considerare toate straturile care urmează înaintea stratului de aer neînchis: plăci de fațadă sau casete.

Straturile de aer închise, de exemplu, în geamurile termoizolante, se iau în considerare.

Toți pereții casei sunt exteriori. Podul nu este încălzit, rezistența termică a materialelor de acoperiș nu se ia în considerare.

Etapa #4 – calculul pierderilor totale de căldură ale casei

După partea teoretică, putem trece la partea practică.

De exemplu, să calculăm o casă:

• dimensiunile pereților exteriori: 9×10 m;
• înălțimea: 3 m;
• fereastră cu geam termoizolant 1,5×1,5 m: 4 buc;
• ușă de stejar 2,1×0,9 m, grosime 50 mm;
• pardoseli de pin 28 mm, deasupra polistiren extrudat grosime 30 mm, așezate pe grinzi;
• tavan din gips-carton 9 mm, deasupra vată minerală grosime 150 mm;
• materialul pereților: zidărie din 2 cărămizi silicate, izolație cu vată minerală 50 mm;
• cea mai rece perioadă – -30 °C, temperatura interioară de calcul 20 °C.

Vom efectua calculele pregătitoare ale suprafețelor necesare. La calculul zonelor pe podea, considerăm adâncimea zero a pereților. Scândura podelei este așezată pe grinzi.

• ferestre – 9 m²;
• ușă – 1,9 m²;
• pereți, minus ferestre și ușă – 103,1 m²;
• tavan – 90 m²;
• suprafețele zonelor podelei: S1 = 60 m², S2 = 18 m², S3 = 10 m², S4 = 2 m²;
• ΔT = 50 °C.

Apoi, din manuale sau din tabelele prezentate la sfârșitul acestui capitol, selectăm valorile necesare ale coeficientului de conductivitate termică pentru fiecare material. Vă recomandăm să studiați mai detaliat coeficientul de conductivitate termică și valorile acestuia pentru cele mai populare materiale de construcții.

Pentru scândurile de pin, coeficientul de conductivitate termică trebuie luat de-a lungul fibrelor.

Întregul calcul este destul de simplu:

Pasul nr. 1: Calculul pierderilor de căldură prin structurile portante include trei acțiuni.

Calculăm coeficientul de pierderi termice ale pereților din zidărie de cărămidă: R_căr = d / k = 0,51 / 0,7 = 0,73 m²×°C/W.

Același lucru pentru izolația pereților: R_iz = d / k = 0,05 / 0,043 = 1,16 m²×°C/W.

Pierderile termice pentru 1 m² de pereți exteriori: Q = ΔT/(R_căr + R_iz) = 50 / (0,73 + 1,16) = 26,46 m²×°C/W.

În final, pierderile totale de căldură ale pereților vor fi: Q_per = Q×S = 26,46 × 103,1 = 2728 W/h.

Pasul nr.2: Calcularea pierderilor de energie termică prin ferestre: Q_fer = 9 × 50 / 0,32 = 1406 W/h.

Pasul nr.3: Calcularea pierderilor de energie termică prin ușa de stejar: Q_us = 1,9 × 50 / 0,23 = 413 W/h.

Pasul nr.4: Pierderi de căldură prin planșeul superior – tavan: Q_tav = 90 × 50 / (0,06 + 4,17) = 1064 W/h.

Pasul nr.5: Calculăm R_iz pentru pardoseală, de asemenea, în mai multe etape.

Mai întâi, găsim coeficientul pierderilor termice al izolației: R_iz = 0,16 + 0,83 = 0,99 m²×°C/W.

Apoi adăugăm R_iz la fiecare zonă:

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

Pasul nr.6: Deoarece pardoseala este așezată pe grinzi, înmulțim cu coeficientul 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.

Pasul nr. 7: Să calculăm Q pentru fiecare zonă:

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.

Pasul nr. 8: Acum se poate calcula Q pentru întreaga podea: Q_podea = 824 + 144 + 44 + 6 = 1018 W/h.

Pasul nr. 9: În urma calculelor efectuate de noi, se poate indica suma totală a pierderilor de căldură:

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

În calcul nu au fost incluse pierderile de căldură legate de canalizare și ventilație. Pentru a nu complica excesiv, vom adăuga pur și simplu 5% pentru pierderile menționate.

Desigur, este necesară o marjă de minim 10%.

Astfel, cifra finală a pierderilor de căldură pentru casa dată ca exemplu va fi:

Q_total = 6629 × 1,15 = 7623 W/h.

Q_total arată pierderile maxime de căldură ale casei la o diferență de temperatură între aerul exterior și cel interior de 50 °C.

Dacă se calculează conform primei variante simplificate prin Wud atunci:

W_ud = 130 × 90 = 11700 W/h.

Este clar că a doua variantă de calcul, deși semnificativ mai complexă, oferă o cifră mai reală pentru clădirile cu izolație termică. Prima variantă permite obținerea unei valori generalizate a pierderilor de căldură pentru clădirile cu un grad scăzut de izolație termică sau fără aceasta.

În primul caz, centrala va trebui să compenseze complet în fiecare oră pierderile de energie termică care au loc prin deschideri, planșee, pereți fără izolație.

În al doilea caz, încălzirea până la atingerea valorii de confort a temperaturii trebuie făcută o singură dată. Apoi, centrala va trebui doar să refacă pierderile de căldură, a căror valoare este substanțial mai mică decât în primul caz.

Tabelul 1. Conductivitatea termică a diferitelor materiale de construcție.

În tabel sunt prezentați coeficienții de conductivitate termică pentru materiale de construcție comune.

Tabelul 2. Grosimea rostului de ciment la diferite tipuri de zidărie.

La calculul grosimii zidăriei se ia în considerare grosimea rostului de 10 mm. Datorită rosturilor de ciment, conductivitatea termică a zidăriei este puțin mai mare decât cea a cărămizii individuale.

Tabelul 3. Conductivitatea termică a diferitelor tipuri de plăci din vată minerală.

În tabel sunt date valorile coeficientului de conductivitate termică pentru diferite plăci din vată minerală. Pentru izolarea fațadelor se utilizează plăci rigide.

Tabelul 4. Pierderi de căldură ale ferestrelor cu diferite construcții.

Notații în tabel: Ar – umplerea geamurilor termoizolante cu gaz inert, K – geamul exterior are acoperire termoprotectoare, grosimea sticlei 4 mm, celelalte cifre indică distanța dintre geamuri.

7,6 kW/h – aceasta este puterea maximă necesară calculată, care se consumă pentru încălzirea unei clădiri bine izolate. Cu toate acestea, centralele electrice au nevoie și de o anumită energie pentru propria alimentare.

După cum ați observat, o casă sau un apartament prost izolat va necesita cheltuieli mari de energie electrică pentru încălzire. Și acest lucru este valabil pentru orice tip de centrală. Izolarea corectă a podelei, tavanului și pereților permite reducerea semnificativă a costurilor.

Pe site-ul nostru există articole despre metodele de izolare și regulile de alegere a materialului termoizolant. Vă propunem să le consultați:

• Izolarea casei private la exterior: tehnologii populare + prezentare a materialelor
• Izolarea podelei pe grinzi: materiale pentru termoizolație + scheme de izolare
• Izolarea acoperișului de mansardă: instrucțiuni detaliate pentru realizarea izolației termice în mansarda unei case cu puține etaje
• Tipuri de izolatoare pentru pereții casei din interior: materiale de izolare și caracteristicile lor
• Izolație pentru tavan în casă particulară: tipuri de materiale utilizate + cum să alegeți corect
• Izolarea balconului de unul singur: opțiuni populare și tehnologii de izolare a balconului din interior

Etapa #5 – calcularea costurilor cu energia electrică

Dacă simplificăm esența tehnică a centralei de încălzire, aceasta poate fi numită un simplu convertor al energiei electrice în echivalentul său termic. Efectuând munca de conversie, consumă și o anumită cantitate de energie. Adică, centrala primește o unitate completă de energie electrică, dar pentru încălzire ajunge doar 0,98 din ea.

Pentru a obține cifra exactă a consumului de energie electrică al centralei electrice de încălzire examinate, trebuie să împărțiți puterea acesteia (nominală în primul caz și calculată în al doilea) la valoarea randamentului declarată de producător.

În medie, randamentul unui astfel de echipament este de 98%. Ca urmare, valoarea consumului de energie va fi, de exemplu, pentru varianta calculată:

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

Rămâne să înmulțiți valoarea cu tariful local. Apoi calculați suma totală a cheltuielilor pentru încălzirea electrică și să căutați modalități de reducere a acestora.

De exemplu, achiziționați un contor cu două tarife, care permite efectuarea parțială a plății la tarife “de noapte” mai mici. Pentru aceasta, va fi necesar să înlocuiți vechiul contor electric cu un model nou. Ordinea și regulile de efectuare a înlocuirii sunt detaliate aici.

Un alt mod de a reduce costurile după înlocuirea contorului – includerea unui acumulator termic în circuitul de încălzire, pentru a stoca energie ieftină noaptea și a o consuma ziua.

Etapa #6 – estimarea costurilor sezoniere de încălzire

Acum, când ați însușit metodologia de calcul al pierderilor viitoare de căldură, veți putea evalua cu ușurință costurile de încălzire pe întreaga perioadă de încălzire.

Conform SNiP 23-01-99 «Climatologie în construcții» în coloanele 13 și 14 găsim pentru Moscova durata perioadei cu temperatură medie sub 10 °C.

Pentru Moscova, o astfel de perioadă durează 231 de zile și are o temperatură medie de -2,2 °C. Pentru a calcula Q_total pentru ΔT=22,2 °C, nu este necesar să refaceți întregul calcul.

Este suficient să calculați Q_total pentru 1 °C.

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

În consecință, pentru ΔT = 22,2 °C:

Q_tot = 152,46 × 22,2 = 3385 W/h

Pentru a afla energia electrică consumată, înmulțim cu perioada de încălzire:

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

Calculul prezentat este interesant și prin faptul că permite analiza întregii construcții a casei din punct de vedere al eficienței aplicării izolației.

Am examinat varianta simplificată a calculelor. Vă recomandăm să consultați și calculul termotehnic complet al clădirii.

Concluzii și material video util pe această temă

Cum să evitați pierderile de căldură prin fundație:

Cum să calculați pierderile de căldură online:

Utilizarea centralelor electrice ca echipament principal de încălzire este foarte limitată de capacitățile rețelelor electrice și de costul energiei electrice.

Cu toate acestea, ca echipament suplimentar, de exemplu la o centrală pe combustibil solid, pot fi foarte eficiente și utile. Sunt capabile să reducă semnificativ timpul de încălzire a sistemului de încălzire sau să fie utilizate ca centrală principală la temperaturi nu foarte scăzute.

Folosiți o centrală electrică pentru încălzire? Spuneți, după ce metodă ați calculat puterea necesară pentru casa dumneavoastră. Sau poate doriți doar să cumpărați o centrală electrică și aveți întrebări? Adresați-le în comentariile la articol – vom încerca să vă ajutăm.