Câtă energie electrică consumă un cazan electric: cum se calculează înainte de a cumpăra

Utilizarea energiei electrice ca sursă de energie pentru încălzirea unei case de țară este atractivă din mai multe motive: disponibilitate ușoară, prevalență și respectarea mediului.În același timp, principalul obstacol în calea utilizării cazanelor electrice rămân tarifele destul de ridicate.

V-ați gândit și la fezabilitatea instalării unui cazan electric? Să ne dăm seama împreună câtă energie electrică consumă un cazan electric. Pentru care vom folosi regulile și formulele de calcul discutate în articolul nostru.

Calculele te vor ajuta să înțelegi în detaliu câți kW de energie electrică va trebui să plătești lunar dacă folosești un cazan electric pentru a încălzi o casă sau un apartament. Cifrele obținute vă vor permite să luați o decizie finală cu privire la achiziționarea/neachiziționarea centralei.

Metode de calcul a puterii unui cazan electric

Există două metode principale pentru a calcula puterea necesară a unui cazan electric. Primul se bazează pe suprafața încălzită, al doilea pe calculul pierderilor de căldură prin anvelopa clădirii.

Calculul conform primei opțiuni este foarte grosier, bazat pe un singur indicator - putere specifică. Puterea specifică este dată în cărțile de referință și depinde de regiune.

Calculul pentru a doua opțiune este mai complicat, dar ia în considerare mulți indicatori individuali ai unei anumite clădiri. Un calcul complet de inginerie termică a unei clădiri este o sarcină destul de complexă și minuțioasă. În continuare, va fi luat în considerare un calcul simplificat, care are totuși precizia necesară.

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

Cu putere redusă, echipamentul va funcționa constant la sarcină maximă, neasigurând confortul necesar de locuit. Cu o putere supraestimată, există un consum nerezonabil de mare de energie electrică și un cost ridicat al echipamentelor de încălzire.

Spre deosebire de alte tipuri de combustibil, electricitatea este o opțiune prietenoasă cu mediul, destul de curată și simplă, dar este legată de prezența unei rețele electrice neîntrerupte în regiune.

Procedura de calcul a puterii unui cazan electric

În continuare, vom analiza în detaliu cum să calculăm puterea necesară a cazanului, astfel încât echipamentul să își îndeplinească pe deplin sarcina de a încălzi casa.

Etapa #1 - colectarea datelor inițiale pentru calcul

Pentru a efectua calcule, veți avea nevoie de următoarele informații despre clădire:

• S – zona încăperii încălzite.
• W_bate – putere specifică.

Indicatorul de putere specific arată câtă energie termică este necesară pe 1 m² la ora 1

În funcție de condițiile naturale locale, pot fi luate 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_bate - o valoare teoretică, care este folosită în principal pentru calcule foarte grosiere, deoarece nu reflectă pierderea reală de căldură a clădirii. Nu ține cont de suprafața vitrajului, de numărul de uși, de materialul pereților exteriori sau de înălțimea tavanelor.

Calculele termice precise se fac folosind programe specializate, luând în considerare mulți factori. Pentru scopurile noastre, un astfel de calcul nu este necesar; este foarte posibil să ne descurcăm cu calcularea pierderii de căldură a structurilor externe de închidere.

Cantități care trebuie utilizate în calcule:

R – rezistența la transferul de căldură sau coeficientul de rezistență termică. Acesta este raportul dintre diferența de temperatură de la marginile structurii de închidere și fluxul de căldură care trece prin această structură. Are dimensiunea m²×⁰С/W.

De fapt, este simplu - R exprimă capacitatea unui material de a reține căldura.

Q – o valoare care indică cantitatea de flux de căldură care trece prin 1 m² suprafeţe cu o diferenţă de temperatură de 1⁰C timp de 1 oră. Adică arată câtă energie termică pierde 1 m² anvelopa clădirii pe oră cu o diferență de temperatură de 1 grad. Are o dimensiune W/m²×h.

Pentru calculele date aici, nu există nicio diferență între kelvin și grade Celsius, deoarece nu temperatura absolută contează, ci doar diferența.

Q_{în general} – cantitatea de flux de căldură care trece prin zona S a structurii de închidere pe oră. Are dimensiunea L/h.

P – puterea cazanului de incalzire.Se calculează ca putere maximă necesară a echipamentului de încălzire la diferența maximă de temperatură a aerului exterior și interior. Cu alte cuvinte, putere suficientă a cazanului pentru a încălzi clădirea în cel mai rece sezon. Are dimensiunea L/h.

Eficienţă – factorul de eficiență al unui cazan de încălzire, o cantitate adimensională care arată raportul dintre energia primită și energia consumată. În documentația echipamentului este de obicei dat ca procent de 100, de exemplu 99%. În calcule, se utilizează o valoare de la 1, adică 0,99.

∆T – arată diferența de temperatură pe două părți ale structurii de închidere. Pentru a clarifica modul în care diferența este calculată corect, priviți exemplul. Daca afara: -30 °C, iar în interiorul +22 ° C, atunci ∆T = 22 - (-30) = 52 °C

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

Adică, diferența va fi întotdeauna aceeași pentru grade și kelvin, astfel încât datele de referință în kelvin pot fi folosite pentru calcule fără corecții.

d – grosimea structurii de închidere în metri.

k – coeficientul de conductivitate termică a materialului anvelopei clădirii, care este preluat din cărțile de referință sau SNiP II-3-79 „Building Heat Engineering” (SNiP - coduri și reglementări de construcție). Are dimensiunea W/m×K sau W/m×⁰С.

Următoarea listă de formule arată relația dintre cantități:

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

Pentru structurile multistrat, rezistența la transferul de căldură R este calculată pentru fiecare structură separat și apoi însumată.

Uneori, calcularea structurilor multistrat poate fi prea greoaie, de exemplu, atunci când se calculează pierderea de căldură a unei ferestre cu geam dublu.

Ce trebuie luat în considerare atunci când se calculează rezistența la transferul de căldură pentru ferestre:

• grosimea sticlei;
• numărul de pahare și goluri de aer dintre ele;
• tip de gaz între pahare: inert sau aer;
• prezența stratului termoizolant al geamurilor.

Cu toate acestea, puteți găsi valori gata făcute pentru întreaga structură fie de la producător, fie în cartea de referință; la sfârșitul acestui articol există un tabel pentru ferestre cu geam dublu cu un design comun.

Etapa #2 - calculul pierderilor de căldură de la etaj

Separat, este necesar să ne oprim asupra calculului pierderii de căldură prin podeaua clădirii, deoarece solul are o rezistență semnificativă la transferul de căldură.

Atunci când se calculează pierderea de căldură a podelei subsolului, este necesar să se țină cont de pătrunderea în sol. Dacă casa este la nivelul solului, atunci se presupune că adâncimea este 0.

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

• 1 zona - retragerea la 2 m de la peretele exterior spre centrul etajului de-a lungul perimetrului. În cazul adâncirii clădirii, aceasta se retrage de la nivelul solului până la nivelul podelei de-a lungul unui perete vertical. Dacă peretele este îngropat la 2 m în pământ, atunci zona 1 va fi complet pe perete.
• 2 zona – se retrage 2 m de-a lungul perimetrului spre centru de la limita zonei 1.
• 3 zona – se retrage 2 m de-a lungul perimetrului spre centru de la limita zonei 2.
• 4 zona – etajul rămas.

Pe baza practicii stabilite, fiecare zonă are propriul R:

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

Valorile R date sunt valabile pentru podele neacoperite. În cazul izolației, fiecare R crește cu R al izolației.

În plus, pentru podelele așezate pe grinzi, R este înmulțit cu un factor de 1,18.

Zona 1 are o lățime de 2 metri. Dacă casa este îngropată, atunci trebuie să luați înălțimea pereților din pământ, să scădeți de la 2 metri și să transferați restul pe podea.

Etapa #3 - calculul pierderii de căldură în tavan

Acum puteți începe să faceți calcule.

O formulă care poate servi la estimarea aproximativă a puterii unui cazan electric:

W=W_bate × S

Sarcină: calculați puterea necesară a cazanului la Moscova, suprafață încălzită 150 m².

Atunci când facem calcule, ținem cont de faptul că Moscova aparține regiunii centrale, adică. W_bate poate fi luată egală cu 130 W/m².

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

Această cifră este atât de inexactă încât nu necesită luarea în considerare a eficienței echipamentelor de încălzire.

Acum să determinăm pierderea de căldură după 15 m² zona tavanului izolata cu vata minerala. Grosimea stratului de termoizolație este de 150 mm, temperatura aerului exterior este de -30 ° C, în interiorul clădirii +22 ° C în 3 ore.

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

Procedura de calcul este următoarea:

• R = 0,15 / 0,036 = 4,167 m²×°C/V
• ∆T= 22 — (-30) = 52°С
• Q= 52 / 4,167 = 12,48 W/m²×h
• Q_{în general} = 12,48 × 15 = 187 W/h.

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

Pentru scopurile noastre, este complet posibil să simplificăm calculele prin calcularea pierderilor de căldură numai a structurilor exterioare: pereți și tavane, fără a acorda atenție pereților despărțitori și ușilor interne.

În plus, puteți face fără a calcula pierderile de căldură pentru ventilație și canalizare. Nu vom lua în considerare infiltrațiile și încărcarea vântului. Dependența locației clădirii de punctele cardinale și de cantitatea de radiație solară primită.

Din considerente generale, se poate trage o concluzie. Cu cât volumul clădirii este mai mare, cu atât mai puține pierderi de căldură la 1 m². Acest lucru este ușor de explicat, deoarece aria pereților crește pătratic, iar volumul crește într-un cub. Mingea are cea mai mică pierdere de căldură.

În structurile închise se iau în considerare doar straturile de aer închise. Dacă casa ta are o fațadă ventilată, atunci un astfel de strat de aer este considerat neînchis și nu este luat în considerare. Nu sunt luate toate straturile care vin înaintea stratului în aer liber: plăci de fațadă sau casete.

Straturile de aer închise, de exemplu, în ferestrele cu geam dublu sunt luate în considerare.

Toți pereții casei sunt exteriori. Mansarda nu este încălzită, nu se ține cont de rezistența termică a materialelor de acoperiș

Etapa #4 - calculul pierderii totale de căldură a cabanei

După partea teoretică, puteți începe partea practică.

De exemplu, să calculăm o casă:

• dimensiuni pereți exteriori: 9x10 m;
• inaltime: 3 m;
• fereastra cu geam termopan 1.5×1,5 m: 4 buc;
• usa de stejar 2.1×0,9 m, grosime 50 mm;
• Pardoseli de pin de 28 mm, peste spumă extrudată de 30 mm grosime, așezate pe grinzi;
• tavan din gips carton de 9 mm, deasupra vatei minerale de 150 mm grosime;
• material perete: zidarie din 2 caramizi silicate, izolatie cu vata minerala de 50 mm;
• perioada cea mai rece este de 30 °C, temperatura estimată în interiorul clădirii este de 20 °C.

Vom face calcule pregătitoare ale zonelor necesare. Când calculăm zonele de pe podea, presupunem adâncimea peretelui zero. Placa de podea este așezată pe grinzi.

• ferestre – 9 m²;
• usa – 1,9 m²;
• pereți, minus ferestre și uși - 103,1 m²;
• tavan - 90 m²;
• suprafete pardoseli: S1 = 60 m², S2 = 18 m², S3 = 10 m², S4 = 2 m²;
• ΔT = 50 °C.

În continuare, folosind cărți de referință sau tabele date la sfârșitul acestui capitol, selectăm valorile necesare ale coeficientului de conductivitate termică pentru fiecare material. Vă recomandăm să citiți mai multe despre coeficient de conductivitate termică și valorile sale pentru cele mai populare materiale de construcție.

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

Întregul calcul este destul de simplu:

Pasul 1: Calculul pierderilor de căldură prin structurile pereților portanti include trei pași.

Se calculează coeficientul de pierdere de căldură a pereților de cărămidă: R_Cyrus = d / k = 0,51 / 0,7 = 0,73 m²×°C/V.

Același lucru pentru izolarea peretelui: R_ut = d / k = 0,05 / 0,043 = 1,16 m²×°C/V.

Pierderi de căldură 1 m² pereții exteriori: Q = ΔT/(R_Cyrus + R_ut) = 50 / (0,73 + 1,16) = 26,46 m²×°C/V.

Ca urmare, pierderea totală de căldură de la pereți va fi: Q_Sf = Q×S = 26,46 × 103,1 = 2728 Wh.

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

Pasul 3: Calculul scurgerilor de energie termică printr-o ușă de stejar: Q_dv = 1,9 × 50 / 0,23 = 413 W/h.

Pasul #4: Pierderi de căldură prin etaj superior - tavan: Q_sudoare = 90 × 50 / (0,06 + 4,17) = 1064 W/h.

Pasul #5: Calcularea lui R_ut pentru podea tot în mai multe etape.

Mai întâi găsim coeficientul de pierdere de căldură al izolației: R_ut= 0,16 + 0,83 = 0,99 m²×°C/V.

Apoi adaugam R_ut la fiecare zona:

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

Pasul #6: Deoarece podeaua este așezată pe bușteni, înmulțim cu un factor de 1,18:

R1 = 3,64 m²×°C/V; R2 = 6,24 m²×°C/V;

R3 = 11,32 m²×°C/V; R4 = 17,92 m²×°C/V.

Pasul #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 = 6W/h.

Pasul #8: Acum puteți calcula Q pentru întregul etaj: Q_podea = 824 + 144 + 44 + 6 = 1018 W/h.

Pasul #9: Ca rezultat al calculelor noastre, putem indica cantitatea de pierdere totală de căldură:

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

Calculul nu a inclus pierderile de căldură asociate cu canalizarea și ventilația. Pentru a nu complica lucrurile peste măsură, să adăugăm pur și simplu 5% la scurgerile enumerate.

Desigur, este necesară o rezervă, cel puțin 10%.

Astfel, cifra finală pentru pierderea de căldură a casei dată ca exemplu va fi:

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

Q_{în general} arată pierderea maximă de căldură a unei case atunci când diferența de temperatură dintre aerul exterior și cel interior este de 50 °C.

Dacă calculăm conform primei versiuni simplificate folosind Wsp atunci:

W_bate = 130 × 90 = 11700 W/h.

Este clar că a doua opțiune de calcul, deși mult mai complicată, oferă o cifră mai realistă pentru clădirile cu izolație. Prima opțiune vă permite să obțineți o valoare generalizată a pierderilor de căldură pentru clădirile cu un grad scăzut de izolare termică sau fără acesta.

În primul caz, centrala va trebui să reînnoiască complet pierderile de energie termică care apar prin deschideri, tavane și pereți fără izolație la fiecare oră.

În al doilea caz, este necesar să se încălzească până când se atinge o temperatură confortabilă o singură dată. Apoi, cazanul va trebui doar să restabilească pierderile de căldură, a căror valoare este semnificativ mai mică decât prima opțiune.

Tabelul 1. Conductivitatea termică a diferitelor materiale de construcție.

Tabelul prezintă coeficienții de conductivitate termică pentru materialele de construcție obișnuite

Tabel 2. Grosimea rosturilor de ciment pentru diferite tipuri de zidărie.

La calcularea grosimii zidăriei se ia în considerare o grosime a rostului de 10 mm. Datorită rosturilor de ciment, conductivitatea termică a zidăriei este puțin mai mare decât cea a unei cărămizi separate

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

Tabelul prezintă valorile coeficientului de conductivitate termică pentru diferite plăci de vată minerală. Pentru izolarea fațadelor se folosește o placă rigidă

Tabelul 4.Pierderi de căldură de la ferestre de diferite modele.

Denumiri din tabel: Ar – umplerea ferestrelor cu geam dublu cu gaz inert, K ​​– sticla exterioară are un strat de protecție împotriva căldurii, grosimea sticlei 4 mm, numerele rămase indică decalajul dintre pahare

7,6 kW/h este puterea maximă necesară estimată care este cheltuită pentru încălzirea unei clădiri bine izolate. Cu toate acestea, cazanele electrice au nevoie și de puțină încărcare pentru a se alimenta pentru a funcționa.

După cum ați observat, o casă sau un apartament prost izolat va necesita cantități mari de energie electrică pentru încălzire. Mai mult, acest lucru este valabil pentru orice tip de cazan. Izolarea corectă a pardoselilor, tavanelor și pereților poate reduce semnificativ costurile.

Avem pe site-ul nostru articole despre metodele de izolare și regulile de alegere a materialelor termoizolante. Vă invităm să vă familiarizați cu ele:

• Izolarea unei case private din exterior: tehnologii populare + revizuirea materialelor
• Izolarea pardoselii cu grinzi: materiale pentru termoizolatie + scheme de izolare
• Izolarea unui acoperiș de mansardă: instrucțiuni detaliate despre instalarea izolației termice în podul unei clădiri joase
• Tipuri de izolație pentru pereții unei case din interior: materiale pentru izolare și caracteristicile acestora
• Izolarea tavanului într-o casă privată: tipuri de materiale utilizate + cum să-l alegi pe cel potrivit
• Izolarea unui balcon de-a face singur: opțiuni și tehnologii populare pentru izolarea unui balcon din interior

Etapa #5 - calcularea costurilor energetice

Dacă simplificăm esența tehnică a unui cazan de încălzire, atunci îl putem numi un convertor convențional de energie electrică în analogul său termic. În timpul efectuării lucrării de conversie, consumă și o anumită cantitate de energie. Acestea. centrala primește o unitate completă de energie electrică și doar 0,98 din aceasta este furnizată pentru încălzire.

Pentru a obține o cifră exactă a consumului de energie al cazanului electric de încălzire în studiu, puterea acestuia (nominală în primul caz și calculată în al doilea) trebuie împărțită la valoarea eficienței declarată de producător.

În medie, eficiența unui astfel de echipament este de 98%. Ca urmare, cantitatea de consum de energie va fi, de exemplu, pentru opțiunea de proiectare:

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

Mai rămâne doar să înmulțim valoarea cu tariful local. Apoi calculați costul total al încălzirii electrice și începeți să căutați modalități de a le reduce.

De exemplu, cumpărați un contor cu două tarife, care vă permite să plătiți parțial la tarife mai mici de „noapte”. De ce trebuie să înlocuiți vechiul contor electric cu un model nou? Procedura și regulile pentru efectuarea înlocuirii în detaliu revizuit aici.

O altă modalitate de a reduce costurile după înlocuirea contorului este includerea unui acumulator termic în circuitul de încălzire pentru a stoca energie ieftină noaptea și a o utiliza ziua.

Etapa #6 - calcularea costurilor sezoniere de încălzire

Acum că ați stăpânit metoda de calcul a pierderilor viitoare de căldură, puteți estima cu ușurință costurile de încălzire pe întreaga perioadă de încălzire.

Conform SNiP 23-01-99 „Climatologia clădirii” în coloanele 13 și 14 găsim pentru Moscova durata perioadei cu o temperatură medie sub 10 °C.

Pentru Moscova, această perioadă durează 231 de zile și are o temperatură medie de -2,2 °C. Pentru a calcula Q_{în general} pentru ΔT=22,2 °C, nu este necesar să se efectueze din nou întregul calcul.

Este suficient să scoateți Q_{în general} cu 1 °C:

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

În consecință, pentru ΔT= 22,2 °C:

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

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

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

Calculul de mai sus este de asemenea interesant pentru că ne permite să analizăm întreaga structură a casei din punct de vedere al eficacității izolației.

Am luat în considerare o versiune simplificată a calculelor. De asemenea, vă recomandăm să citiți integral calculul termic al clădirii.

Concluzii și video util pe această temă

Cum să evitați pierderea de căldură prin fundație:

Cum se calculează pierderea de căldură online:

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

Cu toate acestea, ca suplimentar, de exemplu la cazan cu combustibil solid, poate fi foarte eficient și util. Acestea pot reduce semnificativ timpul necesar pentru încălzirea sistemului de încălzire sau pot fi folosite ca centrală principală la temperaturi nu foarte scăzute.

Folosești un cazan electric pentru încălzire? Spune-ne ce metodă ai folosit pentru a calcula puterea necesară pentru casa ta. Sau poate doriți doar să cumpărați un cazan electric și aveți întrebări? Întrebați-i în comentariile articolului - vom încerca să vă ajutăm.