Колко електроенергия консумира електрическият котел: как да направите изчисления преди покупката

Използването на електричество като източник на енергия за отопление на къща извън града е привлекателно по много причини: лесна достъпност, разпространеност, екологичност. В същото време най-голямото препятствие пред използването на електрически котли остават доста високите тарифи.

Вие също се замислихте за целесъобразността на инсталирането на електрически котел? Нека заедно разберем колко електроенергия консумира електрическият котел. За целта ще използваме правилата за извършване на изчисления и формулите, разгледани в нашата статия.

Изчисленията ще помогнат да разберете подробно колко kWh електроенергия ще трябва да плащате месечно, ако използвате електрически котел за отопление на къща или апартамент. Получените цифри ще ви позволят да вземете окончателно решение относно покупката/непокупката на котела.

Начини за изчисляване на мощността на електрически котел

Могат да се разграничат две основни методики за изчисляване на необходимата мощност на електрическия котел. Първата се основава на отопляемата площ, втората на изчисляване на топлинните загуби през ограждащите конструкции.

Изчислението по първия вариант е много грубо, основава се на единствен показател – специфична мощност. Специфичната мощност е дадена в справочниците и зависи от региона.

Изчислението по втория вариант е по-сложно, но отчита множество индивидуални показатели на конкретната сграда. Пълното топлотехническо изчисление на сградата – задача доста сложна и трудоемка. По-нататък ще бъде разгледано опростено изчисление, въпреки това притежаващо необходимата точност.

Независимо от методиката на изчисление, количеството и качеството на събраните изходни данни пряко влияят на правилната оценка на необходимата мощност на електрическия котел.

При понижена мощност оборудването ще работи постоянно с максимално натоварване, без да осигурява необходимия комфорт на живот. При завишена мощност – неоправдано голямо потребление на електроенергия и висока цена на отоплителното оборудване.

За разлика от другите видове горива, електрическата енергия – това е екологично безопасен, доста чист и прост вариант, но обвързан с наличието на непрекъснато действаща електропреносна мрежа в региона.

Ред за изчисляване на мощността на електрически котел

По-нататък подробно ще разгледаме как да изчислим необходимата мощност на котела, така че оборудването да изпълнява напълно задачата си за отопление на дома.

Етап #1 – събиране на изходни данни за изчисляване

За извършване на изчисленията ще са необходими следните сведения за сградата:

• S – площ на отопляемото помещение.
• W_уд – специфична мощност.

Показателят за специфична мощност показва колко топлинна енергия е необходима на 1 м² за 1 час.

Зависи от местните природни условия, могат да се приемат следните стойности:

• за централната част на Русия: 120 – 150 Вт/м²;
• за южните региони: 70-90 Вт/м²;
• за северните региони: 150-200 Вт/м².

W_уд – теоретична величина, която се използва основно за много груби изчисления, защото не отразява реалните топлинни загуби на сградата. Не отчита площта на остъкляването, броя на вратите, материала на външните стени, височината на таваните.

Точният топлотехнически разчет се извършва с помощта на специализирани програми, като се вземат предвид множество фактори. За нашите цели такова изчисление не е необходимо, можем да се справим с изчисляване на топлинните загуби на външните ограждащи конструкции.

Величините, които трябва да се използват в изчисленията:

R – съпротивление на топлопреминаване или коефициент на топлосъпротивление. Това е отношението на разликата в температурите по краищата на ограждащата конструкция към топлинния поток, преминаващ през тази конструкция. Има размерност м²×⁰С/Вт.

Всъщност всичко е просто – R изразява способността на материала да задържа топлина.

Q – величина, показваща количеството топлинен поток, преминаващ през 1 м² повърхност при разлика в температурата от 1⁰С за 1 час. С други думи, показва колко топлинна енергия губи 1 м² от ограждащата конструкция на час при разлика в температурата от 1 градус. Има размерност Вт/м²×ч.

За приведените тук изчисления няма разлика между келвините и градусите по Целзий, тъй като важна не е абсолютната температура, а само разликата.

Q_общ – количество топлинен поток, преминаващ през площ S на ограждащата конструкция за час. Има размерност Вт/ч.

P – мощност на отоплителния котел. Изчислява се като необходимата максимална стойност на мощността на отоплителното оборудване при максимална разлика в температурата на външния и вътрешния въздух. С други думи, достатъчна мощност на котела за отопление на сградата през най-студения сезон. Има размерност W/h.

КПД – коефициент на полезно действие на отоплителния котел, безразмерна величина, показваща отношението на получената енергия към изразходваната енергия. В документацията на оборудването обикновено се дава в проценти от 100, например 99%. В изчисленията се използва стойност от 1, т.е. 0,99.

∆T – показва разликата в температурата от двете страни на ограждащата конструкция. За да стане по-ясно как правилно се изчислява разликата, вижте примера. Ако отвън: -30 °C, а вътре +22 °C, то ∆T = 22 – (-30) = 52 °C

Или същото, но в келвини: ∆T = 293 – 243 = 52 К

Тоест разликата винаги ще бъде една и съща за градуси и келвини, следователно за изчисленията справочните данни в келвини могат да се използват без корекции.

d – дебелина на ограждащата конструкция в метри.

k – коефициент на топлопроводимост на материала на ограждащата конструкция, който се взема от справочници или от СНиП II-3-79 «Строителна топлотехника» (СНиП – строителни норми и правила). Има размерност W/(m·K) или W/(m·°C).

Следващият списък с формули показва взаимовръзката на величините:

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

За многослойни конструкции съпротивлението на топлопреминаване R се изчислява за всяка конструкция поотделно и след това се сумира.

Понякога изчисляването на многослойни конструкции може да бъде твърде обемисто, например при изчисляване на топлинните загуби на прозоречен стъклопакет.

Какво трябва да се вземе предвид при изчисляване на съпротивлението на топлопреминаване за прозорците:

• дебелината на стъклото;
• броя на стъклата и въздушните междини между тях;
• вида на газа между стъклата: инертен газ или въздух;
• наличието на топлоизолационно покритие на прозоречното стъкло.

Въпреки това могат да се намерят готови стойности за цялата конструкция или от производителя, или в справочник; в края на тази статия е дадена таблица за стъклопакети от разпространена конструкция.

Етап #2 – изчисляване на топлинните загуби на пода на сутеренния етаж

Отделно трябва да се спрем на изчисляването на топлинните загуби през пода на сградата, тъй като почвата оказва значително съпротивление на топлопреминаването.

При изчисляване на топлинните загуби на сутеренния етаж трябва да се вземе предвид задълбочаването в почвата. Ако къщата е на нивото на земята, то задълбочаването се приема равно на 0.

По общоприетата методика площта на пода се разделя на 4 зони.

• Зона 1 – отстъпва се 2 m от външната стена към центъра на пода по периметъра. В случай на задълбочаване на сградата, се отстъпва от нивото на земята до нивото на пода по вертикалната стена. Ако стената е задълбочена в почвата на 2 m, то зона 1 ще бъде изцяло на стената.
• Зона 2 – отстъпва се по 2 m по периметъра към центъра от границата на зона 1.
• Зона 3 – отстъпва се по 2 m по периметъра към центъра от границата на зона 2.
• Зона 4 – оставащият под.

За всяка зона от установената практика са определени свои R:

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

Приведените стойности на R са валидни за подове без покритие. В случай на изолация, всяко R се увеличава с R на изолацията.

Допълнително за подове, положени върху греди, R се умножава по коефициент 1,18.

Зона 1 има ширина 2 метра. Ако къщата е вдлъбната, трябва да се вземе височината на стените в земята, да се извади от 2 метра, а остатъкът да се пренесе на пода.

Етап #3 – изчисляване на топлинните загуби на тавана

Сега може да се пристъпи към изчисленията.

Формула, която може да служи за приблизителна оценка на мощността на електрически котел:

W=W_спец × S

Задача: да се изчисли необходимата мощност на котела в гр. Москва, отопляема площ 150 m².

При извършване на изчисленията вземаме предвид, че Москва принадлежи към централния регион, т.е. W_спец може да се приеме равно на 130 W/m².

W_спец = 130 × 150 = 19500 W/h или 19,5 kW/h

Тази цифра е толкова неточна, че не изисква отчитане на КПД на отоплителното оборудване.

Сега да определим топлинните загуби през 15 m² площ на тавана, изолиран с минерална вата. Дебелина на слоя изолация 150 mm, температура на външния въздух -30 °C, вътре в сградата +22 °C за 3 часа.

Решение: по таблицата намираме коефициента на топлопроводност на минералната вата, k=0,036 W/m×°C. Дебелината d трябва да се вземе в метри.

Редът на изчисление е следният:

• 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_общ = 12,48 × 15 = 187 W/h.

Изчислихме, че загубите на топлина през тавана ще съставят в нашия пример 187 * 3 = 561 W.

За нашите цели е напълно допустимо да опростим изчисленията, като изчисляваме топлинните загуби само на външните конструкции: стени и тавани, без да обръщаме внимание на вътрешните прегради и врати.

Освен това, може да се мине без изчисляване на топлинните загуби за вентилация и канализация. Няма да вземаме предвид инфилтрацията и ветровото натоварване. Зависимостта от ориентацията на сградата спрямо посоките на света и количеството получена слънчева радиация.

От общи съображения може да се направи един извод. Колкото по-голям е обемът на сградата, толкова по-малко топлинни загуби се падат на 1 м². Лесно е да се обясни това, тъй като площта на стените нараства квадратично, а обемът – кубично. Сферата има най-малки топлинни загуби.

В ограждащите конструкции се вземат предвид само затворените въздушни слоеве. Ако вашата къща има вентилируема фасада, такъв въздушен слой се счита за незатворен и не се взема предвид. Не се вземат предвид всички слоеве, които следват преди незатворения въздушен слой: фасадна плочка или касети.

Затворените въздушни слоеве, например, в стъклопакетите се вземат предвид.

Всички стени на къщата са външни. Таванът не се отоплява, топлинното съпротивление на покривните материали не се взема предвид

Етап #4 – изчисляване на общите топлинни загуби на къщата

След теоретичната част може да се пристъпи към практическата.

За пример ще изчислим къща:

• размери на външните стени: 9х10 м;
• височина: 3 м;
• прозорец със стъклопакет 1,5×1,5 м: 4 бр;
• врата дъбова 2,1×0,9 м, дебелина 50 мм;
• подове от бор 28 мм, върху екструдиран пенополистирол с дебелина 30 мм, положени върху греди;
• таван от гипсокартон 9 мм, върху минерална вата с дебелина 150 мм;
• материал на стените: зидария от 2 силикатни тухли, изолация с минерална вата 50 мм;
• най-студеният период – 30 °С, проектната температура вътре в сградата 20 °С.

Ще извършим подготвителни изчисления на необходимите площи. При изчисляване на зоните на пода приемаме нулево задълбочаване на стените. Подовата дъска е положена върху греди.

• прозорци – 9 м²;
• врата – 1,9 м²;
• стени, минус прозорци и врата – 103,1 м²;
• таван – 90 м²;
• площи на зоните на пода: S1 = 60 м², S2 = 18 м², S3 = 10 м², S4 = 2 м²;
• ΔT = 50 °С.

След това по справочниците или по таблиците, дадени в края на тази глава, избираме необходимите стойности на коефициента на топлопроводимост за всеки материал. Препоръчваме да се запознаете по-подробно с коефициента на топлопроводимост и неговите стойности за най-популярните строителни материали.

За борови дъски коефициентът на топлопроводимост трябва да се вземе по дължината на влакната.

Цялото изчисление е доста просто:

Стъпка №1: Изчисляване на топлинните загуби през носещите стенни конструкции включва три действия.

Изчисляваме коефициента на топлинни загуби на стени от тухлена зидария: R_кир = d / k = 0,51 / 0,7 = 0,73 м²×°С/Вт.

Същото за изолацията на стените: R_ут = d / k = 0,05 / 0,043 = 1,16 м²×°С/Вт.

Топлинни загуби на 1 м² външни стени: Q = ΔT/(R_кир + R_ут) = 50 / (0,73 + 1,16) = 26,46 м²×°С/Вт.

В крайна сметка общите топлинни загуби на стените ще бъдат: Q_ст = Q×S = 26,46 × 103,1 = 2728 W/ч.

Стъпка №2: Изчисления на загубите на топлинна енергия през прозорците: Q_окн = 9 × 50 / 0,32 = 1406 W/ч.

Стъпка №3: Преброяване на изтичанията на топлинна енергия през дъбовата врата: Q_дв = 1,9 × 50 / 0,23 = 413 W/ч.

Стъпка №4: Загуби на топлина през горното покритие – таван: Q_пот = 90 × 50 / (0,06 + 4,17) = 1064 W/ч.

Стъпка №5: Изчисляваме R_ут за пода също в няколко стъпки.

Първо намираме коефициента на топлинни загуби на изолацията: R_ут= 0,16 + 0,83 = 0,99 м²×°С/Вт.

След това добавяме R_ут към всяка зона:

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

Стъпка №6: Тъй като подът е положен върху греди, умножаваме по коефициент 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.

Стъпка №7: Изчисляваме Q за всяка зона:

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.

Стъпка №8: Сега може да се изчисли Q за целия под: Q_под = 824 + 144 + 44 + 6 = 1018Вт/ч.

Стъпка №9: В резултат на направените от нас изчисления може да се отбележи сумата на общите топлинни загуби:

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

В изчислението не са включени топлинните загуби, свързани с канализацията и вентилацията. За да не усложняваме прекалено, просто ще добавим 5% за изброените течове.

Разбира се, необходим е резерв, минимум 10%.

По този начин крайната цифра на топлинните загуби на приведената като пример къща ще бъде:

Q_общ = 6629 × 1,15 = 7623Вт/ч.

Q_общ показва максималните топлинни загуби на къщата при разлика в температурата на външния и вътрешния въздух от 50 °С.

Ако се изчисли по първия опростен вариант чрез Wуд, то:

W_спец = 130 × 90 = 11700Вт/ч.

Ясно е, че вторият вариант на изчисление, макар и значително по-сложен, дава по-реална цифра за сгради с изолация. Първият вариант позволява да се получи обобщена стойност на топлинните загуби за сгради с ниска степен на топлоизолация или изобщо без такава.

В първия случай котелът ще трябва всеки час напълно да възобновява загубите на топлинна енергия, които се случват през отвори, подове, стени без изолация.

Във втория случай трябва да се отоплява само веднъж до достигане на комфортна стойност на температурата. След това котелът ще трябва само да възстановява топлинните загуби, чиято величина е значително по-ниска от първия вариант.

Таблица 1. Топлопроводност на различни строителни материали.

В таблицата са дадени коефициентите на топлопроводност за разпространени строителни материали

Таблица 2. Дебелина на циментовата фуга при различни видове зидария.

При изчисляване на дебелината на зидарията се отчита дебелината на фугата от 10 мм. Заради циментовите фуги топлопроводността на зидарията е малко по-висока от тази на отделна тухла

Таблица 3. Топлопроводност на различни видове плочи от минерална вата.

В таблицата са дадени стойностите на коефициента на топлопроводимост за различни минерални ватни плочи. За изолация на фасади се използва твърда плоча.

Таблица 4. Топлинни загуби на прозорци с различна конструкция.

Означения в таблицата: Ar – запълване на стъклопакетите с инертен газ, К – външното стъкло има топлозащитно покритие, дебелина на стъклото 4мм, останалите цифри означават разстоянието между стъклата.

7,6 кВт/ч – това е изчислената необходима максимална мощност, която се изразходва за отопление на добре изолирана сграда. Въпреки това, електрическите котли също се нуждаят от малък заряд за собственото си захранване.

Както забелязахте, лошо изолирана къща или апартамент ще изисква големи разходи за електроенергия за отопление. Освен това това важи за всякакъв тип котел. Правилната изолация на пода, тавана и стените позволява значително да се намалят разходите.

На нашия сайт има статии за методите на изолация и правилата за избор на топлоизолационен материал. Предлагаме ви да се запознаете с тях:

• Изолация на частен дом отвън: популярни технологии + обзор на материалите
• Топлоизолация на пода по греди: материали за топлоизолация + схеми за изолация
• Топлоизолация на мансарден покрив: подробен инструктаж за изграждане на топлоизолация в мансардата на нискоетажна къща
• Видове изолации за стени на къща отвътре: материали за топлоизолация и техните характеристики
• Топлоизолация за таван в частен дом: видове използвани материали + как правилно да изберете
• Изолация на балкона със собствените си ръце: популярни варианти и технологии за изолация на балкона отвътре

Етап #5 – изчисляване на разходите за електроенергия

Ако опростим техническата същност на отоплителния котел, можем да го наречем обикновен преобразувател на електрическа енергия в неин топлинен аналог. Изпълнявайки работата по преобразуването, той също консумира известно количество енергия. Т.е. котелът получава пълна единица електроенергия, а за отопление постъпва само 0,98 от нея.

За получаване на точна стойност на разхода на електроенергия на изследвания електрически отоплителен котел, неговата мощност (номинална в първия случай и изчислена във втория) трябва да се раздели на обявената от производителя стойност на КПД.

Средно КПД на подобно оборудване е 98%. В резултат на това стойността на потреблението на енергия ще бъде, например за изчисления вариант:

7,6 / 0,98 = 7,8 кВт/ч.

Остава да се умножи стойността по местната тарифа. След това да се изчисли общата сума на разходите за електроотопление и да се потърсят начини за тяхното намаляване.

Например, да си купите двутарифен брояч, позволяващ частично да се извършва плащане по по-ниски “нощни” тарифи. За целта ще е необходимо да замените стария електромер с нов модел. Редът и правилата за извършване на замяната са подробно разгледани тук.

Още един начин да намалите разходите след смяна на брояча – да включите в отоплителния кръг термоакумулатор, за да се запасявате с евтина енергия през нощта, а да я изразходвате през деня.

Етап #6 – пресмятане на сезонните разходи за отопление

Сега, когато усвоихте методиката за изчисляване на бъдещите топлинни загуби, лесно ще можете да оцените разходите за отопление през целия отоплителен период.

По СНиП 23-01-99 «Строителна климатология» в колони 13 и 14 намираме за Москва продължителност на периода със средна температура под 10 °С.

За Москва този период продължава 231 ден и има средна температура -2,2 °C. За да се изчисли Q_общ за ΔT=22,2 °C, не е необходимо да се извършва цялото изчисление отново.

Достатъчно е да се изведе Q_общ на 1 °C:

Q_общ = 7623 / 50 = 152,46 W/h

Съответно за ΔT=22,2 °C:

Q_общ = 152,46 × 22,2 = 3385 W/h

За намиране на потребената електроенергия умножаваме по отоплителния период:

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

Приведеният изчисление е интересен и с това, че позволява да се направи анализ на цялата конструкция на къщата от гледна точка на ефективността на прилагане на изолация.

Ние разгледахме опростен вариант на изчисленията. Препоръчваме ви също да се запознаете с пълното топлотехническо изчисление на сградата.

Изводи и полезно видео по темата

Как да избегнем топлинните загуби през фундамента:

Как да изчислим топлинните загуби онлайн:

Използването на електрически котли като основно отоплително оборудване е много силно ограничено от възможностите на електрическите мрежи и цената на електроенергията.

Въпреки това като допълнително, например към котел на твърдо гориво, могат да бъдат много ефективни и полезни. Способни са значително да съкратят времето за загряване на отоплителната система или да се използват като основен котел при не много ниски температури.

Използвате ли електрически котел за отопление? Разкажете ни по кой метод сте изчислили необходимата мощност за вашата къща. Или може би тепърва искате да купите електрически котел и имате въпроси? Задайте ги в коментарите към статията – ще се постараем да ви помогнем.