Энергетические расходы электрического котла: как провести расчеты перед покупкой

Отопление загородного дома с помощью электроэнергии является привлекательным решением благодаря своей доступности, распространенности и экологичности. Но основным фактором, сдерживающим использование электрических котлов, остаются высокие тарифы на электроэнергию.

Размышляете о целесообразности установки электрического котла? Давайте детально исследуем, сколько электроэнергии потребляет данное устройство. Мы воспользуемся правилами расчета и формулами, изложенными в нашей статье.

Вычисления помогут понять, сколько киловатт электроэнергии вам необходимо будет оплачивать каждый месяц, если вы решите использовать электрокотел для отопления своего дома или квартиры. Полученные данные помогут вам принять решение о целесообразности приобретения котла.

Методы определения мощности электрокотла

Существует две основные методики для расчета требуемой мощности электрического котла. Первый метод опирается на площадь помещения, второй — на оценку теплопотерь через строительные конструкции.

Первый способ расчетов достаточно упрощен и основан на едином показателе — удельной мощности. Эта величина представлена в справочной литературе и варьируется в зависимости от региона.

Электрический котел не требует топлива, нет необходимости в дымоходах и котельных. Для организации такого отопления не нужна отдельная котельная.

Однако важным недостатком использования электроэнергии остаются высокие тарифы и зависимость от централизованных энергосистем.

Для нормальной работы необходимо надежное электроснабжение и достаточная мощность. Поэтому перед покупкой стоит провести все необходимые расчеты, включая финансовые расходы.

Преимущества электрического котла

Существуют явные плюсы в эксплуатации электрического котла.

Недостатки отопительных систем на электрическом котле

Определим подбор электрического котла нужной мощности.

Второй метод расчета несколько сложнее, но учитывает множество индивидуальных аспектов конкретного строения. Полное теплотехническое проектирование может быть довольно трудоемким и детализированным. Далее будет представлен упрощенный расчет, который тем не менее будет обладать необходимой точностью.

Независимо от того, какой метод расчета применен, качество и количество собранных исходных данных независимо влияют на корректность определения необходимой мощности электрического котла.

Недостаточно мощная система будет вынуждена работать на пределе своих возможностей, что не обеспечит необходимого комфорта. Чрезмерно мощная система будет неэкономичной и приведет к высоким затратам на электроэнергию.

Электрическая энергия, в отличие от других источников, является экологически чистым и простым вариантом, однако ее использование зависит от стабильности электроцепи в вашем регионе.

Пошаговая инструкция по расчету мощности электрического котла

Теперь подробно рассмотрим, как можно рассчитать нужную мощность котла, чтобы он эффективно выполнял свои функции по обогреву вашего жилья.

Шаг #1 — сбор данных для расчетов

Для выполнения расчетов вам понадобятся следующие данные о здании:

Удельная мощность показывает, сколько тепла требуется для обогрева 1 м² в течение 1 часа.

Эти показатели зависят от климатических условий, можно использовать такие значения:

• для центральной России: 120 – 150 Вт/м²;
• для южных регионов: 70-90 Вт/м²;
• для северных регионов: 150-200 Вт/м².

W_уд — это теоретическая величина, которая применяется в основном для грубых расчетов, поскольку не учитывает реальные теплопотери здания. Она не учитывает площадь окон, количество дверей, материалы стен и высоту потолков.

Точный теплотехнический расчет проводится с помощью специализированных программ, принимая во внимание множество факторов. Для наших целей достаточно будет рассмотреть теплопотери наружных стен.

Формулы и величины, которые нужно учесть в расчетах:

R — сопротивление теплопередачи или коэффициент теплосопротивления. Это соотношение разности температур на границах ограждающей конструкции к тепловому потоку, проходящему через эту конструкцию. Единица измерения: м² × °С/Вт.

На самом деле, R показывает, насколько хорошо материал удерживает тепло.

Q — это величина, показывающая количество тепла, теряемого через 1 м² поверхности при разнице температур в 1°C за 1 час. Имеет размерность Вт/м² × ч.

Что касается расчетов, разница между кельвинами и градусами Цельсия не имеет значения, поскольку важна только разность температур.

Q_общ — общий тепловой поток, проходящий через площадь S ограждающей конструкции за час. Указанный в Вт/ч.

P — мощность отопительного котла, которая рассчитывается как максимальная величина мощности, необходимая для обогрева здания при максимальной разнице температур между наружным и внутренним воздухом. Это минимально достаточная мощность котла для отопления в холодные сезоны. Измеряется в Вт/ч.

КПД — это коэффициент полезного действия котла, безразмерная величина, обозначающая соотношение полученной энергии к затраченной. В документации обычно указывается в процентах от 100, например 99%. Для расчетов используется значение от 1, т.е. 0,99.

∆T — разница температур с обеих сторон ограждающей конструкции. Для наглядности, чтобы рассчитать значение, рассмотрим пример. Если на улице -30 °C, а внутри +22 °C, тогда ∆T = 22 — (-30) = 52 °C

И аналогично в кельвинах: ∆T = 293 – 243 = 52K

Таким образом, разница температур всегда одинакова для градусов и кельвинов, поэтому в расчетах справочные данные в кельвинах могут применяться без корректировок.

d — толщина стены в метрах.

k — коэффициент теплопроводности материалов, который берется из справочников или СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника». Имеет измерение Вт/м×K или Вт/м×°С.

Следующий список формул демонстрирует взаимосвязь указанных величин:

Для многослойных конструкций R рассчитывается для каждого слоя отдельно с последующим суммированием.

В некоторых случаях расчет многослойных структур может быть громоздким, например, в случае оконных стеклопакетов.

При расчете сопротивления теплопередаче для окон нужно учитывать:

• толщину стекол;
• количество стекол и воздушные промежутки между ними;
• вид газа между стеклами: инертный или воздух;
• наличие теплоизоляционного покрытия на стекле.

Тем не менее можно найти готовые данные для конструкции у производителя или в справочниках. В конце статьи приведена таблица со стеклопакетами распространенных видов.

Шаг #2 — расчёт теплопотерь через пол цокольного этажа

Важно отдельно рассмотреть теплопотери через пол здания, поскольку грунт оказывает значительное влияние на теплопередачу.

При оценке теплопотерь цокольного этажа необходимо учитывать заглубление в землю. Если дом на уровне грунта, то заглубление принимается равным 0.

В соответствии с общепринятой методологией, площадь пола делится на 4 зоны.

• 1 зона — отступаем 2 м от наружной стены к центру помещения по периметру. В случае заглубления здания отступаем от уровня земли до уровня пола по вертикальной стене. Если стена находится в грунте на 2 м, то эта зона будет полностью в стене.
• 2 зона — отступаем 2 м от границы 1 зоны к центру.
• 3 зона — отступаем 2 м от границы 2 зоны к центру.
• 4 зона — оставшаяся площадь пола.

Для каждой зоны установлены свои значения R:

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

Озвученные значения R верны для полов без отделки. В случае утепления каждое R увеличивается на R утеплителя.

Дополнительно для полов, уложенных на лаги, R умножается на коэффициент 1,18.

Первая зона равномерно имеет ширину 2 метра. Если дом заглублен, следует учесть высоту стен в грунте, вычесть из 2 метров, и остаток перенести на пол.

Шаг #3 — вычисление теплопотерь потолка

Теперь можно переходить к расчетам.

Формула, которой можно воспользоваться для приблизительной оценки потребляемой мощности электрического котла:

W=W_уд × S

Задача: рассчитать нужную мощность котла для г. Москва при отапливаемой площади 150 м².

Учитывая, что Москва относится к центральной части страны, W_уд можно взять равным 130 Вт/м².

W_уд = 130 × 150 = 19500 Вт/ч или 19,5 кВт/ч

Эта оценка такова, что не требует учета КПД котельного оборудования.

Теперь определим теплопотери через 15 м² потолка с утеплителем из минеральной ваты. Толщина теплоизоляционного слоя составляет 150 мм, наружная температура -30 °С, внутри здания +22 °С за 3 часа.

Решение: по таблице находим коэффициент теплопроводности минеральной ваты, k=0,036 Вт/м × °С. Толщину d нужно переводить в метры.

Расчет производится по следующему алгоритму:

• R = 0,15 / 0,036 = 4,167 м² × °С/Вт
• ∆T = 22 — (-30) = 52 °С
• Q = 52 / 4,167 = 12,48 Вт/м² ×ч
• Q_общ = 12,48 × 15 = 187 Вт/ч.

В нашем примере было вычислено, что теплопотери через потолок составят 187 × 3 = 561 Вт.

Для упрощения процесса подсчета в нашем случае мы можем ограничиться расчетами теплопотерь исключительно наружных конструкций: стен и потолков, не учитывая внутренние перегородки и двери.

Также можно опустить расчеты потерь тепла через вентиляцию и канализацию, не принимая во внимание инфильтрацию и воздействие ветра, а также влияние расположения здания по отношению к сторонам света и количество солнечной радиации, которую оно получает.

Можно сделать общий вывод: чем больше объем здания, тем меньшие теплопотери приходятся на 1 м². Это объясняется тем, что площадь стен увеличивается квадратично, а объем — кубически. Например, сфера обладает минимальными теплопотерями.

При анализе ограждающих конструкций учитываются только замкнутые воздушные слои. Если у вашего дома есть вентилируемый фасад, такой воздушный слой не считается замкнутым и в расчет не включается. Также не принимаются в расчет все слои, находящиеся перед несогласованным воздушным слоем, такие как фасадные плиты или кассеты.

Замкнутые воздушные слои, например, в стеклопакетах, учитываются.

Все стены здания следует считать наружными. Чердак не отапливается, поэтому теплосопротивление кровельных материалов не берётся в расчет.

Этап #4 — расчет общих теплопотерь загородного дома

Сначала выполняем теоретическую часть, а затем переходим к практической.

Рассмотрим пример расчета для дома:

• размеры наружных стен: 9х10 м;
• высота: 3 м;
• 4 окна со стеклопакетами 1,5 × 1,5 м;
• дверь из дуба 2,1 × 0,9 м, толщиной 50 мм;
• полы из сосны 28 мм с уложенным сверху экструдированным пенопластом толщиной 30 мм, установленным на лаги;
• потолок — гипсокартон 9 мм с минеральной ватой толщиной 150 мм;
• материал стен: два ряда силикатного кирпича с утеплением минеральной ватой толщиной 50 мм;
• самый холодный период – -30 °C, проектная температура внутри – 20 °C.

Теперь проведем первичные расчеты необходимых площадей. При анализе зон на полу предполагаем нулевое заглубление стен. Доска пола установлена на лаги.

• площадь окон — 9 м²;
• площадь двери — 1,9 м²;
• площадь стен без учета окон и двери — 103,1 м²;
• площадь потолка — 90 м²;
• площади зон пола: S1 = 60 м², S2 = 18 м², S3 = 10 м², S4 = 2 м²;
• ΔT = 50 °C.

Далее, ссылаясь на справочники или таблицы, приведенные в конце данной главы, рекомендуем выбрать необходимые значения коэффициентов теплопроводности для каждого материала. Рекомендуется дополнительно ознакомиться с коэффициентами теплопроводности различных строительных материалов.

Для сосновых досок коэффициент теплопроводности следует рассматривать в направлении волокон.

Сам расчет достаточно прост:

Шаг №1: Определяем потери тепла через несущие стеновые конструкции, что предполагает три главных этапа.

Сначала рассчитываем коэффициент теплопотерь для стен из кирпичной кладки: R_кир = d / k = 0,51 / 0,7 = 0,73 м² × °С/Вт.

Аналогично для утеплителя стен: R_ут = d / k = 0,05 / 0,043 = 1,16 м² × °С/Вт.

Теплопотери на 1 м² наружных стен рассчитываются так: Q = ΔT / (R_кир + R_ут) = 50 / (0,73 + 1,16) = 26,46 м² × °С/Вт.

Таким образом, общие теплопотери стен будут: Q_ст = Q × S = 26,46 × 103,1 = 2728 Вт/ч.

Шаг №2: Вычисляем потери тепловой энергии через окна: Q_окн = 9 × 50 / 0,32 = 1406 Вт/ч.

Шаг № 3: Считаем потери тепловой энергии через дубовую дверь: Q_дв = 1,9 × 50 / 0,23 = 413 Вт/ч.

Шаг №4: Определяем потери тепла через потолок: Q_пот = 90 × 50 / (0,06 + 4,17) = 1064 Вт/ч.

Шаг №5: Вычисляем R_ут для пола в несколько шагов.

Сначала определяем коэффициент теплопотерь утеплителя: R_ут= 0,16 + 0,83 = 0,99 м² × °С/Вт.

Затем добавляем R_ут для каждой зоны:

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

Шаг №6: Так как пол уложен на лаги, умножаем на коэффициент 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.

Шаг №7: Теперь мы можем вычислить Q для каждой зоны:

Q1 = 60 × 50 / 3,64 = 824 Вт/ч;

Q2 = 18 × 50 / 6,24 = 144 Вт/ч;

Q3 = 10 × 50 / 11,32 = 44 Вт/ч;

Q4 = 2 × 50 / 17,92 = 6 Вт/ч.

Шаг №8: Теперь вычисляем Q для всего пола: Q_пол = 824 + 144 + 44 + 6 = 1018 Вт/ч.

Шаг №9: По итогам всех проведенных расчетов, определяем общую сумму теплопотерь:

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

В расчет не включены теплопотери, связанные с вентиляцией и канализацией. Чтобы не усложнять процесс, добавим к этим потерям 5%.

При этом необходим запас, как минимум 10%.

Таким образом, окончательная величина теплопотерь для рассматриваемого дома составит:

Q_общ = 6629 × 1,15 = 7623 Вт/ч.

Q_общ демонстрирует максимальные теплопотери дома при разнице температур между наружным и внутренним воздухом в 50 °С.

Если же мы воспользуемся первым упрощенным вариантом через W_уд, то получится:

W_уд = 130 × 90 = 11700 Вт/ч.

Очевидно, что второй подход, хоть и немного сложнее, предоставляет более точные данные для утепленных зданий. Первый же вариант дает обобщенное представление о теплопотерях для сооружений с низкой теплоизоляцией или ее отсутствием.

В первом случае системе отопления придется каждый час полностью компенсировать теплопотери, которые происходят через проемы и неутепленные стены.

Во втором случае, достаточно будет один раз обогреть помещение до комфортной температуры, а потом котел уйдет на компенсацию меньших потерь на тепло.

Таблица 1. Теплопроводность различных строительных материалов.

В таблице представлены коэффициенты теплопроводности для популярных строительных материалов.

Таблица 2. Толщина цементного шва при различных типах кладки.

При расчете толщины кладки рассматривается толщина шва 10мм, что приводит к умеренному увеличению теплопроводности кладки относительно отдельных кирпичей.

Таблица 3. Теплопроводность различных типов минеральной ваты.

В таблице указаны коэффициенты теплопроводности для различных видов минераловатных плит. Для утепления фасадов, как правило, применяется негнущаяся плита.

Таблица 4. Теплопотери различных типов окон.

Краткое обозначение в таблице: Ar – заполнение стеклопакетов инертным газом, К – обозначение защитного покрытия на наружном стекле, толщина которого составляет 4 мм, остальные цифры — это промежуток между стеклами.

7,6 кВт/ч – это расчетная требуемая максимальная мощность, необходимая для отопления хорошо утепленного здания. Тем не менее, электрокотлам также необходима энергия для функционирования.

Как видно, плохо утепленный дом или квартира будут требовать значительно больше электроэнергии для обогрева, и это в полной мере относится ко всем типам котлов. Правильная теплоизоляция полов, потолков и стен способна существенно сократить расходы.

На нашем сайте имеются материалы относительно технологий утепления и рекомендации по выбору теплоизоляционных материалов. Рекомендуем ознакомиться с ними:

• Методы утепления частных домов снаружи: популярные технологии и обзор материалов
• Утепление пола по лагам: какие материалы выбрать для теплоизоляции и схемы утепления
• Утепление мансардных крыш: пошаговые инструкции по устройству теплоизоляции в мансардных этажах малоэтажных домов
• Типы утеплителей для стен изнутри: материалы и их характеристики
• Утеплитель для потолка в частном доме: виды материалов и как правильно выбрать
• Утепление балкона своими руками: популярные варианты и технологии внутреннего утепления балкона.

Этап #5 — расчет электроэнергии

Если упростить технический принцип работы котла отопления, то его можно охарактеризовать как обычный преобразователь электрической энергии в тепловую. В процессе преобразования он тоже использует определенное количество энергии. То есть, котел получает полную единицу электроэнергии, однако лишь 0,98 ее части используется для отопления.

Для более точного определения расхода электроэнергии, используемого электрическим котлом для отопления, необходимо разделить его мощность (номинальную для первого случая и расчетную для второго) на значение коэффициента полезного действия, представленное производителем.

В среднем КПД данного типа оборудования составляет 98%. Таким образом, количество потребляемой энергии составит, к примеру, для расчетного варианта:

7,6 / 0,98 = 7,8 кВт/ч.

Теперь остается умножить полученное значение на тариф за электроэнергию. Затем вычисляем общую сумму расходов на электроотопление и ищем пути для их сокращения.

Одним из таких путей может быть покупка двухтарифного счетчика, который позволит сокращать стоимость оплаты, использовав более низкие «ночные» тарифы. Для этого потребуется заменить старый счетчик на новый, и порядок замены был подробно описан здесь.

Еще одним способом уменьшить расходы после установки нового счетчика является подключение к отопительному контуру термоаккумулятора, который будет накапливать энергию ночью, а затем использовать ее в дневное время.

Этап #6 — расчет сезонных расходов на отопление

Теперь, когда вы изучили методику вычисления будущих теплопотерь, вы сможете легко оценить расходы на отопление на протяжении всего отопительного сезона.

Согласно СНиП 23-01-99 «Строительная климатология», в данных столбцах 13 и 14 мы можем определить для Москвы продолжительность периода с усредненной температурой ниже 10 °С.

Для столицы такой период составляет 231 день и характеризуется средним значением температуры равным -2,2 °С. Теперь, чтобы рассчитать Q_общ при ΔT=22,2 °С, не нужно выполнять полный расчет заново.

Достаточно вычислить Q_общ на 1 °С:

Q_общ = 7623 / 50 = 152,46 Вт/ч

Таким образом, для ΔT= 22,2 °С получаем:

Q_общ = 152,46 × 22,2 = 3385 Вт/ч

Для определения общего потребления электроэнергии умножим на продолжительность отопительного сезона:

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

Этот расчет интересен тем, что дает возможность провести оценку конструкции дома с точки зрения эффективности используемого утепления.

Мы рассмотрели упрощенный подход к расчетам. Рекомендуем обратить внимание на более детализированный теплотехнический расчет здания.

Выводы и полезные видео по теме

Как защититься от теплопотерь через фундамент:

Как выполнить расчет теплопотерь через интернет:

Использование электрокотлов в качестве основного оборудования для отопления сильно ограничено возможностями электросетей и ценой на электроэнергию.

Тем не менее, как дополнение к твердотопливному котлу, они могут оказаться весьма эффективными. Эти устройства способны существенно сократить время на прогревание системы отопления или же применяться в качестве основного котла при умеренных температурах.

Используете ли вы электрический котел для обогрева? Поделитесь, по какому принципу вы вычисляли необходимую мощность для вашего жилья. Или, возможно, вы планируете приобрести электрокотел и у вас есть вопросы? Оставляйте их в комментариях к статье — мы постараемся вам помочь.