Сколько потребляет электроэнергии электрический котел: как провести расчеты перед покупкой

Использование электричества в качестве источника энергии для отопления загородного дома привлекательно по многим причинам: легкодоступность, распространенность, экологичность. Вместе с тем самым главным препятствием использования электрических котлов остаются довольно высокие тарифы.

Вы тоже задумались о целесообразности установки электрокотла? Давайте вместе разберемся, сколько потребляет электроэнергии электрический котел. Для чего будем использовать правила выполнения расчетов и формулы, рассмотренные в нашей статье.

Расчеты помогут детально разобраться в том, сколько кВт электроэнергии придется оплачивать ежемесячно в случае использования электокотла для отопления дома или квартиры. Полученные цифры позволят принять окончательное решение по поводу покупки/не покупки котла.

Способы расчета мощности электрокотла

Можно выделить две основные методики расчета необходимой мощности электрического котла. Первая основана на отапливаемой площади, вторая на расчете теплопотерь через ограждающие конструкции.

Расчет по первому варианту очень грубый, основан на единственном показателе — удельной мощности. Удельная мощность приведена в справочниках и зависит от региона.

Расчет по второму варианту сложнее, но учитывает множество индивидуальных показателей конкретного здания. Полный теплотехнический расчет здания — задача достаточно сложная и кропотливая. Далее будет рассмотрен упрощенный расчет, тем не менее обладающий необходимой точностью.

Независимо от методики расчета, количество и качество собранных исходных данных напрямую влияют на правильную оценку требуемой мощности электрокотла.

При заниженной мощности оборудование будет постоянно работать с максимальной нагрузкой, не обеспечивая нужного комфорта проживания. При завышенной мощности – неоправданно большое потребление электроэнергии высокая стоимость отопительного оборудования.

В отличие от других видов топлива, электроэнергия — это экологически безопасный, довольно чистый и простой вариант, но привязанный к наличию бесперебойно действующей электросети в регионе

Порядок расчета мощности электрического котла

Далее подробно рассмотрим как рассчитать необходимую мощность котла, чтобы оборудование в полном объеме выполняло свою задачу по обогреву дома.

Этап #1 — сбор исходных данных для расчета

Для проведения расчетов понадобятся следующие сведения о здании:

• S – площадь отапливаемого помещения.
• W_уд – удельная мощность.

Показатель удельной мощности показывает сколько необходимо тепловой энергии на 1 м² в 1 час.

Зависит от местных природных условий, можно принять следующие значения:

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

W_уд – величина теоретическая, которая применяется в основном для очень грубых расчетов, потому что не отражает реальных теплопотерь здания. Не учитывает площадь остекления, количество дверей, материал наружных стен, высоту потолков.

Точный теплотехнический расчет производится при помощи специализированных программ с учетом множества факторов. Для наших целей такой расчет не нужен, вполне можно обойтись обсчетом теплопотерь наружных ограждающих конструкций.

Величины, которые нужно задействовать в расчетах:

R – сопротивление теплопередачи или коэффициент теплосопротивления. Это отношение разности температур по краям ограждающей конструкции к тепловому потоку, проходящему через эту конструкцию. Имеет размерность м²×⁰С/Вт.

На самом деле все просто – R выражает способность материала задерживать тепло.

Q – величина, показывающая количество теплового потока проходящего через 1 м² поверхности при разности температуры в 1⁰С за 1час. То есть показывает сколько теряет тепловой энергии 1 м² ограждающей конструкции в час при перепаде температуры в 1 градус. Имеет размерность Вт/м²×ч.

Для приведенных здесь расчетов разницы между кельвинами и градусами по Цельсию нет, поскольку важна не абсолютная температура, а только разница.

Q_общ – количество теплового потока проходящее через площадь S ограждающей конструкции в час. Имеет размерность Вт/ч.

P – мощность отопительного котла. Вычисляется как требуемая максимальная величина мощности отопительного оборудования при максимальной разнице температуры наружного и внутреннего воздуха. Другими словами достаточная мощность котла для обогрева здания в самый холодный сезон. Имеет размерность Вт/ч.

КПД – коэффициент полезного действия отопительного котла, безразмерная величина показывающая отношение полученной энергии к затраченной энергии. В документации на оборудование обычно приводится в процентах от 100 например 99%. В расчетах применяется величина от 1 т.е. 0,99.

∆T – показывает разность температуры с двух сторон ограждающей конструкции. Чтобы было понятнее, как правильно вычисляется разница посмотрите пример. Если снаружи: -30 °С, а внутри +22 °С, то ∆T = 22 — (-30) = 52 °С

Или тоже, но в кельвинах: ∆T = 293 – 243 = 52К

То есть разница всегда будет одинаковой для градусов и кельвинов, поэтому для расчетов справочные данные в кельвинах могут применяться без поправок.

d – толщина ограждающей конструкции в метрах.

k – коэффициент теплопроводности материала ограждающей конструкции, который берется из справочников или СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника» (СНиП — строительные нормы и правила). Имеет размерность Вт/м×K или Вт/м×⁰С.

Следующий список формул показывает взаимосвязь величин:

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

Для многослойных конструкций сопротивление теплопередаче R вычисляется для каждой конструкции отдельно и затем суммируется.

Иногда расчет многослойных конструкций может быть слишком громоздким, например при расчете теплопотерь оконного стеклопакета.

Что необходимо учесть при расчете сопротивления теплопередачи для окон:

• толщину стекла;
• количество стекол и воздушных зазоров между ними;
• вид газа между стеклами: инертный или воздух;
• наличие теплоизоляционного покрытия оконного стекла.

Однако можно найти готовые значения для всей конструкции либо у производителя, либо в справочнике, в конце этой статьи приведена таблица для стеклопакетов распространенной конструкции.

Этап #2 — расчет теплопотерь пола цокольного этажа

Отдельно необходимо остановится на расчете теплопотерь через пол здания, так как грунт оказывает значительное сопротивление теплопередаче.

При расчетах теплопотерь цокольного этажа нужно принимать во внимание заглубление в грунт. Если дом стоит на уровне земли, то заглубление принимается равным 0.

По общепринятой методике площадь пола делится на 4 зоны.

• 1 зона — отступается 2 м от наружной стены к центру пола по периметру. В случае заглубления здания, отступается от уровня земли до уровня пола по вертикальной стене. Если стена заглублена в грунт на 2 м, то зона 1 будет полностью на стене.
• 2 зона – отступается по 2 м по периметру к центру от границы 1 зоны.
• 3 зона – отступается по 2 м по периметру к центру от границы 2 зоны.
• 4 зона – оставшийся пол.

Для каждой зоны из сложившейся практики установлены свои 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.

Приведенные значения R справедливы для полов без покрытия. В случае утепления, каждое R увеличивается на R утеплителя.

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

Зона 1 имеет ширину 2 метра. Если дом заглублен, то нужно взять высоту стен в грунте, отнять от 2 метров, а остаток перенести на пол

Этап #3 — вычисление теплопотерь потолка

Теперь можно приступить к расчетам.

Формула, которая может служить для приблизительной оценки мощности электрического котла:

W=W_уд × S

Задача: рассчитать необходимую мощность котла в г. Москва, отапливаемая площадь 150м².

При производстве расчетов учитываем, что Москва относится к центральному региону, т.е. W_уд можно принять равным 130 Вт/м².

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

Эта цифра настолько неточная, что не требует учета КПД отопительного оборудования.

Теперь определим теплопотери через 15м² площади потолка, утепленного минеральной ватой. Толщина слоя теплоизоляции 150мм, температура наружного воздуха -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 необходимо брать в метрах.

Порядок расчета такой:

• 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.

Вычислили, что потери тепла через потолок составят в нашем примере 187 * 3 = 561Вт.

Для наших целей вполне допускается упростить расчеты, рассчитывая теплопотери только наружных конструкций: стен и потолков, не обращая внимание на внутренние перегородки и двери.

Кроме того, можно обойтись без расчета потерь тепла на вентиляцию и канализацию. Не будем принимать в расчет инфильтрацию и ветровую нагрузку. Зависимость расположения здания по сторонам света и количество получаемой солнечной радиации.

Из общих соображений можно сделать один вывод. Чем больше объем здания, тем меньше приходится теплопотерь на 1 м². Объяснить это легко, так как площадь стен возрастает квадратично, а объем в кубе. Шар имеет наименьшие теплопотери.

В ограждающих конструкциях учитываются только замкнутые воздушные слои. Если у Вашего дома вентилируемый фасад, то такой воздушный слой считается не замкнутым, в расчет не берется. Не берутся все слои, которые следуют перед незамкнутым воздушным слоем: фасадная плитка или кассеты.

Замкнутые воздушные слои, например, в стеклопакетах учитываются.

Все стены дома являются наружными. Чердак не отапливаемый, теплосопротивление кровельных материалов в расчет не принимается

Этап #4 — расчет общих теплопотерь коттеджа

После теоретической части можно приступить к практической.

Для примера рассчитаем дом:

• размеры наружных стен: 9х10 м;
• высота: 3 м;
• окно со стеклопакетом 1,5×1,5 м: 4 шт;
• дверь дубовая 2,1×0,9 м, толщина 50 мм;
• полы сосновые 28 мм, поверх экструдированного пенопласта толщиной 30 мм, уложены на лаги;
• потолок ГКЛ 9 мм, поверх минеральной ваты толщиной 150мм;
• материал стен: кладка 2 силикатных кирпича, утепление минеральной ватой 50 мм;
• самый холодный период – 30 °С, расчетная температура внутри здания 20 °С.

Произведем подготовительные расчеты необходимых площадей. При расчете зон на полу, принимаем нулевое заглубление стен. Доска пола уложена на лаги.

• окна – 9 м²;
• дверь – 1,9 м²;
• стены, за минусом окон и двери – 103,1 м²;
• потолок — 90 м²;
• площади зон пола: S1 = 60 м², S2 = 18 м², S3 = 10 м², S4 = 2 м²;
• ΔT = 50 °С.

Далее по справочникам или по таблицам приведенным в конце этой главы, выбираем необходимые значения коэффициента теплопроводности для каждого материала. Рекомендуем ознакомиться более подробно с коэффициентом теплопроводности и его значениями для самых популярных строительных материалов.

Для сосновых досок коэффициенттеплопроводности нужно брать вдоль волокон.

Весь расчет достаточно прост:

Шаг №1: Расчет потерь тепла через несущие стеновые конструкции включает три действия.

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

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

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

В итоге общие теплопотери стен составят: Q_ст = Q×S = 26,46 × 103,1 = 2728 Вт/ч.

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

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

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

Шаг №5: Рассчитываем R_ут для пола так же в несколько действий.

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

Затем прибавляем R_ут к каждой зоне:

• 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: Вычислим Q для каждой зоны:

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.

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

Шаг №9: В результате выполненных нами вычислений можно обозначить сумму общих потерь тепла:

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

В расчет не вошли теплопотери связанные с канализацией и вентиляцией. Чтобы не усложнять сверх меры просто добавим на перечисленные утечки 5%.

Разумеется необходим запас, минимум 10%.

Таким образом окончательная цифра теплопотерь приведенного в качестве примера дома составит:

Q_общ = 6629 × 1,15 = 7623Вт/ч.

Q_общ показывает максимальные теплопотери дома при разнице температуры наружного и внутреннего воздуха 50 °С.

Если посчитать по первому упрощенному варианту через Wуд то:

W_уд = 130 × 90 = 11700Вт/ч.

Ясно, что второй вариант расчета пусть и значительнее сложнее, но дает более реальную цифру для построек с утеплением. Первый вариант позволяет получить обобщенное значение потерь тепла для строений с низкой степенью теплоизоляции или вовсе без нее.

В первом случае котлу придется каждый час по полной возобновлять потери тепловой энергии, происходящие через проемы, перекрытия, стены без изоляции.

Во втором случае топить до достижения комфортного значения температуры надо только один раз. Затем котлу надо будет только восстанавливать теплопотери, величина которых существенно ниже первого варианта.

Таблица 1. Теплопроводность различных строительных материалов.

В таблице приведены коэффициенты теплопроводности для распространенных строительных материалов

Таблица 2. Толщина цементного шва при различных типах кладки.

При расчете толщины кладки учитывается толщина шва 10мм. За счет цементных швов теплопроводность кладки несколько выше чем отдельного кирпича

Таблица 3. Теплопроводность различных типов плит минеральной ваты.

В таблице приведены значения коэффициента теплопроводности для различных минераловатных плит. Для утепления фасадов применяется жесткая плита

Таблица 4. Теплопотери окон различной конструкции.

Обозначения в таблице: Ar – заполнение стеклопакетов инертным газом, К – наружное стекло имеет теплозащитное покрытие, толщина стекла 4мм остальные цифры обозначают промежуток между стеклами

7,6 кВт/ч – это расчетная необходимая максимальная мощность, которая расходуется на отопление хорошо утепленной постройки. Однако электрокотлам для работы тоже нужен некоторый заряд для собственного питания.

Как вы заметили плохо утепленный дом или квартира потребует больших затрат электроэнергии на отопление. Причем это справедливо для любого типа котла. Правильное утепление пола, потолка и стен позволяет существенно снизить затраты.

У нас на сайте есть статьи по методам утепления и правилам выбора теплоизоляционного материала. Предлагаем вам ознакомиться с ними:

• Утепление частного дома снаружи: популярные технологии + обзор материалов
• Утепление пола по лагам: материалы для теплоизоляции + схемы утепления
• Утепление мансардной крыши: подробный инструктаж по устройству теплоизоляции в мансарде малоэтажного дома
• Виды утеплителей для стен дома изнутри: материалы для утепления и их характеристики
• Утеплитель для потолка в частном доме: виды используемых материалов + как правильно выбрать
• Утепление балкона своими руками: популярные варианты и технологии утепления балкона изнутри

Этап #5 — вычисление затрат на электроэнергию

Если упростить техническую сущность котла отопления, то назвать его можно обычным преобразователем электрической энергии в ее тепловой аналог. Выполняя работу по преобразованию, он тоже потребляет некоторое количество энергии. Т.е. котел получает полную единицу электроэнергии, а на отопление поступает только 0,98 ее часть.

Для получения точной цифры расхода электроэнергии исследуемым электрическим котлом отопления надо его мощность (номинальную в первом случае и расчетную во втором) разделить на заявленное производителем значение КПД.

В среднем КПД подобного оборудования составляет 98%. В результате величина энергопотребления составит, к примеру для расчетного варианта:

7,6 / 0,98 = 7,8 кВт/ч.

Остается помножить значение на местный тариф. Затем вычислить общую сумму затрат на электроотопление и заняться поиском путей их сокращения.

Например, купить двухтарифный счетчик, позволяющий частично производить оплату по более низким «ночным» тарифам. Для чего потребуется заменить старый электросчетчик новой моделью. Порядок и правила выполнения замены подробно рассмотрены здесь.

Еще один способ уменьшить затраты после замены счетчика — включить в отопительный контур термоаккумулятор, чтобы запасаться дешевой энергией ночью, а расходовать ее днем.

Этап #6 — подсчет сезонных затрат на отопление

Теперь, когда вы освоили методику расчета будущих теплопотерь, легко сможете оценить затраты на отопление в течение всего отопительного периода.

По СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» в столбцах 13 и 14 находим для Москвы продолжительность периода со средней температурой ниже 10 °С.

Для Москвы такой период длится 231 день и имеет среднюю температуру -2,2 °С. Чтобы вычислить Q_общ для ΔT=22,2 °С, необязательно производить весь расчет заново.

Достаточно вывести Q_общ на 1 °С:

Q_общ = 7623 / 50 = 152,46 Вт/ч

Соответственно для ΔT= 22,2 °С:

Q_общ = 152,46 × 22,2 = 3385Вт/ч

Для нахождения потребленной электроэнергии умножим на отопительный период:

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

Приведенный расчет интересен еще и тем, что позволяет провести анализ всей конструкции дома с точки зрения эффективности применения утепления.

Мы рассмотрели упрощенный вариант расчетов. Рекомендуем вам также ознакомиться с полным теплотехническим расчетом здания.

Выводы и полезное видео по теме

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.