Kiek elektros energijos sunaudoja elektrinis katilas: kaip atlikti skaičiavimus prieš perkant

Elektros naudojimas kaip energijos šaltinis kaimo namo šildymui yra patrauklus dėl daugelio priežasčių: lengvas prieinamumas, paplitimas, ekologiškumas. Tuo pat metu pagrindinė kliūtis naudoti elektrinius katilus išlieka gana aukšti tarifai.

Ar ir Jūs susimąstėte apie elektrinio katilo įrengimo tikslingumą? Kartu išsiaiškinkime, kiek elektros energijos sunaudoja elektrinis katilas. Tam naudosime skaičiavimo taisykles ir formules, aptartas mūsų straipsnyje.

Skaičiavimai padės detaliai suprasti, kiek kWh elektros energijos teks mokėti kas mėnesį, jei naudosite elektrinį katilą namo ar buto šildymui. Gauti skaičiai leis priimti galutinį sprendimą dėl katilio pirkimo ar nepirkimo.

Elektrinio katilo galios apskaičiavimo būdai

Galima išskirti du pagrindinius reikiamos elektrinio katilo galios skaičiavimo metodus. Pirmasis pagrįstas šildomu plotu, antrasis – šilumos nuostolių per atitvarines konstrukcijas skaičiavimu.

Skaičiavimas pagal pirmąjį variantą yra labai apytikslis, pagrįstas tik vienu rodikliu – savituoju galingumu. Savitasis galingumas pateiktas žinynuose ir priklauso nuo regiono.

Skaičiavimas pagal antrąjį variantą yra sudėtingesnis, tačiau atsižvelgia į daugybę konkrečiojo pastato individualių rodiklių. Visas pastato šilumos techninis skaičiavimas – gana sudėtinga ir kruopšti užduotis. Toliau bus pateiktas supaprastintas skaičiavimas, vis dėlto turintis reikiamą tikslumą.

Nepriklausomai nuo skaičiavimo metodikos, surinktų pradinių duomenų kiekis ir kokybė tiesiogiai veikia teisingą reikiamos elektrinio katilo galios įvertinimą.

Kai galia per maža, įranga nuolat veiks maksimalia apkrova, neužtikrindama reikiamo gyvenimo komforto. Kai galia per didelė – nepateisinamai didelis elektros energijos suvartojimas, aukšta šildymo įrangos kaina.

Skirtingai nuo kitų rūšių kuro, elektros energija – tai ekologiškai saugus, gana švarus ir paprastas variantas, bet jis priklauso nuo nepertraukiamo elektros tinklo veikimo regione.

Elektrinio katilo galios skaičiavimo tvarka

Toliau išsamiai apsvarstysime, kaip apskaičiuoti reikiamą katilo galią, kad įranga visiškai atliktų savo užduotį – šildyti namą.

1 etapas – pradinių duomenų rinkimas skaičiavimui

Atliekant skaičiavimus, reikės šios informacijos apie pastatą:

• S – šildomos patalpos plotas.
• W_sav. – savitoji galia.

Specifinės galios rodiklis parodo, kiek šiluminės energijos reikia 1 m² per 1 valandą.

Priklauso nuo vietinių gamtinių sąlygų, galite priimti šias vertes:

• centrinei Rusijos daliai: 120 – 150 W/m²;
• pietiniams regionams: 70-90 W/m²;
• šiauriniuose regionuose: 150-200 W/m².

W_ud – teorinė vertė, kuri dažniausiai naudojama labai apytikriems skaičiavimams, nes neatspindi realių pastato šilumos nuostolių. Neįvertina įstiklinimo ploto, durų skaičiaus, išorinių sienų medžiagos, lubų aukščio.

Tikslus šilumotechninis skaičiavimas atliekamas naudojant specializuotas programas, atsižvelgiant į daugelį veiksnių. Mūsų tikslams toks skaičiavimas nereikalingas – visiškai galima apsieiti apskaičiavus išorinių atitvarinių konstrukcijų šilumos nuostolius.

Dydžiai, kuriuos reikia naudoti skaičiavimuose:

R – šilumos perdavimo varža arba šiluminės varžos koeficientas. Tai temperatūrų skirtumo prie atitvarinės konstrukcijos kraštų santykis su šilumos srautu, einančiu per šią konstrukciją. Turi matmenį m²×°C/W.

Iš tiesų viskas paprasta – R išreiškia medžiagos gebėjimą sulaikyti šilumą.

Q – dydis, rodantis šilumos srauto, praeinančio per 1 m² paviršiaus, esant 1°C temperatūrų skirtumui per 1 val. Tai yra, parodo, kiek šiluminės energijos netenka 1 m² atitvarinės konstrukcijos per valandą, esant 1 laipsnio temperatūrų skirtumui. Turi matmenį W/m²×val.

Pateiktuose čia skaičiavimuose nėra skirtumo tarp kelvinų ir Celsijaus laipsnių, nes svarbi ne absoliuti temperatūra, o tik skirtumas.

Q_bendras – šilumos srauto kiekis, praeinantis per S ploto atitvarą per valandą. Matmuo – W/h.

P – šildymo katilo galia. Skaičiuojama kaip reikalinga maksimali šildymo įrangos galia esant didžiausiam lauko ir vidaus oro temperatūros skirtumui. Kitaip tariant, pakankama katilo galia pastatui šildyti šalčiausiu sezonu. Turi matmenį W/val.

NA – šildymo katilo naudingumo koeficientas, bematis dydis, rodantis gautos energijos ir sunaudotos energijos santykį. Įrangos dokumentacijoje paprastai pateikiamas procentais nuo 100, pvz., 99 %. Skaičiavimuose naudojama reikšmė nuo 1, t. y. 0,99.

∆T – rodo temperatūrų skirtumą abiejose atitvaros pusėse. Kad būtų aiškiau, kaip teisingai apskaičiuojamas skirtumas, pažiūrėkite pavyzdį. Jei lauke: -30 °C, o viduje +22 °C, tai ∆T = 22 – (-30) = 52 °C

Arba tas pats, bet kelvinais: ∆T = 293 – 243 = 52 K

Tai reiškia, kad skirtumas visada bus vienodas laipsniams ir kelvinams, todėl skaičiavimams žinyniniai duomenys kelvinais gali būti naudojami be pataisų.

d – atitvaros konstrukcijos storis metrais.

k – atitvaros konstrukcijos medžiagos šilumos laidumo koeficientas, imamas iš žinynų arba SNiP II-3-79 „Statybinė šilumotechnika“ (SNiP – statybos normos ir taisyklės). Turi matmenį W/(m·K) arba W/(m·°C).

Toliau pateiktas formulių sąrašas rodo dydžių ryšį:

• R = d / k
• R= ∆T / Q
• Q = ∆T / R
• Q_bendr = Q × S
• P = Q_bendr / NA

Daugiasluoksnių konstrukcijų šilumos perdavimo varža R apskaičiuojama kiekvienai konstrukcijai atskirai ir tada sumuojama.

Kartais daugiasluoksnių konstrukcijų skaičiavimas gali būti per daug sudėtingas, pavyzdžiui, skaičiuojant langų stiklo paketo šilumos nuostolius.

Ką reikia atsižvelgti skaičiuojant langų šilumos perdavimo varžą:

• stiklo storį;
• stiklų skaičių ir oro tarpus tarp jų;
• dujų tarp stiklų tipą: inertines dujas ar orą;
• langų stiklo šilumos izoliacinės dangos buvimą.

Tačiau paruoštas vertes visai konstrukcijai galima rasti pas gamintoją arba žinyne; šio straipsnio pabaigoje pateikta įprastos konstrukcijos stiklo paketų lentelė.

2 etapas – cokolinio aukšto grindų šilumos nuostolių skaičiavimas

Atskirai būtina sustoti prie šilumos nuostolių per pastato grindis skaičiavimo, nes gruntas turi didelę šilumos perdavimo varžą.

Skaičiuojant rūsio šilumos nuostolius, reikia atsižvelgti į gylį grunte. Jei namas stovi žemės lygyje, gylis laikomas lygiu 0.

Pagal visuotinai priimtą metodiką grindų plotas dalijamas į 4 zonas.

• 1 zona – atitraukiama 2 m nuo išorinės sienos link grindų centro per perimetrą. Esant pastato pagilinimui, atitraukiama nuo žemės lygio iki grindų lygio vertikalia siena. Jei siena pagilinta į gruntą 2 m, tai 1 zona bus visiškai ant sienos.
• 2 zona – atitraukiama po 2 m per perimetrą link centro nuo 1 zonos ribos.
• 3 zona – atsitraukiama po 2 m per perimetrą link centro nuo 2 zonos ribos.
• 4 zona – likusios grindys.

Kiekvienai zonai pagal nusistovėjusią praktiką yra nustatyti savi 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.

Pateiktos R vertės galioja grindims be dangos. Apšiltinimo atveju kiekviena R padidėja šilumos izoliacijos R dydžiu.

Papildomai grindims, įrengtoms ant rąstų, R dauginama iš koeficiento 1,18.

1 zona yra 2 metrų pločio. Jei namas yra įgilintas, reikia paimti sienų aukštį grunte, atimti iš 2 metrų, o likutį perkelti ant grindų.

3 etapas – lubų šilumos nuostolių apskaičiavimas

Dabar galima pradėti skaičiavimus.

Formulė, tinkama apytiksliam elektrinio katilo galios įvertinimui:

W=W_sav × S

Užduotis: apskaičiuoti reikalingą katilo galią mieste Maskva, šildomas plotas 150 m².

Atliekant skaičiavimus, atsižvelgiame, kad Maskva priklauso centriniam regionui, t. y. W_sav galima priimti lygų 130 W/m².

W_sav = 130 × 150 = 19500 Wh arba 19,5 kWh

Šis skaičius yra toks netikslus, kad nereikalauja atsižvelgti į šildymo įrangos naudingumo koeficientą.

Dabar nustatysime šilumos nuostolius per 15 m² lubų ploto, apšiltintų mineraline vata. Šilumos izoliacijos sluoksnio storis 150 mm, lauko oro temperatūra -30 °C, pastato viduje +22 °C per 3 valandas.

Sprendimas: pagal lentelę randame mineralinės vatos šilumos laidumo koeficientą, k=0,036 W/m×°C. Storis d turi būti imamas metrais.

Skaičiavimo tvarka yra tokia:

• 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_bendr = 12,48 × 15 = 187 Wh.

Apskaičiavome, kad šilumos nuostoliai per lubas mūsų pavyzdyje sudarys 187 * 3 = 561 W.

Mūsų tikslams visiškai leidžiama supaprastinti skaičiavimus, apskaičiuojant šilumos nuostolius tik išorinių konstrukcijų: sienų ir lubų, nekreipiant dėmesio į vidines pertvaras ir duris.

Be to, galima apsieiti be šilumos nuostolių vėdinimui ir kanalizacijai skaičiavimo. Neatsižvelgsime į infiltraciją ir vėjo apkrovą. Pastato išdėstymo priklausomybė nuo pasaulio šalių ir gaunamos saulės spinduliuotės kiekis.

Iš bendrų sumetimų galima padaryti vieną išvadą. Kuo didesnis pastato tūris, tuo mažiau šilumos nuostolių tenka 1 m². Tai lengva paaiškinti, nes sienų plotas didėja kvadratiškai, o tūris – kube. Rutulys turi mažiausius šilumos nuostolius.

Atitvarinėse konstrukcijose atsižvelgiama tik į uždarus oro sluoksnius. Jei Jūsų namas turi vėdinamą fasadą, toks oro sluoksnis laikomas neuždaru, į skaičiavimus neįtraukiamas. Neįtraukiami visi sluoksniai, einantys prieš neuždarytą oro sluoksnį: fasado plytelės arba kasetės.

Uždarūs oro sluoksniai, pavyzdžiui, stiklo paketuose, yra įskaitomi.

Visos namo sienos yra išorinės. Palėpė nešildoma, stogo dangos medžiagų šiluminė varža į skaičiavimus neįtraukiama.

4 etapas – bendrų kotedžo šilumos nuostolių skaičiavimas

Po teorinės dalies galima pereiti prie praktinės.

Pavyzdžiui, apskaičiuokime namą:

• išorinių sienų matmenys: 9×10 m;
• aukštis: 3 m;
• langas su stiklo paketu 1,5×1,5 m: 4 vnt;
• durys ąžuolinės 2,1×0,9 m, storis 50 mm;
• grindys pušinės 28 mm, ant ekstruzinio polistirolo putplasčio, kurio storis 30 mm, paklotos ant sijų;
• lubos iš gipso kartono 9 mm, ant mineralinės vatos, kurios storis 150 mm;
• sienų medžiaga: mūras iš 2 silikatinių plytų, šiltinimas mineraline vata 50 mm;
• šalčiausias laikotarpis – 30 °C, skaičiuojamoji temperatūra pastato viduje 20 °C.

Atliksime parengiamuosius būtinų plotų skaičiavimus. Skaičiuodami zonas ant grindų, priimame nulinį sienų įgilinimą. Grindų lenta paklota ant sijų.

• langai – 9 m²;
• durys – 1,9 m²;
• sienos, atėmus langus ir duris – 103,1 m²;
• lubos – 90 m²;
• grindų zonų plotai: S1 = 60 m², S2 = 18 m², S3 = 10 m², S4 = 2 m²;
• ΔT = 50 °C.

Toliau pagal žinynus arba lenteles, pateiktas šio skyriaus pabaigoje, pasirenkame reikiamas šilumos laidumo koeficiento vertes kiekvienai medžiagai. Rekomenduojame išsamiau susipažinti su šilumos laidumo koeficientu ir jo vertėmis populiariausioms statybinėms medžiagoms.

Pušinių lentų šilumos laidumo koeficientą reikia imti išilgai pluoštų.

Visas skaičiavimas gana paprastas:

1 žingsnis: Šilumos nuostolių per laikančias sienų konstrukcijas skaičiavimas apima tris veiksmus.

Apskaičiuojame mūrinės sienos šilumos perdavimo koeficientą: R_plyt = d / k = 0,51 / 0,7 = 0,73 m²×°C/W.

Tas pats sienų izoliacijai: R_izol = d / k = 0,05 / 0,043 = 1,16 m²×°C/W.

1 m² išorinių sienų šilumos nuostoliai: Q = ΔT/(R_plyt + R_izol) = 50 / (0,73 + 1,16) = 26,46 m²×°C/W.

Galiausiai bendri sienų šilumos nuostoliai bus: Q_sien = Q×S = 26,46 × 103,1 = 2728 W/h.

2 žingsnis: Langų šilumos energijos nuostolių skaičiavimas: Q_lang = 9 × 50 / 0,32 = 1406 W/h.

3 žingsnis: Šilumos energijos nutekėjimo per ąžuolines duris skaičiavimas: Q_dur = 1,9 × 50 / 0,23 = 413 W/h.

4 žingsnis: Šilumos nuostoliai per viršutinę perdangą – lubas: Q_lub = 90 × 50 / (0,06 + 4,17) = 1064 W/h.

5 žingsnis: Apskaičiuojame R_izol grindims taip pat keliais veiksmais.

Pirmiausia randame izoliacijos šilumos nuostolių koeficientą: R_izol = 0,16 + 0,83 = 0,99 m²×°C/W.

Tada pridedame R_izol prie kiekvienos zonos:

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

6 žingsnis: Kadangi grindys paklotos ant sijų, dauginame iš koeficiento 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.

Žingsnis Nr.7: Apskaičiuokime Q kiekvienai zonai:

Q1 = 60 × 50 / 3,64 = 824W/val;

Q2 = 18 × 50 / 6,24 = 144W/val;

Q3 = 10 × 50 / 11,32 = 44W/val;

Q4 = 2 × 50 / 17,92 = 6W/val.

Žingsnis Nr.8: Dabar galime apskaičiuoti Q visoms grindims: Q_grind = 824 + 144 + 44 + 6 = 1018W/val.

Žingsnis Nr.9: Rezultate atliktų mūsų skaičiavimų galime nurodyti bendrų šilumos nuostolių sumą:

Q_bendr = 2728 + 1406 + 413 + 1064 + 1018 = 6629W/val.

Į skaičiavimą neįtraukti šilumos nuostoliai, susiję su kanalizacija ir vėdinimu. Kad per daug neapsunkintume, tiesiog pridėsime prie išvardytų nuotėkių 5%.

Žinoma, būtinas rezervas, mažiausiai 10%.

Taigi galutinis šilumos nuostolių skaičius pavyzdžiu pateikto namo bus:

Q_bendr = 6629 × 1,15 = 7623W/val.

Q_bendr rodo maksimalius namo šilumos nuostolius, kai lauko ir vidaus oro temperatūrų skirtumas yra 50 °C.

Jei skaičiuoti pagal pirmą supaprastintą variantą per W_sav tai:

W_sav = 130 × 90 = 11700W/val.

Aišku, kad antrasis skaičiavimo variantas, nors ir daug sudėtingesnis, duoda realesnį skaičių apšiltintiems pastatams. Pirmasis variantas leidžia gauti apibendrintą šilumos nuostolių vertę pastatams su žema šilumos izoliacijos lygiu arba visai be jos.

Pirmuoju atveju katilas turės kiekvieną valandą visiškai atstatyti šiluminės energijos nuostolius, kurie atsiranda per angas, perdangas, sienas be izoliacijos.

Antruoju atveju kūrenti, kol pasiekiama komfortinė temperatūros vertė, reikia tik vieną kartą. Tada katilui tereikės atstatyti tik šilumos nuostolius, kurių dydis yra žymiai mažesnis nei pirmuoju variantu.

1 lentelė. Įvairių statybinių medžiagų šilumos laidumas.

Lentelėje pateikti šilumos laidumo koeficientai įprastoms statybinėms medžiagoms.

2 lentelė. Cementinės siūlės storis esant įvairiems mūro tipams.

Skaičiuojant mūro storį, atsižvelgiama į 10 mm siūlės storį. Dėl cementinių siūlių mūro šilumos laidumas yra šiek tiek didesnis nei atskiros plytos.

3 lentelė. Įvairių tipų mineralinės vatos plokščių šilumos laidumas.

Lentelėje pateiktos įvairių mineralinės vatos plokščių šilumos laidumo koeficiento reikšmės. Fasadų šiltinimui naudojama kieta plokštė.

4 lentelė. Įvairių konstrukcijų langų šilumos nuostoliai.

Žymėjimai lentelėje: Ar – stiklo paketų užpildymas inertinėmis dujomis, K – išorinis stiklas turi šiluminę apsauginę dangą, stiklo storis 4 mm, kiti skaičiai žymi tarpą tarp stiklų.

7,6 kWh – tai apskaičiuota būtina maksimali galia, kuri išleidžiama gerai apšiltinto pastato šildymui. Tačiau elektriniams katilams darbui taip pat reikia šiek tiek energijos savo maitinimui.

Kaip Jūs pastebėjote, prastai apšiltintas namas ar butas reikalaus didelių elektros energijos sąnaudų šildymui. Be to, tai būdinga bet kokio tipo katilui. Tinkamas grindų, lubų ir sienų šiltinimas leidžia žymiai sumažinti išlaidas.

Mūsų svetainėje yra straipsnių apie šiltinimo metodus ir šilumos izoliacijos medžiagos pasirinkimo taisykles. Siūlome Jums su jais susipažinti:

• Privataus namo šiltinimas iš išorės: populiarios technologijos + medžiagų apžvalga
• Grindų šiltinimas ant sijų: šilumos izoliacijos medžiagos + šiltinimo schemos
• Palėpės stogo šiltinimas: išsamus instruktažas šilumos izoliacijos įrengimui mažaaukščio namo palėpėje
• Izoliacinių medžiagų rūšys namo sienoms iš vidaus: šiltinimo medžiagos ir jų charakteristikos
• Lubų izoliacija privačiame name: naudojamų medžiagų rūšys + kaip teisingai pasirinkti
• Balkono šiltinimas savo rankomis: populiarūs variantai ir balkono šiltinimo iš vidaus technologijos

5 etapas – elektros energijos sąnaudų apskaičiavimas

Jei supaprastinsime šildymo katilo techninę esmę, jį galima vadinti paprastu elektros energijos keitikliu į jos šiluminį analogą. Atlikdamas konversijos darbą, jis taip pat sunaudoja tam tikrą energijos kiekį. T.y. katilas gauna visą elektros energijos vienetą, o šildymui patenka tik 0,98 jo dalis.

Norint gauti tikslią tiriamo elektrinio šildymo katilo elektros energijos suvartojimo skaičių, reikia jo galią (nominalią pirmuoju atveju ir apskaičiuotą antruoju) padalinti iš gamintojo deklaruotos naudingumo koeficiento (NK) vertės.

Vidutiniškai tokios įrangos NK yra 98%. Dėl to energijos suvartojimo dydis bus, pavyzdžiui, skaičiuotiniam variantui:

7,6 / 0,98 = 7,8 kWh.

Belieka padauginti vertę iš vietinio tarifo. Tada apskaičiuoti bendrą elektros šildymo išlaidų sumą ir pradėti ieškoti būdų joms sumažinti.

Pavyzdžiui, įsigyti dviejų tarifų skaitiklį, leidžiantį iš dalies mokėti pagal mažesnius “nakties” tarifus. Tam reikės pakeisti seną elektros skaitiklį nauju modeliu. Keitimo tvarka ir taisyklės išsamiai aptartos čia.

Dar vienas būdas sumažinti išlaidas pakeitus skaitiklį – į šildymo kontūrą įtraukti šilumos akumuliatorių, kad naktį kaupti pigią energiją, o dieną ją naudoti.

6 etapas – sezoninių šildymo sąnaudų apskaičiavimas

Dabar, kai Jūs įsisavinote būsimų šilumos nuostolių skaičiavimo metodiką, lengvai galėsite įvertinti šildymo išlaidas per visą šildymo sezoną.

Pagal SNiP 23-01-99 „Statybinė klimatologija“ 13 ir 14 stulpeliuose randame Maskvai laikotarpio, kai vidutinė temperatūra yra žemesnė nei 10 °C, trukmę.

Maskvai toks laikotarpis trunka 231 dieną ir vidutinė temperatūra yra -2,2 °C. Norint apskaičiuoti Q_viso esant ΔT=22,2 °C, nebūtina atlikti viso skaičiavimo iš naujo.

Pakanka išvesti Q_viso 1 °C atveju:

Q_viso = 7623 / 50 = 152,46 Wh

Atitinkamai esant ΔT=22,2 °C:

Q_viso = 152,46 × 22,2 = 3385 Wh

Norint rasti sunaudotą elektros energiją, padauginkite iš šildymo laikotarpio:

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

Pateiktas skaičiavimas įdomus ir tuo, kad leidžia atlikti visos namo konstrukcijos analizę šiltinimo efektyvumo požiūriu.

Mes nagrinėjome supaprastintą skaičiavimų variantą. Rekomenduojame jums taip pat susipažinti su visu pastato šilumos inžineriniu skaičiavimu.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Kaip išvengti šilumos nuostolių per pamatą:

Kaip apskaičiuoti šilumos nuostolius internete:

Elektrinių katilų naudojimas kaip pagrindinės šildymo įrangos yra labai stipriai ribojamas elektros tinklų galimybių ir elektros energijos kainos.

Tačiau kaip papildomas, pavyzdžiui, prie kietojo kuro katilo, jos gali būti gana veiksmingos ir naudingos. Jos gali žymiai sutrumpinti šildymo sistemos pašildymo laiką arba būti naudojamos kaip pagrindinis katilas esant ne itin žemoms temperatūroms.

Jūs naudojate elektrinį katilą šildymui? Papasakokite, kokiu metodu apskaičiavote reikiamą galią savo namams. O gal jūs tik norite nusipirkti elektrinį katilą ir turite klausimų? Užduokite juos straipsnio komentaruose – pasistengsime jums padėti.