Koliko električne energije porabi električni kotel: kako narediti izračune pred nakupom

Uporaba elektrike kot vira energije za ogrevanje podeželske hiše je privlačna iz več razlogov: lahka dostopnost, razširjenost, okolju prijaznost. Kljub temu ostajajo precej visoke tarife največja ovira pri uporabi električnih kotlov.

Tudi vi ste se zamislili o smiselnosti namestitve električnega kotla? Skupaj raziščimo, koliko električne energije porabi električni kotel. Pri tem bomo uporabili pravila izračunov in formule, obravnavane v našem članku.

Izračuni vam bodo pomagali podrobno razumeti, koliko kW električne energije boste morali plačati mesečno v primeru uporabe električnega kotla za ogrevanje hiše ali stanovanja. Dobljene številke vam bodo omogočile, da sprejmete končno odločitev o nakupu ali ne nakupu kotla.

Načini izračuna moči električnega kotla

Ločimo dve osnovni metodi izračuna potrebne moči električnega kotla. Prva temelji na ogrevani površini, druga na izračunu toplotnih izgub skozi ograjne konstrukcije.

Izračun po prvem načinu je zelo grob, temelji na enem samem kazalniku – specifični moči. Specifična moč je navedena v priročnikih in je odvisna od regije.

Izračun po drugem načinu je bolj zapleten, vendar upošteva številne individualne kazalce določene stavbe. Popoln toplotnotehnični izračun stavbe – je precej zahtevna in mukotrpna naloga. V nadaljevanju bo obravnavan poenostavljen izračun, ki pa kljub temu vsebuje potrebno natančnost.

Ne glede na metodo izračuna količina in kakovost zbranih začetnih podatkov neposredno vplivata na pravilno oceno potrebne moči električnega kotla.

Pri prenizki moči bo oprema neprekinjeno delovala z največjo obremenitvijo, ne da bi zagotavljala ustrezno bivalno udobje. Pri previsoki moči pa je poraba električne energije neupravičeno velika, prav tako so visoki stroški ogrevalne opreme.

Za razliko od drugih vrst goriva je električna energija – to je okoljsko varen, dokaj čist in preprost način, vendar je odvisen od neprekinjenega delovanja električnega omrežja v regiji.

Postopek izračuna moči električnega kotla

V nadaljevanju si bomo podrobno ogledali, kako izračunati potrebno moč kotla, da bo oprema v celoti opravljala svojo nalogo ogrevanja doma.

Korak #1 – zbiranje začetnih podatkov za izračun

Za izvedbo izračunov bodo potrebni naslednji podatki o stavbi:

• S – površina ogrevanega prostora.
• W_ud – specifična moč.

Kazalnik specifične moči kaže, koliko toplotne energije je potrebno na 1 m² v 1 uri.

Odvisno od lokalnih naravnih pogojev, lahko sprejmemo naslednje vrednosti:

• za osrednji del Rusije: 120 – 150 W/m²;
• za južne regije: 70-90 W/m²;
• za severne regije: 150-200 W/m².

W_ud je teoretična količina, ki se uporablja predvsem za zelo grobe izračune, ker ne odraža dejanskih toplotnih izgub stavbe. Ne upošteva površine zasteklitve, števila vrat, materiala zunanjih sten in višine stropov.

Natančen toplotnotehnični izračun se izvaja s pomočjo specializiranih programov, ki upoštevajo številne dejavnike. Za naše namene takšen izračun ni potreben; povsem zadostuje izračun toplotnih izgub zunanjih ograjenih konstrukcij.

Količine, ki jih je treba uporabiti v izračunih:

R – toplotna upornost ali koeficient toplotne odpornosti. To je razmerje med temperaturno razliko na robovih ograjene konstrukcije in toplotnim tokom, ki prehaja skozi to konstrukcijo. Ima dimenzijo m²×⁰С/W.

Pravzaprav je vse preprosto – R izraža sposobnost materiala, da zadržuje toploto.

Q – količina, ki prikazuje količino toplotnega toka, ki prehaja skozi 1 m² površine pri temperaturni razliki 1 °C v 1 uri. To pomeni, koliko toplotne energije izgubi 1 m² ograjene konstrukcije na uro pri temperaturni razliki 1 stopinje. Ima dimenzijo W/m²×h.

Za tukaj navedene izračune ni razlike med kelvini in stopinjami Celzija, saj ni pomembna absolutna temperatura, temveč le razlika.

Q_obš – količina toplotnega toka, ki prehaja skozi površino S ograjene konstrukcije v eni uri. Ima dimenzijo W/h.

P – moč ogrevalnega kotla. Izračuna se kot zahtevana največja vrednost moči ogrevalne opreme pri največji razliki med zunanjo in notranjo temperaturo zraka. Z drugimi besedami, zadostna moč kotla za ogrevanje stavbe v najhladnejšem letnem času. Ima enoto W/h.

KPD – koeficient koristnega delovanja ogrevalnega kotla, brezdimenzijska količina, ki kaže razmerje med prejeto in porabljeno energijo. V dokumentaciji opreme je običajno naveden v odstotkih od 100, na primer 99%. V izračunih se uporablja vrednost od 1, to je 0,99.

∆T – prikazuje temperaturno razliko na obeh straneh ograjne konstrukcije. Da bo bolj jasno, kako se pravilno izračuna razlika, si oglejte primer. Če je zunaj: -30 °C, znotraj pa +22 °C, potem je ∆T = 22 – (-30) = 52 °C

Ali enako, vendar v kelvinih: ∆T = 293 – 243 = 52 K

To pomeni, da bo razlika vedno enaka za stopinje in kelvine, zato se lahko referenčni podatki v kelvinih uporabljajo v izračunih brez popravkov.

d – debelina ograjne konstrukcije v metrih.

k – koeficient toplotne prevodnosti materiala ograjne konstrukcije, ki ga vzamemo iz priročnikov ali SNiP II-3-79 »Gradbena toplotna tehnika« (SNiP – gradbene norme in pravila). Ima enoto W/(m·K) ali W/(m·°C).

Naslednji seznam formul prikazuje medsebojno povezanost količin:

• R = d / k
• R= ∆T / Q
• Q = ∆T / R
• Q_skup = Q × S
• P = Q_skup / KPD

Pri večslojnih konstrukcijah se toplotna upornost R izračuna za vsako konstrukcijo posebej in se nato sešteje.

Včasih je izračun večslojnih konstrukcij lahko preveč zapleten, na primer pri izračunu toplotnih izgub okenskega zasteklitvenega paketa.

Kaj je treba upoštevati pri izračunu toplotne upornosti za okna:

• debelino stekla;
• število stekel in zračnih rež med njimi;
• vrsta plina med stekli: inertni ali zrak;
• prisotnost toplotnoizolacijskega premaza na okenskem steklu.

Vendar je mogoče najti že pripravljene vrednosti za celotno konstrukcijo bodisi pri proizvajalcu bodisi v priročniku; na koncu tega članka je podana tabela za zasteklitvene pakete običajne konstrukcije.

Korak #2 – izračun toplotnih izgub tal kletne etaže

Ločeno se je treba ustaviti pri izračunu toplotnih izgub skozi tla stavbe, saj zemlja predstavlja znatno toplotno upornost.

Pri izračunih toplotnih izgub kletnega nadstropja je treba upoštevati globino v zemlji. Če hiša stoji na ravni tal, se globina šteje kot 0.

Po splošno sprejeti metodi se talna površina razdeli na 4 cone.

• 1. cona – od zunanje stene se proti središču tal po obodu odmakne 2 m. V primeru poglobitve stavbe se od nivoja tal do nivoja tal odmakne po navpični steni. Če je stena poglobljena v zemljo za 2 m, bo cona 1 v celoti na steni.
• 2. cona – od meje 1. cone se po obodu proti središču odmakne po 2 m.
• Cona 3 – od meje cone 2 se proti sredini po obodu odstopita 2 metra.
• Cona 4 – preostala tla.

Za vsako cono so iz ustaljene prakse določene lastne vrednosti 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.

Navedene vrednosti R veljajo za tla brez obloge. V primeru izolacije se vsak R poveča za R izolacije.

Dodatno se za tla, položena na nosilce, R pomnoži s koeficientom 1,18.

Cona 1 ima širino 2 metra. Če je hiša vkopana, je treba vzeti višino sten v zemlji, odšteti od dveh metrov, preostanek pa prenesti na tla.

Korak #3 – izračun toplotnih izgub stropa

Zdaj lahko začnete z izračuni.

Formula, ki lahko služi za približno oceno moči električnega kotla:

W=W_spec × S

Naloga: izračunati potrebno moč kotla v mestu Moskva, ogrevana površina 150 m².

Pri izračunih upoštevamo, da Moskva spada v osrednjo regijo, torej lahko W_spec sprejmemo kot 130 W/m².

W_spec = 130 × 150 = 19500 W/h ali 19,5 kW/h

Ta številka je tako nenatančna, da ne zahteva upoštevanja izkoristka ogrevalne opreme.

Zdaj določimo toplotne izgube skozi 15 m² površine stropa, izoliranega z mineralno volno. Debelina sloja toplotne izolacije je 150 mm, temperatura zunanjega zraka -30 °C, notranja temperatura +22 °C v 3 urah.

Rešitev: v tabeli poiščemo koeficient toplotne prevodnosti mineralne volne, k=0,036 W/m×°C. Debelino d je treba vzeti v metrih.

Vrstni red izračuna je naslednji:

• 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_skup = 12,48 × 15 = 187 W/h.

Izračunali smo, da bodo toplotne izgube skozi strop v našem primeru znašale 187 * 3 = 561 W.

Za naše namene je povsem dopustno poenostaviti izračune, tako da izračunamo toplotne izgube samo zunanjih konstrukcij: sten in stropov, ne da bi upoštevali notranje predelne stene in vrata.

Poleg tega lahko opustimo izračun toplotnih izgub za prezračevanje in kanalizacijo. Ne bomo upoštevali infiltracije in vetrne obremenitve. Prav tako ne upoštevamo odvisnosti lege stavbe od strani neba in količine prejetega sončnega sevanja.

Iz splošnih ugotovitev lahko naredimo en sklep. Večji kot je volumen stavbe, manj toplotnih izgub odpade na 1 m². To je lahko razložiti, saj površina sten narašča kvadratično, prostornina pa kubično. Krogla ima najmanjše toplotne izgube.

V ograjnih konstrukcijah se upoštevajo samo zaprti zračni sloji. Če ima vaša hiša prezračevano fasado, se tak zračni sloj šteje kot nezaprt in se v izračun ne upošteva. Ne upoštevajo se vsi sloji, ki se nahajajo pred nezaprtim zračnim slojem: fasadne ploščice ali kasete.

Zaprti zračni sloji, na primer v izolacijskih steklih, se upoštevajo.

Vse stene hiše so zunanje. Podstrešje ni ogrevano, toplotna upornost strešnih materialov se v izračun ne upošteva.

Korak #4 – izračun skupnih toplotnih izgub hiše

Po teoretičnem delu lahko pristopimo k praktičnemu.

Za primer izračunajmo hišo:

• mere zunanjih sten: 9×10 m;
• višina: 3 m;
• okno z izolacijskim steklom 1,5×1,5 m: 4 kosi;
• hrastova vrata 2,1×0,9 m, debelina 50 mm;
• borova tla 28 mm, na ekstrudiranem polistirenu debeline 30 mm, položena na tramove;
• strop iz mavčnih plošč 9 mm, na mineralni volni debeline 150 mm;
• material sten: zidava iz dveh silikatnih opek, izolacija z mineralno volno 50 mm;
• najhladnejše obdobje – -30 °C, projektna temperatura v notranjosti stavbe 20 °C.

Opravimo pripravljalne izračune potrebnih površin. Pri izračunu con na tleh predpostavimo ničelno poglobitev sten. Talna deska je položena na tramove.

• okna – 9 m²;
• vrata – 1,9 m²;
• stene, brez oken in vrat – 103,1 m²;
• strop – 90 m²;
• površine con tal: S1 = 60 m², S2 = 18 m², S3 = 10 m², S4 = 2 m²;
• ΔT = 50 °C.

Nato iz priročnikov ali tabel, navedenih na koncu tega poglavja, izberemo potrebne vrednosti koeficienta toplotne prevodnosti za vsak material. Priporočamo, da se podrobneje seznanite s koeficientom toplotne prevodnosti in njegovimi vrednostmi za najbolj priljubljene gradbene materiale.

Pri borovih deskah je treba koeficient toplotne prevodnosti vzeti vzdolž vlaken.

Celoten izračun je dovolj preprost:

Korak št. 1: Izračun toplotnih izgub skozi nosilne stenske konstrukcije vključuje tri korake.

Izračunamo koeficient toplotnih izgub sten iz opeke: R_op = d / k = 0,51 / 0,7 = 0,73 m²×°C/W.

Enako za izolacijo sten: R_izol = d / k = 0,05 / 0,043 = 1,16 m²×°C/W.

Toplotne izgube 1 m² zunanjih sten: Q = ΔT/(R_op + R_izol) = 50 / (0,73 + 1,16) = 26,46 m²×°C/W.

Skupne toplotne izgube sten bodo: Q_st = Q × S = 26,46 × 103,1 = 2728 W/h.

Korak št. 2: Izračun izgub toplotne energije skozi okna: Q_ok = 9 × 50 / 0,32 = 1406 W/h.

Korak št. 3: Izračun uhajanja toplotne energije skozi hrastova vrata: Q_vr = 1,9 × 50 / 0,23 = 413 W/h.

Korak št. 4: Toplotne izgube skozi zgornji strop – strop: Q_strop = 90 × 50 / (0,06 + 4,17) = 1064 W/h.

Korak št. 5: Izračunamo R_izol za tla na enak način v več korakih.

Najprej poiščemo koeficient toplotnih izgub izolacije: R_izol = 0,16 + 0,83 = 0,99 m²×°C/W.

Nato dodamo R_izol k vsaki coni:

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

Korak št. 6: Ker so tla položena na podlage, pomnožimo s faktorjem 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.

Korak št. 7: Izračunajmo Q za vsako cono:

Q1 = 60 × 50 / 3,64 = 824W/h;

Q2 = 18 × 50 / 6,24 = 144W/h;

Q3 = 10 × 50 / 11,32 = 44W/h;

Q4 = 2 × 50 / 17,92 = 6W/h.

Korak št. 8: Zdaj lahko izračunamo Q za celotna tla: Q_tla = 824 + 144 + 44 + 6 = 1018W/h.

Korak št. 9: Na podlagi izvedenih izračunov lahko označimo vsoto skupnih toplotnih izgub:

Q_skup = 2728 + 1406 + 413 + 1064 + 1018 = 6629W/h.

V izračun niso vključene toplotne izgube, povezane s kanalizacijo in prezračevanjem. Da ne bi po nepotrebnem zapletali, preprosto dodajmo 5 % za naštete izgube.

Seveda je potrebna rezerva, vsaj 10 %.

Tako bo končna številka toplotnih izgub hiše, navedene kot primer, znašala:

Q_skup = 6629 × 1,15 = 7623W/h.

Q_skup kaže maksimalne toplotne izgube hiše pri temperaturni razliki zunanjega in notranjega zraka 50 °C.

Če izračunamo po prvem poenostavljenem načinu prek Wud, potem:

W_spec = 130 × 90 = 11700W/h.

Jasno je, da je drugi način izračuna četudi precej bolj zapleten, vendar daje bolj realno številko za stavbe z izolacijo. Prvi način omogoča pridobitev splošne vrednosti toplotnih izgub za stavbe z nizko stopnjo toplotne izolacije ali brez nje.

V prvem primeru bo moral kotel vsako uro v celoti obnavljati izgube toplotne energije, ki nastajajo skozi odprtine, stropove, stene brez izolacije.

V drugem primeru je treba kuriti samo enkrat, dokler ni dosežena udobna temperatura. Nato bo moral kotel samo obnavljati toplotne izgube, katerih vrednost je bistveno nižja kot v prvem primeru.

Tabela 1. Toplotna prevodnost različnih gradbenih materialov.

V tabeli so podani koeficienti toplotne prevodnosti za pogoste gradbene materiale.

Tabela 2. Debelina cementnega spoja pri različnih vrstah zidanja.

Pri izračunu debeline zidu se upošteva debelina spoja 10 mm. Zaradi cementnih spojev je toplotna prevodnost zidu nekoliko višja kot pri posamezni opeki.

Tabela 3. Toplotna prevodnost različnih vrst plošč iz mineralne volne.

V tabeli so podane vrednosti koeficienta toplotne prevodnosti za različne plošče iz mineralne volne. Za izolacijo fasad se uporablja trda plošča.

Tabela 4. Toplotne izgube oken različne konstrukcije.

Oznake v tabeli: Ar – polnitev steklopaketov z inertnim plinom, K – zunanje steklo ima toplotno zaščitno prevleko, debelina stekla 4 mm, preostale številke označujejo razmak med stekloma.

7,6 kWh – to je izračunana potrebna najvišja moč, ki se porabi za ogrevanje dobro izolirane zgradbe. Vendar pa električni kotli za delovanje potrebujejo tudi nekaj energije za lastno napajanje.

Kot ste opazili, slabo izolirana hiša ali stanovanje zahteva velike stroške električne energije za ogrevanje. Poleg tega to velja za katero koli vrsto kotla. Pravilna izolacija tal, stropa in sten omogoča znatno zmanjšanje stroškov.

Na naši spletni strani so članki o metodah izolacije in pravilih izbire toplotnoizolacijskega materiala. Predlagamo vam, da se z njimi seznanite:

• Izolacija zasebne hiše od zunaj: priljubljene tehnologije + pregled materialov
• Izolacija poda na tramovih: materiali za toplotno izolacijo + sheme izolacije
• Izolacija mansardne strehe: podrobna navodila za izvedbo toplotne izolacije v mansardi nizke hiše
• Vrste izolacij za notranje stene hiše: materiali za izolacijo in njihove značilnosti
• Izolacija za strop v zasebni hiši: vrste uporabljenih materialov + kako pravilno izbrati
• Izolacija balkona z lastnimi rokami: priljubljene možnosti in tehnologije izolacije balkona od znotraj

Korak #5 – izračun stroškov za električno energijo

Če poenostavimo tehnično bistvo ogrevalnega kotla, ga lahko imenujemo navaden pretvornik električne energije v njen toplotni analog. Pri opravljanju dela pretvorbe porabi tudi določeno količino energije. To pomeni, da kotel prejme celotno enoto električne energije, v ogrevanje pa pride le 0,98 njenega dela.

Za pridobitev natančne številke porabe električne energije preučevanega električnega ogrevalnega kotla je treba njegovo moč (nominalno v prvem primeru in izračunano v drugem) deliti z vrednostjo izkoristka, ki jo navaja proizvajalec.

V povprečju izkoristek take opreme znaša 98 %. Posledično bo vrednost porabe energije na primer za izračunano možnost:

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

Ostane še pomnožiti vrednost z lokalno tarifo. Nato izračunati skupni znesek stroškov za električno ogrevanje in se lotiti iskanja načinov za njihovo zmanjšanje.

Na primer, kupiti dvotarifni števec, ki omogoča delno plačilo po nižjih “nočnih” tarifah. Za to bo treba zamenjati stari električni števec z novim modelom. Postopek in pravila izvedbe zamenjave so podrobno obravnavani tukaj.

Še en način za zmanjšanje stroškov po zamenjavi števca – vključiti v ogrevalni krog toplotni akumulator, da bi se čez noč založili s poceni energijo, podnevi pa jo porabili.

Korak #6 – izračun sezonskih stroškov ogrevanja

Zdaj, ko ste osvojili metodologijo izračuna prihodnjih toplotnih izgub, boste lahko enostavno ocenili stroške ogrevanja v celotnem ogrevalnem obdobju.

Po SNiP 23-01-99 «Gradbena klimatologija» v stolpcih 13 in 14 najdemo za Moskvo trajanje obdobja s povprečno temperaturo pod 10 °C.

Za Moskvo tako obdobje traja 231 dni in ima povprečno temperaturo -2,2 °C. Da bi izračunali Q_skup za ΔT=22,2 °C, ni treba izvesti celotnega izračuna znova.

Dovolj je izpeljati Q_skup na 1 °C:

Q_skup = 7623 / 50 = 152,46 W/h

Ustrezno za ΔT = 22,2 °C:

Q_skup = 152,46 × 22,2 = 3385 W/h

Za izračun porabljene električne energije pomnožimo z ogrevalnim obdobjem:

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

Predstavljeni izračun je zanimiv tudi zato, ker omogoča analizo celotne konstrukcije hiše z vidika učinkovitosti uporabe izolacije.

Obravnavali smo poenostavljeno različico izračunov. Priporočamo vam tudi, da si ogledate celoten toplotnotehnični izračun stavbe.

Zaključki in koristen video na to temo

Kako se izogniti toplotnim izgubam skozi temelje:

Kako izračunati toplotne izgube na spletu:

Uporaba električnih kotlov kot glavne ogrevalne opreme je zelo močno omejena z zmožnostmi električnih omrežij in ceno električne energije.

Vendar so lahko kot dodatni, na primer k trdogorivnemu kotlu, zelo učinkoviti in koristni. Sposobni so bistveno skrajšati čas za segrevanje ogrevalnega sistema ali pa se uporabljajo kot glavni kotel pri ne zelo nizkih temperaturah.

Ali uporabljate električni kotel za ogrevanje? Povejte, po kateri metodi ste izračunali potrebno moč za vaš dom. Ali pa morda šele nameravate kupiti električni kotel in imate vprašanja? Zastavite jih v komentarjih k članku – poskušali vam bomo pomagati.