Koľko elektriny spotrebuje elektrický kotol: ako vykonať výpočty pred kúpou.

Používanie elektriny ako zdroja energie na vykurovanie vidieckeho domu je atraktívne z mnohých dôvodov: ľahká dostupnosť, rozšírenosť, ekologickosť. Zároveň však hlavnou prekážkou používania elektrických kotlov zostávajú pomerne vysoké tarify.

Aj Vy ste sa zamysleli nad účelnosťou inštalácie elektrického kotla? Poďme spoločne zistiť, koľko spotrebuje elektrickej energie elektrický kotol. Na to použijeme pravidlá výpočtov a vzorce uvedené v našom článku.

Výpočty pomôžu podrobne pochopiť, koľko kWh elektriny bude potrebné mesačne platiť v prípade používania elektrického kotla na vykurovanie domu alebo bytu. Získané čísla umožnia urobiť konečné rozhodnutie o kúpe/nekúpení kotla.

Spôsoby výpočtu výkonu elektrického kotla

Je možné vyčleniť dve základné metodiky výpočtu potrebného výkonu elektrického kotla. Prvá je založená na vykurovanej ploche, druhá na výpočte tepelných strát cez obvodové konštrukcie.

Výpočet podľa prvého variantu je veľmi hrubý, je založený na jedinom ukazovateli – mernom výkone. Merný výkon je uvedený v príručkách a závisí od regiónu.

Výpočet podľa druhého variantu je zložitejší, ale zohľadňuje množstvo individuálnych ukazovateľov konkrétnej budovy. Úplný tepelnotechnický výpočet budovy – úloha pomerne zložitá a náročná. Ďalej bude uvedený zjednodušený výpočet, ktorý má napriek tomu potrebnú presnosť.

Bez ohľadu na metodiku výpočtu, množstvo a kvalita zhromaždených vstupných údajov priamo ovplyvňujú správne posúdenie požadovaného výkonu elektrického kotla.

Pri zníženom výkone bude zariadenie neustále pracovať s maximálnym zaťažením, čo nezabezpečí potrebný komfort bývania. Pri zvýšenom výkone – neodôvodnene vysoká spotreba elektrickej energie a vysoká cena vykurovacieho zariadenia.

Na rozdiel od iných druhov paliva, elektrická energia – je ekologicky bezpečná, pomerne čistá a jednoduchá možnosť, ale viazaná na existenciu nepretržite fungujúcej elektrickej siete v regióne.

Postup výpočtu výkonu elektrického kotla

Ďalej podrobne preskúmame, ako vypočítať potrebný výkon kotla, aby zariadenie v plnom rozsahu plnilo svoju úlohu pri vykurovaní domu.

Etapa #1 – zber vstupných údajov na výpočet

Na vykonanie výpočtov budú potrebné nasledujúce informácie o budove:

• S – plocha vykurovaného priestoru.
• W_ud – merný výkon.

Ukazovateľ merného výkonu udáva, koľko tepelnej energie je potrebné na 1 m² za 1 hodinu.

Závisí od miestnych prírodných podmienok, možno prijať nasledujúce hodnoty:

• pre centrálnu časť Ruska: 120 – 150 W/m²;
• pre južné regióny: 70-90 W/m²;
• pre severné regióny: 150-200 W/m².

W_ud – teoretická veličina, ktorá sa používa hlavne na veľmi hrubé výpočty, pretože neodráža skutočné tepelné straty budovy. Nezohľadňuje plochu zasklenia, počet dverí, materiál vonkajších stien, výšku stropov.

Presný tepelnotechnický výpočet sa vykonáva pomocou špecializovaných programov s ohľadom na mnoho faktorov. Pre naše účely takýto výpočet nie je potrebný, stačí sa obísť výpočtom tepelných strát vonkajších obvodových konštrukcií.

Veličiny, ktoré je potrebné použiť vo výpočtoch:

R – odpor prestupu tepla alebo súčiniteľ tepelného odporu. Je to pomer rozdielu teplôt na okrajoch obvodovej konštrukcie k tepelnému toku prechádzajúcemu touto konštrukciou. Má rozmer m²×°C/W.

V skutočnosti je to jednoduché – R vyjadruje schopnosť materiálu zadržiavať teplo.

Q – veličina, ktorá ukazuje množstvo tepelného toku prechádzajúceho cez 1 m² povrchu pri rozdiele teploty 1 °C za 1 hodinu. To znamená, že ukazuje, koľko tepelnej energie stratí 1 m² obvodovej konštrukcie za hodinu pri teplotnom rozdiele 1 stupeň. Má rozmer W/m²×h.

Pre uvedené výpočty tu nie je rozdiel medzi kelvinmi a stupňami Celzia, pretože nie je dôležitá absolútna teplota, ale iba rozdiel.

Q_obšč – množstvo tepelného toku prechádzajúceho cez plochu S obvodovej konštrukcie za hodinu. Má rozmer W/h.

P – výkon vykurovacieho kotla. Vypočíta sa ako požadovaná maximálna hodnota výkonu vykurovacieho zariadenia pri maximálnom rozdiele teploty vonkajšieho a vnútorného vzduchu. Inými slovami je to dostatočný výkon kotla na vykurovanie budovy v najchladnejšom období. Má rozmer W/h.

Účinnosť – koeficient užitočného účinku vykurovacieho kotla, bezrozmerná veličina ukazujúca pomer získanej energie k vynaloženej energii. V dokumentácii zariadenia sa obvykle uvádza v percentách z 100, napríklad 99 %. Vo výpočtoch sa používa hodnota od 1, t. j. 0,99.

∆T – ukazuje rozdiel teploty na oboch stranách obvodovej konštrukcie. Aby bolo jasnejšie, ako sa správne vypočíta rozdiel, pozrite si príklad. Ak je vonku: -30 °C a vnútri +22 °C, potom ∆T = 22 – (-30) = 52 °C

Alebo to isté, ale v kelvinoch: ∆T = 293 – 243 = 52 K

To znamená, že rozdiel bude vždy rovnaký pre stupne a kelviny, preto sa referenčné údaje v kelvinoch môžu pri výpočtoch používať bez opráv.

d – hrúbka obvodovej konštrukcie v metroch.

k – súčiniteľ tepelnej vodivosti materiálu obvodovej konštrukcie, ktorý sa preberá z referenčných príručiek alebo SNiP II-3-79 «Stavebná tepelná technika» (SNiP – stavebné normy a pravidlá). Má rozmer W/m×K alebo W/m×°C.

Nasledujúci zoznam vzorcov ukazuje vzájomnú súvislosť veličín:

• R = d / k
• R= ∆T / Q
• Q = ∆T / R
• Q_celk = Q × S
• P = Q_celk / účinnosť

Pre viacvrstvové konštrukcie sa odpor prestupu tepla R vypočíta pre každú konštrukciu samostatne a potom sa sčíta.

Niekedy môže byť výpočet viacvrstvových konštrukcií príliš zdĺhavý, napríklad pri výpočte tepelných strát okenného skleneného dvojskla.

Čo je potrebné zohľadniť pri výpočte odporu prestupu tepla pre okná:

• hrúbku skla;
• počet skiel a vzduchových medzier medzi nimi;
• druh plynu medzi sklami: inertný alebo vzduch;
• prítomnosť tepelnoizolačného povlaku okenného skla.

Avšak hotové hodnoty pre celú konštrukciu možno nájsť buď u výrobcu, alebo v referenčnej príručke; na konci tohto článku je uvedená tabuľka pre sklenené dvojsklá bežnej konštrukcie.

Etapa #2 – výpočet tepelných strát podlahy suterénu

Samostatne sa treba zastaviť pri výpočte tepelných strát cez podlahu budovy, pretože zemina poskytuje značný odpor prestupu tepla.

Pri výpočtoch tepelných strát suterénu treba brať do úvahy hĺbku založenia v zemine. Ak dom stojí na úrovni terénu, hĺbka založenia sa považuje za 0.

Podľa bežne akceptovanej metodiky sa plocha podlahy delí na 4 zóny.

• 1. zóna – odstupuje sa 2 m od vonkajšej steny k stredu podlahy po obvode. V prípade zapustenia budovy sa odstupuje od úrovne terénu po úroveň podlahy po zvislej stene. Ak je stena zapustená do zeme 2 m, potom zóna 1 bude úplne na stene.
• 2. zóna – odstupuje sa po 2 m po obvode smerom k stredu od hranice 1. zóny.
• 3. zóna – ustupuje sa o 2 m po obvode smerom k stredu od hranice 2. zóny.
• 4. zóna – zvyšná podlaha.

Pre každú zónu sú z doterajšej praxe stanovené vlastné 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.

Uvedené hodnoty R platia pre podlahy bez krytiny. V prípade zateplenia sa každé R zvyšuje o R izolácie.

Dodatočne sa pre podlahy uložené na latách R vynásobí koeficientom 1,18.

Zóna 1 má šírku 2 metre. Ak je dom zahlbený, treba vziať výšku stien v pôde, odpočítať od 2 metrov a zvyšok preniesť na podlahu.

Etapa #3 – výpočet tepelných strát stropu

Teraz môžeme pristúpiť k výpočtom.

Vzorec, ktorý môže slúžiť na približný odhad výkonu elektrického kotla:

W=W_šp × S

Úloha: vypočítať potrebný výkon kotla v meste Moskva, vykurovaná plocha 150 m².

Pri výpočtoch berieme do úvahy, že Moskva patrí do centrálneho regiónu, t.j. W_šp možno považovať za rovné 130 W/m².

W_šp = 130 × 150 = 19500 W/h alebo 19,5 kW/h

Tento údaj je natoľko nepresný, že nevyžaduje zohľadnenie účinnosti vykurovacieho zariadenia.

Teraz určíme tepelné straty cez 15 m² plochy stropu zatepleného minerálnou vlnou. Hrúbka vrstvy tepelnej izolácie 150 mm, teplota vonkajšieho vzduchu -30 °C, vnútri budovy +22 °C za 3 hodiny.

Riešenie: z tabuľky nájdeme súčiniteľ tepelnej vodivosti minerálnej vlny, k=0,036 W/m×°C. Hrúbku d treba uvádzať v metroch.

Postup výpočtu je nasledovný:

• 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_celk = 12,48 × 15 = 187 W/h.

Vypočítali sme, že tepelné straty cez strop budú v našom príklade 187 * 3 = 561 W.

Pre naše účely je úplne prípustné zjednodušiť výpočty tým, že budeme počítať tepelné straty iba vonkajších konštrukcií: stien a stropov, pričom nebudeme brať ohľad na vnútorné priečky a dvere.

Okrem toho sa môžeme zaobísť bez výpočtu strát tepla na vetranie a kanalizáciu. Nebudeme brať do úvahy infiltráciu a zaťaženie vetrom. Taktiež nebudeme brať do úvahy závislosť umiestnenia budovy podľa svetových strán a množstvo prijatej slnečnej radiácie.

Zo všeobecných úvah možno vyvodiť jeden záver. Čím väčší je objem budovy, tým menšie sú tepelné straty na 1 m². Vysvetliť je to jednoduché, pretože plocha stien rastie kvadraticky, objem však kubicky. Guľa má najmenšie tepelné straty.

V obvodových konštrukciách sa berú do úvahy iba uzavreté vzduchové vrstvy. Ak má Váš dom vetranú fasádu, takáto vzduchová vrstva sa považuje za neuzavretú, do výpočtu sa nezahŕňa. Nezahŕňajú sa všetky vrstvy, ktoré nasledujú pred neuzavretou vzduchovou vrstvou: fasádne dlaždice alebo kazety.

Uzavreté vzduchové vrstvy, napríklad v izolačných dvojsklách, sa berú do úvahy.

Všetky steny domu sú vonkajšie. Podkrovie nie je vykurované, tepelný odpor strešných materiálov sa do výpočtu nezahŕňa.

Etapa #4 – výpočet celkových tepelných strát chaty

Po teoretickej časti možno pristúpiť k praktickej časti.

Ako príklad si vypočítame dom:

• rozmery vonkajších stien: 9×10 m;
• výška: 3 m;
• okno s izolačným dvojsklom 1,5×1,5 m: 4 ks;
• dvere dubové 2,1×0,9 m, hrúbka 50 mm;
• podlahy borovicové 28 mm, na extrudovanom polystyréne s hrúbkou 30 mm, uložené na rošty;
• strop sadrokartón 9 mm, na minerálnej vlne s hrúbkou 150 mm;
• materiál stien: murivo z 2 vápenopieskových tehál, zateplenie minerálnou vlnou 50 mm;
• najchladnejšie obdobie –30 °C, výpočtová teplota vnútri budovy 20 °C.

Vykonáme prípravné výpočty potrebných plôch. Pri výpočte zón na podlahe predpokladáme nulové zapustenie stien. Podlahová doska je uložená na rošty.

• okná – 9 m²;
• dvere – 1,9 m²;
• steny, mínus okná a dvere – 103,1 m²;
• strop – 90 m²;
• plochy zón podlahy: S1 = 60 m², S2 = 18 m², S3 = 10 m², S4 = 2 m²;
• ΔT = 50 °C.

Ďalej podľa príručiek alebo tabuliek uvedených na konci tejto kapitoly vyberieme potrebné hodnoty súčiniteľa tepelnej vodivosti pre každý materiál. Odporúčame oboznámiť sa podrobnejšie s súčiniteľom tepelnej vodivosti a jeho hodnotami pre najobľúbenejšie stavebné materiály.

Pre borovicové dosky treba brať súčiniteľ tepelnej vodivosti pozdĺž vlákien.

Celý výpočet je dostatočne jednoduchý:

Krok č. 1: Výpočet tepelných strát cez nosné stenové konštrukcie zahŕňa tri úkony.

Vypočítame koeficient tepelných strát stien z tehál: R_teh = d / k = 0,51 / 0,7 = 0,73 m²×°C/W.

To isté pre izoláciu stien: R_izol = d / k = 0,05 / 0,043 = 1,16 m²×°C/W.

Tepelné straty 1 m² vonkajších stien: Q = ΔT/(R_teh + R_izol) = 50 / (0,73 + 1,16) = 26,46 m²×°C/W.

Nakoniec celkové tepelné straty stien budú: Q_st = Q×S = 26,46 × 103,1 = 2728 W.

Krok č. 2: Výpočet strát tepelnej energie cez okná: Q_okn = 9 × 50 / 0,32 = 1406 W.

Krok č. 3: Výpočet únikov tepelnej energie cez dubové dvere: Q_dv = 1,9 × 50 / 0,23 = 413 W.

Krok č. 4: Straty tepla cez hornú konštrukciu – strop: Q_strop = 90 × 50 / (0,06 + 4,17) = 1064 W.

Krok č. 5: Vypočítame R_izol pre podlahu rovnako v niekoľkých krokoch.

Najprv nájdeme koeficient tepelných strát izolácie: R_izol= 0,16 + 0,83 = 0,99 m²×°C/W.

Potom pripočítame R_izol ku každej zóne:

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

Krok č. 6: Keďže podlaha je položená na nosníky, vynásobíme koeficientom 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.

Krok č. 7: Vypočítame Q pre každú zónu:

Q1 = 60 × 50 / 3,64 = 824 W/h;

Q2 = 18 × 50 / 6,24 = 144 W/h;

Q3 = 10 × 50 / 11,32 = 44 W/h;

Q4 = 2 × 50 / 17,92 = 6 W/h.

Krok č. 8: Teraz môžeme vypočítať Q pre celú podlahu: Q_podlaha = 824 + 144 + 44 + 6 = 1018 W/h.

Krok č. 9: V dôsledku nami vykonaných výpočtov môžeme označiť súčet celkových tepelných strát:

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

Do výpočtu neboli zahrnuté tepelné straty súvisiace s kanalizáciou a vetraním. Aby sme to príliš nekomplikovali, jednoducho pridáme 5% na uvedené úniky.

Samozrejme je potrebná rezerva, minimálne 10%.

Takže konečné číslo tepelných strát uvedeného príkladového domu bude:

Q_celk = 6629 × 1,15 = 7623 W/h.

Q_celk ukazuje maximálne tepelné straty domu pri rozdiele teploty vonkajšieho a vnútorného vzduchu 50 °C.

Ak vypočítame podľa prvého zjednodušeného variantu cez W_ud tak:

W_šp = 130 × 90 = 11700 W/h.

Je jasné, že druhý variant výpočtu, aj keď je podstatne zložitejší, dáva reálnejšie číslo pre stavby so zateplením. Prvý variant umožňuje získať zovšeobecnenú hodnotu tepelných strát pre stavby s nízkym stupňom tepelnej izolácie alebo vôbec bez nej.

V prvom prípade bude kotol musieť každú hodinu úplne obnovovať straty tepelnej energie, ktoré vznikajú cez otvory, stropy, steny bez izolácie.

V druhom prípade je potrebné kúriť iba raz, kým sa dosiahne komfortná hodnota teploty. Potom bude kotol musieť iba obnovovať tepelné straty, ktorých hodnota je podstatne nižšia ako v prvom variante.

Tabuľka 1. Tepelná vodivosť rôznych stavebných materiálov.

V tabuľke sú uvedené koeficienty tepelnej vodivosti pre bežné stavebné materiály

Tabuľka 2. Hrúbka cementovej škáry pri rôznych typoch muriva.

Pri výpočte hrúbky muriva sa zohľadňuje hrúbka škáry 10 mm. Vďaka cementovým škáram je tepelná vodivosť muriva o niečo vyššia ako u samostatnej tehly.

Tabuľka 3. Tepelná vodivosť rôznych typov dosiek z minerálnej vlny.

V tabuľke sú uvedené hodnoty súčiniteľa tepelnej vodivosti pre rôzne dosky z minerálnej vlny. Na zateplenie fasád sa používa tuhá doska.

Tabuľka 4. Tepelné straty okien rôznej konštrukcie.

Označenia v tabuľke: Ar – plnenie izolačných skiel inertným plynom, K – vonkajšie sklo má tepelnoizolačnú vrstvu, hrúbka skla 4 mm, ostatné čísla označujú medzeru medzi sklami.

7,6 kW/h – to je vypočítaný potrebný maximálny výkon, ktorý sa spotrebúva na vykurovanie dobre zateplenej budovy. Avšak elektrické kotly na svoju činnosť potrebujú určitú energiu na vlastné napájanie.

Ako ste si všimli, zle zateplený dom alebo byt bude vyžadovať veľké náklady na elektrickú energiu na vykurovanie. Navyše to platí pre akýkoľvek typ kotla. Správne zateplenie podlahy, stropu a stien umožňuje výrazne znížiť náklady.

Na našej stránke sú články o metódach zatepľovania a pravidlách výberu tepelnoizolačného materiálu. Odporúčame vám sa s nimi oboznámiť:

• Zateplenie súkromného domu zvonka: populárne technológie + prehľad materiálov
• Zateplenie podlahy na trámoch: materiály na tepelnú izoláciu + schémy zateplenia
• Zateplenie podkrovnej strechy: podrobný inštruktáž o zariadení tepelnej izolácie v podkroví nízkopodlažného domu
• Druhy izolácií pre steny domu zvnútra: materiály na zateplenie a ich charakteristiky
• Izolácia stropu v rodinnom dome: druhy použitých materiálov + ako správne vybrať
• Zateplenie balkóna vlastnými rukami: obľúbené varianty a technológie zateplenia balkóna zvnútra

Etapa #5 – výpočet nákladov na elektrickú energiu

Ak zjednodušíme technickú podstatu vykurovacieho kotla, možno ho nazvať bežným meničom elektrickej energie na jej tepelný ekvivalent. Pri vykonávaní práce na premene tiež spotrebúva určité množstvo energie. Teda kotol dostáva plnú jednotku elektrickej energie, ale na vykurovanie sa dostáva iba jej 0,98 časť.

Na získanie presnej hodnoty spotreby elektrickej energie skúmaným elektrickým vykurovacím kotlom je potrebné jeho výkon (nominálny v prvom prípade a vypočítaný v druhom) vydeliť hodnotou účinnosti deklarovanou výrobcom.

V priemere účinnosť takéhoto zariadenia je 98%. V dôsledku toho bude veľkosť spotreby energie napríklad pre výpočtový variant:

7,6 / 0,98 = 7,8 kW/h.

Zostáva vynásobiť hodnotu miestnym tarifom. Potom vypočítať celkovú sumu nákladov na elektrické vykurovanie a venovať sa hľadaniu spôsobov ich zníženia.

Napríklad kúpiť dvojtarifný merač, ktorý umožňuje čiastočne platiť podľa nižších “nočných” taríf. Na to bude potrebné vymeniť starý elektromer za nový model. Postup a pravidlá výmeny sú podrobne popísané tu.

Ďalší spôsob, ako znížiť náklady po výmene merača – zahrnúť do vykurovacieho okruhu tepelný akumulátor, aby ste sa zásobovali lacnou energiou v noci a spotrebúvali ju cez deň.

Etapa #6 – výpočet sezónnych nákladov na vykurovanie

Teraz, keď ste zvládli metodiku výpočtu budúcich tepelných strát, ľahko budete vedieť odhadnúť náklady na vykurovanie počas celého vykurovacieho obdobia.

Podľa SNiP 23-01-99 «Stavebná klimatológia» v stĺpcoch 13 a 14 nájdeme pre Moskvu trvanie obdobia s priemernou teplotou nižšou ako 10 °C.

Pre Moskvu takéto obdobie trvá 231 dní a má priemernú teplotu -2,2 °C. Na výpočet Q_celk pre ΔT=22,2 °C nie je potrebné robiť celý výpočet znova.

Stačí odvodiť Q_celk na 1 °C:

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

Príslušne pre ΔT= 22,2 °C:

Q_celk = 152,46 × 22,2 = 3385 Wh

Pre zistenie spotrebovanej elektrickej energie vynásobíme vykurovacím obdobím:

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

Uvedený výpočet je zaujímavý aj tým, že umožňuje analyzovať celú konštrukciu domu z hľadiska efektívnosti použitia zateplenia.

Preskúmali sme zjednodušenú verziu výpočtov. Odporúčame vám tiež oboznámiť sa s úplným tepelno-technickým výpočtom budovy.

Závery a užitočné video k téme

Ako sa vyhnúť tepelným stratám cez základ:

Ako vypočítať tepelné straty online:

Použitie elektrických kotlov ako hlavného vykurovacieho zariadenia je veľmi obmedzené možnosťami elektrických sietí a cenou elektrickej energie.

Avšak ako doplnkový, napríklad k kotlu na tuhé palivo, môžu byť veľmi efektívne a užitočné. Sú schopné výrazne skrátiť čas na zohriatie vykurovacieho systému alebo sa použiť ako hlavný kotol pri nie veľmi nízkych teplotách.

Používate elektrický kotol na vykurovanie? Povedzte, akou metódou ste vypočítali potrebný výkon pre váš dom. Alebo si len chcete kúpiť elektrický kotol a máte otázky? Pýtajte sa ich v komentároch k článku – pokúsime sa vám pomôcť.