Koliko električne energije troši električni kotao: kako provesti izračune prije kupnje

Korištenje električne energije kao izvora energije za grijanje seoske kuće privlačno je iz mnogo razloga: laka dostupnost, raširenost, ekološka prihvatljivost. U isto vrijeme, najveća prepreka korištenju električnih kotlova ostaju prilično visoke tarife.

Jeste li i Vi razmišljali o isplativosti ugradnje električnog kotla? Hajdemo zajedno shvatiti koliko električne energije troši električni kotao. Za to ćemo koristiti pravila izvođenja izračuna i formule obrađene u našem članku.

Izračuni će pomoći da se detaljno shvati koliko će se kWh električne energije morati plaćati mjesečno u slučaju korištenja električnog kotla za grijanje kuće ili stana. Dobiveni brojevi omogućit će donošenje konačne odluke o kupnji/nekupnji kotla.

Načini izračuna snage električnog kotla

Mogu se izdvojiti dvije osnovne metode izračuna potrebne snage električnog kotla. Prva se temelji na grijanoj površini, druga na izračunu gubitaka topline kroz ogradne konstrukcije.

Izračun prema prvoj varijanti vrlo je grub, temelji se na jedinom pokazatelju – specifičnoj snazi. Specifična snaga navedena je u priručnicima i ovisi o regiji.

Izračun prema drugoj varijanti je složeniji, ali uzima u obzir brojne individualne pokazatelje konkretne zgrade. Potpuni toplinski izračun zgrade – zadatak je prilično složen i mukotrpan. U nastavku će biti prikazan pojednostavljeni izračun, koji ipak posjeduje potrebnu točnost.

Neovisno o metodi izračuna, količina i kvaliteta prikupljenih početnih podataka izravno utječu na pravilnu procjenu potrebne snage električnog kotla.

Pri smanjenoj snazi oprema će stalno raditi s maksimalnim opterećenjem, ne osiguravajući potreban komfor stanovanja. Pri povećanoj snazi – neopravdano velika potrošnja električne energije i visoka cijena opreme za grijanje.

Za razliku od drugih vrsta goriva, električna energija – ekološki je sigurna, prilično čista i jednostavna opcija, ali ovisi o postojanju neprekidno djelujuće električne mreže u regiji.

Postupak izračuna snage električnog kotla

Dalje ćemo detaljno razmotriti kako izračunati potrebnu snagu kotla kako bi oprema u potpunosti obavljala svoju zadaću grijanja doma.

Faza #1 – prikupljanje početnih podataka za izračun

Za provođenje izračuna bit će potrebni sljedeći podaci o zgradi:

• S – površina grijane prostorije.
• W_ud – specifična snaga.

Pokazatelj specifične snage pokazuje koliko je potrebno toplinske energije na 1 m² u 1 sat.

Ovisi o lokalnim prirodnim uvjetima, mogu se prihvatiti sljedeće vrijednosti:

• za središnji dio Rusije: 120 – 150 W/m²;
• za južne regije: 70-90 W/m²;
• za sjeverne regije: 150-200 W/m².

W_ud – teorijska je veličina koja se uglavnom koristi za vrlo grube izračune, jer ne odražava stvarne toplinske gubitke zgrade. Ne uzima u obzir površinu ostakljenja, materijal vanjskih zidova, visinu stropova.

Točan toplinski proračun izvodi se pomoću specijaliziranih programa koji uzimaju u obzir mnoštvo čimbenika. Za naše potrebe takav proračun nije potreban, sasvim se može proći s izračunom toplinskih gubitaka vanjskih ogradnih konstrukcija.

Veličine koje je potrebno uključiti u izračune:

R – otpor prijenosu topline ili koeficijent toplinskog otpora. To je omjer razlike temperatura na rubovima ogradne konstrukcije i toplinskog toka koji prolazi kroz tu konstrukciju. Ima dimenziju m²×⁰C/W.

Zapravo je sve jednostavno – R izražava sposobnost materijala da zadržava toplinu.

Q – veličina koja pokazuje količinu toplinskog toka koji prolazi kroz 1 m² površine pri razlici temperature od 1⁰C u 1 satu. To jest, pokazuje koliko gubi toplinske energije 1 m² ogradne konstrukcije na sat pri padu temperature od 1 stupanj. Ima dimenziju W/m²×h.

Za ovdje navedene izračune nema razlike između kelvina i stupnjeva Celzijusa, jer nije važna apsolutna temperatura, već samo razlika.

Q_obšč – količina toplinskog toka koja prolazi kroz površinu S ogradne konstrukcije u satu. Ima dimenziju W/h.

P – snaga kotla za grijanje. Izračunava se kao potrebna maksimalna vrijednost snage opreme za grijanje pri maksimalnoj razlici temperature vanjskog i unutarnjeg zraka. Drugim riječima, dovoljna snaga kotla za grijanje zgrade u najhladnijoj sezoni. Ima dimenziju W/h.

KKD – faktor korisnog djelovanja kotla za grijanje, bezdimenzionalna veličina koja pokazuje omjer dobivene energije prema utrošenoj energiji. U dokumentaciji opreme obično se navodi u postocima od 100, npr. 99%. U proračunima se koristi vrijednost od 1, tj. 0,99.

∆T – prikazuje razliku temperature s dvije strane ograđujuće konstrukcije. Da bi bilo jasnije, kako se pravilno izračunava razlika, pogledajte primjer. Ako je vani: -30 °C, a unutra +22 °C, tada je ∆T = 22 – (-30) = 52 °C

Ili isto, ali u kelvinima: ∆T = 293 – 243 = 52 K

Dakle, razlika će uvijek biti ista za stupnjeve i kelvine, stoga se referentni podaci u kelvinima mogu koristiti bez prilagodbi.

d – debljina konstrukcije u metrima.

k – koeficijent toplinske vodljivosti materijala konstrukcije, koji se uzima iz priručnika ili SNiP II-3-79 „Građevinska toplinska tehnika“ (SNiP – građevinske norme i pravila). Ima dimenziju W/m×K ili W/m×°C.

Sljedeći popis formla prikazuje međusobni odnos veličina:

• R = d / k
• R = ∆T / Q
• Q = ∆T / R
• Q_uk = Q × S
• P = Q_uk / KKD

Za višeslojne konstrukcije otpor prijenosu topline R izračunava se za svaku konstrukciju posebno i zatim zbraja.

Ponekad izračun višeslojnih konstrukcija može biti previše složen, primjerice pri izračunu gubitaka topline prozorskog staklenog paketa.

Što je potrebno uzeti u obzir pri izračunu otpora prijenosu topline za prozore:

• debljinu stakla;
• broj stakala i zračnih raspora između njih;
• vrstu plina između stakala: inertni ili zrak;
• prisutnost toplinsko izolacijskog premaza prozorskog stakla.

Međutim, mogu se pronaći gotove vrijednosti za cijelu konstrukciju bilo kod proizvodjača, bilo u priručniku; na kraju ovog članka dana je tablica za staklne pakete uobičajene konstrukcije.

Faza #2 – izračun gubitaka topline poda podrumskog kata

Zasebno se treba zaustaviti na izračunu gubitaka topline kroz pod zgrade, jer tlo pruža značajan otpor prijenosu topline.

Pri izračunu gubitaka topline podrumskog kata potrebno uzeti u obzir dubinu ukopavanja u tlo. Ako kuća stoji na razini tla, onda se dubina uzima jednakom 0.

Prema općeprihvaćenoj metodici površina poda dijeli se na 4 zone.

• Zona 1 – odmiče se 2 m od vanjskog zida prema sredini poda po obodu. U slučaju ukopavanja zgrade, odmiče se od razine tla do razine poda po vertikalnom zidu. Ako je zid ukopan u tlu na 2 m, tada će zona 1 biti u potpunosti na zidu.
• Zona 2 – odmiče se po 2 m po obodu prema sredini od granice zone 1.
• 3. zona – odmiče se 2 m po obodu prema središtu od granice 2. zone.
• 4. zona – preostali pod.

Za svaku zonu iz uobičajene prakse utvrđeni su vlastiti 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 vrijednosti R vrijede za podove bez obloge. U slučaju izolacije, svaki R se povećava za R izolacijskog materijala.

Dodatno za podove položene na grede, R se množi s koeficijentom 1,18.

Zona 1 ima širinu 2 metra. Ako je kuća ukopana, treba uzeti visinu zidova u tlu, oduzeti od 2 metra, a ostatak prenijeti na pod.

Faza #3 – izračun gubitaka topline stropa

Sada se može pristupiti proračunima.

Formula koja može poslužiti za približnu procjenu snage električnog kotla:

W=W_ud × S

Zadatak: izračunati potrebnu snagu kotla u Moskvi, grijana površina 150 m².

Pri izradi proračuna uzimamo u obzir da Moskva pripada središnjoj regiji, tj. W_ud se može prihvatiti jednakim 130 W/m².

W_ud = 130 × 150 = 19500 W/h ili 19,5 kW/h

Ova brojka je toliko netočna da ne zahtijeva uzimanje u obzir učinkovitosti opreme za grijanje.

Sada odredimo toplinske gubitke kroz 15 m² površine stropa, izoliranog mineralnom vunom. Debljina sloja toplinske izolacije 150 mm, temperatura vanjskog zraka -30 °C, unutar zgrade +22 °C kroz 3 sata.

Rješenje: prema tablici nalazimo koeficijent toplinske vodljivosti mineralne vune, k=0,036 W/m×°C. Debljinu d treba uzeti u metrima.

Redoslijed proračuna je sljedeći:

• 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_uk = 12,48 × 15 = 187 W/h.

Izračunali smo da će gubitci topline kroz strop u našem primjeru iznositi 187 * 3 = 561 W.

Za naše svrhe, sasvim je dopušteno pojednostaviti izračune, izračunavajući toplinske gubitke samo vanjskih konstrukcija: zidova i stropova, ne obraćajući pažnju na unutarnje pregrade i vrata.

Osim toga, može se bez izračuna gubitaka topline za ventilaciju i kanalizaciju. Nećemo uzimati u obzir infiltraciju i opterećenje vjetrom. Ovisnost položaja zgrade prema stranama svijeta i količina primljene sunčeve radijacije.

Iz općih razmatranja može se izvući jedan zaključak. Što je veći volumen zgrade, to je manji toplinski gubitak po 1 m². To je lako objasniti, jer površina zidova raste kvadratično, a volumen kubično. Kugla ima najmanje toplinske gubitke.

U ograđujućim konstrukcijama uzimaju se u obzir samo zatvoreni zračni slojevi. Ako Vaša kuća ima ventiliranu fasadu, takav se zračni sloj smatra nezatvorenim i ne uzima se u obzir. Ne uzimaju se svi slojevi koji slijede prije nezatvorenog zračnog sloja: fasadne pločice ili kasete.

Zatvoreni zračni slojevi, na primjer, u staklenim paketima uzimaju se u obzir.

Svi zidovi kuće su vanjski. Tavan nije grijan, toplinski otpor krovnih materijala ne uzima se u obzir.

Faza #4 – izračun ukupnih gubitaka topline kuće

Nakon teorijskog dijela možete prijeći na praktični.

Za primjer izračunajmo kuću:

• dimenzije vanjskih zidova: 9×10 m;
• visina: 3 m;
• prozor s dvostrukim staklom 1,5×1,5 m: 4 kom;
• vrata hrastova 2,1×0,9 m, debljina 50 mm;
• podovi borovi 28 mm, na vrhu ekstrudiranog polistirenske pjene debljine 30 mm, položeni na grede;
• strop GKL 9 mm, na vrhu mineralne vune debljine 150 mm;
• materijal zidova: zidanje od 2 silikatne opeke, izolacija mineralnom vunom 50 mm;
• najhladnije razdoblje –30 °C, projektna temperatura unutar zgrade 20 °C.

Izvršit ćemo pripremne izračune potrebnih površina. Pri izračunu zona na podu, pretpostavljamo nulto produbljenje zidova. Podna daska položena je na grede.

• prozori – 9 m²;
• vrata – 1,9 m²;
• zidovi, umanjeno za prozore i vrata – 103,1 m²;
• strop – 90 m²;
• površine zona poda: S1 = 60 m², S2 = 18 m², S3 = 10 m², S4 = 2 m²;
• ΔT = 50 °C.

Zatim, prema priručnicima ili tablicama navedenim na kraju ovog poglavlja, odabiremo potrebne vrijednosti koeficijenta toplinske vodljivosti za svaki materijal. Preporučujemo da se detaljnije upoznate s koeficijentom toplinske vodljivosti i njegovim vrijednostima za najpopularnije građevinske materijale.

Za borove daske, koeficijent toplinske vodljivosti treba uzeti uzduž vlakana.

Cijeli izračun je prilično jednostavan:

Korak #1: Izračun gubitaka topline kroz nosive zidne konstrukcije uključuje tri radnje.

Izračunavamo koeficijent toplinskih gubitaka zidova od opeke: R_op = d / k = 0,51 / 0,7 = 0,73 m²×°C/W.

Isto za izolaciju zidova: R_iz = d / k = 0,05 / 0,043 = 1,16 m²×°C/W.

Toplinski gubitci 1 m² vanjskih zidova: Q = ΔT/(R_op + R_iz) = 50 / (0,73 + 1,16) = 26,46 m²×°C/W.

Ukupni toplinski gubitci zidova iznose: Q_zid = Q × S = 26,46 × 103,1 = 2728 W/h.

Korak br. 2: Izračun gubitaka toplinske energije kroz prozore: Q_proz = 9 × 50 / 0,32 = 1406 W/h.

Korak br. 3: Izračun gubitaka toplinske energije kroz hrastova vrata: Q_vr = 1,9 × 50 / 0,23 = 413 W/h.

Korak br. 4: Gubitci topline kroz gornju ploču – strop: Q_strop = 90 × 50 / (0,06 + 4,17) = 1064 W/h.

Korak br. 5: Izračunavamo R_iz za pod na isti način u nekoliko koraka.

Prvo nalazimo koeficijent toplinskih gubitaka izolacije: R_iz = 0,16 + 0,83 = 0,99 m²×°C/W.

Zatim dodajemo R_iz svakoj zoni:

• 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 br. 6: Budući da je pod položen na podnice, množimo s faktorom 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 br. 7: Izračunajte Q za svaku zonu:

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.

Korak br. 8: Sada možete izračunati Q za cijeli pod: Q_pod = 824 + 144 + 44 + 6 = 1018 W/h.

Korak br. 9: Kao rezultat naših izračuna možemo označiti zbroj ukupnih gubitaka topline:

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

U proračun nisu uključeni gubici topline povezani s kanalizacijom i ventilacijom. Da ne bismo previše komplicirali, jednostavno dodajte 5% za navedena curenja.

Naravno, potrebna je rezerva, minimalno 10%.

Stoga će konačni broj gubitaka topline kuće navedene kao primjer biti:

Q_uk = 6629 × 1,15 = 7623 W/h.

Q_uk pokazuje maksimalne gubitke topline kuće pri razlici temperature vanjskog i unutarnjeg zraka od 50 °C.

Ako računamo prema prvoj pojednostavljenoj varijanti putem W_spec tada:

W_ud = 130 × 90 = 11700 W/h.

Jasno je da je druga varijanta izračuna, iako znatno složenija, daje realniji broj za zgrade s izolacijom. Prva varijanta omogućuje dobivanje općenite vrijednosti gubitaka topline za zgrade s niskim stupnjem toplinske izolacije ili bez nje.

U prvom slučaju, kotao će svaki sat morati u potpunosti nadoknaditi gubitke toplinske energije koji se događaju kroz otvore, stropove, zidove bez izolacije.

U drugom slučaju, potrebno je samo jednom zagrijati do postizanja ugodne temperature. Zatim će kotao trebati samo obnavljati gubitke topline, čija je vrijednost znatno niža od prve varijante.

Tablica 1. Toplinska vodljivost različitih građevinskih materijala.

U tablicici su prikazani koeficijenti toplinske vodljivosti za uobičajene građevinske materijale.

Tablica 2. Debljina cementnog spoja kod različitih vrsta zidanja.

Pri proračunu debljine zida uzima se u obzir debljina spoja od 10 mm. Zbog cementnih spojeva toplinska vodljivost zida je nešto viša nego kod pojedinačne opeke.

Tablica 3. Toplinska vodljivost različitih vrsta ploča mineralne vune.

U tablici su navedene vrijednosti koeficijenta toplinske provodljivosti za različite ploče od mineralne vune. Za izolaciju fasada koristi se kruta ploča.

Tablica 4. Toplinski gubici prozora različite konstrukcije.

Oznake u tablici: Ar – punjenje staklopaketa inertnim plinom, K – vanjsko staklo ima toplinski zaštitni sloj, debljina stakla 4 mm, ostale brojke označavaju razmak između stakala.

7,6 kW – to je izračunata potrebna maksimalna snaga koja se troši za grijanje dobro izolirane zgrade. Međutim, električnim kotlovima također je potrebna određena količina energije za vlastiti rad.

Kao što ste primijetili, loše izolirana kuća ili stan zahtijevat će velike troškove električne energije za grijanje. Štoviše, to vrijedi za bilo koju vrstu kotla. Pravilna izolacija poda, stropa i zidova može značajno smanjiti troškove.

Na našoj web stranici postoje članci o metodama izolacije i pravilima odabira toplinsko-izolacijskog materijala. Predlažemo Vam da ih pogledate:

• Izolacija privatne kuće izvana: popularne tehnologije + pregled materijala
• Izolacija poda na gredama: materijali za toplinsku izolaciju + sheme izolacije
• Izolacija potkrovnog krova: detaljne upute za postavljanje toplinske izolacije u potkrovlju niskokatnice
• Vrste izolacija za zidove kuće iznutra: materijali za izolaciju i njihove karakteristike
• Izolacija za strop u privatnoj kući: vrste korištenih materijala + kako pravilno odabrati
• Izolacija balkona vlastitim rukama: popularne varijante i tehnologije izolacije balkona iznutra

Faza #5 – izračun troškova električne energije

Ako pojednostavimo tehničku bit kotla za grijanje, može se nazvati običnim pretvaračem električne energije u njezin toplinski ekvivalent. Obavljajući posao pretvorbe, on također troši određenu količinu energije. To jest, kotao prima punu jedinicu električne energije, a za grijanje se isporučuje samo 0,98 njezinog dijela.

Da bi se dobila točna brojka potrošnje električne energije ispitivanog električnog kotla za grijanje, potrebno je njegovu snagu (nominalnu u prvom slučaju i izračunatu u drugom) podijeliti s vrijednošću učinkovitosti koju je naveo proizvođač.

Prosječna učinkovitost takve opreme iznosi 98%. Kao rezultat, vrijednost potrošnje energije bit će, na primjer za izračunatu varijantu:

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

Preostaje pomnožiti vrijednost s lokalnom tarifom. Zatim izračunati ukupan iznos troškova za električno grijanje i potražiti načine za njihovo smanjenje.

Na primjer, kupiti dvotarifno brojilo koje omogućuje djelomično plaćanje po nižim “noćnim” tarifama. Za to će biti potrebno zamijeniti staro električno brojilo novim modelom. Postupak i pravila zamjene detaljno su objašnjeni ovdje.

Još jedan način smanjenja troškova nakon zamjene brojila – uključiti toplinski akumulator u krug grijanja kako bi se jeftina energija skladištila noću, a trošila danju.

Faza #6 – izračun sezonskih troškova grijanja

Sada kada ste savladali metodu izračuna budućih toplinskih gubitaka, lako ćete moći procijeniti troškove grijanja tijekom cijelog razdoblja grijanja.

Prema SNiP 23-01-99 «Građevinska klimatologija» u stupcima 13 i 14 nalazimo za Moskvu trajanje razdoblja sa srednjom temperaturom ispod 10 °C.

Za Moskvu takvo razdoblje traje 231 dan i ima srednju temperaturu -2,2 °C. Da bi se izračunao Q_uk za ΔT=22,2 °C, nije potrebno ponovno izvoditi cijeli izračun.

Dovoljno je izvesti Q_uk na 1 °C.

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

Prema tome, za ΔT = 22,2 °C:

Q_uk = 152,46 × 22,2 = 3385 W/h

Za pronalaženje potrošene električne energije množimo s razdobljem grijanja:

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

Navedeni izračun zanimljiv je i po tome što omogućuje analizu cijele konstrukcije kuće sa stajališta učinkovitosti primjene izolacije.

Razmotrili smo pojednostavljenu verziju izračuna. Preporučujemo Vam da se također upoznate s potpunim termotehničkim proračunom zgrade.

Zaključci i koristan video na temu

Kako izbjeći gubitke topline kroz temelj:

Kako izračunati gubitke topline online:

Primjena električnih kotlova kao osnovne opreme za grijanje vrlo je ograničena mogućnostima električne mreže i cijenom električne energije.

Međutim, kao dodatni, na primjer uz kotao na čvrsto gorivo, mogu biti vrlo učinkoviti i korisni. Sposobni su značajno skratiti vrijeme za zagrijavanje sustava grijanja ili se koristiti kao glavni kotao pri ne baš niskim temperaturama.

Koristite li električni kotao za grijanje? Recite nam po kojoj metodi ste izračunali potrebnu snagu za vašu kuću. Ili možda samo želite kupiti električni kotao i imate pitanja? Postavite ih u komentarima na članak – pokušat ćemo Vam pomoći.