Kolik elektřiny spotřebuje elektrický kotel: jak vypočítat před nákupem

Využití elektřiny jako zdroje energie pro vytápění venkovského domu je atraktivní z mnoha důvodů: snadná dostupnost, rozšířenost a šetrnost k životnímu prostředí.Hlavní překážkou pro používání elektrokotlů přitom zůstávají spíše vysoké tarify.

Přemýšleli jste také o proveditelnosti instalace elektrokotle? Pojďme společně zjistit, kolik elektřiny spotřebuje elektrický kotel. K čemuž použijeme výpočtová pravidla a vzorce popsané v našem článku.

Výpočty vám pomohou podrobně porozumět tomu, kolik kW elektřiny budete muset platit měsíčně, pokud používáte elektrický kotel k vytápění domu nebo bytu. Získaná čísla vám umožní učinit konečné rozhodnutí ohledně nákupu/nekoupě kotle.

Metody výpočtu výkonu elektrokotle

Pro výpočet požadovaného výkonu elektrokotle existují dvě hlavní metody. První vychází z vytápěné plochy, druhý z výpočtu tepelných ztrát obvodovým pláštěm budovy.

Výpočet podle první možnosti je velmi hrubý, vychází z jediného ukazatele – měrného výkonu. Konkrétní výkon je uveden v referenčních knihách a závisí na regionu.

Výpočet pro druhou možnost je složitější, ale zohledňuje mnoho individuálních ukazatelů konkrétní budovy. Kompletní tepelnětechnický výpočet budovy je poměrně složitý a pečlivý úkol. Dále se bude uvažovat o zjednodušeném výpočtu, který má nicméně potřebnou přesnost.

Bez ohledu na způsob výpočtu množství a kvalita nasbíraných výchozích dat přímo ovlivňuje správné posouzení požadovaného výkonu elektrokotle.

Při sníženém výkonu bude zařízení neustále pracovat při maximální zátěži a neposkytuje potřebný komfort bydlení. Při nadhodnoceném výkonu je nepřiměřeně velká spotřeba elektrické energie a vysoké náklady na topné zařízení.

Na rozdíl od jiných druhů paliv je elektřina šetrná k životnímu prostředí, poměrně čistá a jednoduchá možnost, ale je vázána na přítomnost nepřerušené elektrické sítě v regionu.

Postup výpočtu výkonu elektrokotle

Dále podrobně zvážíme, jak vypočítat požadovaný výkon kotle, aby zařízení plně splnilo svůj úkol vytápění domu.

Fáze #1 - sběr počátečních dat pro výpočet

K provedení výpočtů budete potřebovat následující informace o budově:

• S – plocha vytápěné místnosti.
• W_porazit – měrný výkon.

Ukazatel specifického výkonu ukazuje, kolik tepelné energie je potřeba na 1 m² v 1 hodinu

V závislosti na místních přírodních podmínkách lze použít následující hodnoty:

• pro střední část Ruska: 120 – 150 W/m²;
• pro jižní oblasti: 70-90 W/m²;
• pro severní regiony: 150-200 W/m².

W_porazit - teoretická hodnota, která se používá především pro velmi hrubé výpočty, protože neodráží skutečné tepelné ztráty objektu. Nebere v úvahu plochu prosklení, počet dveří, materiál vnějších stěn ani výšku stropů.

Přesné tepelné výpočty se provádějí pomocí specializovaných programů s přihlédnutím k mnoha faktorům. Pro naše účely takový výpočet není potřeba, lze si celkem vystačit s výpočtem tepelných ztrát vnějších obvodových konstrukcí.

Množství, která je třeba použít při výpočtech:

R – odpor prostupu tepla nebo koeficient tepelného odporu. Jedná se o poměr rozdílu teplot na okrajích uzavírací konstrukce k tepelnému toku procházejícím touto konstrukcí. Má rozměr m²×⁰С/W.

Je to vlastně jednoduché – R vyjadřuje schopnost materiálu zadržovat teplo.

Q – hodnota udávající množství tepelného toku procházejícího 1 m² povrchy s teplotním rozdílem 1⁰C po dobu 1 hodiny. To znamená, že ukazuje, kolik tepelné energie ztratí 1 m² obálky budovy za hodinu s rozdílem teplot 1 stupeň. Má rozměr W/m²×h.

Pro zde uvedené výpočty není žádný rozdíl mezi kelviny a stupni Celsia, protože nezáleží na absolutní teplotě, ale pouze na rozdílu.

Q_obvykle – množství tepelného toku procházejícího oblastí S uzavírací konstrukce za hodinu. Má rozměr š/v.

P – výkon topného kotle.Počítá se jako požadovaný maximální výkon topného zařízení při maximálním rozdílu teplot vnějšího a vnitřního vzduchu. Jinými slovy dostatečný výkon kotle pro vytápění objektu v nejchladnějším období. Má rozměr š/v.

Účinnost – faktor účinnosti topného kotle, bezrozměrná veličina udávající poměr energie přijaté k energii vydané. V dokumentaci zařízení se obvykle uvádí jako procento 100, například 99 %. Při výpočtech se používá hodnota od 1, tzn. 0,99.

∆T – ukazuje teplotní rozdíl na dvou stranách uzavírací konstrukce. Aby bylo jasnější, jak se rozdíl správně vypočítá, podívejte se na příklad. Pokud je venku: -30 °C a uvnitř pak +22 °C ∆T = 22 - (-30) = 52 °C

Nebo to samé, ale v Kelvinech: ∆T = 293 – 243 = 52 K

To znamená, že rozdíl bude vždy stejný pro stupně a kelvin, takže referenční data v kelvinech lze použít pro výpočty bez oprav.

d – tloušťka obvodové konstrukce v metrech.

k – koeficient tepelné vodivosti materiálu obálky budovy, který je převzat z referenčních knih nebo SNiP II-3-79 „Building Heat Engineering“ (SNiP - stavební předpisy a předpisy). Má rozměr W/m×K nebo W/m×⁰С.

Následující seznam vzorců ukazuje vztah mezi množstvími:

• R=d/k
• R= ∆T / Q
• Q = ∆T/R
• Q_obvykle = Q × S
• P = Q_obvykle / účinnost

U vícevrstvých konstrukcí se odpor prostupu tepla R vypočítá pro každou konstrukci zvlášť a následně se sečte.

Někdy může být výpočet vícevrstvých konstrukcí příliš těžkopádný, například při výpočtu tepelných ztrát okna s dvojitým zasklením.

Co je třeba vzít v úvahu při výpočtu odporu prostupu tepla u oken:

• tloušťka skla;
• počet skel a vzduchové mezery mezi nimi;
• druh plynu mezi skly: inertní nebo vzduch;
• přítomnost tepelně izolačního povlaku okenního skla.

Hotové hodnoty pro celou konstrukci však najdete buď od výrobce, nebo v referenční knize, na konci tohoto článku je tabulka pro okna s dvojitým zasklením běžného designu.

Etapa #2 - výpočet tepelných ztrát z podlahy suterénu

Samostatně je nutné se zabývat výpočtem tepelných ztrát podlahou budovy, protože půda má značný odpor vůči přenosu tepla.

Při výpočtu tepelných ztrát podlahy suterénu je nutné vzít v úvahu pronikání do země. Pokud je dům na úrovni terénu, předpokládá se hloubka 0.

Podle obecně uznávané metody je podlahová plocha rozdělena do 4 zón.

• 1 zóna - ustoupit 2 m od vnější stěny do středu podlahy po obvodu. V případě zahloubení objektu se ustupuje z úrovně terénu na úroveň podlahy podél svislé stěny. Pokud je stěna zakopána 2 m do země, pak zóna 1 bude zcela na stěně.
• 2 zóna – ustoupí 2 m po obvodu do středu od hranice zóny 1.
• 3 zóna – ustoupí 2 m po obvodu do středu od hranice zóny 2.
• 4 zóna – zbývající patro.

Na základě zavedené praxe má každá zóna své vlastní 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 platí pro podlahy bez povrchové úpravy. V případě izolace se každé R zvětší o R izolace.

Navíc pro podlahy položené na nosnících se R násobí faktorem 1,18.

Zóna 1 je široká 2 metry. Pokud je dům pohřben, musíte vzít výšku stěn v zemi, odečíst od 2 metrů a zbytek přenést na podlahu

Etapa #3 - výpočet tepelných ztrát stropu

Nyní můžete začít provádět výpočty.

Vzorec, který může sloužit k hrubému odhadu výkonu elektrického kotle:

W=W_porazit × S

Úkol: vypočítat požadovaný výkon kotle v Moskvě, vytápěná plocha 150 m².

Při výpočtech bereme v úvahu, že Moskva patří do centrální oblasti, tzn. W_porazit lze odebírat rovných 130 W/m².

W_porazit = 130 × 150 = 19 500 W/h nebo 19,5 kW/h

Tento údaj je tak nepřesný, že nevyžaduje zohlednění účinnosti topného zařízení.

Nyní určíme tepelné ztráty po 15m² plocha stropu izolována minerální vlnou. Tloušťka vrstvy tepelné izolace je 150 mm, teplota venkovního vzduchu -30 °C, uvnitř objektu +22 °C za 3 hodiny.

Řešení: pomocí tabulky zjistíme součinitel tepelné vodivosti minerální vlny, k=0,036 W/m×°C. Tloušťka d musí být udávána v metrech.

Postup výpočtu je následující:

• R = 0,15 / 0,036 = 4,167 m²×°C/W
• ∆T= 22 — (-30) = 52°С
• Q= 52 / 4,167 = 12,48 W/m²×h
• Q_obvykle = 12,48 × 15 = 187 W/h.

Vypočítali jsme, že tepelné ztráty stropem v našem příkladu budou 187 * 3 = 561 W.

Pro naše účely je zcela možné zjednodušit výpočty výpočtem tepelných ztrát pouze vnějších konstrukcí: stěn a stropů, aniž bychom věnovali pozornost vnitřním příčkám a dveřím.

Navíc se obejdete bez výpočtu tepelných ztrát na větrání a kanalizaci. Nebudeme zohledňovat infiltraci a zatížení větrem. Závislost umístění budovy na světových stranách a množství přijímaného slunečního záření.

Z obecných úvah lze vyvodit jeden závěr. Čím větší je objem budovy, tím menší jsou tepelné ztráty na 1 m². To je snadné vysvětlit, protože plocha stěn se zvyšuje kvadraticky a objem se zvyšuje v krychli. Míč má nejmenší tepelné ztráty.

V uzavřených konstrukcích se berou v úvahu pouze uzavřené vzduchové vrstvy. Pokud má váš dům provětrávanou fasádu, pak se taková vzduchová vrstva považuje za neuzavřenou a nebere se v úvahu. Neberou se všechny vrstvy, které předcházejí venkovní vrstvou: fasádní obklady nebo kazety.

Uzavřené vzduchové vrstvy se berou v úvahu například v oknech s dvojitým zasklením.

Všechny stěny domu jsou vnější. Podkroví se nevytápí, nebere se v úvahu tepelný odpor střešních krytin

Etapa #4 - výpočet celkové tepelné ztráty chaty

Po teoretické části můžete začít s praktickou částí.

Spočítejme si například dům:

• rozměry vnějších stěn: 9x10 m;
• výška: 3 m;
• okno s dvojitým zasklením 1.5×1,5 m: 4 ks;
• dubové dveře 2.1×0,9 m, tloušťka 50 mm;
• 28 mm borovicové podlahy, na 30 mm silné extrudované pěně, položené na trámech;
• sádrokartonový strop 9 mm, na horní straně minerální vlna tloušťky 150 mm;
• materiál stěny: zdivo ze 2 silikátových cihel, zateplení minerální vatou 50 mm;
• nejchladnější období je 30 °C, odhadovaná teplota uvnitř budovy je 20 °C.

Zpracujeme přípravné kalkulace požadovaných ploch. Při výpočtu zón na podlaze předpokládáme nulovou hloubku stěny. Podlahová deska je položena na trámech.

• okna – 9m²;
• dveře – 1,9m²;
• stěny, minus okna a dveře - 103,1 m²;
• strop - 90 m²;
• podlahové plochy: S1 = 60 m², S2 = 18 m², S3 = 10 um², S4 = 2 m²;
• AT = 50 °C.

Dále pomocí referenčních knih nebo tabulek uvedených na konci této kapitoly vybereme požadované hodnoty součinitele tepelné vodivosti pro každý materiál. Doporučujeme, abyste si přečetli více o součinitel tepelné vodivosti a jeho hodnoty pro nejoblíbenější stavební materiály.

U borovicových desek je třeba vzít součinitel tepelné vodivosti podél vláken.

Celý výpočet je poměrně jednoduchý:

Krok 1: Výpočet tepelných ztrát nosnými stěnovými konstrukcemi zahrnuje tři kroky.

Vypočítáme koeficient tepelné ztráty cihlových zdí: R_Cyrus = d/k = 0,51 / 0,7 = 0,73 m²×°C/W.

Totéž pro izolaci stěn: R_ut = d/k = 0,05 / 0,043 = 1,16 m²×°C/W.

Tepelná ztráta 1m² vnější stěny: Q = ΔT/(R_Cyrus + R_ut) = 50 / (0,73 + 1,16) = 26,46 m²×°C/W.

V důsledku toho bude celková tepelná ztráta stěn: Q_Svatý = Q×S = 26,46 × 103,1 = 2728 Wh.

Krok 2: Výpočet ztrát tepelné energie okny: Q_Okna = 9 × 50 / 0,32 = 1406 W/h.

Krok č. 3: Výpočet úniků tepelné energie dubovými dveřmi: Q_dv = 1,9 x 50 / 0,23 = 413 W/h.

Krok č. 4: Tepelné ztráty horním podlažím - stropem: Q_{potit se} = 90 x 50 / (0,06 + 4,17) = 1064 W/h.

Krok č. 5: Výpočet R_ut pro podlahu také v několika krocích.

Nejprve zjistíme koeficient tepelné ztráty izolace: R_ut= 0,16 + 0,83 = 0,99 m²×°C/W.

Poté přidáme R_ut do každé zóny:

• 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: Protože je podlaha položena na kládách, vynásobíme faktorem 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 #7: Vypočítejme Q pro každou 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 #8: Nyní můžete vypočítat Q pro celé patro: Q_podlaha = 824 + 144 + 44 + 6 = 1018 W/h.

Krok #9: Na základě našich výpočtů můžeme uvést výši celkových tepelných ztrát:

Q_obvykle = 2728 + 1406 + 413 + 1064 + 1018 = 6629 Wh.

Do výpočtu nebyly zahrnuty tepelné ztráty spojené s kanalizací a větráním. Abychom to nekomplikovali nad míru, jednoduše připočtěme 5 % k uvedeným únikům.

Samozřejmě je nutná rezerva, minimálně 10 %.

Konečné číslo pro tepelné ztráty domu uvedené jako příklad tedy bude:

Q_obvykle = 6629 × 1,15 = 7623 W/h.

Q_obvykle ukazuje maximální tepelné ztráty domu při rozdílu teplot mezi vnějším a vnitřním vzduchem 50 °C.

Pokud počítáme podle první zjednodušené verze pomocí Wsp, pak:

W_porazit = 130 × 90 = 11700 W/h.

Je zřejmé, že druhá možnost výpočtu, i když je mnohem složitější, dává realističtější hodnotu pro budovy s izolací. První možnost umožňuje získat zobecněnou hodnotu tepelných ztrát pro budovy s nízkým stupněm tepelné izolace nebo bez ní.

V prvním případě bude muset kotel každou hodinu úplně obnovit ztrátu tepelné energie, ke které dochází otvory, stropy a stěnami bez izolace.

Ve druhém případě je nutné topit do dosažení komfortní teploty pouze jednou. Poté bude kotel potřebovat pouze obnovit tepelné ztráty, jejichž hodnota je výrazně nižší než u první možnosti.

Tabulka 1. Tepelná vodivost různých stavebních materiálů.

V tabulce jsou uvedeny součinitele tepelné vodivosti pro běžné stavební materiály

Tabulka 2. Tloušťka cementové spáry pro různé typy zdiva.

Při výpočtu tloušťky zdiva se počítá s tloušťkou spáry 10 mm. Tepelná vodivost zdiva je díky cementovým spárám o něco vyšší než u samostatné cihly

Tabulka 3. Tepelná vodivost různých typů desek z minerální vlny.

Tabulka ukazuje hodnoty součinitele tepelné vodivosti pro různé desky z minerální vlny. Tuhá deska se používá k izolaci fasád

Tabulka 4.Tepelné ztráty okny různých provedení.

Označení v tabulce: Ar – výplň dvojskel inertním plynem, K – vnější sklo má tepelně ochranný povlak, tloušťka skla 4 mm, zbývající čísla označují mezeru mezi skly

7,6 kW/h je odhadovaný maximální výkon, který je vynaložen na vytápění dobře izolované budovy. Elektrokotle však také potřebují ke svému provozu určitý náboj, aby mohly fungovat.

Jak jste si všimli, špatně izolovaný dům nebo byt bude vyžadovat velké množství elektřiny na vytápění. Navíc to platí pro jakýkoli typ kotle. Správná izolace podlah, stropů a stěn může výrazně snížit náklady.

Na našich stránkách máme články o izolačních metodách a pravidlech pro výběr tepelně izolačních materiálů. Zveme vás, abyste se s nimi seznámili:

• Izolace soukromého domu zvenčí: oblíbené technologie + přehled materiálů
• Izolace podlahy pomocí trámů: materiály pro tepelnou izolaci + izolační schémata
• Zateplení podkrovní střechy: podrobný návod na instalaci tepelné izolace v podkroví nízkopodlažní budovy
• Typy izolace stěn domu zevnitř: materiály pro izolaci a jejich vlastnosti
• Izolace stropu v soukromém domě: typy použitých materiálů + jak vybrat ten správný
• Izolace balkonu svépomocí: oblíbené možnosti a technologie pro izolaci balkonu zevnitř

Fáze #5 – výpočet nákladů na energii

Zjednodušíme-li technickou podstatu topného kotle, pak jej můžeme nazvat klasickým měničem elektrické energie na její tepelnou obdobu. Při provádění přeměny také spotřebuje určité množství energie. Tito. kotel dostává celou jednotku elektřiny a pouze 0,98 z ní se dodává na vytápění.

Abychom získali přesný údaj o spotřebě energie zkoumaného elektrického topného kotle, musí být jeho výkon (v prvním případě nominální a ve druhém vypočtený) vydělen hodnotou účinnosti deklarovanou výrobcem.

V průměru je účinnost takového zařízení 98%. V důsledku toho bude množství spotřeby energie například u varianty návrhu:

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

Zbývá jen vynásobit hodnotu místním tarifem. Poté si spočítejte celkové náklady na elektrické vytápění a začněte hledat způsoby, jak je snížit.

Kupte si například dvoutarifní měřič, který vám umožní částečně platit za nižší „noční“ sazby. Proč potřebujete vyměnit starý elektroměr za nový model? Podrobně postup a pravidla provádění výměny recenzováno zde.

Dalším způsobem, jak snížit náklady po výměně elektroměru, je zařadit do topného okruhu tepelný akumulátor pro noční akumulaci levné energie a její využití přes den.

Fáze #6 - výpočet sezónních nákladů na vytápění

Nyní, když jste zvládli způsob výpočtu budoucích tepelných ztrát, můžete snadno odhadnout náklady na vytápění v průběhu celého topného období.

Podle SNiP 23-01-99 „Stavební klimatologie“ ve sloupcích 13 a 14 najdeme pro Moskvu trvání období s průměrnou teplotou pod 10 °C.

Pro Moskvu toto období trvá 231 dní a má průměrnou teplotu -2,2 °C. Pro výpočet Q_obvykle pro ΔT=22,2 °C není nutné provádět celý výpočet znovu.

Stačí vypsat Q_obvykle o 1 °C:

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

V souladu s tím pro ΔT= 22,2 °C:

Q_obvykle = 152,46 × 22,2 = 3385 Wh

Chcete-li zjistit spotřebovanou elektřinu, vynásobte dobu vytápění:

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

Výše uvedený výpočet je zajímavý i tím, že nám umožňuje analyzovat celou konstrukci domu z pohledu účinnosti zateplení.

Zvažovali jsme zjednodušenou verzi výpočtů. Doporučujeme také, abyste si přečetli celé tepelnětechnický výpočet budovy.

Závěry a užitečné video k tématu

Jak zabránit tepelným ztrátám přes základ:

Jak vypočítat tepelné ztráty online:

Použití elektrokotlů jako hlavního topného zařízení je velmi omezeno možnostmi elektrických sítí a náklady na elektrickou energii.

Nicméně jako doplněk např. k kotel na tuhá paliva, může být velmi efektivní a užitečný. Mohou výrazně zkrátit dobu ohřevu topného systému nebo použít jako hlavní kotel při nepříliš nízkých teplotách.

Využíváte k vytápění elektrokotel? Řekněte nám, jakou metodu jste použili k výpočtu potřebného výkonu pro váš dům. Nebo si jen chcete koupit elektrický kotel a máte dotazy? Zeptejte se jich v komentářích k článku - pokusíme se vám pomoci.