- Métodos para calcular la caldera eléctrica.
- El procedimiento para calcular la potencia de una caldera eléctrica.
- Conclusiones y video útil sobre el tema.
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El uso de la electricidad como fuente de energía para calentar una casa de campo es atractivo por muchas razones: fácil accesibilidad, prevalencia, respeto por el medio ambiente. Al mismo tiempo, el obstáculo más importante para el uso de calderas eléctricas sigue siendo las tarifas bastante altas.
¿Piensas también en la conveniencia de instalar una caldera eléctrica? Veamos juntos cuánto consume la caldera eléctrica. Para lo que utilizaremos las reglas para realizar cálculos y fórmulas consideradas en nuestro artículo.
Los cálculos ayudarán a comprender en detalle la cantidad de kWh de electricidad que se pagará mensualmente en el caso de usar calderas de energía eléctrica para calentar una casa o un apartamento. Las cifras obtenidas tomarán la decisión final sobre la compra / no compra de la caldera.
Métodos para calcular la caldera eléctrica.
Existen dos métodos principales para calcular la potencia requerida de una caldera eléctrica. El primero se basa en el área calentada, el segundo en el cálculo de la pérdida de calor a través de la envoltura del edificio.
El cálculo de la primera opción es muy aproximado, basado en un solo indicador: la densidad de potencia. El poder específico se da en los libros de referencia y depende de la región.
La instalación de equipos eléctricos para el sistema de calefacción se distingue por el precio más bajo y el esquema simple 
La caldera eléctrica no necesita ser calentada, para proporcionar combustible y para arreglar una chimenea. Para la organización de la calefacción con ella no se necesita una sala de calderas. 
Peso sin el uso de electricidad: tarifas inhumanas para la electricidad y dependencia de las redes centralizadas 
El trabajo requiere una buena alimentación eléctrica y una fuente de alimentación ininterrumpida. Por lo tanto, antes de comprar necesitas calcular todo, incluyendo los gastos.
El cálculo de la segunda opción es más complicado, pero tiene en cuenta los muchos indicadores individuales de un edificio en particular. El cálculo completo de la ingeniería de calor del edificio es una tarea bastante complicada y laboriosa. Además, se considerará un cálculo simplificado, que sin embargo posee la precisión necesaria.
Independientemente del método de cálculo, la cantidad y la calidad de los datos de la fuente recopilada afectan directamente la estimación correcta de la potencia requerida de la caldera eléctrica.
Con poca potencia, el equipo trabajará constantemente con la carga máxima, sin proporcionar la comodidad necesaria para vivir. Con un poder abrumador: el consumo excesivo de electricidad es el alto costo de los equipos de calefacción.
A diferencia de otros tipos de combustible, la electricidad es una opción segura para el medio ambiente, bastante limpia y simple, pero vinculada a la presencia de una red eléctrica ininterrumpida en la región
El procedimiento para calcular la potencia de una caldera eléctrica.
Además, consideramos en detalle cómo calcular la capacidad requerida de la caldera para que el equipo realice su tarea de calentar la casa.
Etapa # 1 - recopilación de datos iniciales para el cálculo
Para los cálculos se necesitará la siguiente información sobre el edificio:
- S es el área de la habitación climatizada.
- W vence - densidad de potencia.
El indicador de potencia específico muestra cuánta energía térmica se necesita por 1 m 2 en 1 hora.
Dependiendo de las condiciones ambientales locales, los siguientes valores pueden ser aceptados:
- para la parte central de Rusia: 120 - 150 W / m 2 ;
- para las regiones del sur: 70-90 W / m 2 ;
- Para las regiones del norte: 150-200 W / m 2 .
W beats es un valor teórico, que se utiliza principalmente para cálculos muy aproximados, ya que no refleja las pérdidas reales de calor del edificio. No tiene en cuenta el área del acristalamiento, el número de puertas, el material de las paredes exteriores, la altura de los techos.
El cálculo térmico preciso se realiza mediante programas especializados, teniendo en cuenta muchos factores. Para nuestros propósitos, tal cálculo no es necesario, es muy posible prescindir del cálculo de la pérdida de calor de las estructuras de cerramiento externas.
Los valores que deben utilizarse en los cálculos:
R es la resistencia de transferencia de calor o el coeficiente de resistencia térmica. Esta es la relación entre la diferencia de temperatura a lo largo de los bordes de la envolvente del edificio y el flujo de calor que pasa a través de esta estructura. Tiene una dimensión de m 2 × С / W.
De hecho, todo es simple: R expresa la capacidad del material para retener el calor.
Q es un valor que indica la cantidad de flujo de calor que pasa a través de 1 m 2 de la superficie a una diferencia de temperatura de 1 ° C durante 1 hora. Es decir, muestra cuánta energía térmica se pierde por 1 m 2 de la envolvente del edificio por hora con una caída de temperatura de 1 grado. Tiene la dimensión W / m 2 × h.
Para los cálculos que se presentan aquí, no hay diferencia entre grados Kelvin y grados Celsius, ya que no es la temperatura absoluta lo que importa, sino solo la diferencia.
Q total : la cantidad de flujo de calor que pasa por el área S de la envoltura del edificio por hora. Tiene la dimensión W / h.
P es la potencia de la caldera de calefacción. Calculado como la potencia máxima requerida del equipo de calefacción a la diferencia de temperatura máxima entre el aire exterior y el interior. En otras palabras, la caldera tiene suficiente potencia para calentar el edificio durante la temporada más fría. Tiene la dimensión W / h.
Eficiencia : la eficiencia de la caldera de calefacción, una cantidad sin dimensiones que muestra la relación entre la energía recibida y la energía consumida. La documentación del equipo generalmente se proporciona como un porcentaje de 100, por ejemplo, 99%. En los cálculos, se utiliza el valor de 1. 0.99.
∆T : muestra la diferencia de temperatura desde dos lados de la envolvente del edificio. Para aclarar cómo se calcula correctamente la diferencia, vea un ejemplo. Si está afuera: -30 ° С, y dentro de +22 ° С, entonces ∆T = 22 - (-30) = 52 ° С
O también, pero en kelvins: ∆T = 293 - 243 = 52К
Es decir, la diferencia siempre será la misma para los grados y kelvins, por lo que los datos de referencia en kelvins se pueden usar sin correcciones para los cálculos.
d - espesor de la envolvente del edificio en metros.
k - coeficiente de conductividad térmica del material de la envoltura del edificio, que se toma de los libros de referencia o SNiP II-3-79 "Ingeniería de calor de construcción" (SNiP - códigos y regulaciones de construcción). Tiene la dimensión W / m × K o W / m × С.
La siguiente lista de fórmulas muestra la relación de valores:
- R = d / k
- R = ∆T / Q
- Q = ∆T / R
- Q total = Q × S
- P = Q total / eficiencia
Para estructuras multicapa, la resistencia de transferencia de calor R se calcula para cada estructura por separado y luego se suma.
A veces, el cálculo de estructuras multicapa puede ser demasiado engorroso, por ejemplo, al calcular la pérdida de calor de una unidad de vidrio de ventana.
Lo que debe considerarse al calcular la resistencia de transferencia de calor para ventanas:
- espesor del vidrio;
- el número de vasos y espacios de aire entre ellos;
- Tipo de gas entre los vidrios: inerte o aire;
- La presencia de aislamiento térmico cubre el vidrio de la ventana.
Sin embargo, puede encontrar valores prefabricados para toda la estructura, ya sea en el fabricante o en el libro de referencia. Al final de este artículo hay una tabla para las ventanas de doble acristalamiento de una estructura común.
Etapa # 2: cálculo de la pérdida de calor del piso del sótano
Por separado, es necesario detener el cálculo de la pérdida de calor a través del piso del edificio, ya que el suelo tiene una resistencia significativa a la transferencia de calor.
Al calcular la pérdida de calor del sótano, es necesario tener en cuenta la penetración en el suelo. Si la casa está a nivel del suelo, entonces se supone que la profundidad es 0.
De acuerdo con el método generalmente aceptado, el área del piso se divide en 4 zonas.
- Zona 1 : 2 m de retroceso desde la pared exterior hasta el centro del piso a lo largo del perímetro. En el caso de profundización del edificio, se retira del nivel del suelo al nivel del piso a lo largo de una pared vertical. Si la pared está enterrada en el suelo durante 2 m, la zona 1 estará completamente en la pared.
- Zona 2 : retroceder 2 m a lo largo del perímetro hasta el centro desde el borde de la zona 1.
- Zona 3 : retroceso 2 m a lo largo del perímetro hacia el centro desde el borde de la zona 2.
- Zona 4 - el piso restante.
Para cada zona de la práctica establecida, su propia R se establece:
- R1 = 2.1 m 2 × ° С / W;
- R2 = 4.3 m 2 × ° С / W;
- R3 = 8, 6 m 2 × ° С / W;
- R4 = 14.2 m 2 × ° С / W.
Los valores R dados son válidos para pisos sin recubrimiento. En el caso de aislamiento, cada R se incrementa por R aislamiento.
Además, para los pisos colocados sobre troncos, R se multiplica por un factor de 1.18.
La zona 1 tiene 2 metros de ancho. Si la casa está enterrada, debe tomar la altura de las paredes en el suelo, tomar desde 2 metros y transferir el resto al piso.
Etapa # 3 - cálculo de la pérdida de calor del techo
Ahora puedes empezar los cálculos.
La fórmula, que se puede usar para una estimación aproximada de la potencia de una caldera eléctrica:
W = W latidos × S
Tarea: calcule la potencia de caldera requerida en Moscú, área calentada de 150 m².
Al hacer cálculos, tenemos en cuenta que Moscú pertenece a la región central, es decir, Los latidos W se pueden tomar igual a 130 W / m 2 .
W latidos = 130 × 150 = 19500W / ho 19.5kW / h
Esta cifra es tan inexacta que no requiere consideración de la eficiencia del equipo de calefacción.
Ahora determinamos la pérdida de calor a través de 15 m 2 del área del techo, aislada con lana mineral. El espesor de la capa de aislamiento es de 150 mm, la temperatura exterior es de -30 ° C, el interior del edificio es de +22 ° C durante 3 horas.
Solución: de acuerdo con la tabla, encontramos el coeficiente de conductividad térmica de la lana mineral, k = 0.036 W / m × ° С. El espesor d debe tomarse en metros.
El procedimiento de cálculo es el siguiente:
- R = 0.15 / 0.036 = 4.167 m 2 × ° C / W
- ∆T = 22 - (-30) = 52 ° С
- Q = 52 / 4.167 = 12.48 W / m 2 × h
- Q total = 12.48 × 15 = 187 W / h.
Calculado que la pérdida de calor a través del techo en nuestro ejemplo será 187 * 3 = 561W.
Para nuestros propósitos, es muy posible simplificar los cálculos, calculando la pérdida de calor de solo las estructuras externas: paredes y techos, sin prestar atención a las particiones y puertas internas.
Además, puede hacer sin calcular la pérdida de calor para la ventilación y las aguas residuales. No tomaremos en cuenta la infiltración y carga del viento. Dependencia de la ubicación del edificio en los puntos cardinales y la cantidad de radiación solar recibida.
A partir de consideraciones generales, se puede hacer una conclusión. Cuanto mayor sea el volumen del edificio, menor será la pérdida de calor por 1 m 2 . Esto es fácil de explicar, ya que el área de las paredes aumenta de manera cuadrática y el volumen en el cubo. La pelota tiene la menor pérdida de calor.
En las estructuras de cerramiento solo se tienen en cuenta las capas de aire cerradas. Si su casa tiene una fachada ventilada, entonces esta capa de aire no está cerrada, no se tiene en cuenta. No se toman todas las capas que siguen frente a una capa al aire libre: baldosas o casetes de fachada.
Se tienen en cuenta las capas de aire cerradas, por ejemplo, en unidades de vidrio.
Todas las paredes de la casa son exteriores. El ático no se calienta, no se tiene en cuenta la resistencia térmica de los materiales del techo.
Etapa # 4 - cálculo de la pérdida total de calor de la casa de campo
Después de la parte teórica, puedes proceder a lo práctico.
Por ejemplo, calculamos la casa:
- Dimensiones de la pared exterior: 9x10 m;
- altura: 3 m;
- Ventana con ventana de doble vidrio 1.5 × 1.5 m: 4 pzas;
- puerta de roble 2.1 × 0.9 m, espesor 50 mm;
- pisos de pino de 28 mm, sobre poliestireno extruido con un espesor de 30 mm, colocados sobre troncos;
- techo GKL 9 mm, sobre lana mineral de 150 mm de espesor;
- material de la pared: mampostería 2 ladrillos de silicato, aislamiento de lana mineral 50 mm;
- el período más frío es de 30 ° С, la temperatura de diseño dentro del edificio es de 20 ° С.
Realizaremos cálculos preliminares del espacio requerido. Al calcular las zonas en el piso, tomamos la profundidad cero de las paredes. Tablero de piso tendido sobre los troncos.
- ventanas - 9 m 2 ;
- puerta - 1, 9 m 2 ;
- Paredes, menos ventanas y puertas - 103.1 m 2 ;
- techo - 90 m 2 ;
- el área de las zonas de piso: S1 = 60 m 2, S2 = 18 m 2, S3 = 10 m 2, S4 = 2 m 2 ;
- ΔT = 50 ° C.
Además, utilizando los libros o tablas de referencia que se ofrecen al final de este capítulo, seleccionamos los valores necesarios del coeficiente de conductividad térmica para cada material. Recomendamos conocer más detalladamente el coeficiente de conductividad térmica y sus valores para los materiales de construcción más populares.
Para tablas de pino, el coeficiente de conductividad térmica debe tomarse a lo largo de las fibras.
Todo el cálculo es bastante simple:
Paso # 1: El cálculo de la pérdida de calor a través de estructuras de paredes de cojinetes implica tres pasos.
Calculamos el coeficiente de pérdida de calor de las paredes de ladrillo: Rcir = d / k = 0.51 / 0.7 = 0.73 m 2 × ° С / W.
Lo mismo para el aislamiento de la pared: R ut = d / k = 0.05 / 0.043 = 1.16 m 2 × ° С / W.
Pérdida de calor de 1 m 2 de paredes externas: Q = ΔT / (R Cyr + R ut ) = 50 / (0.73 + 1.16) = 26.46 m 2 × ° С / W.
Como resultado, la pérdida de calor total de las paredes será: Artículo Q = Q × S = 26.46 × 103.1 = 2728 W / h.
Paso # 2: Calcular la pérdida de calor a través de ventanas: Q ventana = 9 × 50 / 0.32 = 1406W / h.
Paso número 3: Cálculo de la fuga de calor a través de la puerta de roble: Q dw = 1.9 × 50 / 0.23 = 413W / h.
Paso 4: Pérdida de calor a través del techo superior - techo: Q pot = 90 × 50 / (0.06 + 4.17) = 1064W / h.
Paso # 5: Calcule R ut para el piso en solo unos pocos pasos.
Primero, encontramos el coeficiente de pérdida de calor del aislamiento: R ut = 0.16 + 0.83 = 0.99 m 2 × ° C / W.
Luego agrega R ut a cada zona:
- R1 = 3, 09 m 2 × ° С / W; R2 = 5.29 m 2 × ° С / W;
- R3 = 9.59 m 2 × ° С / W; R4 = 15.19 m 2 × ° С / W.
Paso número 6: ya que el piso se coloca sobre troncos multiplicados por un factor de 1.18:
R1 = 3, 64 m 2 × ° С / W; R2 = 6.24 m 2 × ° С / W;
R3 = 11, 32 m 2 × ° С / W; R4 = 17.92 m 2 × ° С / W.
Paso 7: Calcula Q para cada zona:
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.
Paso 8: Ahora puedes calcular Q para todo el piso: Q floor = 824 + 144 + 44 + 6 = 1018W / h.
Paso 9: Como resultado de nuestros cálculos, podemos denotar la suma de la pérdida de calor total:
Q total = 2728 + 1406 + 413 + 1064 + 1018 = 6629W / h .
El cálculo no incluye las pérdidas de calor asociadas con las aguas residuales y la ventilación. Para no complicar más allá de la medida, simplemente agregamos un 5% a las fugas enumeradas.
Por supuesto, se necesita un margen de al menos 10%.
Por lo tanto, la cifra final de la pérdida de calor dada como ejemplo en el hogar será:
Q total = 6629 × 1.15 = 7623W / h.
En general, Q muestra la máxima pérdida de calor en el hogar cuando la diferencia de temperatura entre el aire exterior y el interior es de 50 ° C.
Si cuenta con la primera versión simplificada a través de Wud, entonces:
W latidos = 130 × 90 = 11700W / h.
Está claro que la segunda versión del cálculo, aunque mucho más complicada, da una figura más realista para edificios con aislamiento. La primera opción permite obtener un valor generalizado de pérdida de calor para edificios con un bajo grado de aislamiento térmico, o incluso sin él.
En el primer caso, la caldera tendrá cada hora para renovar completamente la pérdida de calor que se produce a través de las aberturas, pisos, paredes sin aislamiento.
En el segundo caso, es necesario calentar solo una vez antes de alcanzar una temperatura agradable. Entonces, la caldera solo necesitará recuperar las pérdidas de calor, cuyo valor es significativamente más bajo que la primera opción.
Tabla 1. Conductividad térmica de diversos materiales de construcción.
La tabla muestra los coeficientes de conductividad térmica para materiales de construcción comunes.
Tabla 2. El espesor de la junta de cemento con diferentes tipos de mampostería.
Al calcular el grosor de la mampostería, se tiene en cuenta un grosor de 10 mm. Debido a las juntas de cemento, la conductividad térmica de la mampostería es algo más alta que un solo ladrillo.
Tabla 3. Conductividad térmica de diversos tipos de forjados de lana mineral.
La tabla muestra los valores de conductividad térmica para varias placas de lana mineral. Para el aislamiento de fachadas utiliza placa dura.
Tabla 4. Pérdida de calor de ventanas de varios diseños.
Las designaciones en la tabla son: Ar - llenado de vidrio con gas inerte, K - vidrio exterior tiene un revestimiento de protección contra el calor, el espesor del vidrio es de 4 mm, las cifras restantes indican el espacio entre los vidrios
7.6 kW / h es la potencia máxima requerida calculada que se utiliza para calentar un edificio bien aislado. Sin embargo, las calderas eléctricas también necesitan algún cargo para su propia fuente de alimentación.
Como ha notado, una casa o apartamento mal aislado requerirá grandes cantidades de electricidad para la calefacción. Y esto es cierto para cualquier tipo de caldera. El aislamiento adecuado del piso, techo y paredes puede reducir significativamente los costos.
Tenemos artículos sobre los métodos de aislamiento y las reglas para la elección del material de aislamiento en nuestro sitio web. Te invitamos a familiarizarte con ellos:
- Aislamiento de una casa privada en el exterior: tecnologías populares + revisión de materiales.
- Aislamiento de suelos mediante troncos: materiales para aislamiento térmico + esquemas de aislamiento
- Aislamiento del techo del ático: instrucciones detalladas sobre el aislamiento en el ático de un edificio de poca altura
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- Aislamiento para el techo en una casa privada: los tipos de materiales utilizados + cómo elegir
- Calentando el balcón con sus propias manos: opciones populares y tecnologías para calentar el balcón desde el interior
Etapa # 5 - Calcular los costos de electricidad
Si simplifica la naturaleza técnica de la caldera de calefacción, puede llamarlo un convertidor convencional de energía eléctrica en su contraparte térmica. Mientras hace el trabajo de conversión, también consume algo de energía. Es decir La caldera recibe una unidad completa de electricidad, y solo se suministra 0, 98 de ella para calefacción.
Para obtener una cifra precisa del consumo de energía de la caldera de calefacción eléctrica investigada, su potencia (nominal en el primer caso y calculada en el segundo) debe dividirse por el valor de eficiencia establecido por el fabricante.
En promedio, la eficiencia de dichos equipos es del 98%. Como resultado, la cantidad de consumo de energía será, por ejemplo, para la variante de diseño:
7.6 / 0.98 = 7.8 kW / h.
Queda por multiplicar el valor a la tasa local. Luego calcule el costo total de la calefacción eléctrica y busque formas de reducirlos.
Por ejemplo, compre un contador dvuhtarifny que permita el pago parcial a tarifas "nocturnas" más bajas. Lo que deberá reemplazar el viejo medidor eléctrico con un nuevo modelo. El procedimiento y las reglas para el reemplazo se discuten en detalle aquí.
Otra forma de reducir los costos después de reemplazar el medidor es incluir un acumulador térmico en el circuito de calefacción para abastecerse de energía barata en la noche y gastarla durante el día.
Etapa # 6 - Calcular los costos de calefacción de temporada.
Ahora que ha dominado el método de cálculo de futuras pérdidas de calor, puede estimar fácilmente el costo del calentamiento durante todo el período de calentamiento.
Según SNiP 23-01-99 "Climatología de edificios" en las columnas 13 y 14, encontramos la duración del período para Moscú con una temperatura promedio por debajo de 10 ° C.
Para Moscú, este período dura 231 días y tiene una temperatura promedio de -2.2 ° C. Para calcular el total de Q para ΔT = 22.2 ° C, no es necesario realizar nuevamente el cálculo completo.
Basta llevar Q total a 1 ° C:
Q total = 7623/50 = 152.46 W / h
En consecuencia, para ΔT = 22.2 ° С:
Q total = 152.46 × 22.2 = 3385W / h
Para encontrar la electricidad consumida, multiplica por el período de calentamiento:
Q = 3385 × 231 × 24 × 1.05 = 18766440W = 18766kW
El cálculo anterior también es interesante porque permite un análisis de toda la estructura de la casa en términos de la efectividad del uso del aislamiento.
Consideramos una versión simplificada de los cálculos. También le recomendamos que se familiarice con el cálculo térmico completo del edificio.
Conclusiones y video útil sobre el tema.
Cómo evitar la pérdida de calor a través de la base:
Cómo calcular la pérdida de calor en línea:
El uso de calderas eléctricas como equipo de calefacción principal está muy fuertemente limitado por la capacidad de las redes eléctricas y el costo de la electricidad .
Sin embargo, como adicional, por ejemplo, a una caldera de combustible sólido, puede ser muy eficaz y útil. Puede reducir significativamente el tiempo de calentamiento del sistema de calefacción o usarse como caldera principal a temperaturas no muy bajas.
¿Utiliza una caldera eléctrica para la calefacción? Díganos qué método calculó la potencia requerida para su hogar. ¿O tal vez solo quieres comprar una caldera eléctrica y tienes alguna pregunta? Pregúntales en los comentarios al artículo - trataremos de ayudarte.