Как рассчитать мощность экономичного электрокотла

Правильный расчет тепловой мощности электрического котла отопления начинается с определения потерь тепла дома.

Методы определения мощности

Величину этих потерь можно рассчитать с помощью различных методов, самые простые из которых:

1. Позволяет определить величину потерь тепла дома, зная только площадь.
2. Позволяет установить тепловую мощность экономичного электрокотла с высоким КПД, используя объем.

Все электрические котлы отличаются тем, что способны превратить 100% электрической энергии в почти 100% тепловой. Не имеет значения, нагревает он воду ТЭНами, электродами или катушками индуктивности. Благодаря этой особенности после определения потерь тепла дома, не нужно корректировать эту цифру, учитывая КПД котла отопления.

Для сравнения можно взять твердотопливный котел, имеющий КПД 90%. Если 1 кг дров выделяет 3 кВт/ч, это означает, что в теплосеть попадет только 3х0,9 = 2,7 кВт/ч. В случае с электрическими устройствами 3 кВт/ч электроэнергии будут преобразованы в 3 кВт/ч тепловой энергии.

Расчет мощности котла по площади

Для отопления каждого 1 кв. м нужно создавать 100 Вт тепла. Расчёт по формуле:

где S является площадью дома,

k представляет собой коэффициент, определяющий потери тепла в зависимости от температуры воздуха за окном. Для регионов, в которых зимой температура воздуха не опускается ниже -10 °С, он составляет 0,7. Он растет по мере снижения градусов за окном. На каждые 5 °С он становится больше на 0,2. Для регионов, в которых зимой термометры показывают -35 °С, k составляет 1,2.

Такой расчет не всегда является правильным потому, что на потери тепла влияет много факторов. Он подходит для дома, который имеет:

1. Окна с двойным стеклопакетом и площадью не более 30% площади всех комнат.
2. Среднюю теплоизоляцию (толщина стены равна длине 2 кирпичей, утеплитель толщиной в 15 см).
3. Холодный чердак.
4. Комнаты, высота которых равна 2,5 м.

Здесь не учтены внешние стены потому, что даже при 1 такой стене корректирующий коэффициент должен составлять 1,1. Для 2 стен он является 1,2, 3 – 1,3 и т. д.

Для отопления вышеупомянутого дома нужно использовать экономичный котел отопления, имеющий мощность 12,65*1,4 = 17,71 кВт/ч. Лучше использовать устройство, которое способно выдать 20 кВт/час.

Факторы, влияющие на тепловую мощность

1. Количество внешних стен.
2. Тип окон.
3. Уровень теплоизоляции стен.
4. Площадь окон.
5. Высота помещений.
6. Наличие утепленного чердака.

Такие же коэффициенты применяются для плохо и очень хорошо утепленных стен соответственно. Когда площадь окон составляет 40% от площади помещения, через окна может выйти дополнительных 10% тепла. Коэффициент составляет 1,1. С дальнейшим ростом соотношения площади окон и площади пола на 10% он поднимается на 0,1.

Высоту помещения стоит брать в расчет тогда, когда она превышает 2,5 м. Для этой цифры корректирующий коэффициент равен 1. С дальнейшим увеличением высоты на 0,5 м он становится больше на 0,5. Для 4-метровых стен он равен 1,15. При наличии холодного чердака, полученную цифру корректировать не нужно. Если же он утеплен или сверху находится отапливаемое помещение, то результат умножают на 0,9 или 0,8.

Расчет котла по объему

Чтобы рассчитать мощность, применяют такую формулу:

где V является объемом дома,

К – коэффициент, показывающий потери тепла в зависимости от теплоизоляции. Имеет следующие значения:

• 0,6-0,9 – для домов, в которых конструкция является улучшенной, стены кирпичные и покрыты двойной теплоизоляцией, окна имеют двойной стеклопакет и относительно небольшую площадь, крыша сделана из теплоизоляционного материала;
• 1-1,9 – для домов, которые характеризуются двойной кирпичной кладкой, небольшим количеством окон и крышей, имеющей обычную кровлю;
• 2-2,9 – для зданий с небольшой теплоизоляцией, то есть тепло задерживают окна и крыша с упрощенной конструкцией, стены с толщиной, равной длине 1 кирпича;
• 3-4 – для деревянных конструкций или зданий, стены которых представляют собой гофрированный металлический лист.

ΔТ является разницей между желанными градусами внутри помещения и температурой за окном.

Оба метода не учитывают наличие в доме косвенного бойлера с хорошим КПД. Если он есть, то полученный результат нужно умножить на 1,2-1,3.

Расчет мощности для ГВС

Он проводится в следующей последовательности:

1. Определяется объем теплой воды, которой пользуются все члены семьи.
2. Определяется объем горячей воды (90-95 °С), которую будет разбавлять проточная вода, чтобы образовалась жидкость, имеющая комфортную температуру.
3. Рассчитывается дополнительная мощность котла.

Пусть в доме живет семья, которая за сутки использует 150 л теплой воды, то есть жидкости с температурой 37 °С. Такая вода будет подаваться после смешивания горячей и проточной воды. Объем горячей воды определяют по формуле:

• Vв является объемом востребованной теплой воды,
• Тж – желаемая температура теплой воды на выходе из крана,
• Тп – температура проточной воды,
• Тг – температура нагретой жидкости в косвенном бойлере.

Формула определения дополнительной мощности такова:

где с является удельной теплоемкостью воды (всегда равняется 4,218 кДж/кг*К),

m – масса воды,

ΔT представляет собой разницу между температурами нагретой и проточной воды.

Для отопления дома нужно приобрести электрокотел отопления с мощностью 20+5,1 = 25,1 кВт/час. Это в том случае, если вода в котле должна нагреваться за 1 час. Если ее нужно нагревать за 2, то можно установить котел, мощность которого равна 20+2,55 = 22,55 кВт/час.

Как рассчитать необходимую мощность котла для отопления частного дома

От тепловой мощности котла зависит эффективность работы системы отопления. При недостаточной теплопроизводительности система отопления не сможет удерживать комфортную температуру. Если речь идет о газовом или жидкотопливном котле, важно не переусердствовать и с запасом мощности, из-за чего нарушится нормальная работа котла, увеличится расход топлива.

Читайте в статье

Что такое мощность котла и как ее узнать

Тепловая мощность котла – это максимальное количество тепловой энергии, передаваемой теплоносителю в процессе сгорания топлива (измеряется в киловаттах/час или просто кВт). Это означает, что котел мощностью 20 кВт при непрерывной работе на максимальной мощности за час выработает и передаст теплоносителю 20 кВт тепловой энергии.

Определить мощность котла можно несколькими способами:

• поискать список технических характеристик на корпусе котлоагрегата;
• найти значение в паспорте модели. Если документация не сохранилась, можно поискать электронную версию или изучить предложения интернет-магазинов, которые обязательно указывают в описании модели ее номинальную мощность; Место расположения технических характеристик на корпусе котла
• если речь идет о газовом котле, можно узнать примерную теплопроизводительность по расходу газа, для чего необходимо проверить и зафиксировать сколько кубометров котел потребляет при беспрерывной работе на максимальной мощности. Удельная теплота сгорания газа – величина постоянная и равна 9,3 кВт. Также важно учитывать КПД котла (его также можно найти в списке технических характеристик), для старых советских моделей это значения в районе 70-85%, у новых моделей КПД в пределах 86-94%. Итого, максимальная мощность = 9,3 кВт (удельная теплота сгорания природного газа)*0,8 (если КПД 80%)*2,5 куб. м/час (полученный расход газа в час) = 18,6 кВт. Аналогичным способом можно посчитать примерные значения для твердотопливного, жидкотопливного или электрического котла.

Увеличить теплопроизводительность бытового котла без серьезных небезопасных изменений его конструкции невозможно, поэтому к выбору минимально необходимой мощности необходимо подходить ответственно. Если ее будет недостаточно, придется устанавливать дополнительный котлоагрегат или производить утепление стен, пола и потолка, замену окон и дверей в целях снижения теплопотерь.

Способы подбора минимально необходимой мощности котла

Чтобы поддерживать в каждом помещении комфортную температуру, теплопроизводительность системы отопления (соответственно и котла) должна обеспечивать теплопотери дома, которые также измеряются в кВт. То есть теплопроизводительнось котлоагрегата = суммарные тепловые потери дома через стены, пол, потолок, фундамент окна и двери + запас на случай более сильных морозов.

Наглядное изображение теплопотерь частоного дома.

Расчет мощности котла отопления по площади дома

Наиболее простой и распространенный способ. Исходя из практики, для среднестатистического частного дома в климатической зоне Подмосковья, с кладкой в 2 кирпича и высотой потолков 2,7 м на каждые 10 м 2 необходим 1 кВт тепловой мощности (именно такое соотношение соответствует среднестатистическим теплопотерям). Также мы рекомендуем закладывать запас мощности в 15-25%.

Например, для вышеописанного дома площадью 100 кв. м. минимальная мощность котла = 100 м 2 : 10 * 1,2 (20% запаса) = 12 кВт.

Также при расчете мощности котла отопления по площади дома можно делать поправки с учетом утепленности дома. Так, для среднеутепленного дома (наличие 100-150 мм слоя теплоизоляции или стены из бруса) на каждые 10 м 2 может приходиться 0,5-0,7 кВт теплопотерь. Для хорошо утепленного дома с небольшой площадью остекления норма составляет 0,4-0,5 кВт на каждые 10 м 2 .

Поэтому, если ваш случай кардинально отличается от среднестатистичекого вышеописанного дома, стоит рассчитать мощность котла более точным методом с учетом всех особенностей, он описан одним пунктом ниже.

Как выбрать комнатный термостат и экономить до 30% в месяц на отоплении

Расчет по объему помещения

Еще один довольно простой способ, основанный на СНиП и обычно применяемый для квартир. За исходную величину берется не площадь, а кубатура отапливаемых помещений. Согласно методике, указанной в СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», норма удельного расхода тепловой энергии:

• для кирпичного многоквартирного дома – 0,034 кВт/м 3 ;
• для панельного многоквартирного дома – 0,041 кВт/м 3 .

Зная эти нормы, площадь квартиры и высоту потолков, можно использовать способ расчета мощности котла отопления по объему помещений.

Например, для квартиры панельного многоквартирного дома площадью 150 кв. м. и высотой потолков 2,7 м (без внешнего и внутреннего утепления стен), минимальная теплопроизводительность = 2,7*150*0,041 = 16,6 кВт.

Из принципа расчета, опять таки, ясно, что весь учет теплопотерь сводится к усредненным значениям и теплопроводности стен из различных материалов. Это значит, что использовать его рационально если внешние стены не утеплены, в квартире имеются не более 4 стандартных окна, радиаторы подключены наиболее эффективным способом, а соседние квартиры отапливаются.

Рассчитываем с учетом всех основных особенностей дома

Подробная формула основывается на площади помещений, однако учитывает все возможные тепловые потери, способ подключения радиаторов, который влияет на КПД системы отопления, а также климатические условия, в которых находится частный дом.

Расчет производится для каждого помещения отдельно, что более правильно. Полученные для каждого помещения значения в дальнейшем можно использовать для подбора мощности радиаторов отопления . Просуммировав необходимую для каждого помещения теплопроизводительность, вы получите значение для всей системы отопления дома, значит – и для котла, который должен обеспечивать ее мощность.

Точная формула для расчета:

Q = 1000 Вт/м 2 *S*k1*k2*k3…*k10,

• где Q – показатель теплопроизводительности;
• S – общая площадь помещения;
• k1-k10 – коэффициенты, учитывающие теплопотери, климат и особенности установки радиаторов.

k1 – к-во внешних стен в помещения (стен, граничащих с улицей):

k2 – ориентация помещения (солнечная или теневая сторона):

• север, северо-восток или восток – k2=1,1;
• юг, юго-запад или запад – k2=1,0.

k3 – коэффициент теплоизоляции стен помещения:

• простые, не утепленные стены – 1,17;
• кладка в 2 кирпича или легкое утепление – 1,0;
• высококачественная расчетная теплоизоляция – 0,85.

k4 – подробный учет климатических условий локации (уличная температура воздуха в самую холодную неделю зимы):

• -35°С и менее – 1,4;
• от -25°С до -34°С – 1,25;
• от -20°С до -24°С – 1,2;
• от -15°С до -19°С – 1,1;
• от -10°С до -14°С – 0,9;
• не холоднее, чем -10°С – 0,7.

k5 – коэффициент, учитывающий высоту потолка:

• до 2,7 м – 1,0;
• 2,8 — 3,0 м – 1,02;
• 3,1 — 3,9 м – 1,08;
• 4 м и более – 1,15.

k6 – коэффициент, учитывающий теплопотери потолка (что находится над потолком):

• холодное, неотапливаемое помещение/чердак – 1,0;
• утепленный чердак/мансарда – 0,9;
• отапливаемое жилое помещение – 0,8.

k7 – учет теплопотерь окон (тип и к-во стеклопакетов):

• обычные (в том числе и деревянные) двойные окна – 1,17;
• окна с двойным стеклопакетом (2 воздушные камеры) – 1,0;
• двойной стеклопакет с аргоновым заполнением или тройной стеклопакет (3 воздушные камеры) – 0,85.

k8 – учет суммарной площади остекления (суммарная площадь окон : площадь помещения):

• менее 0,1 – k8 = 0,8;
• 0,11-0,2 – k8 = 0,9;
• 0,21-0,3 – k8 = 1,0;
• 0,31-0,4 – k8 = 1,05;
• 0,41-0,5 – k8 = 1,15.

k9 – учет способа подключения радиаторов:

• диагональный, где подача сверху, обратка снизу – 1,0;
• односторонний, где подача сверху, обратка снизу – 1,03;
• двухсторонний нижний, где и подача, и обратка снизу – 1,1;
• диагональный, где подача снизу, обратка сверху – 1,2;
• односторонний, где подача снизу, обратка сверху – 1,28;
• односторонний нижний, где и подача, и обратка снизу – 1,28.

k10 – учет расположения батареи и наличия экрана:

• практически не прикрыт подоконником, не прикрыт экраном – 0,9;
• прикрыт подоконником или выступом стены – 1,0;
• прикрыт декоративным кожухом только снаружи – 1,05;
• полностью закрыт экраном – 1,15.

Для большего удобства ниже находится калькулятор, где можно рассчитать те же самые значения быстро выбрав соответствующие исходные данные.

Калькулятор для точного определения тепловой мощности

Запас производительности в зависимости от типа котла

Для стандартного одноконтурного котла, вне зависимости от вида используемого топлива, мы всегда рекомендуем закладывать запас мощности 15-25%, в зависимости от температуры в самую холодную декаду и утепленности дома. Однако в некоторых случаях требуется несколько больший запас:

• 20-30% запаса, если котел двухконтурный . Большинство моделей работает по принципу приоритета ГВС, это значит, что в момент активации точки потребления горячей воды котел не греет отопительный контур, для работы на два контура требуется более высокая производительность;
• 20-25% запаса, если в доме организована или планируется приточно-вытяжная вентиляция без рекуперации тепла.

Также часто используется схема с подключением бойлера косвенного нагрева (особенно в связке с твердотопливными котлами). В таком случае излишек мощности может превышать 40-50% (показатель рассчитывается по ситуации). Стоит понимать, что любом из случаев предусмотренный запас не «простаивает», а используется будь то в целях нагрева горячей воды, восполнения более высоких теплопотерь или нагрева буферной емкости.

Высокий белый бак справа от котла – накопительный бойлер косвенного нагрева, постоянно поддерживающий большой объем горячей воды.

Почему не стоит подбирать котел со слишком большим запасом мощности

С недостатком теплопроизводительности все предельно понятно: система отопления попросту не обеспечит желаемый уровень температуры даже при беспрерывной работе. Однако, как мы уже упоминали, серьезной проблемой может стать и переизбыток мощности, последствиями которого являются:

• более низкий КПД и повышенный расход топлива, особенно на одно- и двухступенчатых горелках, не способных плавно модулировать производительность;
• частое тактование (вкл/выкл) котла, что нарушает нормальную работу и снижает ресурс горелки;
• попросту более высокая стоимость котлоагрегата, учитывая, что производительность, за которую была произведена повышенная плата, использоваться не будет;
• часто больший вес и большие габариты.

Когда чрезмерная теплопроизвоительность все же уместна

Единственной причиной выбрать версию котла гораздо большей мощности, чем нужно, как мы уже упоминали, является использование его в связке с буферной емкостью. Буферная емкость (также теплоаккумулятор) – это накопительный бак определенного объема наполненный теплоносителем, назначение которого – накапливать излишки тепловой мощности и в дальнейшем более рационально распределять их в целях отопления дома или обеспечения горячего водоснабжения (ГВС).

Например, теплоаккумулятор – отличное решение, если недостаточно производительности контура ГВС или при цикличности твердотопливного котла, когда топливо сгорая отдает максимум тепла, а после прогорания система быстро остывает. Также теплоаккумулятор часто используется в связке с электрокотлом, который нагревает емкость в период действия сниженного ночного тарифа на электроэнергию, а днем накопленное тепло распределяется по системе, еще долго поддерживая желаемую температуру без участия котла.