Как рассчитать электрический котел для отопления частного дома по площади
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.
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:
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.
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.
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:
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.
Точная формула для расчета:
Q = 1000 Вт/м 2 *S*k1*k2*k3…*k10,
k1 – к-во внешних стен в помещения (стен, граничащих с улицей):
k2 – ориентация помещения (солнечная или теневая сторона):
k3 – коэффициент теплоизоляции стен помещения:
k4 – подробный учет климатических условий локации (уличная температура воздуха в самую холодную неделю зимы):
k5 – коэффициент, учитывающий высоту потолка:
k6 – коэффициент, учитывающий теплопотери потолка (что находится над потолком):
k7 – учет теплопотерь окон (тип и к-во стеклопакетов):
k8 – учет суммарной площади остекления (суммарная площадь окон : площадь помещения):
k9 – учет способа подключения радиаторов:
k10 – учет расположения батареи и наличия экрана:
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:
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:
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.
Как рассчитать мощность электрокотла
Как грамотно произвести расчет мощности электрокотла
Покупке оборудования для отопления дома предшествует расчет мощности электрокотла и других элементов системы. Этот показатель является главным параметром прибора, согласно которому определяют, подходит ли модель отопительного агрегата для обогрева конкретного здания или нет.
Таким образом, прежде чем приобрести оборудование, следует выполнить расчет электрокотла для отопления частного дома согласно паспортным данным электрического оборудования.
Выбор мощности отопительного оборудования
Зная требуемую мощность электрокотла для отопления дома, не следует забывать, что ее допустимая суммарная величина для здания лимитируется соответствующими районными службами, обслуживающими электросети. В случае превышения установленного значения срабатывает ограничительный автомат, отключающий помещения от подачи электроэнергии.
Таким образом, выбирая оборудование определенной модели, прежде всего, узнают, насколько велика потребляемая мощность электрокотла и затем производят расчет всех необходимых параметров прибора.
В настоящее время производители отопительных агрегатов изготавливают электрокотлы не только с фиксированной мощностью, но и с моделируемой. Специалисты рекомендуют отдавать предпочтение моделям с постоянным значением, что позволяет не допускать отключения электроснабжения при превышении лимитов, которое происходит при использовании приборов с моделируемым показателем.
От выбранного вида агрегата не зависит размер потребляемого электричества. На данную величину влияет количество энергии, получаемой отопительной системой от электрокотла.
От чего зависит мощность?
Мощность котла обеспечивают ТЭНы (трубчатые электронагреватели) — они находятся внутри теплообменника прибора. Во время их работы происходит нагрев теплоносителя, который затем при помощи циркуляционного насоса направляется в отопительную систему.
Расчет мощности электрокотла производится в кВт, и данный параметр относится именно к ТЭНам. Следует учитывать, что этот показатель зависит от того, сколько установлено нагревательных элементов, и он может составлять 2-60 кВт.
Особенности проведения расчетов для электрокотла
Делая расчет электрокотла для отопления дома, нужно учитывать, что электрические приборы имеют разные рабочие характеристики, при этом одной из важнейших является тепловой показатель. Он необходим для восполнения тепловых потерь дома и обеспечения регулярного горячего водоснабжения. Многих владельцев частных домов интересует, как рассчитать мощность электрокотла отопления. Читайте также: «Сколько потребляет электрический котел отопления в месяц «.
Вычисляют ее для каждого конкретного случая отдельно, с учетом:
Все вышеперечисленные значения необходимо учитывать при проведении теплотехнического расчета мощности электрического котла отопления и для уточнения количества энергии, необходимой для обеспечения жильцов дома горячей водой.
Для того, чтобы установить электрокотел — расчет мощности выполняют по формуле W=S x Wуд/10 м², в которой:
Так для средней полосы это значение принимается за 1 или 1,2. В данном конкретном случае, делая расчет мощности электрокотла, W, согласно приведенной формуле, получилось равным 12 кВт.
Такая формула вычислений подходит, если планируется установить электрокотел малой мощности (одноконтурный прибор), такой как на фото. Для двухконтурных агрегатов требуется определить параметры для контура ГВС и только потом можно подбирать необходимое отопительное оборудование (прочитайте также: «Как сделать расчет мощности котла отопления самостоятельно «).
Как правильно выбрать мощность котла, смотрите на видео:
Сфера применения современных электрокотлов
Существует мнение, что электрические котлы способны обогреть в достаточной степени только небольшие по площади дома. Подобное утверждение является ошибочным, поскольку производители выпускают не только электрокотлы малой мощности, но и агрегаты, обеспечивающие комфортный режим пребывания в зданиях, имеющих площадь до 1000 «квадратов». Их обычно используют в качестве резервного оборудования, если основная система вышла из строя, поскольку стоимость электроэнергии высокая.
Котлы малой мощности, которые бывают трехфазными и однофазными, устанавливают в небольших домах. Аппараты мощностью более 6 кВт также выпускают многоступенчатыми, с их помощью можно значительно сэкономить на оплате за электроэнергию (прочитайте: «Экономические электрокотлы для отопления дома: виды «).
Знания, как рассчитать мощность электрокотла, позволяют приобрести оборудование, которое будет соответствовать необходимым критериям.
Оставляйте отзывы:
Как рассчитать мощность экономичного электрокотла
Правильный расчет тепловой мощности электрического котла отопления начинается с определения потерь тепла дома, которые возникают в самые холодные зимние дни. Благодаря такому подходу в комнатах дома будет тепло круглый год.
Методы определения мощности
Величину этих потерь можно рассчитать с помощью различных методов. Некоторые из них предусматривают использование весьма сложных формул, что, конечно, не нравится многим покупателям. Ведь нужно потратить немало времени для расчета желаемой цифры. Поэтому далее будут рассматриваться два простых способа:
Перед рассмотрением каждого из методов стоит отметить, что все электрические котлы отличаются тем, что способны превратить 100% электрической энергии в почти 100% тепловой. При этом, 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, то 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. Как видно, такая особенность частично упрощает расчет.
Расчет мощности котла по площади
Он очень прост, ведь предусматривает, что для отопления каждого 1 кв. м нужно создавать 100 Вт тепла. Правда, формула имеет более сложный вид:
Такой расчет очень прост, однако не всегда является правильным. Это потому, что на потери тепла влияет много факторов. В данном случае он справедлив для дома, который имеет:
Здесь не учтены внешние стены. Это потому, что даже при 1 такой стене корректирующий коэффициент должен составлять 1,1. Для 2 стен он является равным 1,2, 3 — 1,3 и т. д.
То есть для отопления вышеупомянутого дома нужно использовать экономичный котел отопления, имеющий мощность 12,65*1,4 = 17,71 кВт/ч. Понятно, что лучше брать устройство, которое способно выдать 20 кВт/час.
Факторы, влияющие на тепловую мощность
Обычные окна со стандартным остеклением позволяют выйти наружу 27% тепла. То есть при таких окнах результат, полученный с помощью вышеописанной формулы, нужно умножать на 1,27. Для окон с тройным пакетом корректирующий коэффициент составляет 0,85.
Такие же коэффициенты применяются для плохо и очень хорошо утепленных стен соответственно. Что касается площади окон, то в случае, когда она составляет 40% от площади помещения, через окна может потеряться дополнительных 10% тепла. То есть 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. То есть 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:
К — коэффициент, показывающий потери тепла в зависимости от теплоизоляции. Имеет следующие значения:
Для примера будет взят вышеупомянутый дом. Его объем V = 115*2,5 = 287,5 куб. м. ΔТ = +20 — (-20) = 40 °С. Тогда P = 287,5*1,9*40/860 = 25,4 кВт/час.
Оба метода не учитывают наличие в доме косвенного бойлера с хорошим КПД. Если он должен быть, то полученный результат нужно увеличить на определенную цифру. Многие эксперты отмечают, что ее следует умножать на 1,2-1,3. Хотя можно использовать еще одну простую формулу.
Расчет мощности для ГВС
Он проводится в следующей последовательности:
Итак, 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:
Для вышеупомянутого примера Vв = 150 л, Тп = 8 °С, Тж = 37 °С, Тг = 95 °С. Vг = 150*(37-8)/(95-8) = 50 л. Это означает, что для дома хватит бойлера на 50 л.
Формула определения дополнительной мощности такова:
где с является удельной теплоемкостью воды (всегда равняется 4,218 кДж/кг*К),
ΔT представляет собой разницу между температурами нагретой и проточной воды.
Рд = 4,218*50*(95-8) = 18 348,3 кДж. В пересчете на кВт/ч эта цифра составляет 5,1 кВт/ч.
Как видно, 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.
Похожие статьи:
Мощность и количество секций алюминиевых радиаторов 
Подключение электрокотла к системе отопления 
Изготовление электрокотла «Скорпион» 
Мощность радиаторов отопления
Электрокотел и расчет его мощности
Работу электрического котла отопления вкратце можно описать так: нагревательный элемент греет теплоноситель, который, циркулируя по трубам через радиаторы, обогревает помещение.
Имеются аналоги, в которых ток пропускают непосредственно через теплоноситель. В некоторых случаях, когда естественная циркуляция теплоносителя по каким-то причинам затруднена, применяют его принудительную циркуляцию, используя насос.
Устройство электрического котла с элементом нагрева
Простейшая электронагревательная система состоит из теплообменника с теплоносителем (вода или антифриз), внутрь которого помещены нагревательные элементы (трубчатые электронагреватели – ТЭН).
Схема устройства электрокотла.
Вот вся простейшая конструкция. А конструкция самого нагревательного элемента и того проще (см. изображение 1). Спираль с высоким электрическим сопротивлением помещена в тонкостенную металлическую трубку и изолирована от нее путем заполнения всего пространства изоляционным материалом (окисью магния). Концы спирали прикреплены к выводам, которые запрессованы в фарфоровые изоляторы. Вся эта конструкция герметична относительно теплоносителя, а изоляторы герметично выведены вне нагревательного бака.
Котлы небольшой мощности работают от однофазной сети 220 В. В котлах, мощность которых превышает 12 кВт, используют трехфазную электросеть 380 В и, следовательно, три нагревательных элемента. При питании от напряжения 220 В необходимо иметь трехжильный кабель (фаза, ноль и защитное заземление), при питании от трехфазной сети необходимо иметь пятижильный кабель (три фазы, рабочий ноль и заземление). Это простая схема котлов, использующих естественную циркуляцию теплоносителя. Для принудительной циркуляции предусматривают циркуляционный малошумящий насос.
Устройство электродного электрокотла
Принцип работы электроидного электрокотла.
Еще более проста система подогрева воды с помощью электродов. Можно встретить такие названия, как электролизные, ионные, но все котлы этого типа работают по одному принципу: нагревательным элементом является не спираль, а сам теплоноситель. Это значит, что для получения необходимого для нагрева количества тепловой энергии необходимо иметь специально подготовленный состав теплоносителя.
Например, в воде нужно растворить углекислый натрий (соду, Na2 CO3 ). Нагрев теплоносителя происходит за счет колебания его молекул под действием переменного электрического тока, который, как известно, колеблется с частотой 50 Гц. То есть за время, равное 1 с, молекулы теплоносителя 50 раз изменяют на 180 градусов направление движения. Коэффициент полезного действия (КПД) такого котла очень высокий (до 98%), но мощность его не превышает 16 кВт.
Дальнейшее усложнение любого отопительного котла связано с обвязкой его различными датчиками и регуляторами, такими, как датчики температуры и регуляторы потребляемой мощности, а также защитными средствами.
Преимущества и недостатки электрического обогрева
К преимуществам следует отнести:
Схема работы электрического котла.
Бесшумная работа котлов отопления и экологическая чистота позволяют располагать их непосредственно в помещении, чему способствует и отсутствие дымоходов. Следовательно, монтаж электрического котла отопления и напольного и настенного типа не представляет трудностей.
К недостаткам такого варианта отопления следует отнести значительно большие затраты на обогрев по сравнению с газовыми аналогами. Особенно велико преимущество конденсационного газового аналога. Поэтому электрический обогрев вынужденно используют в тех местах, где отсутствует централизованное газоснабжение.
Монтаж напольного и настенного котла
Конструкция трехфазного электрокотла.
Целесообразно устанавливать электрические котлы в помещения площадью до 500 м 2. Монтаж системы отопления и подсоединение к ней котла можно выполнить самостоятельно. В настенном варианте их закрепляют с помощью анкерных болтов, а в напольном их обычно устанавливают на специальную подставку. Если у вас нет опыта установки и подключения автоматов защиты от короткого замыкания и токов утечки, то лучше обратиться к специалисту-электрику. В этом вопросе вольности недопустимы.
Сечение жил кабеля должно соответствовать требованиям, указанным в сопроводительной документации; оно зависит от мощности. Могут возникнуть проблемы с защитным заземлением. Имейте в виду, что заземление – это не просто штырь, вбитый в грунт, а устройство, от которого зависит жизнь. На контур заземления должны быть замкнуты все металлические части системы отопления.
И главное. Сопротивление заземляющего контура должно отвечать нормам для соответствующего грунта. Максимальная величина сопротивления заземления зависит от физических свойств грунта и должна быть указана в выданных разрешительных документах. Чем меньше сопротивление заземления, тем лучше. Максимальное значение не должно превышать 10 Ом. Для понижения сопротивления заземляющего контура нужно использовать медные пластины, а место заземления необходимо пропитывать соляным раствором. Величину сопротивления заземления нужно проверять перед началом отопительного сезона.
Как рассчитать требуемую мощность котла отопления
Если дом построен с соблюдением современных требований по энергосбережению, то есть утеплены стены, потолки и кровля, установлены металлопластиковые окна и высота потолков не превышает 3 метров, то можно предварительно определить требуемую мощность котла отопления и, соответственно, его стоимостью. Для этого обогреваемую площадь (в квадратных метрах) следует разделить на 10 и полученный результат увеличить на 20%.
Сделав расчет требуемой мощности с учетом фактического состояния вашего строения, возможно, построенного во времена, когда энергоносители стоили копейки, и сравнив такой же расчет потерь, но для дома, построенного с учетом современных требований, можно убедиться в целесообразности утепления вашего строения. Тем более, что выполнить это нетрудно, а понесенные затраты окупятся через два-три отопительных сезона.
Расчет потерь тепла Q, уходящего через стены, окна, потолок и пол, имеющих площадь S, можно выполнить по формуле:
Формула (1) проста, но несколько труднее рассчитать коэффициент теплопередачи, через который можно определить эффект от утепления дома.
Значения коэффициентов теплопередачи соответствующих материалов обычно указывает поставщик, иначе их нужно находить в соответствующей справочной литературе.
Об эффективности утепления дома
Чтобы убедиться, насколько эффективно влияет утепление на уменьшение потерь тепла, следует воспользоваться формулой (2), чтобы рассчитать два варианта.
Сначала выполняется расчет коэффициента теплопередачи для стены, выложенной из пустотелого керамического кирпича толщиной 640 мм (0,64 м), что соответствует кладке в 2 кирпича. Коэффициент теплопередачи кирпича σ=0,41. Расчет показывает, что, подставив значения αвн =8,7, αнар =23 и отношение d/σ = 0,64/0,41=1,56, получится коэффициент теплопередачи стены k=0,58
Следует выполнить расчет коэффициента теплопроводности стены из такого же кирпича, состоящей из двух частей и промежутка между ними, заполненного минеральной ватой. Толщина в ½ кирпича и в кирпич в сумме равна 370 мм. Толщина утеплителя (σ = 0,045 Вт∙(м град)) равна 100 мм. Расчет показывает, что общий коэффициент теплопередачи равен 0,35 Вт∙(м град)). То есть при существенно меньшей толщине кирпичной кладки коэффициент уменьшился в 0,58/0,35=1,67 раза, или почти на 40 %.
Вспомните, о чем говорит народная мудрость. Скупой платит дважды. Сэкономите на утеплении, и через 2-3 отопительных сезона эта экономия будет утрачена.