Cuánta electricidad consume una caldera eléctrica: cómo calcular antes de comprar

El uso de la electricidad como fuente de energía para calentar una casa de campo resulta atractivo por muchas razones: fácil disponibilidad, prevalencia y respeto al medio ambiente.Al mismo tiempo, el principal obstáculo para el uso de calderas eléctricas sigue siendo las tarifas bastante elevadas.

¿Has pensado también en la viabilidad de instalar un termo eléctrico? Averigüemos juntos cuánta electricidad consume una caldera eléctrica. Para lo cual utilizaremos las reglas y fórmulas de cálculo comentadas en nuestro artículo.

Los cálculos le ayudarán a comprender en detalle cuántos kW de electricidad tendrá que pagar mensualmente si utiliza una caldera eléctrica para calentar una casa o apartamento. Las cifras obtenidas le permitirán tomar una decisión final sobre la compra/no compra de la caldera.

Métodos para calcular la potencia de una caldera eléctrica.

Existen dos métodos principales para calcular la potencia requerida de una caldera eléctrica. El primero se basa en la superficie calentada, el segundo en el cálculo de la pérdida de calor a través de la envolvente del edificio.

El cálculo según la primera opción es muy aproximado y se basa en un único indicador: la potencia específica. El poder específico se proporciona en los libros de referencia y depende de la región.

El cálculo de la segunda opción es más complicado, pero tiene en cuenta muchos indicadores individuales de un edificio en particular. Un cálculo completo de ingeniería térmica de un edificio es una tarea bastante compleja y laboriosa. A continuación se considerará un cálculo simplificado que, sin embargo, tiene la precisión necesaria.

Independientemente del método de cálculo, la cantidad y calidad de los datos iniciales recopilados inciden directamente en la correcta evaluación de la potencia requerida de la caldera eléctrica.

Con potencia reducida, el equipo funcionará constantemente a carga máxima, sin proporcionar el confort de vida necesario. Con una potencia sobreestimada, se produce un consumo de electricidad excesivamente grande y un alto costo de los equipos de calefacción.

A diferencia de otros tipos de combustible, la electricidad es una opción respetuosa con el medio ambiente, bastante limpia y sencilla, pero está ligada a la presencia de una red eléctrica ininterrumpida en la región.

El procedimiento para calcular la potencia de una caldera eléctrica.

A continuación, consideraremos en detalle cómo calcular la potencia requerida de la caldera para que el equipo cumpla plenamente su tarea de calentar la casa.

Etapa #1: recopilación de datos iniciales para el cálculo

Para realizar los cálculos necesitará la siguiente información sobre el edificio:

• S – zona de la habitación climatizada.
• W._derrotar – poder específico.

El indicador de potencia específico muestra cuánta energía térmica se necesita por 1 m² a la 1 en punto

Depende de las condiciones naturales locales, se pueden tomar los siguientes valores:

• para la parte central de Rusia: 120 – 150 W/m²;
• para regiones del sur: 70-90 W/m²;
• para regiones del norte: 150-200 W/m².

W._derrotar - un valor teórico, que se utiliza principalmente para cálculos muy aproximados, ya que no refleja la pérdida real de calor del edificio. No tiene en cuenta la superficie acristalada, el número de puertas, el material de las paredes exteriores ni la altura de los techos.

Los cálculos térmicos precisos se realizan utilizando programas especializados, teniendo en cuenta muchos factores. Para nuestros propósitos, dicho cálculo no es necesario, es muy posible arreglárselas calculando la pérdida de calor de las estructuras de cerramiento externo.

Cantidades que deben utilizarse en los cálculos:

R – resistencia a la transferencia de calor o coeficiente de resistencia térmica. Ésta es la relación entre la diferencia de temperatura en los bordes de la estructura envolvente y el flujo de calor que pasa a través de esta estructura. Tiene dimensión m²×⁰С/W.

En realidad, es simple: R expresa la capacidad de un material para retener calor.

q – un valor que indica la cantidad de flujo de calor que pasa a través de 1 m² superficies con una diferencia de temperatura de 1⁰C durante 1 hora. Es decir, muestra cuánta energía térmica pierde 1 m.² envolvente del edificio por hora con una diferencia de temperatura de 1 grado. Tiene una dimensión W/m²×h.

Para los cálculos que se dan aquí, no hay diferencia entre kelvins y grados Celsius, ya que no es la temperatura absoluta lo que importa, sólo la diferencia.

q_generalmente – la cantidad de flujo de calor que pasa a través del área S de la estructura envolvente por hora. Tiene la dimensión W/h.

PAG – potencia de la caldera de calefacción.Se calcula como la potencia máxima requerida del equipo de calefacción con la máxima diferencia de temperatura entre el aire exterior e interior. Es decir, suficiente potencia de caldera para calentar el edificio en la estación más fría. Tiene la dimensión W/h.

Eficiencia – factor de eficiencia de una caldera de calefacción, una cantidad adimensional que muestra la relación entre la energía recibida y la energía gastada. En la documentación del equipo normalmente se indica como un porcentaje de 100, por ejemplo 99%. En los cálculos se utiliza un valor a partir de 1, es decir 0,99.

∆T – muestra la diferencia de temperatura en dos lados de la estructura envolvente. Para que quede más claro cómo se calcula correctamente la diferencia, mire el ejemplo. Si fuera: -30 °C, y dentro de +22 ° C, luego ∆T = 22 - (-30) = 52 °C

O lo mismo, pero en Kelvin: ∆T = 293 – 243 = 52K

Es decir, la diferencia siempre será la misma para grados y kelvins, por lo que los datos de referencia en kelvins se pueden utilizar para cálculos sin correcciones.

d – espesor de la estructura de cerramiento en metros.

k – coeficiente de conductividad térmica del material de la envolvente del edificio, que se toma de los libros de referencia o SNiP II-3-79 "Ingeniería térmica de edificios" (SNiP - códigos y reglamentos de construcción). Tiene la dimensión W/m×K o W/m×⁰С.

La siguiente lista de fórmulas muestra la relación entre cantidades:

• R=d/k
• R= ∆T/Q
• Q = ∆T/R
• q_generalmente = Q×S
• P = Q_generalmente / eficiencia

Para estructuras multicapa, la resistencia a la transferencia de calor R se calcula para cada estructura por separado y luego se suma.

A veces, el cálculo de estructuras multicapa puede resultar demasiado engorroso, por ejemplo, al calcular la pérdida de calor de una ventana de doble acristalamiento.

Qué se debe tener en cuenta al calcular la resistencia a la transferencia de calor de las ventanas:

• espesor del vidrio;
• la cantidad de vasos y espacios de aire entre ellos;
• tipo de gas entre los vasos: inerte o aire;
• presencia de revestimiento aislante térmico del vidrio de la ventana.

Sin embargo, puede encontrar valores preparados para toda la estructura ya sea del fabricante o en el libro de referencia, al final de este artículo hay una tabla para ventanas de doble acristalamiento de diseño común.

Etapa n.° 2: cálculo de la pérdida de calor del piso del sótano

Por otra parte, es necesario detenerse en 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 piso del sótano, es necesario tener en cuenta la penetración en el suelo. Si la casa está al nivel del suelo, entonces se supone que la profundidad es 0.

Según el método generalmente aceptado, la superficie del suelo se divide en 4 zonas.

• 1 zona - retirarse 2 m desde la pared exterior hasta el centro del piso a lo largo del perímetro. En caso de profundización del edificio, éste se retira desde el nivel del suelo hasta el nivel del suelo a lo largo de una pared vertical. Si la pared está enterrada a 2 m en el suelo, entonces la zona 1 estará completamente en la pared.
• 2 zona – retrocede 2 m a lo largo del perímetro hacia el centro desde el límite de la zona 1.
• 3 zona – retrocede 2 m a lo largo del perímetro hacia el centro desde el límite de la zona 2.
• 4 zona – el piso restante.

Según la práctica establecida, cada zona tiene su propia R:

• R1 = 2,1 metros²×°C/W;
• R2 = 4,3m²×°C/W;
• R3 = 8,6 metros²×°C/W;
• R4 = 14,2m²×°C/W.

Los valores R indicados son válidos para suelos sin recubrir. En el caso del aislamiento, cada R aumenta en el R del aislamiento.

Además, para suelos colocados sobre vigas, R se multiplica por un factor de 1,18.

La zona 1 tiene 2 metros de ancho. Si la casa está enterrada, entonces debes tomar la altura de las paredes en el suelo, restar 2 metros y transferir el resto al piso.

Etapa 3: cálculo de la pérdida de calor del techo

Ahora puedes empezar a hacer cálculos.

Una fórmula que puede servir para estimar aproximadamente la potencia de una caldera eléctrica:

W=W_derrotar ×S

Tarea: calcular la potencia requerida de la caldera en Moscú, área calentada 150 m².

Al realizar los cálculos tenemos en cuenta que Moscú pertenece a la región central, es decir. W._derrotar se puede tomar igual a 130 W/m².

W._derrotar = 130 × 150 = 19500W/h o 19,5kW/h

Esta cifra es tan inexacta que no es necesario tener en cuenta la eficiencia de los equipos de calefacción.

Ahora determinemos la pérdida de calor después de 15 m.² Área del techo aislada con lana mineral. El espesor de la capa de aislamiento térmico es de 150 mm, la temperatura del aire exterior es de -30 ° C, dentro del edificio de +22 ° C en 3 horas.

Solución: utilizando la tabla encontramos el coeficiente de conductividad térmica de la lana mineral, k=0,036 W/m×°C. El espesor d debe tomarse en metros.

El procedimiento de cálculo es el siguiente:

• R = 0,15 / 0,036 = 4,167 metro²×°C/W
• ∆T= 22 — (-30) = 52°С
• Q= 52 / 4,167 = 12,48W/m²×h
• q_generalmente = 12,48 × 15 = 187 W/h.

Calculamos que la pérdida de calor a través del techo en nuestro ejemplo será 187 * 3 = 561 W.

Para nuestros propósitos, es completamente posible simplificar los cálculos calculando la pérdida de calor solo de estructuras externas: paredes y techos, sin prestar atención a las particiones y puertas internas.

Además, puede prescindir del cálculo de las pérdidas de calor por ventilación y alcantarillado. No tendremos en cuenta la infiltración y la carga de viento. Dependencia de la ubicación del edificio de los puntos cardinales y de la cantidad de radiación solar recibida.

De las consideraciones generales se puede sacar 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 cuadráticamente y el volumen aumenta en un cubo. La pelota tiene la menor pérdida de calor.

En las estructuras de cerramiento sólo se tienen en cuenta las capas de aire cerradas. Si su casa tiene una fachada ventilada, dicha capa de aire se considera no cerrada y no se tiene en cuenta. No se toman todas las capas anteriores a la capa al aire libre: tejas de fachada o casetes.

Se tienen en cuenta las capas de aire cerradas, por ejemplo, en ventanas de doble acristalamiento.

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 cabaña

Después de la parte teórica, podrás comenzar la parte práctica.

Por ejemplo, calculemos una casa:

• dimensiones de las paredes exteriores: 9x10 m;
• altura: 3 metros;
• ventana con doble acristalamiento 1,5×1,5 m: 4 piezas;
• puerta de roble 2.1×0,9 m, espesor 50 mm;
• Pisos de pino de 28 mm, sobre espuma extrusionada de 30 mm de espesor, colocados sobre vigas;
• techo de placas de yeso de 9 mm, encima de lana mineral de 150 mm de espesor;
• material de la pared: mampostería de 2 ladrillos de silicato, aislamiento con lana mineral de 50 mm;
• el período más frío es de 30 °C, la temperatura estimada en el interior del edificio es de 20 °C.

Realizaremos cálculos preparatorios de las áreas requeridas. Al calcular las zonas del suelo, asumimos que la profundidad de la pared es cero. La tabla del suelo se coloca sobre vigas.

• ventanas – 9m²;
• puerta – 1,9 m²;
• paredes, menos ventanas y puertas - 103,1 m²;
• techo - 90 m²;
• superficies construidas: S1 = 60 m², S2 = 18 metros², S3 = 10 metros², S4 = 2 metros²;
• ΔT = 50 °C.

A continuación, utilizando los libros de referencia o las tablas que se encuentran al final de este capítulo, seleccionamos los valores requeridos del coeficiente de conductividad térmica para cada material. Te recomendamos leer más sobre 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 muros de carga incluye tres pasos.

Calculamos el coeficiente de pérdida de calor de las paredes de ladrillo: R_Ciro = d / k = 0,51 / 0,7 = 0,73 metro²×°C/W.

Lo mismo para el aislamiento de paredes: R_Utah = d / k = 0,05 / 0,043 = 1,16 metro²×°C/W.

Pérdida de calor 1m² paredes exteriores: Q = ΔT/(R_Ciro +R_Utah) = 50 / (0,73 + 1,16) = 26,46 metro²×°C/W.

Como resultado, la pérdida total de calor de las paredes será: Q_calle = Q×S = 26,46 × 103,1 = 2728 Wh.

Paso 2: Cálculo de pérdidas de energía térmica a través de ventanas: Q_ventanas = 9 × 50 / 0,32 = 1406 W/h.

Paso 3: Cálculo de fugas de energía térmica a través de una puerta de roble: Q_dv = 1,9 × 50 / 0,23 = 413 W/h.

Etapa 4: Pérdida de calor por el piso superior - techo: Q_sudor = 90 × 50 / (0,06 + 4,17) = 1064 W/h.

Paso #5: Calculando R_Utah para el suelo también en varios pasos.

Primero encontramos el coeficiente de pérdida de calor del aislamiento: R_Utah= 0,16 + 0,83 = 0,99 metro²×°C/W.

Luego sumamos R_Utah a cada zona:

• R1 = 3,09 metro²×°C/W; R2 = 5,29 metro²×°C/W;
• R3 = 9,59 metro²×°C/W; R4 = 15,19 metro²×°C/W.

Paso #6: Dado que el piso está colocado sobre troncos, lo multiplicamos por un factor de 1,18:

R1 = 3,64 metro²×°C/W; R2 = 6,24 metro²×°C/W;

R3 = 11,32 metro²×°C/W; R4 = 17,92 metro²×°C/W.

Paso #7: Calculemos Q para cada zona:

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 = 6W/h.

Paso #8: Ahora puedes calcular Q para todo el piso: Q_piso = 824 + 144 + 44 + 6 = 1018 W/h.

Paso #9: Como resultado de nuestros cálculos, podemos indicar la cantidad de pérdida total de calor:

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

El cálculo no incluyó las pérdidas de calor asociadas con el alcantarillado y la ventilación. Para no complicar las cosas más allá de toda medida, simplemente agreguemos un 5% a las filtraciones enumeradas.

Eso sí, se requiere una reserva, al menos del 10%.

Así, la cifra final de pérdida de calor de la casa dada como ejemplo será:

q_generalmente = 6629 × 1,15 = 7623 W/h.

q_generalmente Muestra la pérdida máxima de calor de una casa cuando la diferencia de temperatura entre el aire exterior e interior es de 50 °C.

Si calculamos según la primera versión simplificada usando Wsp entonces:

W._derrotar = 130 × 90 = 11700 W/h.

Está claro que la segunda opción de cálculo, aunque mucho más complicada, da una cifra 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 sin él.

En el primer caso, la caldera tendrá que renovar completamente cada hora las pérdidas de energía térmica que se producen por huecos, techos y paredes sin aislamiento.

En el segundo caso, es necesario calentar hasta alcanzar una temperatura agradable una sola vez. Entonces la caldera solo necesitará restaurar la pérdida de calor, cuyo valor es significativamente menor 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. Espesores de juntas de cemento para varios tipos de mampostería.

Al calcular el espesor de la mampostería se tiene en cuenta un espesor de junta de 10 mm. Debido a las juntas de cemento, la conductividad térmica de la mampostería es ligeramente mayor que la de un ladrillo separado.

Tabla 3. Conductividad térmica de varios tipos de losas de lana mineral.

La tabla muestra los valores del coeficiente de conductividad térmica para varias losas de lana mineral. Se utiliza una losa rígida para aislar fachadas.

Tabla 4.Pérdida de calor por ventanas de varios diseños.

Designaciones en la tabla: Ar – relleno de ventanas de doble acristalamiento con gas inerte, K – el vidrio exterior tiene una capa protectora contra el calor, espesor de vidrio 4 mm, los números restantes indican el espacio entre los vidrios

7,6 kW/h es la potencia máxima estimada necesaria que se gasta en calentar un edificio bien aislado. Sin embargo, las calderas eléctricas también necesitan algo de carga para funcionar.

Como habrás notado, una casa o apartamento mal aislado requerirá grandes cantidades de electricidad para calentarse. Además, esto es válido para cualquier tipo de caldera. Un aislamiento adecuado de suelos, techos y paredes puede reducir significativamente los costes.

Tenemos artículos en nuestro sitio web sobre métodos de aislamiento y reglas para elegir materiales de aislamiento térmico. Te invitamos a familiarizarte con ellos:

• Aislamiento de una casa particular desde el exterior: tecnologías populares + revisión de materiales.
• Aislamiento de suelos mediante vigas: materiales para aislamiento térmico + esquemas de aislamiento.
• Aislamiento del techo del ático: instrucciones detalladas sobre la instalación de aislamiento térmico en el ático de un edificio de poca altura.
• Tipos de aislamiento para las paredes de una casa desde el interior: materiales de aislamiento y sus características.
• Aislamiento para el techo en una casa particular: tipos de materiales utilizados + cómo elegir el correcto
• Aislamiento de un balcón con sus propias manos: opciones y tecnologías populares para aislar un balcón desde el interior

Etapa 5: cálculo de los costos de energía

Si simplificamos la esencia técnica de una caldera de calefacción, podemos llamarla un convertidor convencional de energía eléctrica a su análogo térmico. Mientras realiza el trabajo de conversión, también consume una cierta cantidad de energía. Aquellos. la caldera recibe una unidad completa de electricidad y sólo el 0,98 de ella se utiliza para calefacción.

Para obtener una cifra exacta del consumo energético de la caldera de calefacción eléctrica en estudio, se debe dividir su potencia (nominal en el primer caso y calculada en el segundo) por el valor de eficiencia declarado 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 opción de diseño:

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

Sólo queda multiplicar el valor por la tarifa local. Luego calcule el costo total de la calefacción eléctrica y comience a buscar formas de reducirlo.

Por ejemplo, compre un medidor de dos tarifas, que le permitirá pagar parcialmente tarifas "nocturnas" más bajas. ¿Por qué es necesario sustituir el contador eléctrico antiguo por uno nuevo? El procedimiento y las reglas para realizar el reemplazo en detalle. revisado aquí.

Otra forma de reducir costes tras la sustitución del contador es incluir un acumulador térmico en el circuito de calefacción para almacenar energía barata durante la noche y utilizarla durante el día.

Etapa 6: cálculo de los costos de calefacción estacionales

Ahora que domina el método para calcular las pérdidas futuras de calor, puede estimar fácilmente los costos de calefacción durante todo el período de calefacción.

Según SNiP 23-01-99 “Climatología de la construcción” en las columnas 13 y 14 encontramos para Moscú la duración del período con una temperatura promedio inferior a 10 °C.

En Moscú, este período dura 231 días y tiene una temperatura media de -2,2 °C. Para calcular Q_generalmente para ΔT=22,2 °C, no es necesario volver a realizar todo el cálculo.

Basta con generar Q_generalmente por 1°C:

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

En consecuencia, para ΔT= 22,2 °C:

q_generalmente = 152,46 × 22,2 = 3385Wh

Para encontrar la electricidad consumida, multiplique por el período de calefacción:

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

El cálculo anterior también es interesante porque nos permite analizar toda la estructura de la casa desde el punto de vista de la eficacia del aislamiento.

Consideramos una versión simplificada de los cálculos. También te recomendamos leer el completo. Cálculo de ingeniería térmica del edificio..

Conclusiones y vídeo 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 principal equipo de calefacción está muy limitado por las capacidades de las redes eléctricas y el coste de la electricidad..

Sin embargo, como complemento, por ejemplo a caldera de combustible sólido, puede resultar muy eficaz y útil. Pueden reducir significativamente el tiempo necesario para calentar el sistema de calefacción o utilizarse como caldera principal a temperaturas no muy bajas.

¿Utilizas una caldera eléctrica para calentar? Cuéntanos qué método utilizaste para calcular la potencia requerida para tu hogar. ¿O tal vez simplemente quieres comprar una caldera eléctrica y tienes dudas? Pregúntales en los comentarios del artículo; intentaremos ayudarte.