Hoeveel elektriciteit verbruikt een elektrische ketel: hoe u berekeningen uitvoert voor de aankoop

Het gebruik van elektriciteit als energiebron voor de verwarming van een buitenhuis is om vele redenen aantrekkelijk: gemakkelijke beschikbaarheid, wijdverbreidheid, milieuvriendelijkheid. Tegelijkertijd blijft de grootste belemmering voor het gebruik van elektrische cv-ketels de vrij hoge tarieven.

Heeft u ook getwijfeld over de zin van het installeren van een elektrische cv-ketel? Laten we samen uitzoeken hoeveel elektriciteit een elektrische cv-ketel verbruikt. Daarvoor gebruiken we de rekenregels en formules die in ons artikel worden besproken.

De berekeningen zullen u helpen om in detail te begrijpen hoeveel kWh elektriciteit u maandelijks zult moeten betalen bij gebruik van een elektrische cv-ketel voor het verwarmen van een huis of appartement. De verkregen cijfers stellen u in staat om een definitieve beslissing te nemen over de aanschaf/niet-aanschaf van de ketel.

Methoden voor het berekenen van het vermogen van een elektrische cv-ketel

Er kunnen twee basismethoden worden onderscheiden voor het berekenen van het benodigde vermogen van een elektrische cv-ketel. De eerste is gebaseerd op het te verwarmen oppervlak, de tweede op de berekening van warmteverlies via de omhullende constructies.

De berekening volgens de eerste methode is zeer ruw, gebaseerd op slechts één parameter – het specifieke vermogen. Het specifieke vermogen staat in naslagwerken en is afhankelijk van de regio.

De berekening volgens de tweede methode is complexer, maar houdt rekening met vele individuele parameters van het specifieke gebouw. Een volledige thermische berekening van een gebouw is een vrij complexe en tijdrovende taak. Hierna wordt een vereenvoudigde berekening behandeld, die desondanks de nodige nauwkeurigheid bezit.

Ongeacht de rekenmethode, de hoeveelheid en kwaliteit van de verzamelde uitgangsgegevens hebben een directe invloed op de juiste inschatting van het benodigde vermogen van de elektrische cv-ketel.

Bij een te laag vermogen werkt het apparaat constant onder maximale belasting, zonder het gewenste wooncomfort te bieden. Bij een te hoog vermogen – een onnodig hoog elektriciteitsverbruik en hoge kosten van het verwarmingsapparaat.

In tegenstelling tot andere brandstoffen is elektriciteit – een milieuvriendelijke, redelijk schone en eenvoudige optie, maar wel gebonden aan de aanwezigheid van een ononderbroken functionerend elektriciteitsnet in de regio.

Procedure voor het berekenen van het vermogen van een elektrische cv-ketel

Vervolgens bekijken we in detail hoe u het benodigde vermogen van de ketel berekent, zodat het apparaat zijn taak van het verwarmen van het huis volledig kan vervullen.

Stap #1 – verzameling van uitgangsgegevens voor de berekening

Voor het uitvoeren van de berekeningen zijn de volgende gegevens over het gebouw nodig:

• S – oppervlakte van de verwarmde ruimte.
• W_spec – specifiek vermogen.

De indicator van het specifiek vermogen laat zien hoeveel thermische energie nodig is per 1 m² per 1 uur.

Het hangt af van de lokale natuurlijke omstandigheden; de volgende waarden kunnen worden aangenomen:

• voor het centrale deel van Rusland: 120 – 150 W/m²;
• voor de zuidelijke regio's: 70-90 W/m²;
• voor de noordelijke regio's: 150-200 W/m².

W_spec is een theoretische grootheid die voornamelijk wordt gebruikt voor zeer ruwe berekeningen, omdat het de werkelijke warmteverliezen van het gebouw niet weerspiegelt. Het houdt geen rekening met het glasoppervlak, het aantal deuren, het materiaal van de buitenmuren, de plafondhoogte.

Een nauwkeurige warmtetechnische berekening wordt uitgevoerd met behulp van gespecialiseerde programma's die rekening houden met vele factoren. Voor onze doeleinden is een dergelijke berekening niet nodig; we kunnen volstaan met het berekenen van het warmteverlies van de buitenste omhullende constructies.

Grootheden die in de berekeningen moeten worden gebruikt:

R – de thermische weerstand of warmteweerstandscoëfficiënt. Het is de verhouding van het temperatuurverschil aan de randen van de omhullende constructie tot de warmtestroom die door deze constructie gaat. Het heeft een dimensie van m²×°C/W.

In werkelijkheid is het simpel – R drukt het vermogen van het materiaal uit om warmte vast te houden.

Q – een grootheid die de hoeveelheid warmtestroom aangeeft die per uur door 1 m² oppervlak gaat bij een temperatuurverschil van 1°C. Dat wil zeggen, het geeft aan hoeveel thermische energie 1 m² van de omhullende constructie per uur verliest bij een temperatuurverschil van 1 graad. Het heeft een dimensie van W/m²×h.

Voor de hier gegeven berekeningen maakt het niet uit of Kelvin of graden Celsius gebruikt wordt, omdat niet de absolute temperatuur belangrijk is, maar alleen het verschil.

Q_tot – de hoeveelheid warmtestroom die per uur door het oppervlak S van de omhullende constructie gaat. Het heeft een dimensie van W/h.

P – vermogen van de verwarmingsketel. Het wordt berekend als de vereiste maximale vermogenswaarde van de verwarmingsapparatuur bij het maximale temperatuurverschil tussen buiten- en binnenlucht. Met andere woorden, het voldoende vermogen van de ketel om het gebouw in het koudste seizoen te verwarmen. Heeft een eenheid van W/u.

KPD – rendement van de verwarmingsketel, een dimensieloze grootheid die de verhouding weergeeft van verkregen energie tot verbruikte energie. In de documentatie van de apparatuur wordt dit meestal uitgedrukt als een percentage van 100, bijvoorbeeld 99%. In de berekeningen wordt een waarde van 1 gebruikt, dus 0,99.

ΔT – toont het temperatuurverschil aan beide zijden van de omsluitende constructie. Om het duidelijker te maken hoe het verschil correct wordt berekend, bekijkt u het voorbeeld. Als buiten: -30 °C, en binnen +22 °C, dan ΔT = 22 – (-30) = 52 °C

Of hetzelfde, maar in kelvin: ΔT = 293 – 243 = 52 K

Het verschil is dus altijd hetzelfde voor graden en kelvin, daarom kunnen voor berekeningen referentiegegevens in kelvin zonder correcties worden toegepast.

d – dikte van de omsluitende constructie in meters.

k – warmtegeleidingscoëfficiënt van het materiaal van de omsluitende constructie, die wordt ontleend aan naslagwerken of SNiP II-3-79 «Stroitelnaya Teplotekhnika» (SNiP – bouwnormen en -regels). Heeft een eenheid van W/m×K of W/m×°C.

De volgende lijst met formules toont de onderlinge relatie van grootheden:

• R = d / k
• R = ΔT / Q
• Q = ΔT / R
• Q_tot = Q × S
• P = Q_tot / rendement

Voor meerlaagse constructies wordt de warmteoverdrachtsweerstand R voor elke constructie afzonderlijk berekend en vervolgens opgeteld.

Soms kan de berekening van meerlaagse constructies te omslachtig zijn, bijvoorbeeld bij de berekening van warmteverliezen van een raam met dubbele beglazing.

Wat moet u in acht nemen bij het berekenen van de warmteoverdrachtsweerstand voor ramen:

• dikte van het glas;
• aantal glasplaten en luchtspouwen ertussen;
• type gas tussen de glasplaten: inert of lucht;
• aanwezigheid van een warmte-isolerende coating op het glas.

Er kunnen echter kant-en-klare waarden voor de gehele constructie worden gevonden, hetzij bij de fabrikant, hetzij in een naslagwerk; aan het einde van dit artikel is een tabel voor veelgebruikte constructies van dubbele beglazing opgenomen.

Stap #2 – berekening van warmteverlies van de vloer van de kelderverdieping

Afzonderlijk moet worden stilgestaan bij de berekening van warmteverlies door de vloer van het gebouw, omdat de grond een aanzienlijke weerstand biedt tegen warmteoverdracht.

Bij het berekenen van warmteverliezen van het souterrain moet rekening worden gehouden met de inbedding in de grond. Als het huis op maaiveldniveau staat, wordt de inbedding gelijkgesteld aan 0.

Volgens de algemeen aanvaarde methode wordt het vloeroppervlak verdeeld in 4 zones.

• Zone 1 – er wordt 2 m van de buitenmuur naar het midden van de vloer langs de omtrek teruggetrokken. Bij inbedding van het gebouw wordt teruggetrokken van het maaiveldniveau tot het vloerniveau langs de verticale muur. Als de muur 2 m in de grond is ingebed, zal zone 1 volledig op de muur liggen.
• Zone 2 – er wordt 2 m langs de omtrek naar het midden teruggetrokken vanaf de grens van zone 1.
• Zone 3 – wordt van de grens van zone 2 langs de omtrek 2 m naar het midden teruggetrokken.
• Zone 4 – de resterende vloer.

Voor elke zone zijn op basis van de gangbare praktijk eigen R-waarden vastgesteld:

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

De opgegeven R-waarden zijn geldig voor vloeren zonder bekleding. In geval van isolatie wordt elke R verhoogd met de R van de isolatie.

Voor vloeren die op balken zijn gelegd, wordt R bovendien vermenigvuldigd met een factor 1,18.

Zone 1 heeft een breedte van 2 meter. Als het huis is ingegraven, moet u de hoogte van de muren in de grond nemen, deze aftrekken van 2 meter en het restant naar de vloer verplaatsen.

Stap #3 – berekening van warmteverlies van het plafond

Nu kunt u beginnen met de berekeningen.

De formule die kan dienen voor een ruwe schatting van het vermogen van een elektrische ketel:

W=W_spec × S

Taak: het benodigde vermogen van de ketel berekenen in Moskou, verwarmde oppervlakte 150 m².

Bij het uitvoeren van de berekeningen wordt er rekening mee gehouden dat Moskou tot de centrale regio behoort, d.w.z. W_spec kan worden aangenomen als 130 W/m².

W_spec = 130 × 150 = 19500 W/h of 19,5 kW/h

Dit cijfer is zo onnauwkeurig dat er geen rekening gehouden hoeft te worden met het rendement van de verwarmingsinstallatie.

Nu bepalen we het warmteverlies door 15 m² plafondoppervlak, geïsoleerd met minerale wol. De dikte van de isolatielaag is 150 mm, de buitentemperatuur -30 °C, binnentemperatuur +22 °C gedurende 3 uur.

Oplossing: in de tabel vinden we de warmtegeleidingscoëfficiënt van minerale wol, k=0,036 W/m×°C. De dikte d moet in meters worden genomen.

De berekeningswijze is als volgt:

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

Er is berekend dat het warmteverlies door het plafond in ons voorbeeld 187 * 3 = 561 W bedraagt.

Voor onze doeleinden is het volledig toelaatbaar om de berekeningen te vereenvoudigen door alleen het warmteverlies van buitenconstructies te berekenen: muren en plafonds, zonder rekening te houden met binnenmuren en deuren.

Bovendien kunnen we het berekenen van warmteverlies door ventilatie en riolering achterwege laten. We houden geen rekening met infiltratie en windbelasting. De afhankelijkheid van de oriëntatie van het gebouw ten opzichte van de windstreken en de hoeveelheid ontvangen zonnestraling.

Uit algemene overwegingen kan men één conclusie trekken. Hoe groter het volume van het gebouw, hoe minder warmteverlies per 1 m². Dit is eenvoudig te verklaren, omdat de oppervlakte van de muren kwadratisch toeneemt, terwijl het volume in kubieke meters toeneemt. Een bol heeft het minste warmteverlies.

In de omhullende constructies worden alleen gesloten luchtlagen in aanmerking genomen. Als uw huis een geventileerde gevel heeft, wordt zo'n luchtlaag als niet-gesloten beschouwd en niet meegenomen in de berekening. Alle lagen die volgen op een niet-gesloten luchtlaag worden niet meegenomen: geveltegels of cassettes.

Gesloten luchtlagen, bijvoorbeeld in dubbele beglazing, worden wel meegenomen.

Alle muren van het huis zijn buitenmuren. De zolder is niet verwarmd, de thermische weerstand van dakmaterialen wordt niet in de berekening meegenomen.

Stap #4 – berekening van het totale warmteverlies van het huis

Na het theoretische gedeelte kunt u overgaan tot het praktische gedeelte.

Als voorbeeld berekenen we een huis:

• afmetingen van de buitenmuren: 9 × 10 m;
• hoogte: 3 m;
• raam met dubbele beglazing 1,5×1,5 m: 4 stuks;
• eiken deur 2,1×0,9 m, dikte 50 mm;
• dennen vloeren 28 mm, bovenop geëxtrudeerd polystyreenschuim van 30 mm dik, gelegd op balken;
• plafond van gipsplaat 9 mm, bovenop minerale wol van 150 mm dik;
• muurmateriaal: metselwerk van 2 kalkzandsteen, isolatie met minerale wol 50 mm;
• koudste periode –30 °C, ontwerptemperatuur binnen het gebouw 20 °C.

We voeren de voorbereidende berekeningen van de benodigde oppervlakten uit. Bij de berekening van zones op de vloer nemen we een nulinsnijding van de muren aan. De vloerplank is op balken gelegd.

• ramen – 9 m²;
• deur – 1,9 m²;
• muren, minus ramen en deur – 103,1 m²;
• plafond – 90 m²;
• oppervlakten van vloerzones: S1 = 60 m², S2 = 18 m², S3 = 10 m², S4 = 2 m²;
• ΔT = 50 °C.

Vervolgens selecteren we uit naslagwerken of uit de tabellen aan het einde van dit hoofdstuk de benodigde waarden van de warmtegeleidingscoëfficiënt voor elk materiaal. Wij raden u aan om meer te lezen over de warmtegeleidingscoëfficiënt en de waarden ervan voor de meest populaire bouwmaterialen.

Voor dennenplanken moet de warmtegeleidingscoëfficiënt langs de vezels worden genomen.

De gehele berekening is vrij eenvoudig:

Stap nr. 1: De berekening van warmteverlies door dragende wandconstructies omvat drie stappen.

U berekent de warmteverliescoëfficiënt van metselwerkmuren: R_kir = d / k = 0,51 / 0,7 = 0,73 m²×°C/W.

Hetzelfde voor de muurisolatie: R_ut = d / k = 0,05 / 0,043 = 1,16 m²×°C/W.

Warmteverlies van 1 m² buitenmuren: Q = ΔT/(R_kir + R_ut) = 50 / (0,73 + 1,16) = 26,46 m²×°C/W.

Uiteindelijk bedragen de totale warmteverliezen van de muren: Q_st = Q × S = 26,46 × 103,1 = 2728 W/h.

Stap 2: Berekening van het warmteverlies via ramen: Q_okn = 9 × 50 / 0,32 = 1406 W/h.

Stap 3: Berekening van het warmteverlies via de eiken deur: Q_dv = 1,9 × 50 / 0,23 = 413 W/h.

Stap 4: Warmteverlies via de bovenste vloer – plafond: Q_pot = 90 × 50 / (0,06 + 4,17) = 1064 W/h.

Stap 5: U berekent R_ut voor de vloer op dezelfde manier in meerdere stappen.

Eerst vindt u de warmteverliescoëfficiënt van de isolatie: R_ut= 0,16 + 0,83 = 0,99 m²×°C/W.

Vervolgens telt u R_ut op bij elke zone:

• R1 = 3,09 m²×°C/W; R2 = 5,29 m²×°C/W;
• R3 = 9,59 m²×°C/W; R4 = 15,19 m²×°C/W.

Stap 6: Aangezien de vloer op balken is gelegd, vermenigvuldigt u met een factor 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.

Stap 7: Bereken Q voor elke zone:

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.

Stap 8: Nu kan Q voor de gehele vloer worden berekend: Q_vloer = 824 + 144 + 44 + 6 = 1018 W/h.

Stap 9: Als resultaat van onze berekeningen kan de som van de totale warmteverliezen worden weergegeven:

Q_totaal = 2728 + 1406 + 413 + 1064 + 1018 = 6629 W/h.

In de berekening zijn de warmteverliezen gerelateerd aan riolering en ventilatie niet meegenomen. Om het niet nodeloos ingewikkeld te maken, voegen we eenvoudigweg 5% toe voor de genoemde lekken.

Uiteraard is een reserve nodig, minimaal 10%.

Zodoende bedraagt het uiteindelijke cijfer van de warmteverliezen van het als voorbeeld gegeven huis:

Q_tot = 6629 × 1,15 = 7623 W/h.

Q_totaal toont de maximale warmteverliezen van het huis bij een temperatuurverschil tussen buiten- en binnenlucht van 50 °C.

Als men rekent volgens de eerste vereenvoudigde methode via W_spec dan:

W_spec = 130 × 90 = 11700 W/h.

Het is duidelijk dat de tweede berekeningsmethode, hoewel aanzienlijk complexer, een realistischer cijfer geeft voor gebouwen met isolatie. De eerste methode geeft een algemene waarde van warmteverlies voor gebouwen met een lage mate van thermische isolatie of helemaal zonder isolatie.

In het eerste geval moet de ketel elk uur de warmteverliezen die optreden via openingen, vloeren, muren zonder isolatie volledig compenseren.

In het tweede geval hoeft u slechts één keer te stoken tot een comfortabele temperatuur is bereikt. Daarna hoeft de ketel alleen de warmteverliezen te herstellen, die aanzienlijk lager zijn dan in het eerste geval.

Tabel 1. Warmtegeleiding van verschillende bouwmaterialen.

In de tabel zijn de warmtegeleidingscoëfficiënten voor gangbare bouwmaterialen weergegeven.

Tabel 2. Dikte van de cementvoeg bij verschillende soorten metselwerk.

Bij de berekening van de metselwerkdikte wordt rekening gehouden met een voegdikte van 10 mm. Door de cementvoegen is de warmtegeleiding van het metselwerk iets hoger dan die van een individuele baksteen.

Tabel 3. Warmtegeleiding van verschillende soorten steenwolplaten.

In de tabel zijn de waarden van de warmtegeleidingscoëfficiënt voor verschillende minerale wolplaten gegeven. Voor het isoleren van gevels wordt een harde plaat gebruikt.

Tabel 4. Warmteverlies van ramen van verschillende constructie.

Aanduidingen in de tabel: Ar – vulling van de dubbele beglazing met inert gas, K – het buitenste glas heeft een warmtewerende coating, glasdikte 4mm, de overige cijfers geven de opening tussen de glazen aan.

7,6 kW/u – dit is het berekende benodigde maximale vermogen dat wordt verbruikt voor de verwarming van een goed geïsoleerd gebouw. Echter hebben elektrische ketels ook een bepaalde lading nodig voor hun eigen voeding.

Zoals u heeft opgemerkt, zal een slecht geïsoleerd huis of appartement grote elektriciteitskosten voor verwarming vereisen. Bovendien geldt dit voor elk type ketel. Een goede isolatie van de vloer, het plafond en de muren kan de kosten aanzienlijk verlagen.

Op onze website zijn er artikelen over isolatiemethoden en regels voor het kiezen van isolatiemateriaal. Wij raden u aan om ze te bekijken:

• Isolatie van een particulier huis van buiten: populaire technieken + overzicht van materialen
• Vloerisolatie op balken: materialen voor thermische isolatie + isolatieschema's
• Isolatie van het zolderdak: gedetailleerde instructie voor het aanbrengen van thermische isolatie in de zolder van een laagbouw woning
• Soorten isolatiematerialen voor binnenmuren: materialen voor isolatie en hun kenmerken
• Isolatiemateriaal voor het plafond in een privéwoning: soorten gebruikte materialen + hoe correct te kiezen
• Isolatie van het balkon met uw eigen handen: populaire opties en technieken voor het isoleren van het balkon van binnenuit

Stap #5 – berekening van de elektriciteitskosten

Als we de technische essentie van een verwarmingsketel vereenvoudigen, kan het worden genoemd een gewone omvormer van elektrische energie naar zijn thermische equivalent. Bij het uitvoeren van de omzetting verbruikt het ook een bepaalde hoeveelheid energie. D.w.z. de ketel ontvangt een volledige eenheid elektriciteit, maar slechts 0,98 ervan gaat naar de verwarming.

Om een exacte cijfer van het elektriciteitsverbruik van de onderzochte elektrische verwarmingsketel te krijgen, moet men zijn vermogen (nominaal in het eerste geval en berekend in het tweede) delen door de door de fabrikant opgegeven rendementswaarde.

Gemiddeld bedraagt het rendement van dergelijke apparatuur 98%. Als gevolg hiervan zal de energieconsumptie bijvoorbeeld voor de berekende variant bedragen:

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

Het blijft over om de waarde te vermenigvuldigen met het lokale tarief. Vervolgens het totale bedrag van de elektrische verwarmingskosten berekenen en op zoek gaan naar manieren om deze te verminderen.

Bijvoorbeeld, het kopen van een dubbeltarievenmeter die gedeeltelijke betaling tegen lagere 'nacht'-tarieven mogelijk maakt. Hiervoor moet de oude elektriciteitsmeter worden vervangen door een nieuw model. De procedure en regels voor vervanging worden uitgebreid hier besproken.

Een andere manier om de kosten na vervanging van de meter te verlagen – een thermische accumulator in het verwarmingscircuit opnemen om 's nachts goedkope energie op te slaan en overdag te verbruiken.

Stap #6 – berekening van de seizoensgebonden verwarmingskosten

Nu u de methode voor het berekenen van toekomstige warmteverliezen onder de knie heeft, kunt u gemakkelijk de verwarmingskosten gedurende de hele verwarmingsperiode inschatten.

Volgens SNiP 23-01-99 'Bouwclimatologie' vinden we in kolommen 13 en 14 voor Moskou de duur van de periode met een gemiddelde temperatuur onder 10 °C.

Voor Moskou duurt een dergelijke periode 231 dagen en heeft een gemiddelde temperatuur van -2,2 °C. Om Q_totaal te berekenen voor ΔT=22,2 °C, is het niet nodig om de gehele berekening opnieuw uit te voeren.

Het is voldoende om Q_totaal per 1 °C af te leiden.

Q_tot = 7623 / 50 = 152,46 W/uur

Respectievelijk voor ΔT= 22,2 °C:

Q_tot = 152,46 × 22,2 = 3385 W/uur

Om de verbruikte elektrische energie te vinden, vermenigvuldigt u met de verwarmingsperiode:

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

Deze berekening is ook interessant omdat het een analyse mogelijk maakt van de gehele woningconstructie vanuit het oogpunt van de effectiviteit van de isolatie.

We hebben een vereenvoudigde versie van de berekeningen bekeken. Wij raden u aan ook de volledige thermische berekening van het gebouw te raadplegen.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Hoe kunt u warmteverlies via de fundering voorkomen:

Hoe kunt u online warmteverlies berekenen:

Het gebruik van elektrische ketels als primaire verwarmingsapparatuur wordt zeer sterk beperkt door de mogelijkheden van de elektriciteitsnetten en de kosten van elektrische energie.

Echter, als aanvullend, bijvoorbeeld op een vastebrandstofketel, kunnen ze zeer effectief en nuttig zijn. Ze kunnen de tijd om het verwarmingssysteem op te warmen aanzienlijk verkorten of worden gebruikt als hoofdketel bij niet al te lage temperaturen.

Gebruikt u een elektrische ketel voor verwarming? Vertel ons, volgens welke methode u het benodigde vermogen voor uw huis heeft berekend? Of wilt u misschien alleen een elektrische ketel kopen en heeft u vragen? Stel ze in de reacties op het artikel – we zullen proberen u te helpen.