Quanta eletricidade consome uma caldeira elétrica: como calcular antes de comprar

O uso da eletricidade como fonte de energia para aquecimento de uma casa de campo é atraente por vários motivos: fácil disponibilidade, prevalência e respeito ao meio ambiente.Ao mesmo tempo, o principal obstáculo ao uso de caldeiras elétricas continua sendo as tarifas bastante elevadas.

Já pensou também na viabilidade de instalação de caldeira elétrica? Vamos descobrir juntos quanta eletricidade consome uma caldeira elétrica. Para isso utilizaremos as regras e fórmulas de cálculo discutidas em nosso artigo.

Os cálculos ajudarão você a entender detalhadamente quantos kW de eletricidade você terá que pagar mensalmente se usar uma caldeira elétrica para aquecer uma casa ou apartamento. Os valores obtidos permitir-lhe-ão tomar uma decisão final quanto à compra/não compra da caldeira.

Métodos para calcular a potência de uma caldeira elétrica

Existem dois métodos principais para calcular a potência necessária de uma caldeira elétrica. O primeiro baseia-se na área aquecida, o segundo no cálculo da perda de calor através da envolvente do edifício.

O cálculo segundo a primeira opção é muito aproximado, baseado em um único indicador - potência específica. A potência específica é fornecida em livros de referência e depende da região.

O cálculo para a segunda opção é mais complicado, mas leva em consideração muitos indicadores individuais de um determinado edifício. Um cálculo completo de engenharia térmica de um edifício é uma tarefa bastante complexa e meticulosa. A seguir, será considerado um cálculo simplificado, mas que possui a precisão necessária.

Independentemente do método de cálculo, a quantidade e qualidade dos dados iniciais coletados afetam diretamente a correta avaliação da potência necessária da caldeira elétrica.

Com potência reduzida, o equipamento operará constantemente em carga máxima, não proporcionando o conforto necessário para a vida. Com potência superestimada, há um consumo excessivamente grande de eletricidade e um alto custo de equipamento de aquecimento.

Ao contrário de outros tipos de combustível, a eletricidade é uma opção ecologicamente correta, bastante limpa e simples, mas está atrelada à presença de uma rede elétrica ininterrupta na região

O procedimento para calcular a potência de uma caldeira elétrica

A seguir consideraremos detalhadamente como calcular a potência necessária da caldeira para que o equipamento cumpra plenamente a sua função de aquecimento da casa.

Etapa #1 – coleta de dados iniciais para cálculo

Para realizar os cálculos, você precisará das seguintes informações sobre o edifício:

• S – área da sala aquecida.
• C_bater – poder específico.

O indicador de potência específico mostra quanta energia térmica é necessária por 1 m² às 13h

Dependendo das condições naturais locais, os seguintes valores podem ser tomados:

• para a parte central da Rússia: 120 – 150 W/m²;
• para regiões do sul: 70-90 W/m²;
• para regiões norte: 150-200 W/m².

C_bater - um valor teórico, que é utilizado principalmente para cálculos muito aproximados, porque não reflete a perda real de calor do edifício. Não leva em consideração a área envidraçada, o número de portas, o material das paredes externas ou a altura dos tetos.

Cálculos térmicos precisos são feitos por meio de programas especializados, levando em consideração diversos fatores. Para nossos propósitos, tal cálculo não é necessário, é perfeitamente possível calcular a perda de calor de estruturas externas de fechamento.

Quantidades que precisam ser usadas nos cálculos:

R – resistência à transferência de calor ou coeficiente de resistência térmica. Esta é a razão entre a diferença de temperatura nas bordas da estrutura envolvente e o fluxo de calor que passa por esta estrutura. Tem dimensão m²×⁰С/W.

Na verdade, é simples - R expressa a capacidade de um material de reter calor.

P – um valor que indica a quantidade de fluxo de calor que passa por 1 m² superfícies com diferença de temperatura de 1⁰C por 1 hora. Ou seja, mostra quanta energia térmica 1 m perde² envelope de construção por hora com uma diferença de temperatura de 1 grau. Tem uma dimensão W/m²×h.

Para os cálculos aqui apresentados, não há diferença entre kelvins e graus Celsius, pois não é a temperatura absoluta que importa, apenas a diferença.

P_geralmente – a quantidade de fluxo de calor que passa pela área S da estrutura envolvente por hora. Tem a dimensão W/h.

P – potência da caldeira de aquecimento.É calculado como a potência máxima necessária do equipamento de aquecimento com a diferença máxima de temperatura do ar externo e interno. Por outras palavras, potência de caldeira suficiente para aquecer o edifício na estação mais fria. Tem a dimensão W/h.

Eficiência – fator de eficiência de uma caldeira de aquecimento, uma quantidade adimensional que mostra a relação entre a energia recebida e a energia gasta. Na documentação do equipamento é geralmente dado como uma percentagem de 100, por exemplo 99%. Nos cálculos, um valor de 1 é usado, ou seja, 0,99.

∆T – mostra a diferença de temperatura nos dois lados da estrutura envolvente. Para deixar mais claro como a diferença é calculada corretamente, veja o exemplo. Se estiver fora: -30 °C, e dentro de +22 ° C, então ∆T = 22 - (-30) = 52°C

Ou o mesmo, mas em Kelvin: ∆T = 293 – 243 = 52K

Ou seja, a diferença será sempre a mesma para graus e kelvins, portanto os dados de referência em kelvins podem ser utilizados para cálculos sem correções.

d – espessura da estrutura envolvente em metros.

k – coeficiente de condutividade térmica do material da envolvente do edifício, retirado de livros de referência ou SNiP II-3-79 “Building Heat Engineering” (SNiP - códigos e regulamentos de construção). Tem a dimensão W/m×K ou W/m×⁰С.

A lista de fórmulas a seguir mostra a relação entre quantidades:

• R=d/k
• R= ∆T/Q
• Q = ∆T/R
• P_geralmente = Q × S
• P = Q_geralmente / eficiência

Para estruturas multicamadas, a resistência à transferência de calor R é calculada para cada estrutura separadamente e depois somada.

Às vezes, o cálculo de estruturas multicamadas pode ser muito complicado, por exemplo, ao calcular a perda de calor de uma janela com vidro duplo.

O que precisa ser levado em consideração ao calcular a resistência à transferência de calor para janelas:

• espessura do vidro;
• o número de vidros e espaços de ar entre eles;
• tipo de gás entre os vidros: inerte ou ar;
• presença de revestimento isolante térmico de vidros de janela.

Porém, você pode encontrar valores prontos para toda a estrutura tanto no fabricante quanto no livro de referência, no final deste artigo há uma tabela para janelas com vidros duplos de design comum.

Etapa 2 - cálculo da perda de calor do subsolo

Separadamente, é necessário nos determos no cálculo da perda de calor pelo piso da edificação, uma vez que o solo apresenta resistência significativa à transferência de calor.

No cálculo da perda de calor do subsolo, é necessário levar em consideração a penetração no solo. Se a casa estiver ao nível do solo, a profundidade será considerada 0.

De acordo com o método geralmente aceito, a área útil é dividida em 4 zonas.

• 1 zona - recuar 2 m da parede externa até o centro do piso ao longo do perímetro. Em caso de aprofundamento do edifício, este é recuado do nível do solo ao nível do chão ao longo de uma parede vertical. Se a parede estiver enterrada a 2 m do solo, a zona 1 ficará completamente na parede.
• 2 zonas – recua 2 m ao longo do perímetro até ao centro a partir do limite da zona 1.
• 3 zona – recua 2 m ao longo do perímetro até ao centro a partir do limite da zona 2.
• 4 zona – o restante andar.

Com base na prática estabelecida, cada zona tem o seu próprio R:

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

Os valores R indicados são válidos para pisos não revestidos. No caso do isolamento, cada R aumenta em R do isolamento.

Além disso, para pisos assentados sobre vigas, R é multiplicado por um fator de 1,18.

A Zona 1 tem 2 metros de largura. Se a casa estiver enterrada, é preciso tirar a altura das paredes do solo, subtrair de 2 metros e transferir o restante para o chão

Etapa #3 - cálculo da perda de calor no teto

Agora você pode começar a fazer cálculos.

Uma fórmula que pode servir para estimar aproximadamente a potência de uma caldeira elétrica:

W = W_bater ×S

Tarefa: calcular a potência necessária da caldeira em Moscou, área aquecida de 150 m².

Ao fazer os cálculos, levamos em consideração que Moscou pertence à região central, ou seja, C_bater pode ser considerado igual a 130 W/m².

C_bater = 130 × 150 = 19.500 W/h ou 19,5 kW/h

Este valor é tão impreciso que não requer a consideração da eficiência do equipamento de aquecimento.

Agora vamos determinar a perda de calor após 15m² área do teto isolada com lã mineral. A espessura da camada de isolamento térmico é de 150 mm, a temperatura do ar exterior é de -30°C, no interior do edifício +22°C em 3 horas.

Solução: usando a tabela encontramos o coeficiente de condutividade térmica da lã mineral, k=0,036 W/m×°C. A espessura d deve ser medida em metros.

O procedimento de cálculo é o seguinte:

• R = 0,15 / 0,036 = 4,167 eu²×°C/W
• ∆T= 22 — (-30) = 52°С
• Q= 52 / 4,167 = 12,48 W/m²× h
• P_geralmente = 12,48 × 15 = 187 W/h.

Calculamos que a perda de calor através do teto em nosso exemplo será 187 * 3 = 561 W.

Para os nossos propósitos, é perfeitamente possível simplificar os cálculos calculando a perda de calor apenas das estruturas externas: paredes e tetos, sem prestar atenção às divisórias e portas internas.

Além disso, você pode dispensar o cálculo das perdas de calor para ventilação e esgoto. Não levaremos em consideração infiltração e carga de vento. Dependência da localização do edifício dos pontos cardeais e da quantidade de radiação solar recebida.

A partir de considerações gerais, uma conclusão pode ser tirada. Quanto maior o volume do edifício, menor a perda de calor por 1 m². Isso é fácil de explicar, pois a área das paredes aumenta quadraticamente e o volume aumenta em um cubo. A bola tem a menor perda de calor.

Nas estruturas envolventes, apenas as camadas de ar fechadas são levadas em consideração. Se a sua casa tiver fachada ventilada, esse espaço de ar é considerado não fechado e não é levado em consideração. Não são retiradas todas as camadas que antecedem a camada ao ar livre: ladrilhos de fachada ou cassetes.

São levadas em consideração camadas de ar fechadas, por exemplo, em janelas com vidros duplos.

Todas as paredes da casa são externas. O sótão não é aquecido, a resistência térmica dos materiais de cobertura não é levada em consideração

Etapa 4 - cálculo da perda total de calor da casa

Após a parte teórica, você poderá iniciar a parte prática.

Por exemplo, vamos calcular uma casa:

• dimensões das paredes externas: 9x10 m;
• altura: 3m;
• janela com vidro duplo 1,5×1,5 m: 4 peças;
• porta de carvalho 2.1×0,9 m, espessura 50 mm;
• Pavimentos em pinho de 28 mm, sobre espuma extrudida de 30 mm de espessura, assentes em vigas;
• teto em gesso cartonado 9 mm, sobre lã mineral 150 mm de espessura;
• material da parede: alvenaria de 2 tijolos de silicato, isolamento com lã mineral de 50 mm;
• o período mais frio é de 30 °C, a temperatura estimada no interior do edifício é de 20 °C.

Faremos cálculos preparatórios das áreas necessárias. Ao calcular zonas no piso, assumimos profundidade zero da parede. A tábua do piso é colocada sobre vigas.

• janelas – 9 m²;
• porta – 1,9 m²;
• paredes, menos janelas e portas - 103,1 m²;
• teto - 90m²;
• áreas de piso: S1 = 60 m², S2 = 18m², S3 = 10m², S4 = 2m²;
• ΔT = 50 °C.

A seguir, utilizando livros de referência ou tabelas fornecidas no final deste capítulo, selecionamos os valores necessários do coeficiente de condutividade térmica para cada material. Recomendamos que você leia mais sobre coeficiente de condutividade térmica e seus valores para os materiais de construção mais populares.

Para placas de pinho, o coeficiente de condutividade térmica deve ser medido ao longo das fibras.

Todo o cálculo é bastante simples:

Passo 1: O cálculo da perda de calor através de estruturas de paredes estruturais inclui três etapas.

Calculamos o coeficiente de perda de calor das paredes de tijolo: R_Ciro =d/k=0,51/0,7=0,73 eu²×°C/W.

O mesmo para isolamento de parede: R_fora =d/k=0,05/0,043=1,16 eu²×°C/W.

Perda de calor 1 m² paredes externas: Q = ΔT/(R_Ciro +R_fora) = 50 / (0,73 + 1,16) = 26,46 eu²×°C/W.

Como resultado, a perda total de calor das paredes será: Q_st = Q×S = 26,46 × 103,1 = 2728 Wh.

Passo 2: Cálculo das perdas de energia térmica pelas janelas: Q_janelas = 9 × 50 / 0,32 = 1406 W/h.

Etapa 3: Cálculo de vazamentos de energia térmica através de uma porta de carvalho: Q_dv = 1,9 × 50 / 0,23 = 413 W/h.

Passo 4: Perda de calor pelo piso superior - teto: Q_suor = 90 × 50 / (0,06 + 4,17) = 1064 W/h.

Etapa 5: Calculando R_fora para o chão também em várias etapas.

Primeiro encontramos o coeficiente de perda de calor do isolamento: R_fora= 0,16 + 0,83 = 0,99 eu²×°C/W.

Então adicionamos R_fora para cada zona:

• R1 = 3,09 eu²×°C/W; R2 = 5,29 eu²×°C/W;
• R3 = 9,59 eu²×°C/W; R4 = 15,19 eu²×°C/W.

Etapa # 6: Como o piso é colocado sobre toras, multiplicamos por um fator de 1,18:

R1 = 3,64 eu²×°C/W; R2 = 6,24 eu²×°C/W;

R3 = 11,32 eu²×°C/W; R4 = 17,92 eu²×°C/W.

Etapa # 7: Vamos calcular 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.

Etapa # 8: Agora você pode calcular Q para todo o andar: Q_chão = 824 + 144 + 44 + 6 = 1018 W/h.

Etapa # 9: Como resultado de nossos cálculos, podemos indicar a quantidade de perda total de calor:

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

O cálculo não incluiu as perdas de calor associadas ao esgoto e à ventilação. Para não complicar as coisas além da medida, vamos simplesmente adicionar 5% aos vazamentos listados.

Claro que é necessária uma reserva, de pelo menos 10%.

Assim, o valor final da perda de calor da casa dado como exemplo será:

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

P_geralmente mostra a perda máxima de calor de uma casa quando a diferença de temperatura entre o ar externo e interno é de 50 °C.

Se calcularmos de acordo com a primeira versão simplificada usando Wsp então:

C_bater = 130 × 90 = 11700 W/h.

É claro que a segunda opção de cálculo, embora muito mais complicada, dá um valor mais realista para edifícios com isolamento. A primeira opção permite obter um valor generalizado de perda de calor para edifícios com baixo grau de isolamento térmico ou sem nenhum.

No primeiro caso, a caldeira deverá renovar completamente a cada hora a perda de energia térmica que ocorre através de aberturas, tetos e paredes sem isolamento.

No segundo caso, é necessário aquecer até atingir uma temperatura confortável apenas uma vez. Então a caldeira só necessitará de restaurar as perdas de calor, cujo valor é significativamente inferior ao da primeira opção.

Tabela 1. Condutividade térmica de diversos materiais de construção.

A tabela mostra os coeficientes de condutividade térmica para materiais de construção comuns

Tabela 2. Espessura da junta de cimento para diversos tipos de alvenaria.

No cálculo da espessura da alvenaria é considerada uma espessura de junta de 10 mm. Devido às juntas de cimento, a condutividade térmica da alvenaria é ligeiramente superior à de um tijolo separado

Tabela 3. Condutividade térmica de vários tipos de placas de lã mineral.

A tabela mostra os valores do coeficiente de condutividade térmica para diversas placas de lã mineral. Uma laje rígida é usada para isolar fachadas

Tabela 4.Perda de calor em janelas de vários designs.

Designações na tabela: Ar – preenchimento das janelas de vidro duplo com gás inerte, K – o vidro externo possui revestimento protetor térmico, espessura do vidro 4 mm, os demais números indicam a distância entre os vidros

7,6 kW/h é a potência máxima necessária estimada que é gasta no aquecimento de um edifício bem isolado. No entanto, as caldeiras elétricas também precisam de alguma carga para funcionarem.

Como você notou, uma casa ou apartamento mal isolado exigirá grandes quantidades de eletricidade para aquecimento. Além disso, isso vale para qualquer tipo de caldeira. O isolamento adequado de pisos, tetos e paredes pode reduzir significativamente os custos.

Temos artigos em nosso site sobre métodos de isolamento e regras para escolha de materiais de isolamento térmico. Convidamos você a se familiarizar com eles:

• Isolamento externo de uma casa particular: tecnologias populares + revisão de materiais
• Isolamento de piso com vigas: materiais para isolamento térmico + esquemas de isolamento
• Isolamento de telhado de sótão: instruções detalhadas sobre a instalação de isolamento térmico no sótão de um edifício baixo
• Tipos de isolamento das paredes de uma casa pelo interior: materiais para isolamento e suas características
• Isolamento de teto em casa particular: tipos de materiais utilizados + como escolher o certo
• Isolamento de varanda faça você mesmo: opções e tecnologias populares para isolar uma varanda por dentro

Etapa #5 – cálculo dos custos de energia

Se simplificarmos a essência técnica de uma caldeira de aquecimento, podemos chamá-la de conversor convencional de energia elétrica em seu análogo térmico. Ao realizar o trabalho de conversão, também consome uma certa quantidade de energia. Aqueles. a caldeira recebe uma unidade completa de eletricidade e apenas 0,98 dela é fornecida para aquecimento.

Para obter um valor preciso do consumo de energia da caldeira de aquecimento elétrico em estudo, a sua potência (nominal no primeiro caso e calculada no segundo) deve ser dividida pelo valor de eficiência declarado pelo fabricante.

Em média, a eficiência desses equipamentos é de 98%. Como resultado, a quantidade de consumo de energia será, por exemplo, para a opção de projeto:

7,6 / 0,98 = 7,8 kWh.

Resta multiplicar o valor pela tarifa local. Em seguida, calcule o custo total do aquecimento elétrico e comece a procurar formas de reduzi-lo.

Por exemplo, compre um medidor de duas tarifas, que permite pagar parcialmente com tarifas “noturnas” mais baixas. Por que você precisa substituir o medidor elétrico antigo por um novo modelo? O procedimento e regras para realizar a substituição em detalhes revisado aqui.

Outra forma de reduzir custos após a substituição do medidor é incluir um acumulador térmico no circuito de aquecimento para armazenar energia barata à noite e utilizá-la durante o dia.

Etapa #6 - cálculo dos custos de aquecimento sazonal

Agora que você domina o método de cálculo das perdas futuras de calor, pode estimar facilmente os custos de aquecimento durante todo o período de aquecimento.

De acordo com o SNiP 23-01-99 “Climatologia de edifícios” nas colunas 13 e 14 encontramos para Moscou a duração do período com temperatura média inferior a 10 °C.

Para Moscou, esse período dura 231 dias e tem temperatura média de -2,2°C. Para calcular Q_geralmente para ΔT=22,2 °C, não é necessário realizar todo o cálculo novamente.

É o suficiente para produzir Q_geralmente em 1°C:

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

Assim, para ΔT= 22,2 °C:

P_geralmente = 152,46 × 22,2 = 3385Wh

Para encontrar a eletricidade consumida, multiplique pelo período de aquecimento:

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

O cálculo anterior também é interessante porque permite analisar toda a estrutura da casa do ponto de vista da eficácia do isolamento.

Consideramos uma versão simplificada dos cálculos. Também recomendamos que você leia o completo cálculo de engenharia térmica do edifício.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Como evitar a perda de calor pela fundação:

Como calcular a perda de calor online:

A utilização de caldeiras elétricas como principal equipamento de aquecimento é muito limitada pelas capacidades das redes elétricas e pelo custo da eletricidade..

Contudo, como complemento, por exemplo para caldeira de combustível sólido, pode ser muito eficaz e útil. Podem reduzir significativamente o tempo de aquecimento do sistema de aquecimento ou ser utilizados como caldeira principal a temperaturas não muito baixas.

Você usa caldeira elétrica para aquecimento? Diga-nos qual método você usou para calcular a potência necessária para sua casa. Ou talvez você queira apenas comprar uma caldeira elétrica e tenha dúvidas? Pergunte nos comentários do artigo - tentaremos ajudá-lo.