Расчет мощности электрического обогревателя для помещения


При выборе системы отопления важен не сам принцип работы того — или иного конвектора, а будет ли он эффективно обогревать имеющуюся жилплощадь. Можно довериться менеджерам-консультантам в магазине, которые считают 1 кВт на 10 метров квадратных или кубических, кто как.Верить на слово, или самому скрупулёзно произвести все расчёты, используя физические законы, и максимально точно рассчитать требуемую мощность электроэнергии или объем природного газа для обеспечения жизнедеятельности в доме? Эта статья детально разъясняет, как рассчитать мощность обогревателя, объясняет исходные величины, на примерах показывает практические исчисления.

Чтобы было в доме тепло, надо с помощью конвектора изменить и поддерживать температуру воздуха, который имеет удельную теплоемкость с. Этот параметр указывает, сколько тепла нужно потратить, чтобы нагреть килограмм воздуха на один градус.

Непривычно воздух измерять килограммами, когда в квартире куда проще узнать её объём. Количество теплоты — параметр, который мало знаком обычному обывателю. Проще понять величину, за которую придётся платить, а именно: кВт/час электроэнергии и метры кубические газа.

Физика школьной скамьи

Вспомнив физику, составить задачу, какую температуру надо получить, и сколько нужно для этого энергоносителей потратить, соответственно, каким конвектором надо запастись, чтобы было тепло и не очень дорого. Расчет мощности обогревателя надо начинать с определения исходных величин:

Начальная температура t1, которая равняется минимальной в зимний период за окном.
Требуемая температура в помещении t2 — тут каждый определяется сам.
Плотность воздуха ϱ (ро), принято употреблять при расчётах равной 1,3 кг/м3. Зависимостью от температуры, давления пренебрегают.

Удельная теплоемкость воздуха с, тоже зависит от температуры, влажности, но изменения настолько незначительны, что смело ими можно пренебречь, и считать константной, округленной до 0,001 МДж(кг*С).
Теплота 1 МДж равняется 0,277кВт/ч. электроэнергии, которую «мотает» счётчик.

В случае с электроконвекторами, коэффициент полезного действия близок к 100%, — всё количество потребляемого тока превращается в тепло.

Теория тепла

Теперь можно посчитать количество теплоты на отопление требуемой площади комнаты — так проще считать, нежели в метрах кубических. Для этого, вспомнив алгебру, из выражения:

с= Q/m(t2 — t1),

где с — удельная теплоемкость воздуха, Q — теплота, m — масса воздуха, (t2 — t1) — разница температур.

Выводим искомое Q, — количество теплоты:

Q=c*m*(t2-t1)

Вычисляем массу воздуха по формуле:

m= ϱ*Р*h,

где ϱ(ро) — плотность воздуха, Р — площадь комнаты, h — высота потолка. Подставляем значения, конечная формула расхода электроэнергии kWt приобретает вид:

kWt= 0,277*c*ϱ*Р*h*(t2-t1) или
kWt= 0,277*c*ϱ*V*(t2-t1),

где V — объем.
Потребление природного газа всегда можно рассчитать, взяв мощность в кВт и перевести в м3 газа умножив на 0,108.

Идеальное отопление

Допустим высота потолка 2,8 метра, площадь 36 кв.м.
За окном -10, хотим нагреть до +20 градусов.
В многих формулах разницу температур t2-t1 принято обозначать ΔТ, и так проще считать, если эти исчисления записывать в стандартном Блокноте Windows, и копировать — вставлять выражения в Калькулятор Windows. В данном случае ΔТ равняется 30 градусам Цельсия.

Подставив значения:

kWt= 0,277*0,001*1,3*2,8*36*30= 1,08 (кВт/ч).

На первый взгляд, это число может показаться неправдоподобным, всего один киловатт, не слишком ли мало? И тут-то идеальная физика заканчивается — в теории вообще больше обогревать не надо, такая температура будет сохраняться вечно. На практике же отопление требует намного больше энергозатрат, в виду теплопотерь.

Куда тепло девается?

Тепло уходит из дома по трём причинам — необходимая вентиляция, излучение и теплопроводность стен, потолка, пола, окон, дверей. Допустим, что частое открывание дверей, щели, неплотные окна — тоже часть системы вентиляции, которая должна составлять по СНиП не менее 20м3 свежего воздуха на человека в час. По формуле с объемом вычисляем:

kWt= 0,277*0,001*1,3*20*30=0,21606 (кВт);

При идеальной теплоизоляции такой мощности, потребляемой газовым или электрическим конвектором было бы достаточно для жизнеобеспечения человека. Данные теплопотери можно минимизировать, если использовать системы вентиляции, в которых применяется принцип рекуперации тепла.

Формула потерь

Потери тепла на теплопроводность, или, другими словами на плохую теплоизоляцию, можно подсчитать по формуле:

Q=λ*(t1-t2)*S/L,

где температуры: t1 — в помещении, t2 — на улице. (та же разница температур, что применялась выше); S — площадь стены, L — её толщина, λ — коэффициент теплопроводности, который сильно зависит от температуры, влажности. Для сухого кирпича, например, λ = 0,35 Вт/(м*С), для влажного λ = 1,05 Вт/(м*С).

Допустим у кирпича λ = 0,5 Вт/(м*С). Берём дом из предыдущего примера, площадь 36м. кв. Представим, что имеем четыре стены по 6м. Умножаем на высоту 2,8:    4*6*2,8=67,2 (м. кв) площади S стен.

Толщину стены L примем 0,6 м:  Q=0,5*30*67,2/0,6=1680(Вт)=1,68(кВт).

Допускаем, что сверху железобетон, без утепления, толщиной 0,1 м., λ = 1,69, и на крыше «ветер свищет».
Q=1,69*30*36/0,1 = 18252 (Вт) = 18,252(кВт).

А это уже очень много! Получается, что на отопление теплопотерь дома уходит больше электроэнергии, нежели на нагрев воздуха в нём.

Из чего же дом построен?

В предыдущем примере, если запастись конвектором 20 кВт, то будет тепло, но очень дорого. А что, если утеплить минеральной ватой? Слой в 0,1 м, λ = 0,056.

Q= 0,056*30*36/0,1 = 604,8 (Вт) = 0,6048(кВт)

Какие разительные перемены всего лишь из-за слоя утеплителя! Поэтому, прежде, чем начинать расчет мощности обогревателя, надо точно знать какие материалы постройки и какое утепление присутствует.
Добавим пол — керамзитобетон λ = 0,14, температура грунта t2 = 5, толщина 0,1м:

Q= 0,14*15*36/0,1 = 756 (Вт) = 0,756(кВт).

Допустим, теплопотери дверей и окон идентичны потерям тепла через стену.
Теперь суммарно 1,68+0,6+0,75+0,21(вентиляция для одного человека)=3,24(кВт).

— столько тепла надо на то, чтобы компенсировать теплопотери. На этот параметр стоило бы ориентироваться, выбирая конвекторы, если бы такой дом существовал в реальности. Таким же способом можно рассчитать потери тепла, вставив свои параметры, узнав из справочников λ для стекла, теплоизоляционных материалов, бетона, дерева, измерив окна, двери, толщину теплоизолирующих элементов. В многоквартирном доме, можно поинтересоваться у соседей, какая у них температура в среднем, и произвести свои расчёты.

Важно помнить:

Выбирать обогревательные приборы всегда надо с запасом, с коэффициентом 1,2 от рассчитанной мощности.

Лучше регулятором снизить мощность если слишком жарко, чем в мороз интенсивно двигаться, создавая тепло самому(человеческое тело вырабатывает тепло: 0,1-0,5 кВт).

Чем больше мощность конвектора, тем быстрее прогревается воздух. Рассчитывая время прогрева надо помнить, что также должны прогреться стены и окружающие предметы, у которых есть своя теплоемкость и масса, на их нагревание тоже требуется теплота.

Чем выше разница температур, тем больше потери через тепловое излучение. Поэтому надо закрывать шторы и жалюзи на ночь.
В случае с конвекторами есть нюанс, от которого зависит их эффективность — это конвертерный поток воздуха — основополагающий принцип работы, который состоит в том, чтобы воздух свободно циркулировал в помещении.

Если циркуляция затруднена, место расположение конвектора выбрано неудачно, тогда электрическими реле будет выключено питание, когда воздух вблизи прогреется, в то время как в отдалённых углах комнаты ещё не станет тепло.

Похожие статьи

Поделитесь статьей с друзьями:

One response to “Расчет мощности электрического обогревателя для помещения

  1. Сечение кабеля необходимое для питания отопительных приборов лучше выяснить у работников службы электрических сетей. Это позволит избежать наложения штрафов с их стороны в дальнейшем. Если вы решаете этот вопрос самостоятельно, производя расчет, следует учесть, что минимальное сечение провода для розетки составляет 2,5 мм

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *