Quanto consuma una caldaia elettrica: come effettuare i calcoli prima dell'acquisto

L'uso dell'elettricità come fonte di energia per il riscaldamento di una casa di campagna è attraente per molte ragioni: facilità di accesso, diffusione, ecocompatibilità. Tuttavia, l'ostacolo principale all'uso di caldaie elettriche rimangono le tariffe piuttosto elevate.

Anche Lei si è chiesto/a se sia opportuno installare una caldaia elettrica? Scopriamo insieme quanta elettricità consuma una caldaia elettrica. Per farlo, utilizzeremo le regole di calcolo e le formule discusse nel nostro articolo.

I calcoli aiuteranno a comprendere in dettaglio quanti kWh di elettricità si dovranno pagare mensilmente nel caso di utilizzo di una caldaia elettrica per riscaldare una casa o un appartamento. I numeri ottenuti permetteranno di prendere una decisione finale sull'acquisto o meno della caldaia.

Metodi per il calcolo della potenza della caldaia elettrica

Si possono distinguere due metodi principali per calcolare la potenza necessaria di una caldaia elettrica. Il primo si basa sulla superficie riscaldata, il secondo sul calcolo delle dispersioni termiche attraverso le strutture di chiusura.

Il calcolo secondo il primo metodo è molto approssimativo, si basa su un unico indicatore – la potenza specifica. La potenza specifica è riportata nei manuali e dipende dalla regione.

Il calcolo secondo il secondo metodo è più complesso, ma tiene conto di molti indicatori individuali dell'edificio specifico. Un calcolo termotecnico completo dell'edificio – è un compito piuttosto complesso e laborioso. Di seguito verrà considerato un calcolo semplificato, che possiede comunque la precisione necessaria.

Indipendentemente dal metodo di calcolo, la quantità e la qualità dei dati di partenza raccolti influenzano direttamente la corretta valutazione della potenza necessaria della caldaia elettrica.

Con una potenza insufficiente, l'apparecchiatura lavorerà costantemente a carico massimo, senza garantire il comfort abitativo desiderato. Con una potenza eccessiva, si ha un consumo di elettricità ingiustificatamente elevato e un costo elevato dell'impianto di riscaldamento.

A differenza di altri tipi di combustibile, l'energia elettrica è un'opzione ecologica, abbastanza pulita e semplice, ma legata alla presenza di una rete elettrica funzionante senza interruzioni nella regione.

Procedura per il calcolo della potenza della caldaia elettrica

Successivamente, esamineremo in dettaglio come calcolare la potenza necessaria della caldaia, in modo che l'apparecchiatura svolga pienamente il suo compito di riscaldamento della casa.

Fase #1 – Raccolta dei dati iniziali per il calcolo

Per eseguire i calcoli saranno necessarie le seguenti informazioni sull'edificio:

• S – superficie dell'ambiente riscaldato.
• W_sp – potenza specifica.

L'indice di potenza specifica indica quanta energia termica è necessaria per 1 m² in 1 ora.

Dipende dalle condizioni naturali locali; si possono adottare i seguenti valori:

• per la parte centrale della Russia: 120 – 150 W/m²;
• per le regioni meridionali: 70-90 W/m²;
• per le regioni settentrionali: 150-200 W/m².

W_sp è una grandezza teorica, che viene utilizzata principalmente per calcoli molto approssimativi, perché non riflette le reali dispersioni termiche dell'edificio. Non tiene conto della superficie vetrata, del numero di porte, del materiale delle pareti esterne, dell'altezza dei soffitti.

Il calcolo termotecnico preciso viene eseguito con l'ausilio di programmi specializzati che tengono conto di molti fattori. Per i nostri scopi, un calcolo del genere non è necessario; è sufficiente calcolare le dispersioni termiche attraverso le strutture di chiusura esterne.

Le grandezze da utilizzare nei calcoli:

R – resistenza alla trasmissione del calore o coefficiente di resistenza termica. È il rapporto tra la differenza di temperatura ai lati della struttura di chiusura e il flusso termico che la attraversa. L'unità di misura è m²×°C/W.

In realtà è molto semplice: R esprime la capacità del materiale di trattenere il calore.

Q – grandezza che indica la quantità di flusso termico che attraversa 1 m² di superficie con una differenza di temperatura di 1 °C in 1 ora. In altre parole, mostra quanta energia termica perde 1 m² di struttura di chiusura all'ora con una differenza di temperatura di 1 grado. L'unità di misura è W/m²×h.

Per i calcoli qui presentati, non vi è differenza tra Kelvin e gradi Celsius, poiché non è importante la temperatura assoluta, ma solo la differenza.

Q_tot – quantità di flusso termico che attraversa l'area S dell'involucro edilizio in un'ora. Ha dimensioni W/h.

P – potenza della caldaia di riscaldamento. Viene calcolata come valore massimo richiesto della potenza dell'apparecchiatura di riscaldamento alla massima differenza di temperatura dell'aria esterna e interna. In altre parole, potenza sufficiente della caldaia per riscaldare l'edificio nella stagione più fredda. Ha dimensioni W/h.

Rendimento – coefficiente di efficienza della caldaia di riscaldamento, grandezza adimensionale che mostra il rapporto tra l'energia ottenuta e l'energia spesa. Nella documentazione dell'apparecchiatura è solitamente espressa in percentuale su 100, ad esempio 99%. Nei calcoli viene utilizzato un valore compreso tra 0 e 1, ad esempio 0,99.

∆T – mostra la differenza di temperatura sui due lati dell'involucro edilizio. Per capire meglio come calcolare correttamente la differenza, guardi l'esempio. Se all'esterno: -30 °C, e all'interno +22 °C, allora ∆T = 22 – (-30) = 52 °C

Oppure lo stesso, ma in kelvin: ∆T = 293 – 243 = 52K

Cioè, la differenza sarà sempre la stessa per gradi e kelvin, pertanto per i calcoli i dati di riferimento in kelvin possono essere utilizzati senza correzioni.

d – spessore dell'involucro edilizio in metri.

k – coefficiente di conducibilità termica del materiale dell'involucro edilizio, che si ricava da manuali o da SNiP II-3-79 'Ingegneria termica delle costruzioni' (SNiP – norme e regolamenti edilizi). Ha dimensioni W/m×K o W/m×°C.

Il seguente elenco di formule mostra la relazione tra le grandezze:

• R = d / k
• R= ∆T / Q
• Q = ∆T / R
• Q_tot = Q × S
• P = Q_tot / Rendimento

Per le strutture multistrato, la resistenza termica R viene calcolata per ogni singolo strato e poi sommata.

A volte il calcolo di strutture multistrato può essere troppo complesso, ad esempio nel calcolo delle dispersioni termiche di un vetrocamera.

Cosa occorre considerare nel calcolo della resistenza termica per le finestre:

• spessore del vetro;
• numero di vetri e intercapedini d'aria tra di essi;
• tipo di gas tra i vetri: inerte o aria;
• presenza di rivestimento termoisolante del vetro della finestra.

Tuttavia, è possibile trovare valori già pronti per l'intera struttura dal produttore o in un manuale; alla fine di questo articolo è riportata una tabella per i vetrocamera di costruzione comune.

Fase #2 – Calcolo delle dispersioni termiche del pavimento del piano interrato

Occorre soffermarsi separatamente sul calcolo delle dispersioni termiche attraverso il pavimento dell'edificio, poiché il terreno offre una resistenza termica significativa.

Nel calcolo delle dispersioni termiche del piano interrato bisogna tenere conto dell'interramento nel terreno. Se la casa è a livello del suolo, l'interramento viene considerato pari a 0.

Secondo la metodologia comunemente accettata, la superficie del pavimento viene suddivisa in 4 zone.

• Zona 1 – si arretra di 2 m dalla parete esterna verso il centro del pavimento lungo il perimetro. In caso di interramento dell'edificio, si arretra dal livello del suolo al livello del pavimento lungo la parete verticale. Se la parete è interrata nel terreno per 2 m, la zona 1 sarà completamente sulla parete.
• Zona 2 – si arretra di 2 m lungo il perimetro verso il centro dal confine della zona 1.
• Zona 3 – si arretra di 2 m lungo il perimetro verso il centro dal confine della zona 2.
• Zona 4 – il pavimento rimanente.

Per ciascuna zona, secondo la prassi consolidata, sono stabiliti i propri R:

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

I valori di R indicati sono validi per pavimenti senza rivestimento. In caso di isolamento, ogni R viene incrementato del R dell'isolante.

Inoltre, per i pavimenti posati su travetti, R viene moltiplicato per un coefficiente di 1,18.

La zona 1 ha una larghezza di 2 metri. Se la casa è interrata, occorre prendere l'altezza delle pareti nel terreno, sottrarla da 2 metri, e trasferire il resto sul pavimento.

Fase #3 – Calcolo delle dispersioni termiche del soffitto

Ora si possono iniziare i calcoli.

Formula che può servire per una stima approssimativa della potenza di una caldaia elettrica:

W=W_spec. × S

Compito: calcolare la potenza necessaria della caldaia a Mosca, superficie riscaldata 150 m².

Nell'esecuzione dei calcoli consideriamo che Mosca appartiene alla regione centrale, cioè W_spec. può essere assunto pari a 130 W/m².

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

Questa cifra è così approssimativa che non richiede la considerazione del rendimento dell'impianto di riscaldamento.

Ora determiniamo le dispersioni termiche attraverso 15 m² di superficie del soffitto, isolato con lana minerale. Spessore dello strato isolante 150 mm, temperatura esterna -30 °C, interna +22 °C per 3 ore.

Soluzione: dalla tabella si ricava il coefficiente di conducibilità termica della lana minerale, k=0,036 W/m×°C. Lo spessore d deve essere espresso in metri.

La procedura di calcolo è la seguente:

• 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.

Abbiamo calcolato che le perdite di calore attraverso il soffitto ammonteranno, nel nostro esempio, a 187 * 3 = 561 W.

Per i nostri scopi, è perfettamente accettabile semplificare i calcoli calcolando la dispersione termica solo per le strutture esterne: pareti e soffitti, senza prestare attenzione alle pareti divisorie interne e alle porte.

Inoltre, si può fare a meno del calcolo delle perdite di calore per ventilazione e fognatura. Non si terrà conto dell'infiltrazione e del carico del vento. La relazione tra l'orientamento dell'edificio rispetto ai punti cardinali e la quantità di radiazione solare ricevuta.

Da considerazioni generali si può trarre una conclusione. Maggiore è il volume dell'edificio, minori sono le perdite di calore per 1 m². È facile da spiegare, poiché l'area delle pareti aumenta quadraticamente, mentre il volume cubicamente. Una sfera ha la minima perdita di calore.

Nelle strutture di chiusura vengono considerati solo gli strati d'aria chiusi. Se la Sua casa ha una facciata ventilata, tale strato d'aria è considerato aperto e non viene preso in considerazione. Non vengono presi in considerazione tutti gli strati che precedono lo strato d'aria aperto: piastrelle di facciata o cassette.

Gli strati d'aria chiusi, ad esempio nei vetri doppi, vengono considerati.

Tutte le pareti della casa sono esterne. Il sottotetto non è riscaldato, la resistenza termica dei materiali di copertura non viene presa in considerazione.

Fase #4 – Calcolo delle dispersioni termiche totali del cottage

Dopo la parte teorica, si può passare alla parte pratica.

Ad esempio, calcoliamo una casa:

• dimensioni delle pareti esterne: 9x10 m;
• altezza: 3 m;
• finestra con vetrocamera 1,5×1,5 m: 4 pezzi;
• porta in rovere 2,1×0,9 m, spessore 50 mm;
• pavimenti in pino 28 mm, sopra polistirene espanso estruso di spessore 30 mm, posati su travetti;
• soffitto in cartongesso 9 mm, sopra lana minerale di spessore 150 mm;
• materiale delle pareti: muratura di 2 mattoni silicato, isolamento con lana minerale 50 mm;
• periodo più freddo – 30 °C, temperatura di progetto all'interno dell'edificio 20 °C.

Effettuiamo i calcoli preliminari delle aree necessarie. Nel calcolo delle zone sul pavimento, si assume un incasso zero delle pareti. Il pavimento in legno è posato su travetti.

• finestre – 9 m²;
• porta – 1,9 m²;
• pareti, escluse finestre e porta – 103,1 m²;
• soffitto – 90 m²;
• aree delle zone del pavimento: S1 = 60 m², S2 = 18 m², S3 = 10 m², S4 = 2 m²;
• ΔT = 50 °C.

Successivamente, dai manuali o dalle tabelle fornite alla fine di questo capitolo, si scelgono i valori necessari del coefficiente di conducibilità termica per ogni materiale. Si consiglia di approfondire la conoscenza del coefficiente di conducibilità termica e dei suoi valori per i materiali da costruzione più comuni.

Per le tavole di pino, il coefficiente di conducibilità termica va preso lungo le fibre.

L'intero calcolo è abbastanza semplice:

Passo n. 1: Il calcolo delle perdite di calore attraverso le pareti portanti comprende tre azioni.

Calcoliamo il coefficiente di dispersione termica delle pareti in muratura di mattoni: R_kir = d / k = 0,51 / 0,7 = 0,73 m²×°C/W.

Lo stesso per l'isolante delle pareti: R_ut = d / k = 0,05 / 0,043 = 1,16 m²×°C/W.

Dispersione termica di 1 m² di pareti esterne: Q = ΔT/(R_kir + R_ut) = 50 / (0,73 + 1,16) = 26,46 m²×°C/W.

Infine, la dispersione termica totale delle pareti sarà: Q_st = Q×S = 26,46 × 103,1 = 2728 W/h.

Passo n. 2: Calcolo delle perdite di energia termica attraverso le finestre: Q_fin = 9 × 50 / 0,32 = 1406 W/h.

Passo n. 3: Calcolo delle perdite di energia termica attraverso la porta di quercia: Q_por = 1,9 × 50 / 0,23 = 413 W/h.

Passo n. 4: Perdite di calore attraverso il solaio superiore – soffitto: Q_sof = 90 × 50 / (0,06 + 4,17) = 1064 W/h.

Passo n. 5: Calcoliamo R_ut per il pavimento allo stesso modo in più passaggi.

Per prima cosa, troviamo il coefficiente di dispersione termica dell'isolante: R_ut= 0,16 + 0,83 = 0,99 m²×°C/W.

Successivamente aggiungiamo R_ut a ciascuna zona:

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

Passo n. 6: Poiché il pavimento è posato su travetti, moltiplichiamo per il coefficiente 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.

Passo 7: Calcoliamo Q per ciascuna 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 = 6 W/h.

Passo 8: Ora si può calcolare Q per l'intero pavimento: Q_pavimento = 824 + 144 + 44 + 6 = 1018 W/h.

Passo 9: In base ai calcoli effettuati, è possibile indicare la somma delle perdite di calore totali:

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

Nel calcolo non sono state incluse le perdite di calore relative alla fognatura e alla ventilazione. Per non complicare eccessivamente, aggiungiamo semplicemente il 5% per le perdite elencate.

Ovviamente è necessario un margine, almeno il 10%.

Pertanto, il valore finale delle perdite di calore della casa presa come esempio sarà:

Q_tot = 6629 × 1,15 = 7623 W/h.

Q_tot indica le massime perdite di calore della casa con una differenza di temperatura tra l'aria esterna e interna di 50 °C.

Se si calcola con il primo metodo semplificato tramite W_spec, allora:

W_spec. = 130 × 90 = 11700 W/h.

È chiaro che il secondo metodo di calcolo, per quanto più complesso, fornisce un valore più realistico per gli edifici con isolamento. Il primo metodo permette di ottenere un valore generalizzato delle perdite di calore per edifici con basso grado di isolamento termico o senza alcun isolamento.

Nel primo caso, la caldaia dovrà reintegrare ogni ora completamente le perdite di energia termica che si verificano attraverso aperture, solai e pareti senza isolamento.

Nel secondo caso, è necessario riscaldare fino a raggiungere la temperatura di comfort solo una volta. Poi la caldaia dovrà solo reintegrare le perdite di calore, la cui entità è notevolmente inferiore rispetto al primo caso.

Tabella 1. Conducibilità termica di vari materiali da costruzione.

La tabella presenta i coefficienti di conducibilità termica per i comuni materiali da costruzione.

Tabella 2. Spessore del giunto di cemento per diversi tipi di muratura.

Nel calcolo dello spessore della muratura si considera uno spessore del giunto di 10 mm. A causa dei giunti di cemento, la conducibilità termica della muratura è leggermente superiore a quella di un singolo mattone.

Tabella 3. Conducibilità termica di vari tipi di pannelli di lana minerale.

Nella tabella sono riportati i valori del coefficiente di conducibilità termica per diversi pannelli in lana minerale. Per l'isolamento delle facciate si utilizza un pannello rigido.

Tabella 4. Perdite termiche di finestre di diversa costruzione.

Legenda nella tabella: Ar – riempimento dei vetri isolanti con gas inerte, K – il vetro esterno ha un rivestimento termoprotettivo, spessore del vetro 4 mm, le altre cifre indicano la distanza tra i vetri.

7,6 kWh – questa è la potenza massima necessaria calcolata che viene consumata per il riscaldamento di un edificio ben isolato. Tuttavia, anche le caldaie elettriche hanno bisogno di una certa carica per il proprio funzionamento.

Come avrà notato, una casa o un appartamento poco isolato richiederà maggiori costi di elettricità per il riscaldamento. Inoltre, questo vale per qualsiasi tipo di caldaia. Un corretto isolamento del pavimento, del soffitto e delle pareti consente di ridurre notevolmente i costi.

Sul nostro sito ci sono articoli sui metodi di isolamento e sulle regole per la scelta del materiale termoisolante. Le proponiamo di consultarli:

• Isolamento di una casa privata dall'esterno: tecnologie popolari + panoramica dei materiali
• Isolamento del pavimento su travetti: materiali per l'isolamento termico + schemi di isolamento
• Isolamento del tetto mansardato: istruzioni dettagliate per l'installazione dell'isolamento termico nel sottotetto di una casa a pochi piani
• Tipi di isolanti per pareti domestiche dall'interno: materiali per l'isolamento e loro caratteristiche
• Isolante per soffitto in casa privata: tipi di materiali utilizzati + come scegliere correttamente
• Isolamento del balcone fai da te: varianti popolari e tecnologie di isolamento del balcone dall'interno

Fase #5 – Calcolo dei costi dell'elettricità

Se si semplifica l'essenza tecnica della caldaia di riscaldamento, la si può definire un normale convertitore di energia elettrica in analogo termico. Eseguendo il lavoro di conversione, anche essa consuma una certa quantità di energia. Cioè, la caldaia riceve un'unità completa di elettricità, ma per il riscaldamento arriva solo 0,98 di essa.

Per ottenere un dato preciso del consumo di elettricità della caldaia elettrica di riscaldamento in esame, è necessario dividere la sua potenza (nominale nel primo caso e calcolata nel secondo) per il valore di rendimento dichiarato dal produttore.

In media, il rendimento di tali apparecchiature è del 98%. Di conseguenza, il consumo di energia sarà, ad esempio per la variante calcolata:

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

Resta da moltiplicare il valore per la tariffa locale. Quindi calcolare l'importo totale dei costi per il riscaldamento elettrico e cercare modi per ridurli.

Ad esempio, acquistare un contatore a due tariffe, che consente di pagare parzialmente secondo tariffe “notturne” più basse. A tal fine sarà necessario sostituire il vecchio contatore elettrico con un nuovo modello. La procedura e le regole per la sostituzione sono descritte in dettaglio qui.

Un altro modo per ridurre i costi dopo la sostituzione del contatore – includere un accumulatore termico nel circuito di riscaldamento, per immagazzinare energia a basso costo di notte e consumarla di giorno.

Fase #6 – Calcolo dei costi stagionali di riscaldamento

Ora che ha appreso la metodologia di calcolo delle future perdite di calore, potrà facilmente valutare i costi di riscaldamento durante l'intero periodo di riscaldamento.

Secondo SNiP 23-01-99 «Climatologia edile» nelle colonne 13 e 14 troviamo per Mosca la durata del periodo con temperatura media inferiore a 10 °C.

Per Mosca, tale periodo dura 231 giorni e ha una temperatura media di -2,2 °C. Per calcolare Q_tot per ΔT=22,2 °C, non è necessario ripetere tutto il calcolo.

È sufficiente calcolare Q_tot per 1 °C:

Q_tot = 7623 / 50 = 152,46 Wh

Di conseguenza, per ΔT = 22,2 °C:

Q_tot = 152,46 × 22,2 = 3385 Wh

Per trovare l'energia elettrica consumata, moltiplichiamo per il periodo di riscaldamento:

Q = 3385 × 231 × 24 × 1,05 = 18.766.440 Wh = 18.766 kWh

Il calcolo presentato è interessante anche perché consente di analizzare l'intera struttura della casa dal punto di vista dell'efficacia dell'isolamento.

Abbiamo esaminato una versione semplificata dei calcoli. Le consigliamo anche di consultare il completo calcolo termotecnico dell'edificio.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Come evitare le perdite di calore attraverso le fondamenta:

Come calcolare le perdite di calore online:

L'uso di caldaie elettriche come principale apparecchiatura di riscaldamento è fortemente limitato dalla capacità delle reti elettriche e dal costo dell'elettricità.

Tuttavia, come supplemento, ad esempio a una caldaia a combustibile solido, possono essere molto efficaci e utili. Sono in grado di ridurre significativamente il tempo di riscaldamento dell'impianto di riscaldamento o essere utilizzate come caldaia principale a temperature non molto basse.

Lei utilizza una caldaia elettrica per il riscaldamento? Ci racconti con quale metodo ha calcolato la potenza necessaria per la sua casa. O forse vuole solo acquistare una caldaia elettrica e ha domande? Le ponga nei commenti all'articolo – cercheremo di aiutarla.