Calcolo energia per riscaldare acqua
Metodo di calcolo dell'energia per riscaldare l'acqua
Questo calcolatore per il riscaldamento dell'acqua determina l'energia necessaria per riscaldare l'acqua tra due temperature, il consumo energetico della fonte tenendo conto del rendimento, il tempo di riscaldamento e il costo di un ciclo di riscaldamento. Per il gas naturale calcola inoltre il consumo di gas e la portata dell'acqua calda in litri al minuto. Il calcolo è adatto per scaldacqua elettrici, caldaie a gas e sistemi di produzione di acqua calda sanitaria.
Valori indicativi e raccomandazioni
Energia termica necessaria per riscaldare l'acqua
Differenza di temperatura. Per prima cosa viene calcolato l'aumento di temperatura necessario come differenza tra la temperatura finale e quella iniziale dell'acqua. Se la temperatura finale non è superiore a quella iniziale, l'aumento di temperatura utilizzato per il calcolo dell'energia viene assunto pari a 0 °C.
ΔT = max(T2 - T1, 0)
Densità e calore specifico dell'acqua. Il calcolo utilizza l'approssimazione 1 litro d'acqua = 1 kg e un calore specifico dell'acqua pari a 4,186 kJ/(kg·°C). Dopo la conversione dei joule in kilowattora, ciò corrisponde a un coefficiente di 0,0011627778 kWh/(l·°C).
Q = V · ΔT · 0.0011627778
Qui Q è l'energia termica che deve essere trasferita all'acqua, kWh, V è il volume d'acqua, l, e ΔT è l'aumento di temperatura, °C. Ad esempio, raddoppiando il volume d'acqua o la differenza di temperatura si raddoppia anche la quantità di calore necessaria.
Rendimento e consumo energetico della fonte
Rendimento. Il rendimento indica quale quota dell'energia della fonte viene convertita in calore utile trasferito all'acqua. Quando il rendimento viene considerato, il consumo energetico della fonte si calcola dividendo l'energia termica necessaria per il rendimento espresso come valore decimale da 0 a 1.
Qsource = Q / η
Ad esempio, con un rendimento del 90 %, η = 0.90, quindi per trasferire 5 kWh di calore all'acqua sono necessari circa 5,56 kWh di energia dalla fonte. Se il rendimento non viene considerato, il calcolo utilizza η = 1, quindi non include perdite aggiuntive.
Valori tipici di rendimento. Per il riscaldamento elettrico a resistenza, nel riscaldamento diretto dell'acqua si considera spesso un rendimento vicino al 100 %. Per le caldaie a gas, un intervallo indicativo comune è di circa 85-95 %, anche se, quando possibile, è preferibile utilizzare il valore riportato nella documentazione tecnica dell'apparecchio specifico. Quando viene selezionato il gas naturale, il calcolatore utilizza come valore predefinito un rendimento del 90 %.
Consumo di gas naturale
Potere calorifico del gas. Il volume di gas naturale viene calcolato in base alla quantità di energia del combustibile richiesta dal riscaldatore. Il potere calorifico predefinito è 10,5 kWh/m3. Il contenuto energetico effettivo del gas naturale dipende dalla composizione e dal fornitore, quindi per un risultato più preciso è opportuno utilizzare il valore indicato dal fornitore del gas.
Vgas = Qsource / Hgas
Qui Vgas è il consumo di gas naturale, m3, Qsource è l'energia del combustibile necessaria comprese le perdite considerate tramite il rendimento, kWh, e Hgas è il potere calorifico del gas, kWh/m3. Maggiore è il rendimento dell'apparecchio e il potere calorifico del gas, minore è il volume di combustibile calcolato.
Potenza del riscaldatore e tempo di riscaldamento
Potenza termica utile. In questo calcolo, la potenza rappresenta la velocità con cui il riscaldatore può trasferire calore all'acqua. Il tempo di riscaldamento viene quindi determinato dall'energia termica necessaria per l'acqua e dalla potenza termica utile, mentre il rendimento influisce separatamente sulla quantità di energia consumata dalla fonte.
t = Q / P
Qui t è il tempo di riscaldamento, h, Q è l'energia termica necessaria per l'acqua, kWh, e P è la potenza termica utile, kW. Il tempo calcolato viene inoltre convertito in minuti moltiplicandolo per 60. Quando viene selezionata l'elettricità, il calcolatore utilizza una potenza predefinita di 2 kW, mentre per il gas naturale utilizza 20 kW. Questi sono valori iniziali e possono essere sostituiti con la potenza effettiva dell'apparecchio.
Potenza della caldaia a gas. Per una caldaia combinata o istantanea a gas, utilizzare la potenza disponibile per la produzione di acqua calda sanitaria. Se il produttore indica una potenza separata per l'acqua calda sanitaria, è preferibile utilizzare tale valore nel calcolo.
Portata dell'acqua calda
Portata in litri al minuto. Per un riscaldatore a gas, il calcolatore determina inoltre il volume d'acqua che può teoricamente riscaldare in modo continuo alla potenza e con l'aumento di temperatura specificati. Questo risultato non dipende dal volume totale d'acqua inserito per il calcolo dell'energia.
q = P / (60 · ΔT · 0.0011627778)
Qui q è la portata dell'acqua calda, l/min. A parità di potenza del riscaldatore, riducendo l'aumento di temperatura richiesto aumenta la portata d'acqua disponibile. Ad esempio, la stessa caldaia può fornire una portata maggiore riscaldando l'acqua di 30 °C rispetto a un riscaldamento di 45 °C.
Calcolo del costo
Elettricità. Il costo viene calcolato moltiplicando il consumo energetico della fonte in kWh per la tariffa per 1 kWh.
Cel = Qsource · tariffel
Gas naturale. Per il gas, il costo viene calcolato in base al volume stimato di combustibile in m3 e alla tariffa per 1 m3.
Cgas = Vgas · tariffgas
Il calcolatore non assegna una valuta alla tariffa. Il costo finale viene visualizzato nella stessa unità monetaria utilizzata per inserire la tariffa.
Temperature e norme europee
Temperature tipiche. Per l'acqua fredda di rete viene spesso utilizzato un intervallo indicativo di 5-15 °C, a seconda della stagione e della zona. Per l'acqua calda accumulata vengono comunemente utilizzati valori di circa 50-60 °C. Per un sistema specifico è preferibile inserire le temperature effettive o di progetto quando disponibili.
Norme europee. Per la progettazione dei sistemi di acqua calda sanitaria e la valutazione delle loro prestazioni energetiche vengono utilizzate, tra le altre, le seguenti norme europee correlate:
- EN 806 - “Specifiche relative agli impianti all'interno di edifici per il convogliamento di acque destinate al consumo umano”.
- EN 12831-3:2017 - “Prestazione energetica degli edifici. Metodo per il calcolo del carico termico di progetto. Parte 3: Carico termico dei sistemi di acqua calda sanitaria e caratterizzazione dei fabbisogni”.
- EN 15316-3:2017 - “Prestazione energetica degli edifici. Metodo per il calcolo dei fabbisogni energetici e delle efficienze dei sistemi. Parte 3: Sistemi di distribuzione per acqua calda sanitaria, riscaldamento e raffrescamento”.
Questi documenti vengono utilizzati per la scelta dei parametri e la progettazione dei sistemi di approvvigionamento idrico e di riscaldamento. Il calcolo energetico di base di questo calcolatore si basa sul bilancio termico dell'acqua, sulla potenza termica utile specificata e, quando applicabile, sul rendimento e sul potere calorifico del gas naturale.
FAQs
Perché il rendimento influisce sul consumo di gas o elettricità, ma non sul tempo di riscaldamento?
Il tempo di riscaldamento viene calcolato a partire dalla potenza termica utile, cioè dalla potenza effettivamente trasferita all'acqua. Il rendimento rappresenta l'energia aggiuntiva che la fonte deve fornire per ottenere quella potenza utile. Pertanto, un rendimento inferiore aumenta il consumo di gas o elettricità, ma a parità di potenza termica utile non modifica il tempo di riscaldamento calcolato.
Perché il volume d'acqua non influisce sulla portata della caldaia a gas in l/min?
La portata di un riscaldatore istantaneo è determinata dalla potenza della caldaia e dall'aumento di temperatura richiesto. Il volume totale d'acqua influisce sul fabbisogno energetico complessivo, sul consumo di gas e sul tempo di funzionamento, ma non sul numero di litri che la caldaia può riscaldare ogni minuto in condizioni costanti.
Quale potere calorifico del gas naturale devo utilizzare?
Per una stima iniziale è possibile utilizzare il valore predefinito di 10,5 kWh/m3. Per un calcolo più preciso del consumo di gas naturale, utilizzare il potere calorifico fornito dal distributore del gas o specificato per la rete locale.
Quale potenza devo inserire per una caldaia combinata a gas?
Utilizzare la potenza utile disponibile in modalità di produzione dell'acqua calda sanitaria. In alcune caldaie questo valore differisce dalla potenza destinata al riscaldamento degli ambienti, quindi, se la documentazione tecnica indica una potenza separata per l'acqua calda sanitaria, deve essere utilizzato tale valore.
Perché la portata effettiva dell'acqua calda e il tempo di riscaldamento possono differire dai valori calcolati?
Nella pratica, il riscaldamento è influenzato dalle perdite termiche dell'apparecchio e delle tubazioni, dalle variazioni della temperatura dell'acqua in ingresso, dalla modulazione della potenza e dal funzionamento del sistema di controllo. Nel riscaldamento istantaneo incidono anche le condizioni reali di portata e le prestazioni dello scambiatore di calore, quindi il risultato calcolato deve essere considerato una stima tecnica per le condizioni di ingresso specificate.