Kalkulator podgrzewania wody

Metoda obliczania podgrzewania wody

Ten kalkulator podgrzewania wody określa energię potrzebną do ogrzania wody między dwiema temperaturami, zużycie energii źródła z uwzględnieniem sprawności, czas podgrzewania oraz koszt jednego cyklu grzania. Dla gazu ziemnego dodatkowo oblicza zużycie gazu oraz wydajność ciepłej wody w litrach na minutę. Obliczenia są odpowiednie dla elektrycznych podgrzewaczy wody, kotłów gazowych i systemów ciepłej wody użytkowej.

Wartości orientacyjne i zalecenia

Energia cieplna potrzebna do podgrzania wody

Różnica temperatur. Najpierw obliczany jest wymagany wzrost temperatury jako różnica między temperaturą końcową i początkową wody. Jeśli temperatura końcowa nie jest wyższa od początkowej, wzrost temperatury używany do obliczenia energii przyjmuje wartość 0 °C.

ΔT = max(T2 - T1, 0)

Gęstość i ciepło właściwe wody. W obliczeniach stosowane jest przybliżenie 1 litr wody = 1 kg oraz ciepło właściwe wody równe 4,186 kJ/(kg·°C). Po przeliczeniu dżuli na kilowatogodziny odpowiada to współczynnikowi 0,0011627778 kWh/(l·°C).

Q = V · ΔT · 0.0011627778

Tutaj Q oznacza energię cieplną, którą należy przekazać wodzie, kWh, V to objętość wody, l, a ΔT to wzrost temperatury, °C. Na przykład podwojenie objętości wody lub różnicy temperatur powoduje również dwukrotny wzrost wymaganej ilości ciepła.

Sprawność i zużycie energii źródła

Sprawność. Sprawność określa, jaka część energii źródła zostaje przekształcona w użyteczne ciepło przekazane wodzie. Gdy sprawność jest uwzględniana, zużycie energii źródła oblicza się przez podzielenie wymaganej energii cieplnej przez sprawność wyrażoną jako wartość dziesiętna od 0 do 1.

Qsource = Q / η

Na przykład przy sprawności 90 % mamy η = 0.90, dlatego przekazanie wodzie 5 kWh ciepła wymaga około 5,56 kWh energii ze źródła. Jeśli sprawność nie jest uwzględniana, obliczenia wykorzystują η = 1, czyli nie obejmują dodatkowych strat.

Typowe wartości sprawności. Dla elektrycznego ogrzewania oporowego przy bezpośrednim podgrzewaniu wody często przyjmuje się sprawność zbliżoną do 100 %. Dla kotłów gazowych typowy zakres orientacyjny wynosi około 85-95 %, jednak w miarę możliwości należy korzystać z wartości podanej w dokumentacji technicznej konkretnego urządzenia. Po wybraniu gazu ziemnego kalkulator domyślnie przyjmuje sprawność 90 %.

Zużycie gazu ziemnego

Wartość opałowa gazu. Objętość gazu ziemnego obliczana jest na podstawie ilości energii paliwa wymaganej przez podgrzewacz. Domyślna wartość opałowa wynosi 10,5 kWh/m³. Rzeczywista zawartość energii w gazie ziemnym zależy od jego składu i dostawcy, dlatego dla dokładniejszego wyniku należy użyć wartości podanej przez dostawcę gazu.

Vgas = Qsource / Hgas

Tutaj V_gas oznacza zużycie gazu ziemnego, m³, Q_source to wymagana energia paliwa z uwzględnieniem strat wynikających ze sprawności, kWh, a H_gas to wartość opałowa gazu, kWh/m³. Im wyższa sprawność urządzenia i wartość opałowa gazu, tym mniejsza obliczona objętość paliwa.

Moc podgrzewacza i czas podgrzewania

Użyteczna moc grzewcza. W tych obliczeniach moc oznacza szybkość, z jaką podgrzewacz może przekazywać ciepło do wody. Czas podgrzewania jest więc wyznaczany na podstawie energii cieplnej potrzebnej wodzie oraz użytecznej mocy grzewczej, natomiast sprawność osobno wpływa na ilość energii pobieranej ze źródła.

t = Q / P

Tutaj t oznacza czas podgrzewania, h, Q to energia cieplna potrzebna wodzie, kWh, a P to użyteczna moc grzewcza, kW. Obliczony czas jest również przeliczany na minuty przez pomnożenie przez 60. Po wybraniu energii elektrycznej kalkulator domyślnie przyjmuje moc 2 kW, natomiast dla gazu ziemnego 20 kW. Są to wartości początkowe, które można zastąpić mocą rzeczywistego urządzenia.

Moc kotła gazowego. Dla kotła dwufunkcyjnego lub przepływowego kotła gazowego należy użyć mocy dostępnej do przygotowania ciepłej wody użytkowej. Jeśli producent podaje oddzielną moc dla ciepłej wody użytkowej, ta wartość jest preferowana w obliczeniach.

Wydajność ciepłej wody

Przepływ w litrach na minutę. Dla podgrzewacza gazowego kalkulator określa również objętość wody, którą urządzenie może teoretycznie ogrzewać w sposób ciągły przy zadanej mocy i wzroście temperatury. Wynik ten nie zależy od całkowitej objętości wody wprowadzonej do obliczenia energii.

q = P / (60 · ΔT · 0.0011627778)

Tutaj q oznacza wydajność ciepłej wody, l/min. Przy tej samej mocy grzewczej zmniejszenie wymaganego wzrostu temperatury zwiększa dostępny przepływ wody. Na przykład ten sam kocioł może zapewnić większy przepływ przy podgrzewaniu wody o 30 °C niż przy podgrzewaniu jej o 45 °C.

Obliczanie kosztu

Energia elektryczna. Koszt oblicza się przez pomnożenie zużycia energii źródła w kWh przez taryfę za 1 kWh.

Cel = Qsource · tariffel

Gaz ziemny. Dla gazu koszt oblicza się na podstawie szacowanej objętości paliwa w m³ oraz taryfy za 1 m³.

Cgas = Vgas · tariffgas

Kalkulator nie przypisuje taryfie żadnej konkretnej waluty. Końcowy koszt jest wyświetlany w tej samej jednostce pieniężnej, w której wprowadzono taryfę.

Temperatury i normy europejskie

Typowe temperatury. Dla zimnej wody wodociągowej często stosuje się orientacyjny zakres 5-15 °C, zależnie od pory roku i regionu. Dla magazynowanej ciepłej wody powszechnie stosuje się wartości około 50-60 °C. Dla konkretnego systemu należy w miarę możliwości wprowadzić rzeczywiste lub projektowe temperatury.

Normy europejskie. Przy projektowaniu systemów ciepłej wody użytkowej i ocenie ich charakterystyki energetycznej stosuje się między innymi następujące powiązane normy europejskie:

• EN 806 - „Wymagania dotyczące instalacji wewnętrznych do przesyłu wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi”.
• EN 12831-3:2017 - „Charakterystyka energetyczna budynków. Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego. Część 3: Obciążenie cieplne systemów ciepłej wody użytkowej i charakterystyka potrzeb”.
• EN 15316-3:2017 - „Charakterystyka energetyczna budynków. Metoda obliczania zapotrzebowania na energię i sprawności systemów. Część 3: Systemy dystrybucji ciepłej wody użytkowej, ogrzewania i chłodzenia”.

Dokumenty te są wykorzystywane przy doborze parametrów oraz projektowaniu systemów zaopatrzenia w wodę i ogrzewania. Podstawowe obliczenie energii w tym kalkulatorze opiera się na bilansie cieplnym wody, zadanej użytecznej mocy grzewczej oraz, w odpowiednich przypadkach, sprawności i wartości opałowej gazu ziemnego.

FAQs

Dlaczego sprawność wpływa na zużycie gazu lub energii elektrycznej, ale nie na czas podgrzewania?

Czas podgrzewania oblicza się na podstawie użytecznej mocy grzewczej, czyli mocy rzeczywiście przekazywanej wodzie. Sprawność określa dodatkową energię ze źródła potrzebną do uzyskania tej użytecznej mocy. Dlatego niższa sprawność zwiększa zużycie gazu lub energii elektrycznej, ale przy tej samej użytecznej mocy grzewczej nie zmienia obliczonego czasu podgrzewania.

Dlaczego objętość wody nie wpływa na wydajność kotła gazowego w l/min?

Wydajność przepływowego podgrzewacza zależy od mocy kotła i wymaganego wzrostu temperatury. Całkowita objętość wody wpływa na całkowite zapotrzebowanie na energię, zużycie gazu i czas pracy, ale nie na liczbę litrów, które kocioł może ogrzać w ciągu minuty przy stałych warunkach.

Jaką wartość opałową gazu ziemnego należy zastosować?

Do wstępnego oszacowania można użyć domyślnej wartości 10,5 kWh/m³. Dla dokładniejszego obliczenia zużycia gazu ziemnego należy zastosować wartość opałową podaną przez dostawcę gazu lub określoną dla lokalnej sieci gazowej.

Jaką moc należy wprowadzić dla dwufunkcyjnego kotła gazowego?

Należy użyć użytecznej mocy dostępnej w trybie przygotowania ciepłej wody użytkowej. W niektórych kotłach różni się ona od mocy przeznaczonej do ogrzewania pomieszczeń, dlatego jeśli dokumentacja techniczna podaje oddzielną moc dla ciepłej wody użytkowej, należy użyć właśnie tej wartości.

Dlaczego rzeczywista wydajność ciepłej wody i czas podgrzewania mogą różnić się od wartości obliczonych?

W praktyce na podgrzewanie wpływają straty ciepła urządzenia i przewodów, zmiany temperatury wody na wejściu, modulacja mocy oraz działanie układu sterowania. W przypadku ogrzewania przepływowego znaczenie mają również rzeczywiste warunki przepływu i wydajność wymiennika ciepła, dlatego obliczony wynik należy traktować jako techniczne oszacowanie dla podanych warunków wejściowych.