Калькулятор нагріву води

Методика розрахунку нагріву води

Цей калькулятор нагріву води визначає енергію, необхідну для нагрівання води між двома температурами, споживання енергії джерелом з урахуванням ККД, час нагрівання та вартість одного циклу нагріву. Для природного газу додатково розраховуються витрата газу та продуктивність гарячої води в літрах за хвилину. Розрахунок підходить для електричних водонагрівачів, газових котлів і систем гарячого водопостачання.

Орієнтири та рекомендації

Теплова енергія, необхідна для нагрівання води

Різниця температур. Спочатку необхідне підвищення температури визначається як різниця між кінцевою та початковою температурою води. Якщо кінцева температура не вища за початкову, підвищення температури для розрахунку енергії приймається рівним 0 °C.

ΔT = max(T2 - T1, 0)

Густина та питома теплоємність води. У розрахунку використовується наближення 1 літр води = 1 кг і питома теплоємність води 4,186 кДж/(кг·°C). Після перерахунку джоулів у кіловат-години це відповідає коефіцієнту 0,0011627778 кВт·год/(л·°C).

Q = V · ΔT · 0.0011627778

Тут Q - теплова енергія, яку потрібно передати воді, кВт·год, V - об'єм води, л, а ΔT - підвищення температури, °C. Наприклад, подвоєння об'єму води або різниці температур також подвоює необхідну кількість тепла.

ККД і споживання енергії джерелом

ККД. Коефіцієнт корисної дії показує, яка частка енергії джерела перетворюється на корисне тепло, передане воді. Якщо ККД враховується, споживання енергії джерелом визначається діленням необхідної теплової енергії на ККД, виражений десятковим значенням від 0 до 1.

Qsource = Q / η

Наприклад, при ККД 90 % маємо η = 0.90, тому для передачі воді 5 кВт·год тепла потрібно приблизно 5,56 кВт·год енергії джерела. Якщо ККД не враховується, у розрахунку використовується η = 1, тобто додаткові втрати не враховуються.

Типові значення ККД. Для електричного резистивного нагріву при безпосередньому нагріванні води ККД часто приймають близьким до 100 %. Для газових котлів поширеним орієнтовним діапазоном є приблизно 85-95 %, однак за можливості слід використовувати значення з технічної документації конкретного обладнання. При виборі природного газу калькулятор за замовчуванням використовує ККД 90 %.

Витрата природного газу

Теплотворність газу. Об'єм природного газу розраховується за кількістю енергії палива, необхідної нагрівачу. За замовчуванням використовується теплотворність 10,5 кВт·год/м³. Фактична енергетична цінність природного газу залежить від його складу та постачальника, тому для точнішого результату слід використовувати значення, надане постачальником газу.

Vgas = Qsource / Hgas

Тут V_gas - витрата природного газу, м³, Q_source - необхідна енергія палива з урахуванням втрат через ККД, кВт·год, а H_gas - теплотворність газу, кВт·год/м³. Чим вищі ККД обладнання та теплотворність газу, тим меншим буде розрахований об'єм палива.

Потужність нагрівача та час нагрівання

Корисна теплова потужність. У цьому розрахунку потужність означає швидкість, з якою нагрівач може передавати тепло воді. Тому час нагрівання визначається за тепловою енергією, необхідною воді, та корисною тепловою потужністю, а ККД окремо впливає на кількість енергії, спожитої джерелом.

t = Q / P

Тут t - час нагрівання, год, Q - теплова енергія, необхідна воді, кВт·год, а P - корисна теплова потужність, кВт. Розрахований час також переводиться у хвилини множенням на 60. При виборі електроенергії калькулятор використовує початкову потужність 2 кВт, а для природного газу - 20 кВт. Це стартові значення, які можна замінити фактичною потужністю обладнання.

Потужність газового котла. Для двоконтурного або проточного газового котла слід використовувати потужність, доступну для приготування гарячої води. Якщо виробник окремо вказує потужність для гарячого водопостачання, для розрахунку краще використовувати саме це значення.

Продуктивність гарячої води

Витрата в літрах за хвилину. Для газового нагрівача калькулятор також визначає об'єм води, який обладнання теоретично може безперервно нагрівати при заданій потужності та підвищенні температури. Цей результат не залежить від загального об'єму води, введеного для розрахунку енергії.

q = P / (60 · ΔT · 0.0011627778)

Тут q - продуктивність гарячої води, л/хв. За однакової потужності нагрівача зменшення необхідного підвищення температури збільшує доступну витрату води. Наприклад, той самий котел може забезпечити більшу витрату при нагріванні води на 30 °C, ніж при нагріванні на 45 °C.

Розрахунок вартості

Електроенергія. Вартість визначається множенням споживання енергії джерелом у кВт·год на тариф за 1 кВт·год.

Cel = Qsource · tariffel

Природний газ. Для газу вартість визначається за розрахованим об'ємом палива в м³ і тарифом за 1 м³.

Cgas = Vgas · tariffgas

Калькулятор не задає валюту тарифу. Підсумкова вартість відображається в тій самій грошовій одиниці, у якій введено тариф.

Температури та європейські стандарти

Типові температури. Для холодної водопровідної води часто використовують орієнтовний діапазон 5-15 °C залежно від сезону та регіону. Для накопиченої гарячої води поширені значення приблизно 50-60 °C. Для конкретної системи за можливості слід вводити фактичні або проєктні температури.

Європейські стандарти. Під час проєктування систем гарячого водопостачання та оцінювання їх енергетичних характеристик застосовуються, зокрема, такі пов'язані європейські стандарти:

• EN 806 - «Технічні вимоги до установок усередині будівель, що транспортують воду, призначену для споживання людиною».
• EN 12831-3:2017 - «Енергетичні характеристики будівель. Метод розрахунку проєктного теплового навантаження. Частина 3: Теплове навантаження систем гарячого водопостачання та характеристика потреб».
• EN 15316-3:2017 - «Енергетичні характеристики будівель. Метод розрахунку потреби в енергії та ефективності систем. Частина 3: Системи розподілу гарячої води, опалення та охолодження».

Ці документи застосовуються під час вибору параметрів і проєктування систем водопостачання та опалення. Базовий енергетичний розрахунок у цьому калькуляторі ґрунтується на тепловому балансі води, заданій корисній тепловій потужності та, за потреби, ККД і теплотворності природного газу.

FAQs

Чому ККД впливає на витрату газу або електроенергії, але не на час нагрівання?

Час нагрівання розраховується за корисною тепловою потужністю, тобто потужністю, яка фактично передається воді. ККД показує, скільки додаткової енергії джерела потрібно для забезпечення цієї корисної потужності. Тому нижчий ККД збільшує витрату газу або електроенергії, але за однакової корисної теплової потужності не змінює розрахований час нагрівання.

Чому об'єм води не впливає на продуктивність газового котла в л/хв?

Продуктивність проточного нагрівача визначається потужністю котла та необхідним підвищенням температури. Загальний об'єм води впливає на сумарну потребу в енергії, витрату газу та тривалість роботи, але не на кількість літрів, яку котел може нагрівати щохвилини за постійних умов.

Яку теплотворність природного газу слід використовувати?

Для початкової оцінки можна використовувати стандартне значення 10,5 кВт·год/м³. Для точнішого розрахунку витрати природного газу слід використовувати теплотворність, надану постачальником газу або зазначену для місцевої газової мережі.

Яку потужність слід вводити для двоконтурного газового котла?

Використовуйте корисну потужність, доступну в режимі приготування гарячої води. У деяких котлів вона відрізняється від потужності для опалення приміщень, тому якщо в технічній документації окремо зазначено потужність гарячого водопостачання, слід використовувати саме її.

Чому фактична продуктивність гарячої води та час нагрівання можуть відрізнятися від розрахованих значень?

На практиці на нагрівання впливають теплові втрати обладнання та трубопроводів, зміни температури води на вході, модуляція потужності та робота системи керування. Для проточного нагрівання також мають значення фактичні умови витрати та характеристики теплообмінника, тому розрахований результат слід розглядати як технічну оцінку для заданих початкових умов.