Energię elektryczną, w przeciwieństwie do gazu czy węgla możemy wytworzyć sami, np. z własnej instalacji fotowoltaicznej. To droga do uniezależnienia się od wzrostu cen na rynku. Dodatkowo systemy ogrzewania wykorzystujące energię elektryczną produkowaną ze Słońca nie niszczą środowiska. Własny prąd daje wolność energetyczną budynku i koszty eksploatacji bliskie zeru.

Rodzaje ogrzewania na prąd

Jest wiele rozwiązań wykorzystujących energię elektryczną do ogrzania budynków, m.in. pompy ciepła powietrzne, gruntowe, ogrzewanie nadmuchowe (popularne w USA), piece akumulacyjne, kotły indukcyjne, kotły soniczne, maty grzejne, kotły elektrodowe czy ogrzewanie na podczerwień.

Z doświadczenia setek gospodarstw domowych, zrzeszonych w Klubie Właścicieli Budynków Wolnych Energetycznie, wynika, że kotłownie elektrodowe, indukcyjne, soniczne zużyją prąd za kwotę podobną do kosztu węgla lub gazu. Tańsze jest ogrzewanie na podczerwień, które pobierze do 50% kosztów węgla lub gazu. Z tej perspektywy na drugi plan schodzi koszt inwestycji w kocioł zasilany energią elektryczną. Za kotłownię elektrodową do ogrzania budynku o pow. 200 m2 zapłacimy ok. 10 tys. zł, indukcyjną ok. 15-25 tys. zł, a za soniczną ok. 10 tys. zł.

Przy średnio docieplonym domu i w średnio mroźną zimę ogrzewanie 200-metrowego budynku z wykorzystaniem podczerwieni wymagać będzie rozbudowania instalacji fotowoltaicznej o 5 kW, natomiast w przypadku pozostałych kotłów zwiększone zapotrzebowanie na prąd wymagać będzie dołożenia od 9 do 11 kW. Zużycie prądu w takich wariantach ogranicza system ogrzewania podłogowego.

Ogrzewanie na podczerwień

Dzięki właściwościom promieni podczerwonych można podgrzać podłogi i ściany. W pomieszczeniu ogrzewanym w ten sposób temperatura jest bardziej zrównoważona. Różnica między temperaturą podłogi i suitu jest zwykle około 1°C (przy ogrzewaniu konwekcyjnym różnica ta może być do 10°C!). Dzięki temu, że konstrukcje i przedmioty znajdujące się w pomieszczeniu mają taką samą lub wyższą temperaturę niż otaczające powietrze, ludzie w pomieszczeniu nie mają uczucia zimnych stóp. Zalety takiego systemu: komfort cieplny w niższej temperaturze (średnio o 1–4°C niższej niż przy zastosowaniu systemu hydraulicznego; każdy 1°C to oszczędność 8–10%). Przy ogrzewaniu podczerwienią ściany i przedmioty kumulują ciepło. Podczerwień można umieścić w podłodze i na ścianach, najkorzystniej jednak jest na suicie. Dodatkowo są niższe koszty montażu oraz możemy dowolnie zagospodarować przestrzeń w pomieszczeniu.

Ogrzewanie na podczerwień może być w formie: zakrytej pod panelami, glazurą lub karton gipsem (folie, maty). Polecane szczególnie w domach dopiero budowanych lub remontowanych. Forma odkryta nie wymaga remontu czy dodatkowych prac budowlanych, dlatego polecana jest do już istniejących domów lub po remoncie. Cena instalacji z robocizną oscyluje pomiędzy 100 a 150 zł/ m2 brutto w zależności od powierzchni, pod którą ma się znajdować.

Montując podczerwień, wielu deweloperów obniża koszty instalacji co o połowę w stosunku do innych systemów. Zakładając ogrzewanie na podczerwień w nowo budowanym budynku, obniżamy o co najmniej połowę koszty budowy ogrzewania i o połowę koszty eksploatacji przez kilkadziesiąt lat w porównaniu z węglem lub gazem.

Ciepło z elektrod

Urządzenia elektrodowe służą do przepływowego ogrzewania wody przeznaczonej do centralnego ogrzewania (co), ciepłej wody użytkowej (cwu) oraz basenów. Jest to technologia wojskowa, zaadaptowana do celów komercyjnych. Ze względu na swoje właściwości jest to jedno z najtańszych urządzeń do ogrzewania, mimo że jest na prąd. W powszechnych tradycyjnych metodach podgrzewania cieczy stosuje się grzanie pośrednie, wykorzystując do tego celu kotły opalane paliwami kopalnymi, a także za pomocą energii elektrycznej przez pośrednie grzanie grzałkami rezystancyjnymi.

Innowacyjne zastosowanie grzania elektrodowego polega na rozszczepieniu płynu grzewczego na jony dodatnie i ujemne, które zmieniając biegunowość, wydzielają energię. Eliminuje to najczęstsze wady ogrzewania tradycyjnego, ponieważ w kotle elektrodowym zachodzi bezpośrednia konwersja energii elektrycznej w ciepło. Czynnik podgrzewany ma zapewniony równomierny rozkład temperatury w całej objętości. Cechą wyróżniającą ogrzewanie kotłami elektrodowymi jest długa żywotność dzięki temu, że nie ma grzałek, tylko anoda i katoda.

Indukcja ogrzeje dom

Kotły indukcyjne wykorzystują zjawisko indukcji elektromagnetycznej, dzięki któremu przepływający przez rdzeń pieca prąd indukcyjny (wirowy) zamienia się w ciepło. Efekty badań Tesli, Faraday'a i Lorentza nad technologią indukcji elektromagnetycznej są dzisiaj dla nas dostępne. Wykorzystujemy ją w popularnych kuchennych płytach grzewczych czy też w piecach hutniczych do wytopu stali. Zastosowanie jej w kotłach co i do wytworzenia cwu okazało się wręcz przełomowym pomysłem, dającym przewagę nad innymi tradycyjnymi technologiami. Kotły indukcyjne są źródłem bezpiecznego i bezobsługowego ciepła. Zdobyta na przestrzeni lat wiedza i doświadczenie pozwalają projektować urządzenia dopasowane do różnych zastosowań.

Nowoczesne kotły soniczne

Kocioł soniczny ma zespół trzech grzałek sonicznych w dolnej części pionowego wymiennika ciepła, tworząc komorę grzewczą, połączoną z górną komorą rozszerzalną, stanowi szczelnie zamkniętą przestrzeń wypełnioną w 1/3 pojemności wodą.

Takie rozwiązanie ogranicza ilość czynnika grzewczego w kotle do kilku litrów (1,5–2,7 l) w zależności od mocy kotła. Woda ta po podgrzaniu grzałkami sonicznymi ulega przemianie fazowej w parę wodną, która unosi się do góry, a po oddaniu ciepła, skroplona, spływa grawitacyjnie z powrotem po ściankach wymiennika – na grzałki do dolnej komory grzania i proces powtarza się. Rozdzielono tu obieg cieczy centralnego ogrzewania od grzałek.

Efektem tego rozwiązania jest mniejszy opór elektryczny i wydłużona żywotność grzałek sonicznych, ponieważ nie są one narażone na zmianę przewodności elektrycznej czynnika krążącego bezpośrednio w układzie centralnego ogrzewania. W innych rozwiązaniach ma on kontakt z różnymi materiałami i osadami, które mogą się rozpuszczać, uniemożliwiając prawidłową pracę kotła.

Grzałki soniczne działają w ten sposób, że dwie elektrody (+ i –) są od siebie odizolowane i jeśli nie ma między nimi wody, mimo panującego napięcia elektrycznego – nie działają. Prąd nie płynie. Natomiast gdy między elektrodami pojawi się woda o odpowiedniej przewodności elektrycznej, to w wyniku napięcia elektrycznego panującego między elektrodami grzałek, cząstki wody wpadają w silne drgania i na skutek wzajemnego tarcia wydziela się duża ilość ciepła.

Wymiennik kotła wykonano z nierdzewnych rur Walczaka o specyicznym kształcie. W przekroju poprzecznym jest to kształt gwiazdy sześcioramiennej z mocno przetłoczonymi ramionami. Zapewnia to dużą powierzchnię wymiany ciepła, bez ograniczenia efektu przemiany fazowej pary w ciecz w części komory grzejnej, a przy tym nie powoduje oporu przepływu cieczy, znajdującej się w obwodzie centralnego ogrzewania.

Nowością w rozwiązaniu konstrukcyjnym kotła jest to, że komora grzejna pracuje przy podciśnieniu, dając możliwość wykorzystania przemiany fazowej wody w obniżonych temperaturach. Dzięki temu czynnik grzewczy (woda plazmowa) bardzo łatwo przechodzi w stan parowy. Kocioł soniczny nadaje się do ogrzewania mieszkań, pomieszczeń sklepowych, domków jednorodzinnych, letniskowych sezonowo eksploatowanych, magazynów, basenów kąpielowych, hal warsztatowych itp. Ponadto może być stosowany do pośredniego i bezpośredniego przygotowania ciepłej wody użytkowej. W przemyśle kocioł można wykorzystać praktycznie do podgrzewania płynów.

Zdradliwe pompy

Pompy ciepła w ostatnich latach mają coraz lepsze parametry, ale aby mogły realnie być 3–4-krotnie tańsze od ogrzewania gazem lub węglem, budynek powinien mieć niskotemperaturowe instalacje podłogowe.

Ponad 90% istniejących już od wielu lat budynków w Polsce ma najczęściej typowe kaloryfery i założenie kosztownej pompy ciepła nie ma ekonomicznego uzasadnienia, więc lepiej uważać na firmy namawiające do montażu pomp w takich budynkach bez ogrzewania podłogowego.

Bogusław Okulski

Klub Właścicieli Budynków Wolnych Energetycznie