Spis treści
- Ogrzewanie elektryczne: prostota i tani system
- Elementy sterujące ogrzewaniem elektrycznym
- Sterowanie centralne i pogodowe
- Sterowanie inteligentne
- Ogrzewanie z fotowoltaiką
Ogrzewanie elektryczne: prostota i tani system
Ogrzewanie domu zasilane wyłącznie energią elektryczną może być realizowane przez tanie grzejniki konwekcyjne, olejowe i akumulacyjne, promienniki ciepła oraz elektryczne przewody i folie grzewcze umieszczone w podłodze bądź ścianach.
Ciepło w tych urządzeniach powstaje w wyniku przepływu prądu elektrycznego przez przewodnik o dużej oporności elektrycznej. Tym przewodnikiem są druty, taśmy lub maty. Pozostałe istotne elementy takich ogrzewaczy to obudowa, niekiedy wentylator wymuszający ruch powietrza wokół przewodnika i mniej lub bardziej skomplikowany układ sterujący przepływem prądu.
Prostota, a co za tym idzie – względnie niska cena systemu grzewczego opartego na tego typu urządzeniach elektrycznych, wynika z tego, że do ich działania nie jest potrzebna instalacja hydrauliczna, czyli rury i armatura, bez których nie może działać powszechnie stosowany system centralnego ogrzewania wodnego. Układy sterujące przepływem prądu są prostsze i tańsze niż te sterujące przepływem cieczy, bo nie są w nich potrzebne kosztowne urządzenia mechaniczne: pompy obiegowe ani zawory regulacyjne z siłownikami.
i
Elementy sterujące ogrzewaniem elektrycznym
Każdy grzejnik elektryczny jest wyposażony w termostat, który pozwala utrzymać w pomieszczeniu określoną temperaturę. Działanie termostatu polega na mierzeniu temperatury otoczenia, porównywaniu jej z wartością zadaną, czyli ustawioną przez użytkownika, i włączaniu zasilania ogrzewania, gdy jest za niska, oraz wyłączaniu, gdy osiągnie zadaną wartość.
Termostat mechaniczny działa na zasadzie rozszerzalności cieplnej metalu lub cieczy. Do sterowania wieloma urządzeniami elektrycznymi, w tym grzejnikami, stosuje się mechaniczne termostaty bimetaliczne. Elementem takiego mechanizmu jest płytka lub taśma z dwóch połączonych ze sobą metali o różnej rozszerzalności cieplnej, co sprawia, że wraz ze wzrostem temperatury otoczenia jeden z nich rozszerza się bardziej niż drugi i w rezultacie płytka lub taśma się wyginają. Odkształcenie powoduje, że w pewnym momencie (po osiągnięciu zadanej temperatury) rozłącza się styk elektryczny i sterowane termostatem urządzenie przestaje być zasilane. Gdy temperatura otoczenia się obniży o określoną wartość (na przykład o 1°C), odkształcenie płytki lub taśmy się zmniejsza i następuje połączenie styku elektrycznego – obwód się zamyka i urządzenie jest zasilane. Zalety termostatów bimetalicznych to prosta budowa, niezawodne działanie i niska cena.
Termostat elektroniczny jest wyposażony w cyfrowy czujnik temperatury. Działa bardziej precyzyjnie (z dokładnością do 0,1°C) niż mechaniczny i można go programować. Czujnikiem temperatury jest termistor lub czujnik półprzewodnikowy. Za porównanie temperatury mierzonej z zadaną odpowiada mikroprocesor. Gdy jest za niska – włącza zasilanie ogrzewania, gdy osiąga zadaną wartość – wyłącza.
Możliwość programowania wykorzystuje się do tworzenia harmonogramu działania ogrzewania w określonych porach doby, często osobno dla każdego dnia w tygodniu (regulatory tygodniowe). To bardzo wygodna funkcja, jeżeli chcemy zaoszczędzić na ogrzewaniu, obniżając temperaturę na czas, kiedy regularnie nikogo nie ma w domu, po zaprogramowaniu regulatora nie musimy już pamiętać o przestawianiu na termostacie wartości temperatury zadanej. Jej zmiany będą następować nawet podczas naszej nieobecności, więc możemy stworzyć taki harmonogram, żeby po powrocie na przykład z pracy wchodzić do dobrze ogrzanych pomieszczeń.
Korzystając z tej funkcji, trzeba mieć na uwadze, że zbytnie obniżanie temperatury nie daje oszczędności, bo ponowne rozgrzewanie pomieszczeń po ich wychłodzeniu pochłania dużo energii. Dlatego nie warto obniżać temperatury na sterowniku o więcej niż 2-4°C, jeżeli ma nas nie być w domu na przykład tylko przez weekend. A utrzymywanie w domu temperatury poniżej 14°C grozi wykraplaniem się z powietrza pary wodnej, czego skutkiem może być zawilgocenie i w konsekwencji zagrzybienie ścian czy sufitu.
Sterowanie centralne i pogodowe
Termostat elektroniczny z programowaniem czasowym, nazywany też regulatorem temperatury, możemy kupić niezależnie od ogrzewacza elektrycznego. Regulator taki możemy wykorzystać do centralnego sterowania całym systemem grzewczym w domu, czyli wszystkimi grzejnikami jednocześnie.
Regulator temperatury może być dodatkowo wyposażony w funkcję regulacji pogodowej. Wówczas współpracuje z czujnikiem temperatury, który montuje się na zewnątrz budynku. Umożliwia to automatyczne dostosowywanie wydajności ogrzewania do temperatury zewnętrznej zgodnie z programem znajdującym się w pamięci regulatora. W systemach centralnego ogrzewania wodnego odbywa się to zgodnie z zaprogramowaną krzywą grzania, która obrazuje zależność temperatury zasilania instalacji od temperatury zewnętrznej. W przypadku ogrzewania elektrycznego regulator pogodowy przydaje się do optymalizacji pracy pieców akumulacyjnych.
Sterowanie inteligentne
Wyposażenie instalacji grzewczej w dodatkowe elementy automatyki, czyli włączenie jej do systemu inteligentnego domu, może sprawić, że będziemy odczuwać w pomieszczeniach komfort cieplny w każdych warunkach bez potrzeby zajmowania się zmianą nastaw temperatury na sterownikach. Do tego możemy liczyć na oszczędności w zużyciu energii.
Dzięki czujnikom temperatury rozlokowanym w całym domu w każdej chwili możemy odczytać na ekranie kontrolera, jaka jest temperatura w poszczególnych pomieszczeniach. Jeśli zechcemy ją zmienić, możemy to zrobić także wtedy, gdy nie ma nas w domu. Zatem nawet jeżeli mamy ogrzewanie podłogowe (które wolno się rozgrzewa), wejdziemy do wnętrza, w którym panuje już pożądana przez nas temperatura. Teoretycznie oszczędności energii można uzyskać dzięki systemowi, który wykrywa obecność mieszkańców (na przykład z czujkami ruchu) i automatycznie dostosowuje do tego działanie grzejników – zapewnia komfort cieplny tam, gdzie ktoś jest, i ogranicza wydajność urządzeń w pustych pokojach. Jednak powolne reakcje systemu grzewczego mogą stanąć na przeszkodzie w sprawnym sterowaniu nim tak, aby uzyskać oszczędności bez utraty komfortu.
Polecamy: Niższe ceny gazu dla milionów Polaków. Wprowadzono nową taryfę również dla prywatnych gospodarstw
Gdy temperatura ma się zwiększać w krótkim czasie, zwykłe grzejniki, a tym bardziej ogrzewanie podłogowe, nie są najlepszym rozwiązaniem, bo od momentu ich uruchomienia do uzyskania pożądanego efektu mija zbyt dużo czasu. Z tego względu lepszy jest system grzewczy oparty na urządzeniach zdolnych do zapewnienia odczucia ciepła w pomieszczeniu w krótkim czasie, takich jak elektryczne konwektory wentylatorowe i promienniki podczerwieni. Trzeba być jednak przygotowanym na to, że takie okresowe włączanie ogrzewania nie będzie w pełni komfortowe.
i
Ogrzewanie z fotowoltaiką
Zasady rozliczeń prosumentów z operatorami sieci elektroenergetycznych w Polsce są takie, że największy zysk z instalacji fotowoltaicznej osiąga się wtedy, gdy dostarczaną przez nią energię wykorzystuje się na własne potrzeby. A do tego bardzo przydaje się sterowanie czasowe odbiornikami energii, szczególnie o tak dużej mocy, jak w przypadku ogrzewaczy pomieszczeń. Natężenie promieniowania słonecznego docierającego do paneli fotowoltaicznych zmienia się w ciągu doby – darmowej energii jest najwięcej w południe, po zmroku nie ma jej wcale. Warto więc zsynchronizować godziny włączania i wyłączania ogrzewania z porami największego nasłonecznienia. Rozgrzane w tym czasie podłogi i ściany grzeją jeszcze przez długi czas, w bardzo dobrze zaizolowanych pomieszczeniach ciepło utrzymuje się długo, więc nawet kilkugodzinne przerwy w zasilaniu mat grzewczych nie powodują znacznego spadku temperatury.
Znalezienie optymalnego ustawienia, przy którym pobór energii elektrycznej z sieci jest maksymalnie zredukowany bez utraty komfortu cieplnego domowników, wymaga sporo wysiłku, a uzyskany efekt i tak będzie daleki od doskonałości, bo wydajność fotowoltaiki bardzo zależy od nieprzewidywalnych zmian pogody. Dlatego jeśli chcemy zmaksymalizować wykorzystanie darmowej energii słonecznej na własne potrzeby, najlepiej zrobimy, inwestując w układ automatycznego sterowania.
Warto przeczytać: Gruntowy wymiennik ciepła – GWC żwirowy. Jak prawidłowo wykonać GWC żwirowy?
Inteligentny system zarządzania energią w domu HEMS (ang. Home Energy Management System) to układ urządzeń, które monitorują produkcję energii i sterują jej odbiornikami w domu tak, żeby zoptymalizować jej autokonsumpcję. Może przy tym uwzględniać aktualną cenę prądu, gdy korzysta się z taryfy dynamicznej.
Elementami takiego systemu są centralny sterownik, mierniki poboru energii, czujniki temperatury i nasłonecznienia oraz sterowniki odbiorników energii – na przykład urządzeń grzewczych. Zarządzanie systemem (zmienianie ustawień, kontrolowanie efektów) zwykle odbywa się przez aplikację na smartfonie.
Optymalizacja autokonsumpcji może polegać na uruchamianiu odbiorników energii w sytuacji, gdy wytwarza ją fotowoltaika. Jeżeli produkcja jest tak duża, że przekracza aktualne zapotrzebowanie na nią, przydają się magazyny energii, a mogą nimi być urządzenia grzewcze akumulujące ciepło, czyli elektryczne piece akumulacyjne, pojemnościowe podgrzewacze wody i ogrzewanie podłogowe.
i
i
Warunkiem poprawnego funkcjonowania układu regulacji opartego na termostacie jest prawidłowe umieszczenie elementu reagującego na zmiany temperatury. Zwykle znajduje się on w obudowie regulatora, więc miejsca jego montażu nie można wybierać, kierując się jedynie wygodnym do niego dostępem. Nie może być narażony na działanie słońca, powinien być oddalony od urządzeń generujących ciepło, które mogłyby zakłócić pomiar temperatury w pomieszczeniu.
i
Piec akumulacyjny nie przekazuje od razu do pomieszczenia całej energii elektrycznej, która jest w nim zamieniana w ciepło. Obudowa takiego ogrzewacza jest zaizolowana termicznie, dlatego zgromadzone w nim ciepło prawie się nie wydostaje z urządzenia, dopóki nie zostanie uruchomiony przepływ powietrza przez jego wnętrze. Powietrze ogrzewa się od elementów akumulujących ciepło i jest wydmuchiwane do pomieszczenia. Żeby nie było zbyt gorące, konstrukcja pieca umożliwia jego mieszanie się z zimniejszym powietrzem, które nie ma kontaktu z blokiem akumulacyjnym – stopień zmieszania regulują przepustnice. Tempo przekazywania ciepła do pomieszczenia można zmieniać przez sterowanie wydajnością wentylatora, który wymusza cyrkulację powietrza przez wnętrze pieca.
Gdy na zewnątrz temperatura jest umiarkowana, piece akumulacyjne nie oddają całego zgromadzonego w nich ciepła. Żeby ograniczyć ilość pobieranej energii, ta tak zwana pozostałość cieplna jest uwzględniona przy kolejnym cyklu ładowania przez regulator. Jeśli dodatkowo dostosowuje on ilość pobieranej energii do warunków pogodowych, czyli uwzględnia informacje z umieszczonego poza domem czujnika temperatury, zużycie energii może być jeszcze mniejsze.
i
Na system HEMS można było uzyskać dofinansowanie w ramach zakończonych już edycji rządowego programu „Mój Prąd”, ale w obecnej edycji VI+ (nabór wniosków najpóźniej do 25 marca 2025 r.) HEMS nie jest już wymieniony. Na dopłatę do niego można liczyć jedynie wtedy, gdy będzie zainstalowany wraz z nową instalacją fotowoltaiczną z magazynem energii i zostanie uznany za element tej instalacji. Natomiast jeżeli HEMS jest elementem kompleksowej modernizacji energetycznej budynku, to wydatek na niego można odliczyć od podatku PIT w ramach ulgi termomodernizacyjnej w 2025 r.
i
i
i
