Dwufunkcyjny kocioł elektryczny: budowa, analiza zalet i wad + co uwzględnić przy wyborze

Jeśli nie ma możliwości doprowadzenia gazu do domu, problem autonomicznego ogrzewania i podgrzewania wody trzeba rozwiązać za pomocą alternatywnych źródeł energii. Można zainstalować generatory słoneczne, palić drewnem lub pelletami. Jednak najlepszym rozwiązaniem może być dwufunkcyjny kocioł elektryczny.

W przedstawionym przez nas artykule szczegółowo opisano zasadę działania i rodzaje urządzeń przetwarzających energię elektryczną na cieplną. Wymieniono wytyczne, które przyszli właściciele urządzenia powinni wziąć pod uwagę przed jego zakupem. Podano zalecenia dotyczące oszczędnej eksploatacji.

Zasada działania urządzenia

Konstrukcja kotła dwufunkcyjnego przewiduje umieszczenie w jednym urządzeniu dwóch elementów grzewczych do podgrzewania wody i czynnika grzewczego. System działa natomiast dzięki zamianie prądu elektrycznego na energię cieplną.

Cechy konstrukcyjne kotła dwufunkcyjnego

Do ogrzewania pomieszczenia do kotła podłącza się obieg grzewczy typu zamkniętego, po którym porusza się czynnik grzewczy. Drugi przewód przeznaczony jest do dostarczania ciepłej wody, która jest podgrzewana we wbudowanym zbiorniku akumulacyjnym lub według zasady przepływowej.

W ciepłych porach roku ogrzewanie można wyłączyć i używać kotła tylko jako bojlera.

Dwa obiegi kotła elektrycznego mogą funkcjonować zarówno niezależnie od siebie, jak i jednocześnie, ogrzewając dom i podgrzewając wodę

Urządzenie składa się z następujących głównych elementów:

• korpusu z izolacją termiczną, armaturą wlotową i wylotową;
• wymiennika ciepła, przez który krąży czynnik grzewczy;
• systemu sterowania i automatyki, umożliwiającego ustawianie parametrów temperaturowych oraz wyłączanie/włączanie urządzenia;
• urządzenia grzewczego;
• zbiornika wyrównawczego do odprowadzania ciśnienia;
• zaworu bezpieczeństwa;
• odpowietrznika (automatycznego lub ręcznego) do usuwania zapowietrzeń;
• pomp obiegowych do systemu CWU i ogrzewania;
• grupy bezpieczeństwa z czujnikami temperatury i przekaźnikami.

Zasada działania kotła elektrycznego polega na wymianie ciepła: pompa obiegowa wtłacza wodę do zbiornika, która jest podgrzewana do określonej temperatury przez element termiczny i wyprowadzana albo do obiegu grzewczego, albo do systemu CWU.

W istocie dwufunkcyjne urządzenie elektryczne, podobnie jak jego gazowy odpowiednik, może pełnić funkcję zarówno domowej kotłowni, jak i przepływowego podgrzewacza wody.

Zalety i wady urządzeń elektrycznych

Ogrzewanie elektryczne należy do ekologicznych metod ogrzewania, ponieważ nie zanieczyszcza powietrza dymem i sadzą, w przeciwieństwie do kotła na paliwo stałe, ani tlenkiem węgla i innymi szkodliwymi substancjami, jak urządzenia gazowe.

Ponadto specyfika działania ogrzewania elektrycznego praktycznie eliminuje awaryjne sytuacje wywołane wyciekiem wody – jeśli w systemie zabraknie czynnika grzewczego, urządzenie automatycznie się wyłączy.

Kocioł elektryczny ma doskonały wskaźnik sprawności – 95-99%, ale nawet tak wysoka wydajność cieplna nie rekompensuje dużego zużycia energii elektrycznej, dlatego w porównaniu z kotłem gazowym urządzenie elektryczne przegrywa.

Do ogólnych zalet urządzeń elektrycznych można również zaliczyć:

• Prosty montaż – nie ma potrzeby instalowania komina, systemu wentylacji mechanicznej, doprowadzania gazociągu ani załatwiania wielu zezwoleń, jak w przypadku montażu kotła gazowego.
• Bezpieczeństwo – ryzyko wycieku lub zagotowania kotła elektrycznego jest bardzo małe, a konstrukcja urządzenia nie wymaga użycia otwartego ognia, materiałów łatwopalnych ani gazu wybuchowego.
• Kompaktowe rozmiary – istotny aspekt w przypadku małych pomieszczeń. Ponadto urządzenie można instalować nie tylko w miejscach przewidzianych w projekcie (jak w przypadku urządzeń gazowych), ale w dowolnym dogodnym miejscu, gdzie istnieje możliwość podłączenia do sieci elektrycznej i instalacji grzewczej.
• Bezszumowość – kocioł elektryczny pracuje bez wibracji, hałasu i innych dźwięków, które są typowe dla kotłów na paliwo stałe i gazowych.
• Przystępna cena zarówno samego urządzenia, jak i jego montażu oraz obsługi.

Jeśli chodzi o wady, jedną z najistotniejszych jest koszt zużywanej energii. Jeśli mowa o ogrzewaniu elektrycznym i ciepłej wodzie użytkowej (CWU) dla dużego domu jednorodzinnego, kwoty będą znaczące.

Dlatego przed zakupem warto dokonać chociaż przybliżonego obliczenia zużycia, analizując informacje o powierzchni, zużyciu wody i mocy urządzenia. A potem zdecydować, czy warto ponosić takie koszty.

Znacząco obniżyć koszty pomoże instalacja specjalnych sterowników, zasobników oraz liczników różnicowych pracujących w trybie „dzień-noc”.

Inne wady:

• Zależność od zasilania energią elektryczną – w regionie z ciągłymi przerwami w dostawie prądu instalacja takiego urządzenia grzewczego traci sens. Jeśli jednak wyłączenia mają charakter sporadyczny, a nie są normą, problem może rozwiązać zakup generatora magazynującego energię.
• Skoki napięcia w sieci mają szkodliwy wpływ na wrażliwą automatykę kotła, dlatego przed instalacją urządzenia warto zaopatrzyć się w dobre stabilizatory napięcia.
• Odkładanie się osadu. Ponieważ do produkcji ciepłej wody użytkowej używana jest woda przepływowa, elementy grzewcze stopniowo pokrywają się kamieniem, który należy usuwać z urządzenia. Rozwiązaniem może być instalacja filtrów na wejściu zimnej wody oraz regularne serwisowanie.

Ponadto przed instalacją kotła elektrycznego należy sprawdzić, czy Państwa sieć domowa jest przystosowana do takiego obciążenia. Na przykład dla powierzchni 200 metrów kwadratowych wymagane będzie co najmniej 16-20 kW.

I to tylko na ogrzewanie, bez uwzględnienia innych urządzeń elektrycznych. I jeśli w nowych osiedlach domów jednorodzinnych taka moc jest przewidziana dzięki podłączeniu do sieci trójfazowej, to dla działki rekreacyjnej zazwyczaj przydziela się nie więcej niż 10 kW.

Rodzaje kotłów elektrycznych

Nowoczesne kotły elektryczne są wyposażone w elementy grzewcze o różnej zasadzie działania. Jednak jednocześnie do ogrzewania i do ciepłej wody użytkowej mogą być używane tylko urządzenia z grzałkami.

Podłączenie kotła elektrycznego do systemu ogrzewania i ciepłej wody użytkowej najczęściej wymaga instalacji bojlera z wymiennikiem ciepła lub zbiornika do gromadzenia gorącej wody.

Inne rodzaje urządzeń można użyć do ciepłej wody użytkowej tylko jeśli podłączy się do obiegu grzewczego bojler z pośrednim ogrzewaniem.

Urządzenia elektryczne z grzałkami

W najpopularniejsze modele kotłów elektrycznych wbudowane są elementy grzejne – grzałki, które są wykonane z ceramiki lub metalu, mają kształt prętów, spirali lub wygiętego w łuk pustego pręta, wewnątrz którego umieszczona jest nić o określonej rezystancji. Pełnią one rolę „pośredników”, nagrzewając się podczas przepływu prądu elektrycznego i przekazując ciepło wodzie.

Schemat budowy dwufunkcyjnego kotła elektrycznego. Liczba elementów zależy od mocy urządzenia i jego pojemności wewnętrznej, ale dodatkowe grzałki nie tylko zwiększają szybkość nagrzewania, lecz także koszty energii elektrycznej i serwisowania.

Główną wadą urządzenia jest szybkie tworzenie się kamienia na grzałkach, co pogarsza jego działanie. Na przykład, przy grubości osadu wapiennego zaledwie 0,5 mm, sprawność urządzenia spada o 10% w stosunku do nominalnej, a przy 2 mm – o 35-40%!

W rezultacie urządzenie wolniej podgrzewa wodę, dlatego zużycie energii elektrycznej wzrasta. Dlatego kocioł wymaga regularnego czyszczenia i okresowej wymiany uszkodzonych elementów grzejnych.

Aby przedłużyć żywotność grzałki, zaleca się stosowanie systemu filtrów czyszczących lub dodawanie do czynnika grzewczego specjalnych środków zmiękczających, a do obiegu grzewczego wlewanie wody destylowanej.

Ponadto kotły z grzałką wymagają regularnego serwisowania, ponieważ chodzi o bezpieczne użytkowanie urządzenia. Element grzejny stopniowo się zużywa i może ulec przepaleniu.

Jeśli dojdzie do tego z rozszczelnieniem obudowy – to jeszcze pół biedy. W takim przypadku rozgrzany nichrom po prostu rozsypie się w kontakcie z wodą i nie stanowi zagrożenia dla człowieka. Jeśli jednak oderwany element pozostanie w nieuszkodzonej obudowie i będzie dalej pracował, cała metalowa obudowa, dzięki przewodnikowi-wodzie, znajdzie się pod napięciem.

Indukcyjne urządzenia grzewcze

Działanie kotła indukcyjnego opiera się na indukcji magnetycznej, która pozwala przekształcać energię elektryczną w cieplną. Wewnątrz obudowy znajduje się obwód pierwotny z cewką indukcyjną, która po podaniu napięcia wytwarza zmienne pole magnetyczne.

W wyniku tego powstają tak zwane prądy Foucaulta (lub wirowe), które ogrzewają metal, a ten przekazuje swoje ciepło krążącemu nośnikowi.

Sprawdzone czasem kotły z grzałką można bez obaw instalować nawet w pokoju mieszkalnym, natomiast dla urządzeń indukcyjnych lepiej przewidzieć osobne pomieszczenie – mimo reklamowych deklaracji producentów, medycyna nie potwierdziła nieszkodliwości pól elektromagnetycznych dla człowieka.

Zalety kotłów indukcyjnych w porównaniu z urządzeniami z grzałką:

• Najwyższy poziom sprawności – 98-99%.
• Większa powierzchnia grzewcza, a co za tym idzie, szybsze przekazywanie ciepła.
• Na elemencie grzejnym nie tworzy się kamień kotłowy.
• W pełni autonomiczne i nie wymagają serwisowania.
• Oprócz wody jako czynnik grzewczy można stosować produkty naftowe i olej.

Główną wadą takich urządzeń jest wysoka cena oraz konieczność podłączenia bojlera pośredniego ogrzewania lub zbiornika akumulacyjnego w celu zapewnienia domu ciepłej wody. Dlatego, mimo szeregu zalet urządzeń indukcyjnych, palmę pierwszeństwa w popycie konsumenckim mocno dzierżą dwuobwodowe kotły z grzałką.

Kotły z nagrzewnicami elektrodowymi

Działanie kotła elektrodowego opiera się na wysokiej przewodności cieplnej wody. Wewnątrz obudowy znajdują się elektrody ujemne i dodatnie, wytwarzające prąd elektryczny, a między nimi krąży czynnik grzewczy.

Ogrzewanie następuje dzięki energii uwalnianej podczas rozszczepiania cząsteczek na naładowane jony i ich ruchu do elektrody o odpowiedniej biegunowości. Dzięki temu nagrzewanie wody w komorze kotła następuje niemal natychmiastowo.

Obowiązkowym warunkiem dla kotła elektrodowego jest dobre uziemienie, ponieważ urządzenia należą do potencjalnie niebezpiecznych, a obudowa może „przebijać” silnym ładunkiem prądu.

Zalety kotłów elektrodowych w porównaniu z urządzeniami grzałkowymi:

• Podgrzewają wodę 10 razy szybciej.
• Zużywają o 20–30% mniej energii elektrycznej.
• Mają kompaktowe rozmiary nawet przy wysokiej wydajności (najczęściej modele są oferowane w wersji ściennej).
• Nie ulegają awariom przy skokach napięcia.

Jednak ze względu na istotne wady kotły elektrodowe nie zyskały jeszcze szerokiego rozpowszechnienia. Używa się ich głównie do ogrzewania, ale można zorganizować drugi obwód dla ciepłej wody użytkowej pod warunkiem dodatkowego wyposażenia systemu w zasobnik (bojler) pośredniego ogrzewania.

Urządzenia te są bardzo wymagające co do składu cieczy, która jest nośnikiem ciepła. Zwykła woda wodociągowa jest wykluczona, zaleca się stosowanie specjalnej cieczy o zbilansowanym składzie soli. Ponadto elektrody stopniowo rozpuszczają się podczas pracy i wymagają wymiany.

Kotły elektrodowe są bardzo kompaktowe, ale nie odznaczają się wysoką mocą, dlatego do ogrzewania dużych powierzchni przewidziano moduły z kilkoma połączonymi szeregowo urządzeniami.

W celu bezpiecznego użytkowania kotła elektrodowego zaleca się wyposażenie go w dodatkowy zestaw automatyki, który jest sprzedawany osobno i często kosztuje więcej niż samo urządzenie. Przede wszystkim jest to pompa obiegowa i elektroniczny regulator temperatury, który steruje temperaturą nagrzewania.

Niezbędny jest również kontroler prądu, regulujący natężenie prądu, z możliwością wyłączania urządzenia, aby nie dopuścić do zagotowania wody.

Na co zwrócić uwagę przy zakupie?

Kiedy Pan/Pani już ustalił(a), jaki typ urządzenia chce kupić, najwyższy czas pomyśleć o jego wymiarach i parametrach technicznych.

Najczęściej kotły elektryczne instaluje się w kuchni, ale można również wyposażyć mini kotłownię, która pozwoli ukryć mało atrakcyjne instalacje i dodatkowe urządzenia (zbiornik akumulacyjny, bojler/zasobnik pośredniego ogrzewania itp.).

Wybór urządzenia ze względu na sposób montażu

Niezależnie od rodzaju konstrukcji, wszystkie kotły dwufunkcyjne można podzielić na dwie duże grupy – ścienne i stojące. Wymiary i wybór modelu zależą bezpośrednio od powierzchni, którą trzeba ogrzać, a także od ilości wolnego miejsca na samo urządzenie.

Kocioł ścienny różni się od stojącego małymi rozmiarami – w razie potrzeby można go schować w wiszącej szafce lub szafie, ale nawet nie zamaskowane urządzenie nie wygląda nieporęcznie i doskonale harmonizuje z innymi urządzeniami gospodarstwa domowego.

Urządzenia wiszące przeznaczone są do ogrzewania stosunkowo niewielkich powierzchni – do 100 m2, dlatego najczęściej instaluje się je w mieszkaniach lub małych domkach letniskowych. Mocuje się je za pomocą specjalnych wsporników do dowolnej pionowej powierzchni, która wytrzyma takie obciążenie.

Kotły stojące są dość nieporęcznymi urządzeniami, ale mogą zapewnić domowi o powierzchni do 200 m2 ciepło i nieprzerwaną dostawę wody, przy czym zbiorniki akumulacyjne mogą być wbudowane w samo urządzenie (co znacznie zwiększa jego wymiary) lub montowane osobno.

Jeśli powierzchnia domu przekracza 200 m², można wyposażyć kotłownię w kilka kotłów elektrycznych lub zastosować dodatkowe źródła ogrzewania – urządzenia na paliwo stałe lub panele słoneczne.

Obliczenie wymaganej mocy

Najprostszym sposobem jest podzielenie ogrzewanej powierzchni przez 10. Uważa się, że przy ogrzewaniu 10 m² zużyty zostanie 1 kW, ale uzyskana liczba będzie bardzo przybliżona, gdyż takie obliczenia mają sens tylko dla pomieszczeń o wysokości nieprzekraczającej 3 metrów.

Ponadto straty ciepła w dużej mierze zależą od obecności izolacji, jakości okien i ich rozmiarów, cech klimatycznych regionu oraz materiałów użytych w budowie domu.

Jeśli w domu są wysokie sufity, należy najpierw określić objętość pomieszczenia (powierzchnię pomnożyć przez wysokość). Następnie obliczyć wymaganą moc, zakładając, że na 1 m3 potrzeba 35 W.

Przy zakupie rozważaj modele, których moc jest o 15-20% wyższa od obliczonych wartości – lepiej ustawić kocioł na niższy tryb niż marznąć w zimie przy pracującym na maksymalnych obrotach urządzeniu.

Do otrzymanego wyniku należy dodać „zapas”:

• 10% – przy dużej powierzchni oszklenia (okna panoramiczne, weranda itp.).
• 15% – przy braku izolacji budynku.
• 10-15% – dla regionu z mroźnymi zimami.
• 20% – na dodatkowe obciążenie przy pracy CWU w trybie przepływowego podgrzewania.

Przy obliczaniu wymaganej mocy dla kotłów z wbudowanym zbiornikiem należy kierować się danymi podanymi przez producenta w dokumentacji technicznej.

Od parametrów technicznych kotła zależy również sposób jego zasilania. Urządzenia do 10 kW można podłączyć do standardowej sieci 220 V, a mocniejsze kotły – do sieci trójfazowej (przy czym może być wymagane zezwolenie od lokalnych zakładów energetycznych, jeśli do domu nie doprowadzono linii 380 V).

Inne ważne niuanse

Zgodnie z zasadą podgrzewania wody, dwuobwodowe kotły elektryczne można podzielić na przepływowe i akumulacyjne. Pierwsze są dobrym wyborem dla małego domu i rodziny, mogą swobodnie obsłużyć 1-2 punkty poboru wody oprócz ogrzewania. Jednak pomimo kompaktowości i wygody użytkowania, urządzenie „2 w 1” ma znaczną wadę – wysokie obciążenie sieci elektrycznej.

Natomiast agregat akumulacyjny zajmuje znacznie więcej miejsca ze względu na dodatkowy zbiornik, w którym przechowywany jest zapas ciepłej wody. Zaletą tego typu urządzenia jest to, że może ono dostarczać duże ilości wody i pozwala zaoszczędzić do 10% na energii elektrycznej, ponieważ nie zużywa energii na ciągłe podgrzewanie, a jedynie utrzymuje jej temperaturę.

Dzięki izolacyjnej obudowie straty ciepła wody w zbiorniku w ciągu godziny nie przekroczą 0,5 stopnia. W karcie technicznej urządzenia przeznaczonego do podłączenia do systemu CWU powinna być podana jego wydajność – minimalna i maksymalna temperatura, objętość wody oraz niezbędny czas jej podgrzewania.

Nowoczesne kotły elektryczne umożliwiają sterowanie urządzeniem i kontrolowanie temperatury ogrzewania w pomieszczeniu za pomocą smartfonów lub systemu „inteligentny dom”.

Dodatkowo kocioł może być wyposażony w:

• Blok automatyki do zdalnego sterowania za pomocą pilota lub przez sieć.
• Zabezpieczenie przed zamarzaniem, które pozwoli utrzymać minimalną temperaturę w systemie, co jest istotne w domkach letniskowych i podmiejskich, gdzie nie ma stałych mieszkańców.
• Czujniki, które śledzą zmiany pogody, włączają urządzenie przy spadku temperatury i wyłączają w słoneczne godziny.
• Urządzenie obniżające temperaturę wody do podłączenia do systemu „ogrzewanie podłogowe”.
• Czujniki z możliwością programowania mikroklimatu w całym pomieszczeniu lub poszczególnych pokojach według własnego uznania.

Oczywiście, „bonusy” od producenta podnoszą koszt urządzenia, ale dzięki nim obsługa kotła jest znacznie wygodniejsza.

Sposoby oszczędzania podczas eksploatacji

Aby zmniejszyć koszty energii elektrycznej przy użyciu kotła elektrycznego jako urządzenia grzewczego i podgrzewacza wody, należy obniżyć ogólne straty ciepła w domu.

Przede wszystkim warto wymienić stare drewniane ramy na nowoczesne okna z 2-3 komorami powietrznymi oraz zadbać o ocieplenie ścian (najlepiej zewnętrzne) styropianem, wełną mineralną lub innymi materiałami o niskiej przewodności cieplnej.

Inne opcje oszczędzania:

1. Dodatkowe podłączenie lub oddzielne urządzenia działające na energię alternatywną (panele słoneczne, turbiny wiatrowe, kominek na drewno) znacznie zmniejszą zużycie energii elektrycznej.
2. Wielotaryfowy licznik pozwoli mniej płacić za ogrzewanie nocne, a na okres porannych i wieczornych „godzin szczytu” można urządzenie wyłączyć (najdroższa jest energia elektryczna zużyta w przedziałach 8.00–11.00 i 20.00–22.00). A jeśli uzupełnić system zewnętrznym akumulatorem ciepła, można gromadzić tanią energię nocną, aby zużywać ją w ciągu dnia.
3. Rekuperator w systemie wentylacyjnym pomoże utrzymać ogrzane powietrze wewnątrz domu.
4. Tygodniowy programator zbierze dane o pracy systemu za wskazany okres czasu, aby dobrać najbardziej komfortowy i ekonomiczny tryb eksploatacji przy minimalnym zużyciu energii.
5. Termoregulatory pokojowe będą kontrolować zmiany w mikroklimacie domu i przekazywać dane do wbudowanego wewnątrz kotła czujnika, który będzie wyłączać/włączać ogrzewanie, chroniąc przed przegrzaniem powietrza i dodatkowymi stratami ciepła.

Przy prawidłowej organizacji pracy kotła elektrycznego można zmniejszyć zużycie energii elektrycznej i związane z tym koszty nawet o 40%.

Z energooszczędnymi wariantami ogrzewania nieruchomości podmiejskich zapozna następny artykuł, szczegółowo omawiający to bardzo interesujące zagadnienie.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Zalecamy zapoznać się z zestawieniem przeglądów i praktycznych porad dotyczących zastosowania kotłów elektrycznych o różnej konstrukcji do ogrzewania i ciepłej wody użytkowej w domu.

Niuanse ogrzewania elektrycznego – kotły i inne elektryczne urządzenia grzewcze, obliczanie mocy urządzeń i kosztów sezonu grzewczego:

Chociaż dwuobwodowe kotły elektryczne wydają się bardzo wygodne w użytkowaniu, zanim udasz się na zakupy, oblicz koszty energii elektrycznej za zimny okres roku lub skontaktuj się ze specjalistami w dziedzinie ciepłownictwa.

Być może doradzą Państwu bardziej ekonomiczny system z jednokonturowym kotłem i bojlerem pośredniego ogrzewania lub zaprojektują ogrzewanie kombinowane, gdzie „żarłoczność” urządzenia elektrycznego będzie kompensowana dodatkowymi źródłami energii.

Proszę pisać komentarze w bloku znajdującym się poniżej. Proszę opowiedzieć, co dla Państwa było decydującym argumentem przy wyborze modelu kotła dwuobwodowego. Proszę dzielić się przydatnymi informacjami, które przydadzą się odwiedzającym witrynę, i zadawać pytania.