Elektryczne ogrzewanie w domu jednorodzinnym: przegląd najlepszych rodzajów elektrycznych systemów grzewczych

Wybór systemu ogrzewania to kluczowe zagadnienie, od którego zależy komfort mieszkania i ochrona finansów właściciela. Rozpatrując różne opcje, warto zwrócić uwagę na elektryczne ogrzewanie w domu jednorodzinnym, ocenić jego plusy i minusy, aby porównać z innymi propozycjami.

Nowoczesne systemy zasilane energią elektryczną są bardzo różnorodne. Nie wszystkie z nich zużywają nadmiernie duże ilości prądu. Szczegółowo omówimy każdy z nich.

Dlaczego wybiera się ogrzewanie elektryczne?

Uważa się powszechnie, że ogrzewanie domu systemami zasilanymi elektrycznie jest zbyt kosztowne. Dlatego ich zalety nie są brane pod uwagę.

Elektryczne systemy ogrzewania należą do najbardziej ekologicznych. Nie emitują żadnych substancji do atmosfery.

To zupełnie błędne, ponieważ systemy elektryczne mają wiele istotnych zalet, korzystnie odróżniających je od ogrzewania innych typów:

• Bezpieczeństwo. Urządzenia nie działają z otwartym płomieniem ani substancjami wybuchowymi, w przeciwieństwie do innych urządzeń grzewczych. Starannie ułożona instalacja elektryczna to niezawodna ochrona przed możliwym pożarem.
• Łatwość sterowania i obsługi. Systemy automatyczne regulują pracę urządzeń, co wymaga minimalnej ingerencji człowieka. Brak elementów wymagających regularnej wymiany lub czyszczenia.
• Pełne bezpieczeństwo ekologiczne. Podczas pracy system nie emituje toksycznych substancji, dlatego można go montować we wszystkich pomieszczeniach.
• Brak konieczności przechowywania zapasu paliwa. W związku z tym nie jest potrzebne specjalne pomieszczenie do składowania materiałów palnych.
• Kompaktowość. Większość urządzeń charakteryzuje się niewielkimi rozmiarami. Różnorodny design urządzeń pozwala łatwo dobrać model do każdego stylistycznie wnętrza.
• Niski koszt. W porównaniu z urządzeniami grzewczymi innych typów, cena takiego samego sprzętu jest znacznie niższa.

Wśród istotnych wad systemów elektrycznych, oprócz dość wysokiego kosztu energii elektrycznej, należy dla uczciwości odnotować całkowitą zależność energetyczną urządzeń.

Oznacza to, że w przypadku przerwy w dostawie prądu wszystkie urządzenia przestaną działać, co będzie szczególnie odczuwalne w miejscach z częstymi wyłączeniami. Ponadto do nieprzerwanej pracy sprzętu potrzebna będzie mocna sieć elektryczna, która nie wszędzie jest dostępna.

Do aranżacji ogrzewania wodnego z kotłem elektrycznym wybiera się wyłącznie system zamknięty z wyposażonym w membranę zbiornikiem wyrównawczym, za pomocą którego reguluje się ciśnienie w systemie.

Ogrzewanie wodne z kotłem elektrycznym

Stanowi standardowy system z ciekłym czynnikiem grzewczym krążącym w obiegu grzewczym. Jego główna różnica polega na tym, że ogrzewanie czynnika odbywa się wyłącznie za pomocą kotła elektrycznego.

W związku z tym taki system będzie miał pewne cechy szczególne. Przede wszystkim może być tylko typu zamkniętego i musi być wyposażony w zbiornik wyrównawczy z membraną.

W przeciwnym razie nie uda się uniknąć nierównomiernego ogrzewania pomieszczeń, strat prędkości i mocy wymiany ciepła, co doprowadzi do nadmiernego zużycia energii elektrycznej, a w konsekwencji do nieuzasadnionych wydatków. Z tych samych powodów nie zaleca się instalowania systemu z naturalną cyrkulacją.

Optymalnym wariantem jest wymuszona cyrkulacja czynnika grzewczego, co pozwoli maksymalnie oszczędzać energię elektryczną. Do pracy z takim systemem grzewczym można użyć trzech typów kotłów elektrycznych. Omówimy zalety i wady każdego z nich.

Kotły z grzałkami rurowymi

W każdym z takich urządzeń instalowane są grzałki rurowe. Są to elementy grzewcze działające na zasadzie ogrzewania rezystancyjnego przewodnika, przez który przepływa prąd elektryczny.

Ze względu na to, że muszą pracować w cieczy, na urządzeniach dodatkowo instaluje się zabezpieczenie w postaci wodoodpornej obudowy i solidnej izolacji. Dlatego moc grzałek rurowych nieco się zmniejsza.

Na rysunku przedstawiono konstrukcję elektrycznego kotła z grzałką

W rezultacie sprawność każdej takiej grzałki wynosi nie więcej niż 80%. Dlatego aby kotły tego typu mogły ogrzewać czynnik grzewczy do wymaganej temperatury, konieczne jest albo zwiększenie liczby grzałek, albo zainstalowanie grzałek o większej mocy.

W każdym razie straty energii są nieuniknione, co negatywnie wpływa na ekonomiczność urządzeń tego typu. Najczęściej producenci instalują w jednym kotle 3-4 grzałki. Przewidziane są różne tryby pracy urządzenia. W zależności od tego, w pracę mogą być załączone wszystkie elementy grzejne, tylko jeden z nich lub grupy elementów.

Moc kotłów elektrycznych typu grzałkowego waha się w zakresie od 3 do 50 kW. Najmocniejsze modele są przeznaczone do podłączenia do sieci trójfazowej, mniej wydajne mogą pracować z sieci jednofazowej.

Kompozycja grzałek w urządzeniu może być różna, co wpływa na ich wygląd zewnętrzny. Mogą być wykonane w formie cylindrów z «ukrytymi» wewnątrz elementami grzejnymi i umieszczonym w osobnej obudowie blokiem sterującym lub mieć typową prostokątną formę z wyprowadzonymi na obudowę elementami sterowania.

Koszt kotłów tego typu jest bardzo niski, co wynika z ich nieekonomiczności.

W trakcie eksploatacji powierzchnia grzałki pokrywa się kamieniem i osadami soli, dlatego trzeba ją regularnie wymieniać.

Urządzenia grzałkowe mają również inne wady. Przede wszystkim jest to krótki okres «życia» elementu grzejnego. W trakcie eksploatacji urządzenia pokrywa się on osadami soli i ulega awarii.

Dlatego regularna wymiana grzałek jest niezbędna dla takiego urządzenia. Kolejną «wadą» jest to, że podczas uruchamiania urządzenia z małą ilością czynnika grzewczego lub przy jego braku, grzejniki ulegają awarii.

Kotły o działaniu elektrodowym

Zasada działania urządzenia zasadniczo różni się od modeli grzałkowych. Do wytwarzania ciepła wykorzystywane są drgania częstotliwościowe w sieci prądu przemiennego, które z kolei powodują drgania jonów znajdujących się w elektrolicie, co prowadzi do jego szybkiego nagrzania.

Sam kocioł stanowi obudowę z dwiema elektrodami zanurzonymi w czynniku grzewczym, którego rolę pełni ciecz przewodząca prąd lub elektrolit. Najczęściej w tym celu stosuje się płyn niezamarzający (antyfreez) tej lub innej marki.

Urządzenia elektrodowe korzystnie wyróżniają się kompaktowością i niewielką wagą, przy czym ich moc grzewcza jest wysoka. Takie kotły można instalować w grupach, uruchamiając w miarę potrzeby jeden lub kilka urządzeń jednocześnie. Kolejną zaletą urządzeń elektrodowych jest ich praktycznie całkowita niewrażliwość na wahania napięcia w sieci.

Kotły elektrodowe są bardzo kompaktowe, co korzystnie odróżnia je od analogów z grzałkami oporowymi

Bezpieczny dla nich zakres wahań wynosi 15-20%, co jest dość dużo. Jednak dla urządzeń bardzo ważna jest stabilność częstotliwości prądu zmiennego. Kotły elektrodowe są całkowicie bezpieczne pożarowo, ponieważ takie urządzenie nie może się przegrzać, a w przypadku braku czynnika grzewczego po prostu się nie włączy.

Urządzenie nagrzewa się bardzo szybko. Pod względem ekonomiczności przewyższa analog z grzałkami oporowymi o 20%, czyli jego sprawność wynosi około 98%. Przy tym jego wydajność można zwiększyć.

Osiąga się to poprzez połączenie urządzenia z rurami metalowymi. W ten sposób strefa jonizacji czynnika grzewczego znacznie się rozszerza, co daje efekt zwiększenia wydajności. Koszt kotłów elektrodowych nie jest wysoki. Dlatego gdy takie urządzenie pojawiło się po raz pierwszy, uważano je za prawie idealne urządzenie grzewcze.

Jednak w trakcie eksploatacji ujawniły się również wady. Przede wszystkim niestabilna moc urządzenia.

Bardzo silnie zależy od składu chemicznego cieczy przewodzącej prąd i jej temperatury, ponieważ nawet przy niewielkich odchyleniach zmienia się przewodność elektryczna roztworu, co prowadzi do zmian intensywności nagrzewania. Ponadto system elektrodowy bardzo słabo nadaje się do automatycznego sterowania i regulacji.

Kotły elektrodowe można instalować w grupach, co zapewnia znaczną wygodę ich eksploatacji

Dla kotłów tego typu niezwykle ważny jest skład i czystość czynnika grzewczego. W przypadku nieprzestrzegania proporcji roztworu lub jego zanieczyszczenia wszystkie zalety takiego systemu znikają. Dlatego co najmniej raz w roku należy korygować skład chemiczny elektrolitu.

Z tą samą częstotliwością konieczne będzie czyszczenie wymiennika ciepła i całego systemu grzewczego z osadów solnych, które będą się gromadzić dość szybko. Obowiązkowym warunkiem podłączenia elektrycznego systemu ogrzewania domu typu elektrodowego jest obecność obwodu uziemienia.

Tak więc pomimo tego, że takie urządzenia grzewcze są bardziej ekonomiczne niż ich odpowiedniki z grzałkami oporowymi, nie cieszą się one szczególnym zainteresowaniem. Dość duża liczba wad sprawia, że ich użycie do ogrzewania domu prywatnego nie jest zbyt wygodne.

Kotły grzewcze typu indukcyjnego

Są to najbardziej zaawansowani przedstawiciele elektrycznych systemów grzewczych. Podstawą tych urządzeń jest zasada indukcji elektromagnetycznej. Wszystko przebiega w następujący sposób. Przez uzwojenie pierwotne, znajdujące się w rdzeniu urządzenia, przepuszczany jest prąd elektryczny.

Indukuje napięcie w uzwojeniu wtórnym, znajdującym się bliżej obudowy urządzenia. Stanowi ono labiryntowy układ rur, przez który przepływa czynnik grzewczy.

Na rysunku schematycznie przedstawiono kocioł indukcyjny i zasadę jego działania

Przy zwarciu obwodu wtórnego powstaje rezystancyjne nagrzewanie przewodnika, a w konsekwencji czynnika grzewczego. Nie ma przy tym żadnych strat energii, dlatego sprawność takiego układu wynosi prawie 100%.

Nagrzewanie cieczy następuje bardzo szybko i równomiernie. Kotły indukcyjne są bardzo ekonomiczne. Wskaźnik ten wzrasta jeszcze bardziej dzięki samoindukcji układu, która jest związana z dodatkową mocą bierną.

Wytwarzają ją prądy przepływające przez wtórny obwód zamknięty. Przy tym wartości powstającej dodatkowej mocy są dość duże. Nieco inaczej działa odmiana kotła indukcyjnego – wirowy nagrzewacz indukcyjny (WIN).

Na jego uzwojenie pierwotne podawane jest napięcie, które wcześniej jest przekształcane na wysoką częstotliwość. W ten sposób natężenie pola elektromagnetycznego gwałtownie wzrasta.

Co daje równie gwałtowny wzrost natężenia prądu, który jest generowany przez to pole? Cechą kotła WIN jest to, że nie ma on uzwojenia wtórnego. Zamiast niego wykorzystywane są wszystkie metalowe powierzchnie urządzenia.

Specjalnie wykonuje się je z materiałów o wyraźnych właściwościach ferromagnetycznych. Pojawienie się prądów wirowych prowadzi do przemagnesowania, co powoduje silne i praktycznie natychmiastowe nagrzewanie stopów ferromagnetycznych.

Kotły indukcyjne są kompaktowe, ale przy tym mają znaczną wagę

W związku z tym w procesie wymiany ciepła uczestniczą praktycznie wszystkie masywne elementy obudowy, co pozwala uzyskać bardzo wysoką sprawność, zbliżającą się do 100%. Kotły indukcyjne obu odmian charakteryzują się znaczną wagą i stosunkowo niewielkimi rozmiarami. Można je montować pojedynczo lub w grupach, to ostatnie daje znaczne korzyści przy organizacji ogrzewania budynku.

Kocioł typu indukcyjnego do wyposażenia działki lub małego domu jednorodzinnego można wykonać samodzielnie. Przewodnik po montażu kotła indukcyjnego, przedstawiony w polecanym przez nas artykule, pomoże wybrać optymalny wariant i poprawnie skonstruować urządzenie.

Do zalet kotłów indukcyjnych można zaliczyć szybkie, niemal natychmiastowe nagrzewanie. Urządzenie łatwo poddaje się regulacjom, dlatego montuje się na nim automatyczne bloki sterowania, zapewniające precyzyjne ustawienia. Pod względem bezpieczeństwa elektrycznego i pożarowego te urządzenia są najkorzystniejsze w porównaniu z analogami innych typów.

Wysoka sprawność urządzeń indukcyjnych nie zmniejsza się nawet po długotrwałej eksploatacji. Wynika to z faktu, że wewnątrz urządzenia nie gromadzą się osady soli ani kamień kotłowy. Są one usuwane przez wysokoczęstotliwościowe mikrowibracje towarzyszące pracy urządzenia. Z tego samego powodu nie ma szczególnych wymagań co do składu chemicznego czynnika grzewczego. Kotły są na niego niewrażliwe.

Zastosowanie kotłów indukcyjnych pozwala zaoszczędzić około 40% energii elektrycznej w porównaniu z użyciem kotłów elektrycznych innych typów

Kolejną zaletą jest długi okres eksploatacji kotłów indukcyjnych. Bez przesady może on liczyć dziesiątki lat. Wynika to z faktu, że urządzenie po prostu nie ma podatnych na uszkodzenia elementów. Kontakt części elektrycznej urządzenia z czynnikiem grzewczym jest całkowicie wyeliminowany.

Problemy mogą wystąpić jedynie w przypadku spawów, które zazwyczaj służą bardzo długo. Główną zaletą urządzeń tego typu jest ekonomiczność.

Praktyka pokazuje, że pozwala ono zaoszczędzić do 40% energii elektrycznej w porównaniu z analogami grzałkowymi i elektrodowymi. Do wad należy zaliczyć niewielki hałas wibracyjny, który kotły wydają podczas pracy.

Masywność, co wymaga uwagi podczas montażu, zwłaszcza jeśli urządzenie jest mocowane do ściany. Kolejną wadą jest dość wysoki koszt urządzeń indukcyjnych.

Urządzenia do ogrzewania na podczerwień

Do ogrzewania swojego domu podmiejskiego energią elektryczną można zastosować nowoczesne systemy ogrzewania na podczerwień. Działają one na zasadzie przekazywania energii za pomocą fal na pewną odległość.

Wszystko przebiega w następujący sposób. Emiter przekształca energię elektryczną w falę z zakresu podczerwieni i ją przekazuje. Fale poruszają się, dopóki nie trafią na jakąkolwiek nieprzezroczystą powierzchnię.

Rozkład temperatur przy użyciu ogrzewania na podczerwień jest znacznie bardziej komfortowy dla człowieka niż przy stosowaniu tradycyjnych metod ogrzewania

Tutaj przekształcają się one w energię cieplną, ogrzewając ciało, które napotkały na swojej drodze. Ogrzany w ten sposób przedmiot, czy to duży mebel, podłoga czy ściana, zaczyna oddawać ciepło do atmosfery, ogrzewając tym samym powietrze w pomieszczeniu.

W ten sposób uzyskuje się maksymalnie równomierne ogrzewanie pomieszczenia, a temperatury rozkładają się w sposób najbardziej komfortowy dla człowieka. Przy tym praktycznie nie ma strat energii, co warunkuje wysoką sprawność grzejników na podczerwień.

Produkowane są w różnych wariantach. Szczególnie popularna jest specjalna folia na podczerwień z zatopionymi wewnątrz emiterami węglowymi. Jest używana do budowy systemów ogrzewania podłogowego, może być stosowana na suficie i na ścianach. Folie pokrywa się dowolnym materiałem wykończeniowym, co nie wpływa na jej właściwości.

Grubość folii na podczerwień jest niewielka, jest niewidoczna pod każdym pokryciem. System jest odporny na wilgoć, nie boi się obciążeń dynamicznych. Nadaje się do demontażu i ponownego użycia.

W sprzedaży można znaleźć grzejniki na podczerwień, zarówno zwykłe, jak i wykonane w postaci płyt o różnych rozmiarach. Są one również przeznaczone do mocowania na ścianach lub suficie. Jednak w tym przypadku chodzi raczej o ogrzewanie dodatkowe niż podstawowe.

Pod względem ekonomiczności urządzenia na podczerwień przewyższają wszystkie znane elektryczne systemy ogrzewania. Wynika to z tego, że są w stanie bardzo szybko ogrzać pomieszczenie, po czym automatyczny sterownik okresowo włącza/wyłącza urządzenie, utrzymując wymagany reżim temperaturowy.

Do wad systemów na podczerwień można zaliczyć ścisłą kierunkowość ogrzewania. Urządzenie ogrzewa tylko obszar znajdujący się przed nim. Dlatego na przykład folię na podczerwień układa się na całym obwodzie podłogi lub sufitu.

Kolejną wadą jest dość wysoki koszt takiego sprzętu, zwłaszcza jeśli trzeba zakupić materiał do urządzenia ogrzewania podłogowego lub systemu PLEN na sufit. Trzeba jednak przyznać, że takie nakłady finansowe dość szybko się zwracają.

Nowoczesne grzejniki na podczerwień mogą być wykonane w formie dekoracyjnego panelu.

Elektryczne konwektory grzejne

Działanie tych urządzeń jest podobne do funkcjonowania grzejników. One również się nagrzewają i przekazują ciepło otaczającemu je powietrzu. Różnica polega na tym, że w konwektorach nie ma czynnika grzewczego. Dlatego systemy rur doprowadzających/odprowadzających nie są potrzebne.

Zamiast tego wewnątrz urządzenia znajdują się elementy grzejne, które ogrzewają jego powierzchnię. Do pobierania zimnego powietrza służy dolna część urządzenia.

Wnika do wnętrza konwektora przez specjalną siatkę. Nagrzewając się od elementu grzejnego, powietrze unosi się wyżej i wydostaje się na zewnątrz przez górną kratkę.

Podczas pracy urządzenia grzewczego powstaje stabilny wznoszący strumień ciepłego powietrza, który dość szybko ogrzewa pomieszczenie. Do regulacji temperatury grzania urządzenie jest wyposażone w termostat, może być zamontowany automatyczny moduł sterowania.

Producenci oferują szeroką gamę modeli urządzeń o różnej mocy i designie. Do pomieszczeń o podwyższonej wilgotności można zakupić urządzenia ze specjalną ochroną. Z kryteriami wyboru konwektora elektrycznego zapozna następny artykuł, który polecamy przeczytać.

Konwektory są niezwykle proste w obsłudze i bezpieczne. Element grzejny urządzenia znajduje się wewnątrz jego obudowy, natomiast zewnętrzny panel nagrzewa się bardzo niewiele, więc nie można się o niego poparzyć.

Na rysunku przedstawiono schematycznie zasadę działania konwektora elektrycznego: zimne masy powietrza są zasysane przez urządzenie od dołu, a po przetworzeniu wyprowadzane na zewnątrz u góry.

Urządzenia grzewcze są bezgłośne, więc nie powodują żadnych niedogodności. Produkowane są różne warianty konwektorów, w tym mobilne modele przenośne. Istnieją urządzenia przeznaczone do montażu w podłodze. Montuje się je pod oknami, przed drzwiami oraz w innych podobnych miejscach, gdzie tworzą efektywną kurtynę cieplną, zapobiegającą przedostawaniu się zimna do pomieszczenia.

Do negatywnych cech konwektorów zalicza się ich niewielką moc. Dlatego do ogrzania budynku potrzebna będzie dość duża ich liczba, co stanowi poważne obciążenie dla instalacji elektrycznej. Ponadto efektywność energetyczna takich urządzeń nie jest wysoka. Pobierają one dość dużą ilość energii elektrycznej.

Odmiana konwektora elektrycznego, która jest wbudowywana bezpośrednio w podłogę

Elektryczne systemy ogrzewania podłogowego

Zasada ich działania polega na wykorzystaniu przewodników rezystancyjnych, które nagrzewają się podczas przepływu przez nie prądu elektrycznego. W gruncie rzeczy elektryczne ogrzewanie podłogowe stanowi kabel grzejny, który może być dwu- lub jednożyłowy, co określa sposób jego układania.

Istnieją odmiany wyposażone w matrycę półprzewodnikową. Są to tak zwane kable samoregulujące, zdolne do kontrolowania nagrzewania.

Do wykonania ogrzewania podłogowego można zastosować kabel grzejny, który układa się bezpośrednio w wylewce. Nie istnieje dla niego inny sposób montażu. W tym przypadku wylewka cementowa staje się swoistym akumulatorem ciepła.

Bardziej wygodnym w układaniu wariantem są maty elektryczne. Stanowią one ten sam kabel grzejny, który jest przymocowany do siatki z włókna szklanego.

Zaletą mat jest możliwość układania nie tylko w wylewce. W niektórych przypadkach, na przykład pod płytki ceramiczne, taki system można ułożyć bezpośrednio w kleju, którego warstwę trzeba będzie nieco zwiększyć.

Główną wadą obu wariantów podłogi kablowej jest to, że w przypadku uszkodzenia jednego z odcinków systemu, część konstrukcji znajdująca się za nim ulega awarii.

Podczas montażu kabel grzewczy układa się tak, aby jego odcinki nie stykały się ze sobą.

Tej wady pozbawione są prętowe maty grzewcze. Stanowią one pary przewodników połączonych równolegle umieszczonymi prętami.

System działa na zasadzie samoregulacji stopnia nagrzewania. Podłogi grzewcze dowolnego typu wyposażone są w termostat, który kontroluje rozgrzanie urządzenia do określonej temperatury, po czym urządzenie się wyłącza.

Okresowe automatyczne włączanie systemu odbywa się tylko w celu utrzymania zadanej temperatury. Taki tryb pracy pozwala oszczędzać energię elektryczną, jednak takie ogrzewanie jest wciąż dość energochłonne.

Dlatego częściej używa się go jako dodatkowego systemu ogrzewania oraz do tworzenia w pomieszczeniach szczególnie komfortowych stref ciepła. Mogą to być na przykład miejsca do zabaw dla dzieci lub podłoga w łazience.

Systemy prętowe nadal działają nawet w przypadku awarii jednego z elementów.

Stosowane w gospodarstwach domowych odmiany elektrycznych podłóg grzewczych przedstawiono tutaj. Osobom chcącym porównać różne warianty systemów, ocenić ich plusy i minusy, radzimy zapoznać się z treścią tego artykułu.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Przegląd wideo pokaże, który z kotłów elektrycznych wybrać dla swojego domu:

Omówimy cechy różnych typów elektrycznych podłóg grzewczych:

Jak działa ogrzewanie na podczerwień:

Grzejniki olejowe, elektryczne ogrzewacze i tym podobne urządzenia można zaliczyć do kategorii «wczorajszy dzień». Zorganizowanie przy ich pomocy pełnowartościowego ogrzewania jest praktycznie niemożliwe. Ponadto są one bardzo nieoszczędne, więc rachunki za energię elektryczną będą po prostu astronomiczne.

Omówione powyżej elektryczne systemy grzewcze są skuteczne i mogą być używane w domach jednorodzinnych. Ważne jest tylko, aby dobrze ocieplić budynek, w przeciwnym razie będzie trzeba płacić zbyt dużo za energię elektryczną.

A jaki typ elektrycznych systemów grzewczych używa Pan/Pani w celu poprawy komfortu w swoim domu? Być może znane są Panu/Pani przydatne szczegóły wyboru i eksploatacji elektrycznego sprzętu grzewczego? Proszę pisać komentarze, zostawiać zdjęcia na temat artykułu, zadawać pytania w znajdującym się poniżej bloku.