Optymalne wykorzystanie kotłów elektrycznych w ogrzewaniu
Optymalne wykorzystanie kotłów elektrycznych w ogrzewaniu. Fot. Unsplash
Postępująca elektryfikacja i zwiększające się możliwości wykorzystania energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych, zarówno z mikroinstalacji, jak i z sieci energetycznej, sprawiają, że inwestorzy interesują się także różnymi rozwiązaniami ogrzewania elektrycznego i jego efektywnym wykorzystaniem. Do systemów takich można zaliczyć ogrzewanie oparte na dużych kotłach elektrycznych z magazynami ciepła oraz na małych urządzeniach w budynkach mieszkalnych.
Zobacz także
ZMK SAS Sp. z o.o Kotły na pellet a standardy Ekoprojektu – jak doradzić klientowi wybór nowoczesnego źródła ciepła?
Wybór kotła na pellet nie powinien ograniczać się wyłącznie do ceny urządzenia. Coraz większe znaczenie mają efektywność energetyczna, poziom emisji, wygoda obsługi oraz zgodność z aktualnymi wymaganiami...
Wybór kotła na pellet nie powinien ograniczać się wyłącznie do ceny urządzenia. Coraz większe znaczenie mają efektywność energetyczna, poziom emisji, wygoda obsługi oraz zgodność z aktualnymi wymaganiami prawnymi. Dlatego podczas rozmowy z klientem warto jasno wyjaśnić, czym są standardy Ekoprojektu i dlaczego mają one bezpośredni wpływ na komfort oraz koszty eksploatacji instalacji grzewczej
Hoval Sp. z o.o. Kotły w obudowach zewnętrznych – ważne aspekty projektowe
Na etapie projektowania budynku inwestor we współpracy z architektem i projektantem instalacji sanitarnych musi podjąć decyzję o zlokalizowaniu kotłowni gazowej. Często zdarza się, że z uwagi na moc projektowanej...
Na etapie projektowania budynku inwestor we współpracy z architektem i projektantem instalacji sanitarnych musi podjąć decyzję o zlokalizowaniu kotłowni gazowej. Często zdarza się, że z uwagi na moc projektowanej kotłowni oraz ograniczenia przestrzenne – zabronione jest jej wybudowanie w piwnicy i konieczne staje się jej zlokalizowanie na najwyższej kondygnacji budynku.
RESAN pracownia projektowa W jaki sposób zaprojektować źródło ciepła, aby prawidłowo ogrzać budynek?
Budynki komercyjne lub użyteczności publicznej mogą mieć własne źródła ciepła, (kotły, pompy ciepła) lub być podłączone do sieci miejskiej poprzez węzeł cieplny. Niezależnie od wybranego rozwiązania, prawidłowo...
Budynki komercyjne lub użyteczności publicznej mogą mieć własne źródła ciepła, (kotły, pompy ciepła) lub być podłączone do sieci miejskiej poprzez węzeł cieplny. Niezależnie od wybranego rozwiązania, prawidłowo zaprojektowane i wykonane źródło ciepło jest absolutną podstawą do tego, by ogrzewanie budynku było niezawodne, wydajne i energooszczędne.
|
W artykule: • Kotły elektryczne na wymianę pozaklasowych źródeł ciepła • Rozwiązania techniczne • Ekonomiczność stosowania • Instalacje OZE i magazyny energii z dotacjami |
Dzięki świadomemu wykorzystaniu prądu z OZE oraz współpracy z magazynami ciepła (a nawet energii) zasilany energią elektryczną kocioł grzewczy do c.o. i c.w.u. może stanowić rozwiązanie wydajne i efektywne energetyczne, a jednocześnie stosunkowo tanie w zakupie. Urządzenia te pojawiają się zarówno w obiektach nowych, jak i remontowanych – stosuje się je m.in. na wymianę pozaklasowych źródeł ciepła w budynkach jedno- i wielorodzinnych czy do współpracy z innymi urządzeniami grzewczymi (np. jako źródło szczytowe lub alternatywne uruchamiane przy najniższej taryfie energetycznej). Jako urządzenia samodzielne kotły zasilane energią elektryczną sprawdzają się szczególnie:
- w obiektach sezonowych (rzadko wykorzystywanych w okresie grzewczym);
- w obiektach, w których z różnych względów nie można zapewnić układu odprowadzania spalin, w tym zabytkowych;
- w domach energooszczędnych lub pasywnych, tj. przy niewielkim zapotrzebowaniu na energię, nieprzekraczającym 30–60 kWh/(m2 · rok),
- do współpracy z instalacjami wykorzystującymi OZE – np. instalacjami PV czy turbinami wiatrowymi.
Kotły elektryczne na wymianę pozaklasowych źródeł ciepła
Jeśli kocioł elektryczny ma zostać zastosowany jako urządzenie na wymianę pozaklasowego źródła ciepła w domu jednorodzinnym lub mieszkaniu w budynku wielorodzinnym, na jego zakup i montaż można uzyskać dofinansowanie w ramach programów konsumenckich.
W programie „Czyste Powietrze” dotacją może zostać objęty zakup/montaż urządzenia grzewczego elektrycznego (innego niż pompa ciepła), materiałów instalacyjnych wchodzących w skład systemu ogrzewania elektrycznego, zbiornika akumulacyjnego/buforowego, zbiornika cwu z osprzętem. W zależności od poziomu finansowania wartość dotacji może wynieść 40, 70 lub 100% kosztów kwalifikowanych i odpowiednio maks. 5,6 tys., 9,7 tys. i 13,9 tys. zł [1].
W programie „Ciepłe Mieszkanie” dotacja przysługuje na ogrzewanie elektryczne wraz z osprzętem (bufor lub zbiornik) właścicielom lub najemcom mieszkania z zasobów 886 gmin, które podpisały odpowiednie umowy z NFOŚiGW. Wnioski o dotacje należy więc składać do gmin, a wypłaty mają zostać zrealizowane do końca 2026 roku. Dotacja na całe przedsięwzięcie (nie tylko samo urządzenie grzewcze) może wynieść zależnie od poziomu dofinansowania: do 30, 60 i 90% kosztów kwalifikowanych i odpowiednio maks. 16,5 tys., 27,5 tys. i 41 tys. zł (w przypadku gmin z najbardziej zanieczyszczonym powietrzem wartości te są wyższe). Szczegółowe warunki naboru określają poszczególne gminy [2].
Przeczytaj także: Hybrydy, czyli kotły i pompy ciepła | RynekInstalacyjny.pl
Rozwiązania techniczne
Na rynku dostępne są kotły, w których wykorzystuje się różne zjawiska konwersji energii elektrycznej na ciepło stosowane do przygotowania wody grzewczej i ciepłej wody użytkowej:
- kotły z grzałkami (najczęściej spotykane na rynku i często określane mianem „kotłów elektrycznych”), w których elementem roboczym są grzałki oporowe wykonane z metalowego drutu oporowego w osłonie stalowej (dostępne są także wykonania ze stali nierdzewnej), miedzianej lub mosiężnej. W wyniku wysokiej rezystancji grzałek przepływ prądu powoduje ich nagrzewanie i oddawanie strumienia ciepła bezpośrednio do medium grzewczego, najczęściej wody. Liczba grzałek zależy od mocy kotła – większa umożliwia m.in. ich sekwencyjne uruchamianie, co pozwala dostosować zużycie energii do bieżącego zapotrzebowania na moc;
- kotły indukcyjne, w których wykorzystywane jest zjawisko indukcji elektromagnetycznej – uzwojenie (cewka) pod wpływem płynącego prądu wytwarza pole magnetyczne, które powoduje powstawanie prądów wirowych w materiale ferromagnetycznym (najczęściej stali w wykonaniu odpowiednim do zapewnienia jej trwałości). Dzięki prądom wirowym ferromagnetyk nagrzewa się, oddając ciepło bezpośrednio do medium grzewczego;
- kotły elektrodowe, w których prąd jest przekształcany w ciepło w wyniku przepływu energii między elektrodami zanurzonymi w medium grzewczym w procesie elektrolizy. Warunkiem prawidłowej pracy tych kotłów są odpowiednie parametry fizykochemiczne wody grzewczej zapewniające realizację elektrolizy (z tego też powodu kotły te nie mogą być stosowane do instalacji z płynami niezamarzającymi opartymi na glikolach).
Kotły do domów i mieszkań zasilane energią elektryczną występują w różnych wielkościach i wykonaniach. Ich moc wynosi zwykle od 4 do 24 kW i w zależności od wielkości i przeznaczenia mogą mieć zasilanie jedno- lub trójfazowe. Podobnie jak inne kotły grzewcze przepływowe, kotły elektryczne występują jako jedno- lub dwufunkcyjne, przystosowane do pracy w układzie c.o. otwartym i zamkniętym, w wersji wiszącej lub stojącej. Nie wymagają odprowadzania spalin czy wydzielenia odrębnego pomieszczenia (kotłowni). Inwestorzy doceniają małą wagę i wymiary tych urządzeń, łatwość montażu oraz koszt zakupu – niższy niż innych urządzeń o porównywalnej mocy grzewczej.
Aby można było zapobiegać korozji czy osadzaniu się kamienia kotłowego na elementach roboczych kotłów elektrycznych mających bezpośredni kontakt z wodą, konieczna jest jej odpowiednia jakość. W zależności od rodzaju rozwiązania przekształcającego energię elektryczną w ciepło stosowane są różne rodzaje zabezpieczeń antykorozyjnych (np. odpowiednie wykonanie materiałowe), a także rozwiązania chroniące przed uszkodzeniami związanymi np. z przegrzaniem elementów roboczych.
Kotły zasilane energią elektryczną cechują się wysoką, zbliżoną nierzadko do 100%, sprawnością przekształcania energii elektrycznej w energię cieplną, co wynika z konwersji energii bezpośrednio w miejscu jej wykorzystania i braku strat na przesyle. Możliwe jest także sterowanie i programowanie ich pracy. Współpracują zarówno ze sterownikami pokojowymi (reakcja na zmianę temperatury w pomieszczeniach), jak i pogodowymi (kocioł reaguje automatycznie na temperaturę na zewnątrz budynku, dopasowując moc grzewczą do konkretnych potrzeb). Kocioł elektryczny powinien być też wyposażony w dobrej jakości programator, który umożliwia nie tylko odpowiednie nastawy temperatury zewnętrznej i temperatury w pomieszczeniach, ale też współpracę kotła z buforem c.o., zasobnikiem c.w.u. czy instalacjami OZE.
Ekonomiczność stosowania
Kocioł elektryczny, podobnie jak inne współcześnie stosowane rozwiązania grzewcze, np. gazowe kotły kondensacyjne czy pompy ciepła, ma szansę pracować efektywnie w budynku odpowiednio ocieplonym i o zapotrzebowaniu na energię do ogrzewania zbliżonym do wymagań dla nowych budynków. Dlatego podstawowym działaniem jest zmniejszenie zapotrzebowania budynku lub mieszkania na energię grzewczą, w pierwszym rzędzie poprzez jego termomodernizację.
Kolejnym krokiem jest ograniczanie poboru energii z sieci, gdy jest ona droga, i maksymalne korzystanie z niej wtedy, kiedy jest najtańsza. Duże szanse na obniżenie kosztów eksploatacji grzewczych urządzeń elektrycznych dają wprowadzane taryfy dynamiczne, czyli zmiany cen pobieranej energii co godzinę, 30 minut lub nawet co kwadrans, w zależności od zapotrzebowania na energię oraz jej podaży. Pełne wykorzystanie taryf dynamicznych (czyli pobieranie energii w okresach jej najniższej ceny) wymaga dostosowania dobowego korzystania z energii do zmieniających się warunków.
Zanim taryfy dynamiczne zostaną sprawdzone w codziennym stosowaniu, użytkownicy mają do dyspozycji taryfy dwustrefowe (zróżnicowanie cen energii w ciągu doby lub tygodnia – najczęściej z podziałem na taryfę dzienną i nocną lub codzienną i weekendową). Według taryfy dwustrefowej (G12 lub G12W) cena prądu jest nawet o 40% niższa w określonych godzinach lub w weekendy. Mając kocioł elektryczny, najlepiej rozliczać pobór energii elektrycznej właśnie z wykorzystaniem taryf dwustrefowych. Pełne wykorzystanie zalet tańszej taryfy jest możliwe przy magazynowaniu energii. Kotły zasilane energią elektryczną mogą być wyposażone w odpowiednie moduły umożliwiające współpracę z buforem c.o. czy zasobnikiem c.w.u. (magazyny ciepła) oraz w sterowniki zapewniające współpracę z magazynem energii.
Najprostszą i najtańszą formą jest magazynowanie energii cieplnej w magazynie ciepła (buforze lub zasobniku c.w.u.) – ładowanie takiego magazynu powinno następować w godzinach obowiązywania niższej ceny energii elektrycznej, a wykorzystanie – odpowiednio do potrzeb w okresach droższej taryfy.
Magazyny ciepła w porównaniu do magazynów energii elektrycznej oznaczają dla inwestora mniejszy koszt, nie tylko inwestycyjny. Jak wskazuje Instytut Energetyki Odnawialnej, jednostkowe koszty magazynowania energii elektrycznej (przeliczone na 1 kWh zmagazynowanej energii i wyznaczone przy założeniu jednego cyklu ładowanie/rozładowanie dziennie) mogą być ponad dwukrotnie wyższe niż w przypadku magazynów ciepła – poniżej 1 zł/kWh [3].
Natomiast magazyny energii elektrycznej sprawdzą się szczególnie w domach o wysokim poziomie elektryfikacji (gdzie energię elektryczną warto magazynować także do celów innych niż ogrzewanie oraz na okresy dłuższe niż cykl dobowy) i we współpracy z instalacjami fotowoltaicznymi oraz z przydomowymi turbinami wiatrowymi. Daje to bowiem możliwość magazynowania energii darmowej.
Jeśli zatem pozwalają na to warunki (np. usytuowanie budynku, jego zorientowanie względem stron świata, natężenie promieniowania słonecznego, wietrzność), warto zastosować dobrze dobraną do danego budynku instalację PV lub małą turbinę wiatrową wraz z magazynem energii. Możliwa jest wówczas nie tylko autokonsumpcja darmowej energii, ale i jej magazynowanie (np. na noc). Przykładowo pojemność zasobnika c.w.u. w instalacji z elektrycznym źródłem ciepła korzystającej z odnawialnego źródła energii dobiera się w oparciu o zakładany okres nieuzyskiwania prądu z OZE (od 24 do 72 h), przy założeniu określonego zużycia c.w.u. (najczęściej 50 l/osobę/dobę) [4].
Instalacje OZE i magazyny energii z dotacjami
Choć sam kocioł elektryczny jest rozwiązaniem stosunkowo tanim, stworzenie efektywnego energetycznie układu kocioł – instalacja OZE – magazyn energii elektrycznej/cieplnej oznacza wyższe koszty inwestycyjne. NFOŚiGW prowadzi programy konsumenckie, które dzięki bezzwrotnym dotacjom umożliwiają zmniejszenie nakładów inwestycyjnych o maks. 50% kosztów kwalifikowanych.
W popularnym programie „Mój Prąd”, do którego szósty nabór rusza 2 września 2024 r., dotowane będą instalacje PV oraz magazyny ciepła (do 5 tys. zł za magazyn ciepła o min. pojemności 20 dm3) i energii (do 16 tys. zł za magazyn energii elektrycznej o min. pojemności 2 kWh, odpowiadającej wartości 1,5 kWh na każdy 1 kW mocy instalacji PV) podłączone do sieci elektroenergetycznej. Co ważne, w przypadku instalacji zgłoszonej do przyłączenia po 1 sierpnia 2024 r. magazyn energii będzie rozwiązaniem obowiązkowym. Moc szczytowa mikroinstalacji PV będzie mogła wynosić od 2 do 10 kW w przypadku instalacji zgłoszonych do przyłączenia do 31.07.2024 r., a do 20 kW dla instalacji zgłoszonych do przyłączenia od 1 sierpnia 2024 r.
Za sprawą nowego programu „Moja elektrownia wiatrowa” zainteresowanie inwestorów może także budzić wykorzystanie wiatru jako OZE. Na obszarach o wysokiej wietrzności i dobrych warunkach wykorzystania wiatru małe (tzw. przydomowe) turbiny wiatrowe mogą w istotny sposób uzupełnić pracę instalacji PV. W ramach programu można uzyskać dotację do 30 tys. zł (maks. 5 tys. zł na 1 kW) na instalację wiatrową o mocy od 1 do 20 kW oraz o wysokości do 30 m oraz do 17 tys. zł (maks. 6 tys. zł/1 kWh) na magazyn energii elektrycznej o pojemności minimalnej 2 kWh [6].
Zgodnie z wymaganiami programu „Mój Prąd” łączna moc szczytowa wszystkich instalacji OZE posiadanych przez prosumenta, wliczając instalację PV i magazyn energii, ale także np. turbiny wiatrowe, nie może przekroczyć 50 kW.
Opr. red.
Literatura
1. Dokumenty obowiązujące od 14 czerwca 2024 r., https://czystepowietrze.gov.pl/wez-dofinansowanie/dokumenty-programowe/dokumenty-obowiazujace (dostęp: 5.07.2024)
2. Ciepłe Mieszkanie – trwa drugi nabór, https://strefainstalatora.pl/poradnik-instalatora/cieple-mieszkanie-drugi-nabor-trwa-od-wrzesnia-2023 (dostęp: 5.07.2024)
3. Bogacz Agnieszka (red.), Rynek Fotowoltaiki w Polsce 2022, Raport Instytutu Energetyki Odnawialnej, Warszawa 2022
4. Michalski Marcin, Magazyny ciepła i energii dla domów jednorodzinnych, „Rynek Instalacyjny” 6/2022, https://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/cieplownictwo/143071,magazyny-ciepla-i-energii-dla-domow-jednorodzinnych
5. Strona informacyjna programu „Mój Prąd”, https://mojprad.gov.pl (dostęp: 5.07.2024)
6. Moja elektrownia wiatrowa – nowy program NFOŚiGW, https://strefainstalatora.pl/poradnik-instalatora/moja-elektrownia-wiatrowa-nowy-program-nfosigw (dostęp: 5.07.2024)
