Jak zrobić ogrzewanie elektryczne domu, mieszkania lub domku letniskowego? Cz. 1

Ogrzewanie elektryczne, czyli co wybrać? Sprzedawca i instalator zachwala to co sprzedaje i z czego ma zysk, ale co obiektywnie się opłaca?

Mieszkam w domku jednorodzinnym z lat 90 i obecnie mam ogrzewanie za pomocą kotła na ekogroszek. Wiem, że muszę zmienić ogrzewanie na inne, ale na jakie? Sytuacja zmusiła mnie do szczegółowego przeanalizowania dostępnych na rynku rozwiązań czego efektem jest poniższy poradnik. Ponieważ każda sytuacja jest inna, tylko Ty możesz stwierdzić co będzie się opłacać w Twojej sytuacji. W poniższym artykule znajdziesz informacje na temat najpopularniejszych rodzajów ogrzewania elektrycznego. Dowiesz się jakie mają wady i zalety oraz na co należy zwrócić szczególną uwagę, aby potem nie żałować swojego wyboru.

W artykule znajdziesz:

Spis treści:

• Jakie są rodzaje ogrzewania elektrycznego?
• Ogrzewanie elektryczne od czego zacząć?
  • Po co komplikować sprawę?
• Czy ogrzewanie elektryczne jest bezpieczne?
  • Działanie promieniowania podczerwonego na oczy
  • Działanie podczerwieni na skórę
  • Normy i przepisy w ogrzewaniu elektrycznym
  • Oznakowanie CE
• Czy instalacja wytrzyma ogrzewanie elektryczne?
  • Czemu przewody się grzeją?
  • Maksymalne obciążenie gniazdka elektrycznego?
  • Jaki przekrój mają żyły przewodów umieszczone w ścianie?
  • Jaki prąd znamionowy ma gniazdko?
  • Obciążalność długotrwała kabli i przewodów
  • Wpływ temperatury otoczenia na obciążalność przewodu – przykład
  • Maksymalne obciążenie gniazdka – jakie są zalecenia i dobre praktyki?
  • Ile prądu zużywa ogrzewanie elektryczne np. grzejnik?
• Jakie są tryby pracy ogrzewania?
• Jakiej mocy ogrzewanie elektryczne wybrać?
  • Kubatura pomieszczenia
  • Oczekiwany przyrost temperatury
  • Współczynnik izolacji cieplnej
  • Ogrzewanie elektryczne – przykład obliczeń
  • Jak przeliczyć kcal/h na W lub kW?
• Nagrzewnice elektryczne
• Kanałowe nagrzewnice stosowane w systemach wentylacji i rekuperacji
• Kurtyny powietrzne
  • Jak dobrać kurtynę powietrzną?
  • Czy kurtyna powietrzna może przyczynić się do uzyskania oszczędności?
• Pompa ciepła
  • Jak działa pompa ciepła?
  • Co to jest dolne źródło ciepła?
  • Co to jest górne źródło ciepła?
  • Co to jest COP?
  • Co to jest SCOP?
  • Dlaczego ogrzewanie pompą ciepła jest ekonomiczne?
  • Co to jest entalpia?
  • Jakie są rodzaje pomp ciepła?
  • Jak klasyfikujemy pompy ciepła zgodnie z Polską Normą?
  • Rodzaje instalacji centralnego ogrzewania (CO) współpracujące z pompami ciepła
    • Ogrzewanie płaszczyznowe
    • Klimakonwektory
    • Grzejniki
    • Zasobniki buforowe
  • Jaki hałas powoduje pompa ciepła?
  • Jaki może być maksymalny poziom hałasu na granicy działki?
  • Jaki maksymalny poziom hałasu może przenikać do pomieszczeń?
  • Co to jest kierunkowość źródeł dźwięku?
  • Czy za hałas wywołany pracą pompy ciepła (lub klimatyzatora) można dostać „mandat”?
  • Czy pompa ciepła może chłodzić?
  • Jakiego zasilania wymaga pompa ciepła?
  • Jaką pompę ciepła wybrać?
• Klimatyzatory z funkcją grzania
  • Na co zwrócić uwagę wybierając klimatyzator z funkcją grzania?
  • Podsumowując wybór klimatyzatora jako podstawowego źródła ciepła
  • Jak porównać koszty i jak wybrać klimatyzator z funkcją grzania?
• Podsumowanie części 1

Ogrzewanie elektryczne to ogólne pojęcie pod którym kryje się wiele rodzajów źródeł cierpła zacznę od ustalenia:

Jakie są rodzaje ogrzewania elektrycznego?

Ogrzewanie elektryczne można podzielić na różne sposoby, ale najczęściej można spotkać się z podziałem:

• ogrzewanie akumulacyjne,
• nagrzewnice elektryczne,
• klimatyzatory i kurtyny powietrzne z funkcją grzania,
• grzejniki elektryczne,
• promienniki podczerwieni tzw. grzejnik halogenowy, lub grzejnik kwarcowy.
• Grzałki elektryczne (bufory ciepła do CO lub CWU, kotły CO).
• Elektryczne ogrzewanie podłogowe:
  • maty grzejne,
  • kable grzejne,
  • folie grzejne,
  • maty grzejne do suchego montażu.

Spotykany jest również podział ogrzewania elektrycznego ze względu na sposób montażu:

• przenośne,
• montowane na stałe.

Przeglądając różne rodzaje ogrzewania elektrycznego możesz spotkać również nazewnictwo: grzejnik konwektorowy, grzejnik radiacyjny, grzejnik promiennikowy. Nazewnictwo to pochodzi od rodzaju oddawania ciepła. Elektryczne grzejniki konwektorowe działają na zasadzie tzw. konwekcji, czyli zasysają zimne powietrze, ogrzewają je i oddają jako ciepłe. W przypadku grzejników radiacyjnych np. olejowych, ogrzanie powietrza następuje poprzez radiacje, czyli wypromieniowanie. Pod pojęciem elektryczny grzejnik promiennikowy kryją się promienniki podczerwieni zwane również grzejnikami halogenowymi.

Jak widać jest dość dużo rodzajów ogrzewania elektrycznego domu, wiec powstaje pytanie, które jest najlepsze? Jakie wybrać?

Nie będę zanudzał Cię teorią i informacjami na temat sposobu wytwarzania ciepła (ograniczę to zagadnienie do minimum), lecz skupię się na zagadnieniach ważnych dla przyszłego użytkownika i instalatora. Zagadnień tych nie da się rozdzielić, ponieważ komfort użytkowania, często nawet sprawność całego ogrzewania zależy od prawidłowego zamontowania systemu grzewczego więc dobrze aby inwestor jeszcze przed zakupem określi w jakim miejscu należy zamontować dane źródło ciepła np. na podłodze, ścianie czy suficie. Zanim zacznę opisywać konkretne rozwiązania odpowiem na pytanie:

Ogrzewanie elektryczne od czego zacząć?

Ogrzewamy, ponieważ chcemy utrzymać w danym pomieszczeniu określoną temperaturę więc należy zacząć od ustalenia ile ciepła będziesz potrzebować? Temperatura w przyrodzie dąży do wyrównania więc przemieszcza się z elementu o wyższej temperaturze w kierunku przedmiotu lub otoczenia o niższej temperaturze. Ponieważ rozmawiamy o ogrzewaniu domu lub mieszkania w sezonie grzewczym ciepło będzie przemieszczać się od źródła ciepła np. grzejnika poprzez pomieszczenie na zewnątrz gdzie temperatura jest niższa. Dla każdego z nas oczywiste jest, że jeśli w ogrzewanym pomieszczeniu otworzymy okno to pomieszczenie dość szybko się wychłodzi. Tempo w jakim pomieszczenie się wychłodzi zależy od różnicy temperatur pomiędzy wnętrzem pomieszczenia a dworem, czym większa różnica temperatur, tym szybszy proces wychładzania. Ale po co to piszę skoro to oczywiste, każdy to wie. Poruszam ten temat ponieważ dobierając ogrzewanie (nie tylko elektryczne) należy ustalić kilka parametrów czyli odpowiedzieć na kilka pytań:

• czy ogrzewanie elektryczne ma być jako jedyne źródło ciepła, czy ma to być dodatkowe źródło ciepła (dogrzanie tzw. tryb komfort np. w łazience uczucie ciepłej podłogi lub dogrzanie pasa pod dużym tarasowym oknem)?
• Czy ogrzewanie ma być całoroczne, czy tylko na okres dogrzań w okresie jesieni i wiosny?
• Jak duża jest kubatura ogrzewanych pomieszczeń?
• Jakie są straty ciepła (czy pomieszczenia są dobrze izolowane)?
• Jaką najniższą, długotrwale występującą temperaturę zewnętrzną przyjmujemy (np. która będzie występować przez minimum 12 godzin)?

Rzetelne ustalenie odpowiedzi na powyższe pytania pozwoli osobie znającej się na doborze ogrzewania oszacować Twoje zapotrzebowanie na ciepło dzięki czemu będzie można ustalić ile energii elektrycznej będziesz potrzebować do ogrzania domu, domku lub mieszkania. Tylko czy jest to konieczne?

Po co komplikować sprawę?

Przecież moc źródła ciepła np. kotła CO, czy grzejnika elektrycznego dobiera się na podstawie ogrzewanej powierzchni. „Fachowiec” pyta o powierzchnie do ogrzania, ewentualnie zapyta jeszcze o wysokość pomieszczenia i już proponuje odpowiednią moc kotła, grzejnika itd. Przecież tak się robi od lat… Owszem, w latach 80 i 90 takie podejście było standardem. Budowane wówczas domy miały słabe ocieplenie a do ogrzewania domów używało się albo kotłów na węgiel (tzw. kopciuchy), albo kotłów gazowych. Jednak przez ostatnie 30 lat technologia budowlana znacznie się zmieniła. Obecnie budynki budowane są w różnych technologiach i mają różnej jakości ocieplenie (zdarza się, że dobrej jakości ocieplenie jest źle zamontowane przez co realnie straty ciepła są spore), mają montowane okna i drzwi o różnych parametrach przenikalności cieplnej (tu również często popełniane są błędy montażowe). Do tego należy uwzględnić różne rodzaje wentylacji np. mechaniczna z odzyskiem ciepła (kiedyś była tylko wentylacja grawitacyjna). W związku z tym, jeśli do dziś budowanych domów będziemy stosować standardy (tabele i współczynniki) z lat 80 – 90 będzie to oznaczało, że ogrzewanie będzie znacznie przewymiarowane (za duże) co w praktyce oznacza zwiększone koszty montażu ogrzewania a nawet może doprowadzić do szybszego zużycia np. kotłów CO lub pomp ciepła. Jeśli źródło ciepła będzie niedoszacowane (będzie za małe) wówczas budynek będzie niedogrzany i w efekcie (szczególnie w okresie długotrwałych mrozów) nie uzyskasz oczekiwanych temperatur.

Obecnie jeśli chcesz realnie oszacować ile energii musisz dostarczyć, aby ogrzać budynek (energii w postaci prądu, węgla, gazu czy innego paliwa) powinieneś zlecić wykonanie audytu energetycznego budynku lub dokonanie Obliczeń Zapotrzebowania Cieplnego budynku zwanych również OZC. W praktyce rzetelne wykonanie takich obliczeń jest dość skomplikowane, wymaga specjalistycznej wiedzy, czasu i wiąże się z pewnymi kosztami, ale jest to najbardziej dokładna metoda ustalenia ile energii potrzebuje Twój budynek do utrzymania komfortowej, ustalonej przez Ciebie temperatury.

Polak nie lubi płacić za wiedzę 🙁 Płacenie za 30 minutową poradę lekarza, czy prawnika jest dla większości osób normalne, ale płacić za poradę elektryka? Przecież poświęcił tylko 30 minut! Takie podejście powoduje, że  obecnie najwięcej wykonywanych instalacji elektrycznych mamy w „standardzie lat 90”, w gratisie inwestor dostaje kłopoty które mogą wystąpić w przypadku wypadku i wypłaty ewentualnego odszkodowania (zdecydowana większość nowopowstających instalacji elektrycznych mimo, że działa i została odebrana to zawiera poważne błędy, wypłata odszkodowania zależy tylko od wiedzy i dociekliwości likwidatora szkód). Więcej na ten temat możesz dowiedzieć się z artykułu Instalacja elektryczna, a ubezpieczenie domu?

Wróćmy do pytania jak należy dobrać moc ogrzewania elektrycznego czyli źródła ciepła? Czy mamy do dyspozycji tylko wybór „na oko” lub kosztowny audyt energetyczny?

Jeśli nie zależy Ci na dokładnych wyliczeniach i wystarczy Ci samo orientacyjne oszacowanie mocy źródła ciepła to możesz poszukać w Internecie różnych stron z elektronicznymi kalkulatorami, które po podaniu orientacyjnej lokalizacji, gabarytów budynku, określeniu z czego jest wykonany i podaniu szczegółów np. grubość ścian, rodzaj ocieplenia orientacyjnie określą zapotrzebowanie na energię grzewczą. Pamiętaj, że w takich szacunkowych obliczeniach należy podać ilości przeszkleń oraz określić komfortową dla Ciebie temperaturę. W regulaminach stron internetowych znajdziesz zapisy że twórcy kalkulatorów nie biorą za nie odpowiedzialności a wyniki mogą zawierać błędy co oznacza, że korzystasz z nich na własną odpowiedzialność i wyniki warto sprawdzić na kilku kalkulatorach a opinii na poprawność ich wyliczeń warto poszukać na różnych forach lub tematycznych grupach w portalach społecznościowych. Tego typu obliczenia w oparciu o sprawdzone kalkulatory tylko szacunkowe, ale i tak lepsze niż dobór na „oko” według standardów z lat 90.

Jest jeszcze jeden sposób oszacowania energochłonności domu, który można zastosować tylko w istniejących budynkach (nie nadaje się do budynków, które będą dopiero budowane). Niezależnie od obecnego sposobu ogrzewania budynku w czasie najbliższego okresu grzewczego możesz dokładnie sprawdzić ile węgla (jakiej kaloryczności), gazu, peletu, oleju opałowego lub prądu zużyjesz na ogrzanie budynku. Następnie sprawdź jaką kaloryczność ma dane paliwo i przelicz ile energii zużyłeś. Jest to sposób czasochłonny (trwa cały sezon grzewczy), ale pokazuje realne zapotrzebowanie Twojego budynku na ciepło. Realne zużycie możesz porównać z wyliczeniami elektronicznych kalkulatorów, będziesz miał porównanie poprawności obliczeń, lub w trakcie wyjaśniania powstałych różnic może okazać się, że dane podane przez Ciebie w kalkulatorze odbiegają od realnie występujących. 

Nie pomogę Ci w ustaleniu zapotrzebowania na ciepło, ale mogę pomóc w podjęciu decyzji jakie elektryczne źródło ciepła możesz wybrać. W tym celu opiszę kilka najbardziej popularnych rozwiązań służących do ogrzewania pomieszczeń za pomocą prądu, ale zanim to zrobię zwrócę Twoją uwagę na często pomijaną kwestie bezpieczeństwa.

Czy ogrzewanie elektryczne jest bezpieczne?

Rozmawiając o bezpieczeństwie musimy omówić dwa aspekty:

• bezpieczeństwo dla ludzi, zwierząt i roślin,
• bezpieczeństwo w stosunku do przedmiotów będących w ogrzewanym pomieszczeniu oraz dla instalacji elektrycznej.

Niewiele osób zdaje sobie sprawę, że urządzenia grzewcze mogą zagrażać zdrowiu a w niektórych przypadkach nawet życiu osób, które przez dłuższy czas przebywają w danym pomieszczeniu. Zwróć uwagę np. na grzejnik halogenowy, który ogrzewa pomieszczenie za pomocą promieniowania podczerwonego. Promieniowanie podczerwone to fala elektromagnetyczna o odpowiedniej długości (podobnie jak fale radiowe, promieniowanie rentgena, czy światło widzialne, patrz poniższy rysunek). Jeśli producent ogrzewania elektrycznego za pomocą podczerwieni skoncentrował się tylko na niskiej cenie to może okazać się, że wraz z emitowanym promieniowaniem podczerwonym osoby przebywające w pomieszczeniu mogą być narażone na działanie szkodliwego dla organizmów żywych promieniowania mikrofalowego lub ultrafioletowego.

Zwracam Twoją uwagę na to zagadnienie nie po to aby Cię straszyć, lecz aby zwrócić uwagę na konieczność sprawdzania, czy producent lub importer danego produktu wystawił dla danego źródła ciepła deklaracje zgodności, oraz jakie niezależne laboratoria potwierdzają, że przeprowadziły ustandaryzowane badania w wyniku których mogły potwierdzić, że badany produkt jest bezpieczny, czyli, że spełnia wszystkie wymogi określone w obowiązujących dla niego normach np. Polskich Normach.

Aby nie być gołosłownym poniżej przytoczę informacje w jaki sposób niektóre rodzaje promieniowania podczerwonego wpływają na organizmy żywe:

Działanie promieniowania podczerwonego na oczy

Intensywne promieniowanie z zakresu bliskiej podczerwieni (IR-A) może powodować termiczne uszkodzenie i schorzenia siatkówki. Pozostałe zakresy promieniowania podczerwonego IR-B i IR-C są pochłaniane przez rogówkę i soczewkę, i nie docierają do siatkówki. Całe pasmo podczerwieni może powodować poparzenia i uszkodzenia rogówki, wysuszanie spojówki, podczas gdy IR-A  i IR-B  przyczynia się do  najpoważniejszej choroby związanej z narażeniem oka na promieniowanie podczerwone jaką jest zaćma podczerwienna (tzw. zaćma hutnicza), czyli zmętnienie soczewki. Zaćma ta rozwija się wolno, zwykle kilkanaście a nawet kilkadziesiąt lat i odnotowuje się ją w zakładach, w których dochodzi do częstego narażenia pracowników na intensywne promieniowanie podczerwone, zwłaszcza u hutników.

…

Działanie podczerwieni na skórę

Skutek zagrożenia skóry podczerwienią w niewielkim stopniu zależy od długości fali promieniowania, a głównie od własności optycznych i termicznych napromienianej tkanki. Podczerwień bliska jest w dużej części odbijana przez skórę natomiast pozostała część wnika w skórę, gdzie w warstwie naskórka jest słabo pochłaniana. Wnika natomiast ona do najgłębiej położonych warstw tkanki skórnej, a nawet podskórnej, nagrzewając je. Ponieważ obszary te są dobrze chłodzone przez przepływającą przez nie krew, odprowadzającą nadmiar ciepła do wnętrza organizmu, przyrost temperatury tkanki jest wolniejszy niż w przypadku braku chłodzenia i odczucie parzenia wystąpi później, przy większych poziomach natężenia napromienienia. Jednak dostarczenie organizmowi dużych ilości ciepła może doprowadzić do przegrzania, dlatego promieniowanie pasma IR-A jest pod tym względem bardziej niebezpieczne niż poczerwień daleka (IR-C), które prawie całkowicie zostaje pochłonięte w zewnętrznej, nie ukrwionej warstwie naskórka i rzadziej jest przyczyną przegrzania, natomiast łatwo może spowodować oparzenie skóry.

Źródło: https://www.ciop.pl/CIOPPortalWAR/appmanager/ciop/pl?_nfpb=true&_pageLabel=P30001831335539182278&html_tresc_root_id=23199&html_tresc_id=23216&html_klucz=19558&html_klucz_spis=

Jak widzisz ogrzewanie elektryczne za pomocą podczerwieni może być dość niebezpieczne, więc jeśli rozważasz ten lub inny rodzaj ogrzewania elektrycznego warto poświęcić chwilę i sprawdzić co na temat ogrzewania elektrycznego zapisano w Polskich Normach. 

Normy i przepisy w ogrzewaniu elektrycznym

Nie wystarczy, że na jakimś dokumencie znajdziesz zapis w stylu spełnia wymogi normy PN-EN… Ważne, abyś ustalił czego dana norma dotyczy (przecież chodzi o bezpieczeństwo osób, które będą w danym pomieszczeniu przebywać). Zobacz poniższy przykład w którym przytoczyłem kilka Polskich Norm:

• PN-EN 416:2020-03 – wersja angielska
  Gazowe rury promieniujące i systemy rur promieniujących do stosowania w pomieszczeniach niemieszkalnych — Bezpieczeństwo i efektywność energetyczna
• PN-EN 62798:2015-03 – wersja angielska
  Przemysłowe urządzenia elektrotermiczne — Metody badań promienników podczerwieni
• PN-EN 60335-2-30:2010/A12:2021-02 – wersja angielska
  Elektryczny sprzęt do użytku domowego i podobnego — Bezpieczeństwo użytkowania — Część 2-30: Wymagania szczegółowe dotyczące ogrzewaczy pomieszczeń
• PN-EN 60335-1:2012/A14:2020-05 – wersja angielska
  Elektryczny sprzęt do użytku domowego i podobnego — Bezpieczeństwo użytkowania — Część 1: Wymagania ogólne

Czy zauważyłeś, że niektóre normy dotyczą pomieszczeń niemieszkalnych, inne przemysłowych a jeszcze inne użytku domowego i podobnego (np. biura, pokoje hotelowe itp.). Zastanów się nad tym chociażby w kontekście ile czasu w danym pomieszczeniu przebywają ludzie w ciągu doby? Pamiętaj, jest wiele Norm i innych dokumentów określających jakość i zastosowanie ogrzewania elektrycznego. Wspomniane dokumenty co jakiś czas się zmieniają i należy sprawdzać zapisy aktualnie obowiązujących (Polskie Normy podają informacje czy dana norma jest obowiązująca, a jeśli pojawi się nowsza przy starym numerze zamieszczają informacje jaki jest numer Normy, która zastąpiła starą). Przytoczone powyżej Polskie Normy są tylko przykładowe, jest wiele Polskich Norm a ja nie znam wszystkich związanych z ogrzewaniem elektrycznym więc nie mogę ich tu wymienić, ale wiem, że przy odrobinie chęci łatwo można w Internecie sprawdzić na stronach PKN, czego dotyczy Norma, której numer zamieszczony został w dokumentacji źródła ciepła, które zamierzasz kupić. Normy to nie wszystko, powinieneś zwrócić szczególną uwagę na znak CE.

Oznakowanie CE

jest bardzo często podrabiane (poszukaj w Internecie pod frazą: china export). Unia Europejska wprowadzając obowiązek znakowania wyrobów znakiem CE narzuciła na przedsiębiorców dużą odpowiedzialność. Producenci lub importerzy znakując wyrób znakiem CE składają deklarację, że oznaczony w ten sposób wyrób spełnia zasadnicze wymagania przepisów wspólnotowych co do wyrobów wprowadzanych na rynek unijny. Nie będę Cię zanudzał informacjami o znaku CE a jedynie pokażę w jak wygląda prawidłowo wykonany znak CE.

Osoby zainteresowane tematem odsyłam do opracowań poświęconych temu zagadnieniu np. Kiedy oznakowanie CE jest obowiązkowe? W kontekście bezpieczeństwa wskazałem Ci kierunek (którego nie będę dalej kontynuował w tym artykule) związany z Polskimi Normami i oznakowaniem CE i w dalszej części artykułu opiszę zagadnienia związane z bezpieczeństwem podłączenia do zasilania ogrzewania elektrycznego czyli, czy instalacja elektryczna wytrzyma dodatkowe obciążenie?

Czy instalacja wytrzyma ogrzewanie elektryczne?

Jaka instalacja? Jeśli instalacja elektryczna jest zaprojektowana i wykonana z myślą o ogrzewaniu elektrycznym to nie ma się czym przejmować bo przekroje przewodów są odpowiednio dobrane na duże długotrwałe obciążenia związane z ogrzewaniem elektrycznym. Niestety w praktyce znaczna część ogrzewania elektrycznego jest instalowana w ramach „remontu” (w rozumieniu potocznym – temat opisany w artykule: Kiedy potrzebny jest projekt?) lub przebudowy w już istniejących domach lub mieszkaniach przez instalatorów którzy patrzą jak tu szybko zarobić na zasadzie podłączenia do najbliższego gniazdka lub najbliższej puszki elektrycznej (byle była w niej faza L i neutralny N). Inwestor w swojej nieświadomości (przecież zamówił specjalistę) jest zadowolony bo ogrzewanie ma podłączone tanio, szybko i działa (grzeje). Kłopot może zacząć się dopiero po jakimś czasie, gdy grzejące się przewody stają się problemem i powodem nieszczęścia.

Czemu przewody się grzeją?

W bardzo dużym uproszczeniu przewody elektryczne stosowane w budownictwie mieszkaniowym zbudowane są z miedzianych żył którymi płynie prąd i izolacji, która pokrywa żyły oraz tworzy zewnętrzną izolację przewodu lub kabla. Prąd elektryczny przepływając przez miedziane żyły musi pokonać opór jaki stawia miedź i w czasie tej wykonywanej pracy wydziela się ciepło. Zasada jest prosta. Czym cieńszy przewód i większy prąd przez niego przepływa tym więcej ciepła się wydziela. Wraz z wzrostem temperatury miedzianych żył zwiększa się ich rezystancja (opór stawiany przepływającemu prądowi) przez co przepływający przez przewód prąd wytwarza jeszcze więcej ciepła. Jeśli przewód jest źle dobrany do obciążenia np. grzejnika i przepływ prądu odbywa się w dłuższym odcinku czasu to przewód może się przegrzać co z kolei może doprowadzić do trwałego uszkodzenia izolacji (przewód będzie trzeba wymienić). Dodatkowo w opisanym przypadku (źle dobrany przekrój przewodu) wystąpią duże spadki napięć. W uproszczeniu w gniazdku elektrycznym jest napięcie 230 V, natomiast spadki napięcia na źle dobranym przewodzie mogą spowodować, że do grzejnika dotrze np. 150 V przez co grzejnik może słabo grzać lub może nawet się nie załączyć. Zagadnienie to opisałem w artykule: Czy agregat nadaje się do zasilenia podkaszarki?

W tym miejscu należy przypomnieć jaka jest rola „bezpieczników” w instalacji elektrycznej. W instalacji elektrycznej prawidłowo dobrane zabezpieczenia nadprądowe (bezpieczniki) mają za zadanie dbać, aby przewody elektryczne się nie przegrzały, czyli zabezpieczają kable i przewody przed termicznymi skutkami zwarć i przeciążeń. Niestety część pseudo fachowców, aby było szybko i tanio podłączy grzejnik i wymieni zabezpieczenie nadprądowe na większe np. z 16 A na 20 A. Takie działanie jest niezgodne z obowiązującymi przepisami i w razie wypadku (np. pożaru) może stanowić podstawy do odmowy wypłaty odszkodowania (temat opisany w artykule: Instalacja elektryczna, a ubezpieczenie domu?). Pozostaje więc pytanie ile Watów można „pociągnąć” z gniazdka lub innego przewodu w instalacji elektrycznej?

Maksymalne obciążenie gniazdka elektrycznego?

W domach i mieszkaniach gniazdko elektryczne (jednofazowe) najczęściej w rozdzielnicy zabezpieczone jest wyłącznikiem nadprądowym (bezpiecznikiem) o wartości 16 A, więc przy napięciu 230 V możemy do niego podłączyć maksymalne obciążenie 3 680 W (3,68 kW), ale w ten sposób nie możemy podchodzić to zagadnienia obciążalności gniazdka bo dojdziemy do błędnych wniosków, które mogą doprowadzić do wypadku np. pożaru. Analizując maksymalne obciążenie gniazdka należy zacząć od ustalenia ile gniazdek lub innych odbiorników np. oświetlenie znajduje się na danym obwodzie? W uproszczeniu jak wyłączysz zabezpieczenie nadprądowe (bezpiecznik) w rozdzielnicy to co przestanie działać czyli gdzie zniknie napięcie? Teraz należy spisać jakiej mocy są urządzenia którym wyłączyłeś zasilanie i ile energii elektrycznej łącznie zużywają (ile Watów)? Dla ułatwienia obliczeń przyjmijmy, że wszystkie urządzenia są włączone z pełną mocą. Zaznaczam, że powyższa metoda określania obciążenia podłączonego do obwodu (szacowania zapasu mocy w obwodzie) ma poważną wadę, ponieważ z czasem do jakiegoś gniazdka w tym obwodzie może zostać podłączone dodatkowe urządzenie np. farelka co może powodować zadziałanie zabezpieczeń.

Wracając do omawianego zagadnienia maksymalnej obciążalności obwodu elektrycznego. Sprawdź jakiej wartości zabezpieczenie nadprądowe jest założone na danym obwodzie. W domu lub mieszkaniu najczęściej będą to wartości 10, 16 lub 20 A, więc w uproszczeniu możemy wstępnie oszacować maksymalną moc jaką możemy podłączyć do danego obwodu (patrz poniższa tabela).

Wartość zabezpieczenia nadprądowego	Maksymalna moc w obwodzie 1-fazowym cos fi = 0,8	Maksymalna moc w obwodzie 3-fazowym cos fi = 0,8
10 A	1 840 W	5 542 W
16 A	2 944 W	8 868 W
20 A	3 680 W	11 085 W

Przypominam, jednym z zadań zabezpieczenia nadprądowego jest ochrona kabli i przewodów przed termicznymi skutkami zwarć i przeciążeń. Zabezpieczenie to zwane potocznie „eską” spełni swoje zadanie o ile jego wartość jest prawidłowo dobrana w stosunku do przekroju żyły kabla lub przewodu. Z doświadczenia wiem, że dość często ludzie sami wymieniają „bezpiecznik” na większy bo obecny zbyt często wyłącza. Po wymianie są zadowoleni bo teraz działa, ale nikt nie zwraca uwagi jakie ma to skutki dla przewodów, pamiętaj pod wpływem zbyt wysokiej temperatury, czyli przegrzania izolacja przewodów traci swoje właściwości izolacyjne co najczęściej zauważysz po kilku latach.

Nie chcę być gołosłowny, więc zobacz przykład w którym producent dla powszechnie stosowanego na budownictwie mieszkaniowym kabla (Kabel fotowoltaiczny H1Z2Z2-K 1×4 czarny HAR Eca PV 18048769) używanego w instalacjach fotowoltaicznych oficjalnie podaje, że w zależności od temperatury żywotność jego kabla może się zmieniać w zakresie od 25 lat do niecałych 3 lat.

Żywotność przewodu
1) Praca ciągła przy +90°C na żyle i temperaturze otoczenia do +60°C zapewnia co najmniej 25-letnią żywotność, natomiast przy +120°C na żyle i maksymalnej temperaturze otoczenia wynoszącej +90°C żywotność skraca się do 20000 h, czyli około 2 lat i 3 miesięcy.
2) Bezpośrednie ułożenie w ziemi wpływa na skrócenie żywotności przewodu

Źródło: https://www.sklephelukabel.pl/oferta/H1z2z2-k,8178/Artikel/18048769

Cóż, inwestor płaci za porządny kabel, aby mieć spokój na wiele lat a tu przez błędy montażowe i wystawienie kabla na działanie promieni słonecznych (jeśli kabel nie jest prowadzony w odpowiednich rurach osłonowych) to po kilku latach izolacja może stracić swoje właściwości w wyniku czego może dojść do pożaru. Podałem przykład kabli fotowoltaicznych ponieważ w tym wypadku producent oficjalnie podje jak wpływa temperatura na zmniejszenie żywotności jego produktu, ale pamięta że nie jest to odosobniony przypadek. Pod wpływem wysokiej temperatury izolacja każdego kabla i przewodu ulega degradacji (pytanie jak szybko). Z tego powodu należy minimum co pięć lat wykonywać obowiązkowy przegląd instalacji elektrycznej w skład którego wchodzą pomiary rezystancji izolacji kabli i przewodów. W ten sposób można ustalić w jakim tempie pogarsza się jakość izolacji i który kabel lub przewód należy wymienić.

Zostawmy już temat izolacji i przejdźmy do ustalenia rzeczy najtrudniejszej.

Jaki przekrój mają żyły przewodów umieszczone w ścianie?

Zagadnienie to jest szczególnie ważne w starych wielokrotnie przerabianych instalacjach w których mogą występować różne „niespodzianki”. Ponieważ sprawdzenie przekroju żyły wiąże się z koniecznością otworzenia rozdzielnicy i demontażem gniazdka prace te należy zlecić elektrykowi posiadającemu odpowiednie uprawnienia. Pamiętaj przekrój żyły to nie to samo co średnica mierzona suwmiarką, zagadnienie to opisałem w artykule: Średnica żyły, czy oszukują na jakości kabli i przewodów?

Jeśli elektryk potwierdził prawidłowy dobór wartości zabezpieczenia nadprądowego w stosunku do przekroju żył przewodu to można już oszacować maksymalne dodatkowe obciążenie danego obwodu. W dużym uproszczeniu dla obwodów jednofazowych możemy to oszacować korzystając z poniższego wzoru:

P = U * I * cos fi

Ponieważ znamy napięcie (230 V) i przyjmiemy wartość cos fi 0,8 (producenci urządzeń domowych często podają wartości dla cos fi = 1 dotyczy obciążenia rezystancyjnego ale ponieważ w domu mamy podłączone do gniazdek róże urządzenia musimy przyjąć wariant mniej korzystny czyli 0,8 który jest tylko szacunkowy i realnie może być jeszcze niższy). Korzystając z przyjętych założeń wystarczy do wzoru podstawić wartość zabezpieczenia nadprądowego i dla najczęściej występujących zabezpieczeń będą to wartości:

Wartość prądu	Cos fi = 0,8	Cos fi = 1
10 A	1 840 W	2 300 W
16 A	2 944 W	3 680 W
20 A	3 680 W	4 600 W

Skoro masz już oszacowaną wartość maksymalnego obciążenia jakie możesz podłączyć do danego obwodu można od niej odjąć łączną moc podłączonych do danego obwodu urządzeń. W tym temacie może okazać się pomocny kalkulator który możesz pobrać z artykułu: Jak obniżyć zużycie prądu – kalkulator?

Wracając do bezpieczeństwa i wytrzymałości instalacji elektrycznej pozostało nam ustalić:

Jaki prąd znamionowy ma gniazdko?

Załóżmy, że w Twojej rozdzielnicy obwód gniazd zabezpieczony jest wyłącznikiem nadprądowym o wartości 16 A. Z rozdzielnicy do gniazda ułożony jest przewód YDYp 3×2,5 mm². Czy na tej podstawie możesz stwierdzić, że z gniazdka bezpiecznie możesz pobierać prąd o wartości 16 A? Niestety nie. Należy sprawdzić jaką obciążalność podaną w Amperach (A) ma samo gniazdko.

Obecnie większość dostępnych w sprzedaży gniazdek jednofazowych produkowanych jest na prąd znamionowy 16 A, ale jeszcze kilka lat temu w sprzedaży było sporo gniazd o prądzie znamionowym 10 A. Ponieważ rozmawiamy o podłączeniu do gniazdka ogrzewania elektrycznego (czyli odbiornika o dużej mocy) łatwo może dojść do sytuacji w której gniazdo może ulec zniszczeniu (np. nadtopieniu tworzyw sztucznych lub może się zapalić), a mimo to zabezpieczenie nadprądowe nie wyłączy obwodu. Dlaczego? W omawianym przypadku gniazdko wytrzyma max. 10 A, a zabezpieczenie nadprądowe wyłączy po przekroczeniu 16 A (dużo gorsza sytuacja jest w starych instalacjach w których stosowano bezpieczniki topikowe często „watowane” przez mieszkańców). Ponieważ rozmawiamy ogólnie o podłączeniu elektrycznego źródła ciepła do instalacji elektrycznej więc łatwo może się zdarzyć, że w instalacji będzie gniazdko starego typu (sam w domu mam w niektórych miejscach gniazdka z przed 30 lat), więc do zadań elektryka należy sprawdzić jakim prądem można długotrwale obciążać dane gniazdko a w razie potrzeby je wymienić.

UWAGA! Zagadnienie obciążalności dotyczy również przedłużaczy. Praktycznie na każdym przedłużaczu producent podaje jaką maksymalną mocą można dany przedłużacz obciążać. Szczególnie należy uważać na przedłużacze zwijane (przykład poniżej), których maksymalne obciążenie zmienia się w zależności, czy przedłużacz jest zwinięty, czy rozwinięty.

Kupując przedłużacz większość osób szuka niskiej ceny, więc nie ma się czemu dziwić, że większość domowych przedłużaczy ma maksymalne obciążenie 10 A czyli 2 300 W (dla cos fi = 1), ale w sprzedaży można spotkać również przedłużacze o maksymalnym obciążeniu 3 500 W czyli 16 A dla cos fi =1. Cos fi dla urządzeń domowych możemy uśrednić na poziomie 0,7 lub 0,8.

W tym artykule omawiałem już zadanie zabezpieczenia nadprądowego (bezpiecznika) i wiesz, że jego zadaniem jest ochrona kabli i przewodów przed termicznymi skutkami zwarć lub przeciążeń więc pozostaje pytanie jakim zabezpieczeniem nadprądowym należy zabezpieczyć przewód o żyłach np.: 1,5; 2,5 lub 4 mm²?

Obciążalność długotrwała kabli i przewodów

Jak już wspominałem skutkiem przepływu prądu elektrycznego przez przewód jest wydzielanie się ciepła. Czym wyższa temperatura, tym większa rezystancja miedzianych żył i trudniejsze warunki pracy izolacji. W praktyce wielu elektryków wpada w pułapkę rutyny i błędnie zakłada, że żyły o przekroju 1,5 mm² zabezpiecza się wyłącznikiem nadprądowym o wartości 10 A, a żyły o przekroju 2,5 mm² zabezpieczeniem o wartości 16 A. Przyjęcie takich założeń jest błędne i może doprowadzić do wypadku.

Dlaczego? Przeanalizuj poniższą tabelę w której pokazałem maksymalne długotrwałe obciążenie ułożonego w ścianie przewodu.

Jeśli zainteresował Cię temat więcej znajdziesz w artykule: Instalacja elektryczna – kable i przewody – PORADNIK cz. 1 w dziale Obciążalność prądowa kabli i przewodów.

W związku z powyższym ustalenie, czy do instalacji elektrycznej możesz bezpiecznie podłączyć ogrzewanie elektryczne troszkę się komplikuje, ponieważ trzeba się zastanowić w jaki sposób przewody elektryczne są prowadzone od rozdzielnicy do gniazdka. W przypadku jeśli przewód prowadzony jest np. w tynku a następnie kawałek w ocieplonej ścianie do szacowania maksymalnego obciążenia należy przyjąć najgorsze warunki jakie mogą wystąpić, czyli w omawianym przypadku ustalamy najwyższą temperaturę jaka może wystąpić i w oparciu o ten parametr przyjmujemy najniższą wartość prądu, który długotrwale może płynąć w danym przewodzie. Zagadnienie tylko pozornie wydaje się proste wiec omówię je na przykładzie.

Wpływ temperatury otoczenia na obciążalność przewodu – przykład

Dla przykładu weźmy pod uwagę ściankę z rigipsu wypełnioną wełną mineralną wewnątrz której ułożona jest rura elektroinstalacyjna w której znajduje się przewód YDYp 3x 2,5 450/750 V np. obwód gniazd. Przewód może przechodzić przez różne strefy temperaturowe np. za grzejnikiem (temperatura wody w obwodzie CO ustawiona na 70 ^oC przez co ściana za grzejnikiem została nagrzana). Zobacz jak zmienia się obciążalność prądowa przewodu w zależności od temperatury zewnętrznej (w omawianym przypadku ściany za grzejnikiem).

	Wielożyłowy przewód instalacyjny YDYp 3x 2,5 450/750 V w rurze elektroinstalacyjnej ułożonej w izolowanej cieplnie ścianie.
Temperatura otoczenia	30 oC	35 oC	40 oC	45 oC	50 oC	55 oC	60 oC	65 oC
Współczynnik korekcyjny	1,00	0,94	0,87	0,79	0,61	0,50	0,41	0,35
Obciążalność prądowa	17,5 A	16,5 A	15,2 A	13,8 A	10,7 A	8,8 A	7,2 A	6,1 A

Jak widzisz w zależności od temperatury otoczenia maksymalny długotrwały prąd płynący przez przewód YDYp 3x 2,5 może wynosić od 6,1 do 17,5 A (różnica wynosi 11,4 A) w związku z tym wyłącznikiem nadprądowym o jakiej wartości zabezpieczysz ten obwód? Czy Twoim zdaniem użycie przez elektryka zabezpieczenia o wartości 16 A będzie poprawne? Ponieważ temperatura wody w grzejniku wynosi 70 ^oC i uwzględniając straty ciepła przewód w ścianie może zostać nagrzany do temperatury 50 ^oC (wartość ta jest tylko przykładowa i nie należy się nią sugerować) więc przy tych założeniach przewód YDYp 3x 2,5 450/750 V powinien zostać zabezpieczony wyłącznikiem nadprądowym o wartości maksymalnej 10,7 A.

Omawiane zagadnienie jest ważne i nie tak proste jak by się wydawało a to jeszcze nie koniec. Należy pamiętać, że w okresie grzewczym spora ilość pożarów powstaje na wskutek zwarć lub przeciążeń w instalacjach elektrycznych zasilających grzejniki, piecyki lub inne elektryczne źródła ciepła. Wspominałem już o tym, lecz przypomnę, że obowiązujące w Polsce prawo narzuca na właściciela lub zarządcę nieruchomości obowiązek dokonywania okresowych przeglądów instalacji elektrycznej. W uproszczeniu zakres okresowych przeglądów, które należy dokonywać nie rzadziej niż co pięć lat obejmuje: oględziny, kontrolę połączeń śrubowych i pomiary. Zwracam Twoją uwagę na kontrolę połączeń śrubowych. Jeśli w instalacji elektrycznej żyły przewodów łączone są za pomocą szybkozłączek sprężynowych nie ma konieczności kontroli siły docisku ponieważ zadanie to przejmuje sprężyna a odpowiedzialność ponosi producent szybkozłączki. W przypadku gdy połączenie żył przewodów wykonywane jest za pomocą połączeń śrubowych (różne listwy zaciskowe wykonane w puszkach lub śrubowe podłączenie przewodów do łączników i gniazdek) należy nie rzadziej niż co pięć lat dokonać sprawdzenia jakości tych połączeń (połączenia śrubowe mają tendencję do luzowania się przez co pogarsza się jakość styku może dochodzić do niebezpiecznego iskrzenia się, grzania a nawet do pożaru). Więcej na temat połączeń znajdziesz w artykule: Szybkozłączka, złączka śrubowa a może mufa? PORADNIK cz. 3 w rozdziale Serwisowanie połączeń śrubowych

Teraz masz już komplet informacji niezbędnych do ustalenia, czy do Twojej instalacji elektrycznej możesz bezpiecznie podłączyć ogrzewanie elektryczne (Polak nie lubi płacić za wiedzę 😉 zastanów się, czy konsultacje dobrego elektryka są mniej warte od konsultacji prawnika lub lekarza?). Warto jeszcze wspomnieć o dobrych praktykach i zaleceniach dotyczących podłączania odbiorników, które zużywają dużo energii elektrycznej np. grzejniki elektryczne.

Maksymalne obciążenie gniazdka – jakie są zalecenia i dobre praktyki?

W roku 2003 Prezes SEP (Stowarzyszenie Elektryków Polskich) zatwierdził Normę SEP nr. N SEP-E-002 (wytyczne i komentarz) Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Instalacje elektryczne w obiektach mieszkaniowych. Podstawy planowania. W normie tej prawie 20 lat temu określono że:

Każdy odbiornik o mocy 2 kW i większej należy zasilić z odrębnego, przeznaczonego dla niego obwodu niezależnie od tego, czy jest on przyłączany do gniazdka wtyczkowego, czy do wypustu instalacyjnego.

Źródło: Norma N SEP-E-002  4.2.1.2.

Oznacza to, że np. w kuchni czajnik elektryczny powinien być zasilany z osobnego obwodu (na jednym „bezpieczniku” powinien być tylko czajnik). Ogrzewanie elektryczne zużywa dość dużo energii elektrycznej więc należy przemyśleć, czy nie warto rozważyć doprowadzenie osobnego obwodu zasilania. W nowobudowanych lub gruntownie remontowanych domach czy mieszkaniach nie powinno to stanowić większego problemu, ale w zakresie prac należy uwzględnić przebudowę (rozbudowę) instalacji elektrycznej. Jeśli w najbliższym czasie nie planujesz kucia ścian i dużego remontu rozważ możliwość rozbudowy instalacji elektrycznej i przynajmniej tymczasowe poprowadzenie przewodów w estetycznych listwach instalacyjnych wykonanych z tworzywa sztucznego. 

Wróćmy do ogrzewania elektrycznego i zastanówmy się jak dużo „prądu” zużywa ogrzewanie elektryczne?

Ile prądu zużywa ogrzewanie elektryczne np. grzejnik?

Ponieważ mówimy o ogrzewaniu elektrycznym danego pomieszczenia lub budynku nie możemy zacząć rozważań od maksymalnej obciążalności np. gniazdka (to zagadnienie mamy już omówione) i do tego dobierać moc ogrzewania elektrycznego (tak dobrane ogrzewanie może być niewystarczające do uzyskania żądanej temperatury). Musimy zacząć od ustalenia maksymalnej mocy grzejnika lub innego elektrycznego źródła ciepła jakie chcemy w danym pomieszczeniu zainstalować, aby uzyskać wymaganą temperaturę. Dopiero wówczas należy sprawdzić, czy dany obwód elektryczny można bezpiecznie obciążyć taką mocą, a jeśli nie będzie trzeba rozważyć przebudowę instalacji elektrycznej lub możliwość zainstalowania kilku mniejszych elektrycznych źródeł ciepła zasilanych z różnych obwodów.

Obwód a nie gniazdko. Na początku tego artykułu omawiałem, że na jednym obwodzie może być kilka gniazd (czasami nawet kilka pomieszczeń).

Dla przypomnienia moc elektrycznych źródeł ciepła podaje się w Watach (W), lub w jednostce tysiąc razy większej, czyli kilo Watach (kW) 1 000 W = 1 kW, natomiast rozmawiając o możliwości obciążenia obwodów elektrycznych mówimy o Amperach (A). Wartości zabezpieczeń nadprądowych (bezpieczników), oraz maksymalne obciążenie żył kabli i przewodów podawane jest w Amperach. Dla elektryka przeliczenie tych wartości nie stanowi problemu, ale artykuł ten czytają również osoby, które nie mają wykształcenia elektrycznego wiec krótko przybliżę zagadnienie.

W zależności od sposobu zasilania dzielimy odbiorniki (np. grzejnik elektryczny) na: jednofazowe, dwufazowe lub trójfazowe (tzw. siła). Z obliczeniami wartości prądu dla jednofazowych źródeł ciepła nie ma problemu, ale przy ogrzewaniu dwu lub trójfazowym nie jest już tak prosto. Aby dokładnie policzyć pobierany w każdej fazie prąd (dotyczy ogrzewania elektrycznego zasilanego z dwóch lub trzech faz) powinniśmy ustalić z jakim układem wewnętrznych połączeń elektrycznego źródła ciepła mamy do czynienia? Na poniższym rysunku przedstawiłem możliwe układy połączeń. W zależności od ustawionej mocy poszczególne grzałki mogą być załączone lub wyłączone co w układzie wielofazowym jest traktowane jako odbiornik symetryczny lub asymetryczny.

Ustalenie w jakim układzie połączeń pracuje elektryczne źródło ciepła może być dość kłopotliwe (nawet dla fachowca), a dokładne wyliczenie prądów jakie będą płynęły w poszczególnych fazach jest trudne nawet dla elektryków więc nie będziemy się tym aż tak szczegółowo zajmować i dla uproszczenia przyjmiemy najgorszy możliwy wariant w którym płynące prądy będą miały maksymalne wartości. W tym celu (niezależnie od zasilania jedno, dwu, czy trójfazowego) skorzystamy z wzoru:

Obliczenie mocy odbiornika rezystancyjnego (cos fi = 1)	Obliczenie prądu odbiornika rezystancyjnego (cos fi = 1)
P = U * I	I = P / U

P – moc czynna
U – napięcie zasilania
I – prąd pobierany przez elektryczne źródło ciepła

Ponieważ wartość napięcia zasilania jest znana i wynosi 230 V wiec podstawiając do wzorów otrzymujemy:

Obliczenie mocy odbiornika rezystancyjnego (cos fi = 1)	Obliczenie prądu odbiornika rezystancyjnego (cos fi = 1)
P = 230 * I	I = P / 230

Dzięki tak przyjętym założeniom instalacja elektryczna będzie trochę przewymiarowana (będzie miała lżejsze warunki pracy).

Skoro już wiesz, jak sprawdzić, ile prądu zużywa elektryczne źródło ciepła, oraz w jaki sposób elektryk powinien skontrolować, czy instalacja elektryczna nadaje się do bezpiecznego podłączenia dodatkowego obciążenia możemy przejść do omówienia poszczególnych rodzajów źródeł ciepła. Zależy mi, aby ten artykuł był dla Ciebie pomocny więc chciałbym, abyś w dalszej części artykułu mógł choć orientacyjnie oszacować jakiej mocy ogrzewanie powinieneś zainstalować w danym pomieszczeniu (sumując zapotrzebowanie na ciepło poszczególnych pomieszczeń możesz oszacować zapotrzebowanie dla całego budynku). Zanim przejdziemy do oszacowania mocy ogrzewania elektrycznego warto ustalić w jakim trybie będzie ono pracowało? Czy ogrzewanie elektryczne będzie podstawowym czy dodatkowym źródłem ciepła. Informacja ta będzie miała wpływ na oszacowanie mocy elektrycznego źródła ciepła. 

Jakie są tryby pracy ogrzewania?

W praktyce każde źródło ciepła może pracować jako jedyne, niezależne, albo może współpracować z innym źródłem ciepła tworząc bardziej złożony system grzewczy. Mimo, że poniższe zagadnienie może dotyczyć większości urządzeń grzewczych to mówi się o nim szczególnie w kontekście pomp ciepła. Analizując tryby pracy źródeł ciepła rozróżniamy:

• tryb monowalentny – w tym trybie jest tylko jedno źródło ciepła np. pompa ciepła. System ogrzewania musi być tak zaprojektowany, aby w najbardziej niekorzystnych warunkach jakie jesteśmy w stanie przewidzieć np. ekstremalnie duże mrozy wybrane źródło ciepła w całości pokryło zapotrzebowanie energetyczne budynku.
• Tryb monoenergetyczny – jest to tryb w którym występują dwa źródła ciepła wzajemnie się wspomagające np. pompa ciepła jako podstawowe urządzenie dostarcza energii cieplnej do czasu aż na zewnątrz temperatura spadnie do określonej temperatury (punktu biwalentnego) np. -10 ^oC. Jeśli temperatura zewnętrzna spadnie poniżej punktu biwalentnego automatycznie zostaje włączone dodatkowe źródło ciepła korzystające z tej samej formy energii końcowej np. prądu. W omawianym przykładzie pompę ciepła mogą wspomagać wbudowane w nią grzałki elektryczne (dwa źródła ciepła działają równolegle).
• Tryb biwalentny równoległy – jest bardzo podobny do omawianego wyżej trybu monoenergetycznego. Różnica pomiędzy tymi trybami polega na tym, że dodatkowe źródło ciepła korzysta z innej formy energii np. podstawowym źródłem ciepła jest pompa ciepła korzystająca z energii elektrycznej, a włączające się drugie źródło ciepła jest np. kotłem gazowym.
• Tryb biwalentny alternatywny – w tym trybie pracy również występują dwa źródła ciepła korzystające z różnych form energii np. pompa ciepła korzystająca z energii elektrycznej i kocioł gazowy (korzysta z gazu), ale w tym trybie pracy w danym momencie działa tylko jedno źródło ciepła. Przykładowo pompa ciepła działa samodzielnie do momentu aż na zewnątrz temperatura nie spadnie do poziomu punktu biwalentnego np. -10 ^oC, po czym pompa ciepła wyłącza się a obowiązek utrzymania w budynku określonej temperatury spoczywa na drugim źródle ciepła np. kotle gazowym.
• Tryb biwalentny częściowo równoległy – w tym trybie występują dwa ważne punkty. Punkt biwalentny oraz punkt wyłączenia pierwszego (podstawowego) źródła ciepła. Przykładowo pompa ciepła jako samodzielne źródło ciepła (zasilana energią elektryczną) działa do momentu aż na zewnątrz temperatura nie spadnie do poziomu punktu biwalentnego np. -8 ^oC. W tym momencie włącza się drugie źródło ciepła np. kocioł gazowy korzystające z innej formy energii. Oba źródła ciepła działają równolegle do czasu, aż temperatura na zewnątrz nie spadnie do poziomu w którym podstawowe źródło ciepła się wyłącza np. -15 ^oC. Od tego czasu (aż do momentu gdy temperatura nie wzrośnie powyżej punktu biwalentnego) alternatywne źródło ciepła np. kocioł gazowy jest jedynym źródłem ciepła i całkowicie pokrywa zapotrzebowanie budynku na ciepło. W trybie biwalentnym częściowo równoległym w pewnym zakresie temperatur za dostarczenie ciepła do budynku odpowiadają dwa niezależne źródła ciepła.

Jak widzisz zagadnienie wyboru właściwego źródła ciepła nie jest tak proste jak mogłoby się wydawać (szkoda, że sprzedawcy i producenci z różnych powodów nie informują kupujących o omawianych powyżej zagadnieniach) i wiele decyzji należy podjąć jeszcze przed wyborem źródła ciepła. Omówiliśmy już sporo kwestii, ale nie poruszyliśmy jeszcze zagadnienia jak dużo ciepła należy dostarczyć czyli:

Jakiej mocy ogrzewanie elektryczne wybrać?

Większość z nas nie dysponuje szczegółowymi danymi i opisane na początku artykułu profesjonalne ustalenie zapotrzebowania na energię cieplną (audyt energetyczny) będzie najlepszym rozwiązaniem, ale aby choć z grubsza mieć wiedzę jakiej mocy grzejnik, czy nagrzewnicę elektryczną zastosować możemy skorzystać z wzoru:

V * _ΔT * K = kcal/h

V – kubatura pomieszczenia
_ΔT – oczekiwany przyrost temperatury
K – współczynnik izolacji cieplnej

Kubatura pomieszczenia

Zmierz pomieszczenie które chcesz ogrzać. Posługując się wymiarami wyrażonymi w metrach pomnóż wysokość * szerokość * długość a otrzymasz kubaturę pomieszczenia w m³.

Przykład

Pokój o wymiarach 4 m x 5 m i wysokości 2,5 m ma kubaturę 50 m³ (4 * 5 * 2,5 = 50 m³). W naszym przypadku V = 50

Oczekiwany przyrost temperatury

To bardzo ważny parametr. Zastanów się nad dwoma temperaturami:

• jaka może być najniższa zewnętrzna temperatura (lepiej założyć, że będzie zimniej – najwyżej będziesz miał zapas mocy)?
• Jaką maksymalną temperaturę chcesz uzyskać w danym pomieszczeniu?

Otrzymana różnica temperatur będzie przyrostem temperatury _ΔT.

Przykład

W zimie najniższa temperatura jest -10 ^oC, natomiast w pomieszczeniu chcę uzyskać 25 ^oC. W tym celu patrzymy ile wynosi różnica pomiędzy tymi temperaturami (25 – ( – 20) = 45) . W naszym przypadku _ΔT = 45

Współczynnik izolacji cieplnej

Bez odpowiedniego doświadczenia bardzo łatwo popełnić błąd przy określaniu tego współczynnika ponieważ określa się go na podstawie konstrukcji budynku z uwzględnieniem jego izolacji. Na nasze potrzeby możemy przyjąć pewne uproszczenia:

• K = 0,75 – budynek o dobrej izolacji. Dysponując dokładnymi danymi można ten współczynnik przyjmować od 0,6 do 0,9 dla zaawansowanych konstrukcji z ściany z podwójnie izolowanej cegły, mała ilość podwójnych okien, solidny ocieplony fundament, dobrze ocieplony dach z materiałów dobrze izolujących.
• K = 1,45 – budynek o średniej izolacji. W tym przypadku znając szczegóły możemy przyjąć parametr pomiędzy 1,0 do 1,9 dla standardowych konstrukcji np. ściana z podwójnej warstwy cegieł, mała ilość okien, dach z przeciętną izolacją cieplną.
• K = 2,45 – budynek o słabej izolacji. Na podstawie danych można ten szacować pomiędzy w zakresie od 2,0 do 2,9 dla prostych konstrukcji np. pojedyncza warstwa cegieł, standardowe okna.
• K = 3,5  – budynek nieizolowany. Słowo budynek jest tu chyba przesadą. Współczynnik w przedziale od 3,0 do 4,0 przyjmuje się dla obiektów z drewna lub blachy falistej np. altanka lub garaż.

Ogrzewanie elektryczne – przykład obliczeń

Wykorzystując wcześniej podany wzór V * _ΔT * K = kcal/h podstawiamy omawiane powyżej dane: V = 50; _ΔT = 45; K = 1,45.

50 * 45 * 1,45 = 3 262,5 kcal/h

Wiemy już, że do ogrzania pomieszczenia według przyjętych założeń potrzebujemy źródła ciepła o mocy około 3 263 kcal/h, ale przecież moc elektrycznych źródeł ciepła podawana jest w Watach (W) lub w kilowatach (kW). Jak to przeliczyć?

Jak przeliczyć kcal/h na W lub kW?

W praktyce możesz spotkać się z kilkoma różnymi jednostkami ciepła, które w przybliżeniu można przeliczać według poniższych zależności:

1 kW	1 000 W
1 kW	860 kcal/h
1 kcal/h	3,97 Btu/h
1 kW	3 412 Btu/h
1 Btu/h	0,252 kcal/h

W omawianym powyżej przykładzie oszacowaliśmy że potrzebne będzie źródło ciepła o mocy 3 263 kcal/h co po przeliczeniu daje nam około 3,8 kW. Dzięki tym prostym obliczeniom choć orientacyjnie wiemy jakiego grzejnika, nagrzewnicy lub innego elektrycznego źródła ciepła powinniśmy szukać.  W dalszej części artykułu omówię różne rodzaje elektrycznych źródeł ciepła, zobaczmy co możemy wybrać? 

Nagrzewnice elektryczne

są dość popularnym sposobem dogrzewania pomieszczeń. Są niedrogie, ogólnie dostępne i mają stosunkowo prostą konstrukcję (w uproszczeniu składają się z obudowy, grzałki, wentylatora i termostatu). Są lekkie, łatwe w transporcie i co najważniejsze jeśli są dobrze dobrane to szybko podnoszą temperaturę w danym pomieszczeniu. Ze względu na przeznaczenie możemy je podzielić na dwie grupy:

• do użytku domowego,
• profesjonalne.

Nagrzewnice elektryczne do użytku domowego nazywane potocznie „farelkami” są to urządzenia jednofazowe (zasilane z 230 V) o mocy od około 1 000 W do około 2 500 W (1,0 – 2,5 kW). Są w estetycznych obudowach z tworzywa sztucznego a w przypadku nowoczesnych urządzeń mają możliwość sterowania z pilota lub w bardziej zaawansowanych rozwiązaniach typu Smart mają możliwość sterowania z aplikacji instalowanej na smartfonach.

Nagrzewnice elektryczne wyposażone są w regulację siły nadmuchu i mocy grzania. Powinny być fabrycznie wyposażone w wbudowane zabezpieczenie termiczne, którego zadaniem jest wyłączenie „farelki” lub przemysłowej nagrzewnicy, aby nie doszło do wypadku np. pożaru. Taka sytuacja może się zdarzyć, gdy zostanie zasłonięty wlot lub wylot powietrza.

Nagrzewnice profesjonalne mają zasilanie jedno lub trójfazowe przez co mają dużo większą moc. Nagrzewnice jednofazowe mają moc około 3 kW, a moc trójfazowych nagrzewnic elektrycznych może przekraczać nawet 30 kW.

Niezależnie, czy do użytku domowego, czy profesjonalnego należy pamiętać, że elektryczne nagrzewnice wydmuchują z siebie strumień powietrza o wysokiej lub bardzo wysokiej temperaturze co oznacza, że strumień gorącego powietrza nie powinien być skierowany na łatwopalne przedmioty. W zależności od mocy nagrzewnicy należy zapoznać się z instrukcją obsługi i przestrzegać minimalnej odległości pomiędzy wylotem nagrzewnicy a jakąkolwiek przeszkodą np. ścianą (nagrzewnica ustawiona zbyt blisko przeszkody może doprowadzić do wypadku lub ulec uszkodzeniu).

Wyłączając nagrzewnice elektryczne należy pamiętać, aby najpierw wyłączyć grzałki i pozostawić nadmuch, który schłodzi elementy grzejne. Dopiero po ochłodzeniu elementów grzejnych można bezpiecznie wyłączyć zasilanie nagrzewnicy. W skrócie opisałem przenośne nagrzewnice elektryczne a ich odmianą są nagrzewnice kanałowe stosowane w systemach wentylacji i rekuperacji. Nagrzewnice kanałowe są podobne do omawianych wyżej nagrzewnic przenośnych, ale jest między nimi kilka ważnych szczegółów o których należy pamiętać decydując się na ten sposób ogrzewania. 

Kanałowe nagrzewnice stosowane w systemach wentylacji i rekuperacji

Rozmawiając o ogrzewaniu elektrycznym w systemach wentylacji mówimy o sytuacji w której zewnętrzne chłodne powietrze jest podgrzewane i nawiewane do wnętrza budynku. Tego typu rozwiązanie (fachowo nazywane jest kanałową nagrzewnicą powietrza), może być stosowane w systemach rekuperacji (nadmuch do budynku powietrza, które jest częściowo podgrzane przez powietrze, które zostaje z zassane z budynku i wydmuchane na zewnątrz), lub wentylacji (nadmuch do budynku powietrza z zewnątrz). W pewnym sensie ten sposób ogrzewania podobny jest do omawianych wyżej nagrzewnic elektrycznych, ale należy pamiętać, że montaż systemu wentylacji dokonują profesjonalne firmy więc w tym rozwiązaniu często grzałki sprzedawane są jako oddzielne elementy a elementy zabezpieczające i sterujące dokupuje się oddzielnie.

Nagrzewnice kanałowe (do montażu w kanałach okrągłych lub prostokątnych) w zależności od producenta mogą mieć różne moce np. od 0,6 do 9 kW i w zależności od modelu mogą występować w wersji podstawowej lub z modułami sterowania (na poniższym rysunku przedstawione są nagrzewnice kanałowe do kanałów okrągłych).

W celu zwiększenia mocy grzewczej nagrzewnice kanałowe można łączyć szeregowo natomiast w przypadku łączenia trzech nagrzewnic tej samej mocy i zasilaniu ich z instalacji trójfazowej zalecane jest dokonanie ich połączenia w układ typu gwiazda.

Odnośnie montażu nagrzewnic kanałowych bardzo ważny jest kierunek ruchu powietrza. Musi odpowiadać strzałce na nagrzewnicy (o ile kierunek ten jest zaznaczony przez producenta nagrzewnicy). Nagrzewnice kanałowe mogą być ustawiane w dowolnym położeniu, z wyjątkiem położenia puszką przyłączeniową w dół. Taki wymóg spowodowany jest zagrożeniem jakie może wystąpić w związku z zmianami temperatury i gromadzeniem się skroplin wytrącających się z powierza, które mogą doprowadzić do zwarcia lub przedostania się napięcia na metalowe części obudowy nagrzewnicy kanałowej.

W nagrzewnicach kanałowych zalecany jest taki montaż, aby strumień powietrza przepływał równomiernie przez cały przekrój kanału i równomiernie chłodził elementy grzejne. Przed elektryczną nagrzewnicą kanałową powinien znajdować się filtr powietrza, którego zadaniem jest zabezpieczyć elementy grzejne przed zabrudzeniem. Zalecane jest zachowanie minimalnej odległości pomiędzy elektryczną nagrzewnicą kanałową a innymi elementami systemu wentylacji. Odległość ta powinna być nie mniejsza niż przekątna elementu grzejnego w części przepływowej.

Wydajność większości nagrzewnic kanałowych jest obliczona dla minimalnej prędkości strumienia powietrza 1,5 m/s, oraz maksymalną temperaturę wychodzącego z nagrzewnicy powietrza 40 ºC. Pamiętaj o tym, ponieważ jeśli zdecydujesz się na zastosowanie regulatora obrotów wentylatora możesz doprowadzić do przegrzania elementów grzejnych lub uszkodzeniu systemu wentylacji a w skrajnych przypadkach nawet do pożaru. Stosując regulację prędkości obrotów silnika wentylatora niezbędne jest zabezpieczenie minimalnej wydajności powietrza przepływającego przez nagrzewnicę kanałową oraz należy pamiętać, że elektryczna nagrzewnica kanałowa nie może pracować przy wyłączonym wentylatorze. W systemach wentylacji i rekuperacji do prawidłowej i bezpiecznej pracy nagrzewnicy kanałowej wskazane jest stosowanie systemu automatyki, która zapewnia automatyczne dostosowanie mocy i temperatury ogrzewanego powietrza.

Warto również pamiętać o konieczności sprawdzania stanu filtrów powietrza (zanieczyszczony filtr ogranicza przepływ powietrza). Stan filtrów może kontrolować system automatyki za pomocą presostatu, czyli czujnika różnicy ciśnień, który kontroluje ciśnienie powietrza przed i za filtrem. W razie „zatkania” filtra powietrza presostat może wyłączyć system wentylacji i za pomocą sygnalizacji włączyć odpowiednie powiadomienie.

Pamiętaj, instalując elektryczną nagrzewnicę kanałową warto przewidzieć zabezpieczenia, które odetną zasilanie do nagrzewnicy a w przypadku awarii wentylatora, lub obniżenia prędkości strumienia powietrza poniżej wartości minimalnej a także przy zadziałaniu wbudowanych lub dodatkowych termostatów.

Wyłączając nagrzewnicę kanałową należy pamiętać o konieczności ochłodzenia elementów grzejnych. Proces ten realizowany jest przez przedmuchanie wyłączonych elementów grzejnych strumieniem chłodnego powietrza. Czas chłodzenia zależy od temperatury nawiewanego powietrza, prędkości przepływu i temperatury elementu grzejnego. Aby zapewnić bezpieczeństwo instalacji, proces schładzania nagrzewnicy kanałowej warto zautomatyzować.

Przejdźmy do omówienia kolejnego elektrycznego źródła ciepła, które działa na podobnej zasadzie. Są nim:

Kurtyny powietrzne

Zacznę od wyjaśnienia co to jest kurtyna powietrzna? Kurtyna powietrzna jest to urządzenie, którego zadaniem jest wytworzenie w otworze drzwi lub bramy, niewidzialnej bariery (kurtyny), która oddzieli dwie strefy powietrzne mające często różne temperatury. Kurtyny powietrzne montuje się przy często otwieranych drzwiach lub bramach. Ich zadaniem jest ograniczenie strat energii (celowo nie piszę ciepła), które występują podczas otwierania i zamykania drzwi lub bram. Najczęściej spotykamy je w obiektach użyteczności publicznej a miejsce ich montażu nie jest przypadkowe ponieważ projektant w budynkach użyteczności publicznej ma do wyboru: zastosować wiatrołap, albo kurtyny powietrzne. Obowiązek ich stosowania wynika z:

Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie
z dnia 12 kwietnia 2002 r. (Dz.U. Nr 75, poz. 690)
tj. z dnia 17 lipca 2015 r. (Dz.U. z 2015 r. poz. 1422)
tj. z dnia 8 kwietnia 2019 r. (Dz.U. z 2019 r. poz. 1065)
(zm. Dz.U. z 2020 r. poz. 2351, Dz.U. z 2020 r. poz. 1608)

Rozdział 3. Wejścia do budynków i mieszkań.

§ 63 [Ochrona przed chłodem] Wejścia z zewnątrz do budynku i pomieszczeń przeznaczonych na pobyt ludzi należy chronić przed nadmiernym dopływem chłodnego powietrza przez zastosowanie przedsionka, kurtyny powietrznej lub innych rozwiązań nieutrudniających ruchu. Wymagania te nie dotyczą dodatkowych wejść nieprzewidzianych do stałego użytkowania.

Podsumowując w zimie zadaniem kurtyn powietrznych jest ograniczenie wnikania do budynku chłodnego powietrza, natomiast latem mają za zadanie nie wpuszczać do budynku ciepłego powietrza. Dodatkową korzyścią stosowania dobrze wyregulowanych i dobranych kurtyn powietrznych jest ograniczenie dostępu do pomieszczeń kurzu, insektów i innych zanieczyszczeń. Wracając do zagadnienia doboru, kurtyny powietrzne możemy podzielić na dwie grupy:

• zimne (bez elementu grzejnego),
• ciepłe (z elementem grzejnym).

Możemy również dokonać podziału ze względu na sposób montażu:

• kurtyny pionowe montowane nad otworem drzwi lub bramy,
• kurtyny poziome montowane z obu stron bramy lub drzwi.

W tym miejscu należy zadać pytanie:

Jak dobrać kurtynę powietrzną?

Zadaniem kurtyny powietrznej jest wytworzenie laminarnego strumienia powietrza, czyli takiego w którym powietrze przepływa w równoległych warstwach, bez zakłóceń (przemieszania pomiędzy warstwami). Jeśli wytworzona bariera ma być skuteczna to musi zabezpieczać cały otwór bramy lub drzwi. W tym celu szerokość szczeliny nawiewnej musi co najmniej być równa szerokości chronionego otworu drzwi lub bramy.

Często popełnianym błędem (szczególnie przy kurtynach powietrznych z elementem grzejnym) jest przewymiarowanie jej wydajności. Błąd ten wiąże się z wyższymi kosztami zakupu a w późniejszym okresie eksploatacji z większymi kosztami związanymi z ogrzaniem strugi powietrza. Właściwie dobrana szerokość kurtyny powietrznej to nie wszystko, równie ważna jest prędkość strugi powietrza, która musi docierać do przeciwległego boku otworu. Jak widzisz zagadnienie nie jest proste i nawet właściwie dobrana kurtyna może być nieskuteczna o ile zostaną popełnione błędy z jej doborem lub montażem. Montaż kurtyny powietrznej powinien być możliwie blisko otworu drzwi lub bramy.

Ponieważ na pracę kurtyny powietrznej wpływają różne czynniki np. silny wiatr, duże różnice temperatur panujące po obu stronach kurtyny, ilość, wielkość i rozmieszczenie drzwi. Informacjami koniecznymi do prawidłowego doboru kurtyny powietrznej są ustalenia: czy kurtyna powietrzna zamontowana jest w pomieszczeniu na jednym poziomie, czy w pomieszczeniu są schody i mamy do czynienia z kilkoma poziomami? Zobacz poniższy rysunek, który pokazuje kilka wariantów montażu kurtyn powietrznych.

Wybierając kurtynę powietrzną należy zwrócić uwagę na typ zainstalowanych w niej wentylatorów:

• osiowe montowane w kurtynach powietrznych pracujących w warunkach łatwych lub średnich,
• promieniowe (zapewniające wysoki spręż) należy wybierać do warunków trudnych, w których wymagane jest uzyskanie dużego ciśnienia strugi powietrza.

Czy kurtyna powietrzna może przyczynić się do uzyskania oszczędności?

Może, ale nie musi. Kurtyna powietrzna w okresie grzewczym nie powinna być używana jako podstawowe źródło ciepła, lecz jako zabezpieczenie przed nadmiernym ubytkiem energii np. ciepła przez otwory drzwi lub bramy. W związku z tym należy zastosować odpowiednio dobrane sterowanie kurtyną powietrza tak, aby włączała się tyko wówczas gdy jest to niezbędne. Optymalnym rozwiązaniem jest wyznaczenie koło drzwi lub bram strefy, dzięki której kurtyna powietrzna zostanie uruchomiona zanim drzwi lub brama zostanie otwarta. Można to zrealizować poprzez umieszczenie z obu stron drzwi (wewnętrznej i zewnętrznej) czujników ruchu lub za pomocą kamer monitoringu wyznaczenie strefy w taki sposób, aby odpowiednia automatyka włączyła kurtynę powietrza zanim jeszcze drzwi lub brama zostanie otwarta. Kurtyna powinna działać przez cały okres, gdy drzwi lub brama są otwarte i powinna wyłączyć się chwilę po ich zamknięciu. Dobrze jeśli automatyka sterująca kurtyną powietrzną z funkcją podgrzewania powietrza wyposażona jest w termostat, który po zamknięciu drzwi lub bramy wyłączy nawiew ciepłego powietrza (w przypadku chłodni strugi zimnego powietrza) z pewnym opóźnieniem w stosunku do zamkniętych drzwi tak, aby nadmuch ciepłego powietrza zdołał uzupełnić ilość ciepła, które zdołało się wydostać przez otwartą bramę lub drzwi.

Warto wiedzieć, że niektóre modele kurtyn powietrznych mają możliwość regulacji siły grzania, przez co można wykonać automatykę sterującą pracą kurtyny w ten sposób, że siła grzania będzie dostosowana do temperatury zewnętrznej i czasu otwarcia np. drzwi.

Wracając do tematu instalacji elektrycznej zasilającej kurtyny powietrzne z funkcją grzania należy przewidzieć, że mniejsze kurtyny powietrzne o mocy nie przekraczającej 3 kW zasilane są napięciem 230 V AC, natomiast kurtyny większej mocy wymagają zasilania trójfazowego 400 V AC. W niektórych przypadkach (szczególnie, gdy nie ma możliwości podłączenia kurtyny powietrznej do instalacji trójfazowej) dobrym rozwiązaniem może okazać się montaż kilku mniejszych kurtyn zasilanych jednofazowo.

Należy pamiętać, że jeśli kurtyna powietrzna ma działać skutecznie to nie wystarczy właściwie dobrać jej moc i wymiary w stosunku do wielkości otworu drzwi lub bramy, ale strumień powietrza musi być precyzyjnie wyregulowany i skierowany we właściwym kierunku. W praktyce regulacja kierunku nadmuchu strugi powietrza przydaje się dwa razy w roku (sezon letni i sezon zimowy). W sezonie letnim kurtyna powietrzna zapobiega przed przedostaniem się do budynku ogrzanego powietrza (element grzejny znajdujący się w kurtynie jest wyłączony i możemy powiedzieć, że kurtyna przyczynia się do ochłodzenia budynku), nadmuch powinien być lekko skierowany na zewnątrz budynku dzięki czemu do budynku nie wnika kurz, owady i ciepłe powietrze. W sezonie grzewczym odwrotnie, struga powietrza powinna być lekko skierowana do wnętrza, dzięki czemu ogrzana struga nadmuchiwanego powietrza zapobiega przed wnikaniem do budynku zimna.

Do wyboru masz kurtyny mocowane:

• nad drzwiami lub bramami,
• montowane po bokach otworów wejściowych,
• w posadzce (wylot powietrza skierowany jest ku górze).

Jak widzisz właściwy dobór kurtyny powietrznej z funkcją grzania jest trudniejszy niż mogłoby się wydawać więc warto skorzystać z pomocy jaką oferują producenci lub doświadczeni instalatorzy specjalizujący się w projektowaniu i montowaniu tego typu rozwiązań.

Decydując się na kurtynę powietrzną z funkcją grzania zwróć uwagę, czy posiada: zabezpieczenie przed przegrzaniem, regulację siły nadmuchu, regulację temperatury nawiewanego powietrza, lokalny sterownik umożliwiający sterowanie kurtyną. Jeśli kurtyna powietrzna będzie pracować w pomieszczeniu w którym przebywają ludzie zwróć również uwagę na hałas jaki kurtyna powietrzna wytwarza w trakcie swojej pracy (w dokumentacji wartość wyrażona w jednostce dB). Jest to ważne, ponieważ głośno pracująca kurtyna będzie uciążliwa dla przebywających w pomieszczeniu osób. 

Przejdźmy do kolejnego obecnie chyba najbardziej popularnego elektrycznego źródła ciepła jakim jest:

Pompa ciepła

Jest to urządzenie, które w ostatnich latach zyskuje coraz większą popularność. Hasło „pompa ciepła” jest ogólnie znane, ale niewiele osób wie jaka jest zasada działania tego urządzenia oraz skąd wynika ogromna popularność tego rozwiązania. Zanim opiszę ten rodzaj ogrzewania wspomnę, że każdy z nas zna i korzysta z urządzenia, które działa na zasadzie bardzo podobnej do tej wykorzystywanej w pompie ciepła. Tym urządzeniem jest lodówka.

Dzięki energii elektrycznej pobranej z sieci zasilającej lodówka wewnątrz chłodzi a na zewnątrz grzeje, czyli odbiera ciepło z swojego wnętrza i oddaje je na zewnątrz (najczęściej poprzez tylną część obudowy lub poprzez ściany boczne). Pompa ciepła działa odwrotnie. Szczegółowe przedstawienie zagadnienia wymagałoby napisania osobnego artykułu więc na potrzeby tego opracowania przytoczę tyko kilka wybranych zagadnień, które pozwolą bliżej zapoznać się z tym rodzajem ogrzewania elektrycznego. Zacznę od wyjaśnienia:

Jak działa pompa ciepła?

Pompa ciepła nie wytwarza energii cieplnej a jedynie przenosi ją z zewnątrz (powietrza, gruntu lub wody) do wnętrza budynku, gdzie jest wykorzystywana do ogrzania pomieszczeń poprzez system ogrzewania podłogowego, grzejniki, lub klimakonwektory. Dzięki zastosowaniu przemian termodynamicznych (skraplanie i parowanie) czynnika chłodniczego znajdującego się w pompie ciepła możliwe jest osiągnięcie temperatury czynnika grzewczego np. wody w grzejnikach na poziomie od 50 do 60 ^oC. Temperatura ta uzyskana zostaje z otoczenia (grunt, powietrze, woda) gdzie jest na poziomie kilku lub kilkunastu ^oC. Należy pamiętać, że w układzie chłodzenia pomp ciepła stosowane są czynniki chłodzące np. R410A, którego temperatura wrzenia jest w okolicy -51 ^oC (woda w naszym obszarze zmienia swój stan skupienia z ciekłego na gazowy, czyli wrze w temperaturze około 100 ^oC co jest uzależnione od ciśnienia atmosferycznego). W związku z tym panujące w Polsce zimowe temperatury są wystarczające, aby czynnik chłodzący znajdujący się w pompie ciepła zmienił swój stan z ciekłego na gazowy (zjawiska związane z zmianami stanu skupienia parowanie i skraplanie omawiane są na lekcjach fizyki szkoły podstawowej).

W pompie ciepła energia elektryczna niezbędna jest do zasilania sprężarki, wentylatorów (w powietrznej pompie ciepła) oraz pompek cyrkulacyjnych i elektroniki sterującej.

Wracając do podstaw, w swojej konstrukcji każda pompa ciepła posiada cztery kluczowe elementy:

• parownik, jest odpowiedzialny za zmianę stanu skupienia czynnika z cieczy w gaz,
• sprężarka, jest odpowiedzialna za sprężenie (zwiększenie ciśnienia) czynnika w formie gazu,
• skraplacz, jest odpowiedzialny za zmianę stanu skupienia czynnika z gazu w ciecz,
• zawór rozprężający, jest odpowiedzialny za zmniejszenie ciśnienia w układzie.

Uproszczony schemat działania pomp ciepła pokazany jest na poniższym rysunku:

Jak widać, w idealnych warunkach 3/4 energii może być pozyskane z otoczenia. Powstaje pytanie jakie są idealne warunki pracy i czy w każdym przypadku można przyjąć aż tak duże zyski. Przyjrzyjmy się zagadnieniu i zacznijmy od wyjaśnienia pojęcia nierozerwalnie związanego z pompami ciepła czyli dolnego i górnego źródła ciepła. 

Co to jest dolne źródło ciepła?

Dolnym źródłem ciepła nazywana jest część pompy ciepła, która odpowiedzialna jest za pozyskanie energii cieplnej z otoczenia.

Co to jest górne źródło ciepła?

Górne źródło ciepła jest to część instalacji grzewczej odpowiedzialna za przekazanie ciepła do wnętrza pomieszczeń np. grzejnik, ogrzewanie podłogowe itp.

Przeglądając dokumentacje pomp ciepła spotkamy jeszcze dwa skróty: COP i SCOP.

Co to jest COP?

Sprawność pompy ciepła, czyli stosunek mocy cieplnej do mocy elektrycznej pobranej przez sprężarkę określa się za pomocą współczynnika COP. Zgodnie z Polską Normą PN-EN 14511 współczynnik COP określa się dla konkretnych punktów pracy korzystając z zależności:

COP = Q_H / P_el

COP – współczynnik efektywności pracy pompy ciepła
Q_H – moc grzewcza pompy ciepła w kW
P_el – moc elektryczna pompy ciepła w kW (moc sprężarki)

Przykładowo COP 4,3 oznacza, że pompa ciepła przekaże 4,3 kWh energii cieplnej z 1 kWh energii elektrycznej pobranej z sieci. Należy pamiętać, że dla konkretnego modelu pompy ciepła współczynnik efektywności COP może się zmieniać i uzależniony jest od temperatury zasilania górnego źródła ciepła.

Co to jest SCOP?

Współczynnik SCOP określa sezonowy stosunek wytworzonej energii cieplnej do energii elektrycznej potrzebnej do napędu sprężarki przez okres całego sezonu grzewczego. Zgodnie z Polską Normą PN-EN 14825 średnioroczny współczynnik SCOP jest punktem wyjścia do zaliczenia pomp ciepła do odpowiednich klas podawanych na etykietach energetycznych, przy czym klasy te są wyznaczane dla klimatu umiarkowanego (w Europie występują trzy strefy klimatyczne).

Skoro znamy już podstawowe pojęcia, czas przybliżyć zagadnienie pokazane na poprzednim rysunku, czyli dlaczego pompa ciepła zużywa około 1/4 energii elektrycznej a 3/4 energii pozyskuje z otoczenia? Czas zadać pytanie:

Dlaczego ogrzewanie pompą ciepła jest ekonomiczne?

W układzie chłodniczym pompy ciepła krąży czynnik np. R410A, który w zależności od ciśnienia zmienia swoje właściwości, które są przedstawione za pomocą wykresów Molliera.

Wykres Molliera przedstawia relacje między temperaturą powietrza, wilgotnością i entalpią. Jest podstawowym narzędziem dla inżynierów budownictwa i projektantów wentylacji. Diagram Molliera jest rutynowo stosowany w pracach projektowych związanych z elektrowniami (kopalnymi i jądrowymi), sprężarkowniami, dla turbin parowych, systemów chłodniczych, urządzeń klimatyzacyjnych. W graficznej formie przedstawia wizualizację cykli termodynamicznych.

Źródło: https://www.odbiory.pl/index.php/poradnik/item/wykres-molliera-i-x

Poniższy rysunek przedstawia zasadę na bazie której projektant na podstawie wykresu Molliera dokonuje doboru właściwych parametrów pompy ciepła

Wyjaśniając przedstawiony na rysunku wykres pomiędzy puntami:

• 4 – 1 czynnik chłodniczy pobierana energię z otoczenia (wzrost energii właściwej),
• 1 – 2 czynnik chłodniczy jest sprężany (gwałtownie wzrasta jego energia właściwa),
• 2 – 3 oddanie energii cieplnej do ogrzewania (spada energia właściwa czynnika chłodniczego),
• 3 – 4 czynnik chłodniczy trafia do zaworu rozprężnego gdzie spada jego ciśnienie (zostaje rozprężony).

Na powyższym wykresie pojawia się słowo Entalpia. Jego wyjaśnienie jest kluczowe dla zrozumienia niżej przedstawionego wykresu.

Co to jest entalpia?

Entalpia, czyli zawartość cieplna, która zmienia się wraz z ciśnieniem. W przypadku czynników używanych w pompach ciepła np. R410A, czym wyższe ciśnienie tym wyższa temperatura czynnika chłodniczego. Na poniższym wykresie zobacz jak w realnych warunkach zmienia się zawartość cieplna (czyli entalpia) w zależności od ciśnienia wytworzonego np. przez sprężarkę.

Skoro pobieżnie omówiliśmy zasadę działania pomp ciepła czas zapoznać się z rodzajami tych źródeł ciepła.

Jakie są rodzaje pomp ciepła?

Biorąc pod uwagę budowę pomp ciepła można je podzielić na konstrukcje typu SPLIT, lub monoblok. Pompy ciepła o konstrukcji SPLIT składają się z dwóch odrębnych jednostek (zewnętrznej i wewnętrznej) połączonych układem chłodzenia, który po zamontowaniu należy napełnić czynnikiem chłodniczym. Ze względu na konieczność wykonania szczelnych połączeń w układzie chłodniczym oraz konieczność napełnienia układu chłodniczego odpowiednim czynnikiem montaż pompy ciepła typu SPLIT musi dokonać osoba posiadająca odpowiedni sprzęt oraz uprawnienia „F-gazy” i odpowiednie świadectwo kwalifikacyjne niezbędne do wykonywania prac związanych z elektryką potocznie zwane „uprawnieniami SEP„.

Pompy ciepła typu monoblok mają konstrukcję kompaktową z wbudowanym fabrycznie układem chłodzenia, więc do ich podłączenia wystarczy ważne świadectwo kwalifikacyjne grupy 1 (popularny „SEP”). Podczas instalacji pompy ciepła (niezależnie od typu SPLIT lub monoblok) instalator musi dokonać połączeń hydraulicznych, czyli podłączyć pompę ciepła do górnego źródła ciepła np. ogrzewania podłogowego, grzejników lub klimakonwektorów.

Podziału pomp ciepła można dokonać również ze względu na na budowę dolnego źródła ciepła. Podział taki jest bardziej popularny i w wyniku jego rozróżniamy: powietrzne i gruntowe pompy ciepła. Gruntowe pompy ciepła mogą występować z kolektorem poziomym, czyli rurki, które w zależności od typu gruntu rozłożone są na dużej powierzchni i głębokości około 20 do 40 cm poniżej strefy przemarzania gruntu, lub kolektorem pionowym wykonanym z rurek umieszczonych w odwiercie o głębokości dochodzącej niekiedy nawet do 100 m.

Przedstawiony powyżej przykładowy podział jest mocno uproszczony a doboru właściwego rozwiązania powinna dokonać osoba posiadająca odpowiednie doświadczenie i znająca indywidualne warunki geolokalizacyjne.

Jeśli uważnie będziesz przeglądał oferty pomp ciepła możesz trafić na podział oparty o zapisy Polskich Norm.

Jak klasyfikujemy pompy ciepła zgodnie z Polską Normą?

W zależności od rodzaju dolnego i górnego źródła ciepła, czy współczynnika COP stosuje się odpowiednie (literowe) oznaczenie pomp ciepła:

• W (water) – stosuje się w gruntowych pompach ciepła w których dolnym źródłem ciepła są np. wody gruntowe.
• B (historycznie od brain) – zamieszczane jest, jeśli w dolnym źródle ciepła nośnik ma niską temperaturę krzepnięcia.
• A (air) – podawane jest powietrznych pompach ciepła w których dolnym źródłem ciepła jest powietrze.

W oparciu o powyższe oznaczenia można dokonać następującego podziału pomp ciepła:

• Gruntowe pompy ciepła B/W (solanka lub glikol / woda), lub W/W (woda / woda).
• Powietrzne pompy ciepła A/W (powietrze / woda) lub A/A (powietrze / powietrze).

W praktyce przy oznaczeniu literowym stosuje się również oznaczenie liczbowe, które określa temperaturę dolnego oraz górnego źródła ciepła.

Przykład:

• A2/W55 – powietrzna pompa ciepła typu powietrze / woda. Temperatura powietrza dopływającego do parownika (dolne źródło ciepła) wynosi 2 ^oC, temperatura wody wypływającej z skraplacza (górne źródło ciepła) wynosi 55 ^oC.
• B0/W35 – gruntowa pompa ciepła typu glikol / woda. Temperatura glikolu dopływającego do parownika (dolne źródło ciepła) wynosi 0 ^oC, temperatura wody wypływającej ze skraplacza (górne źródło ciepła) wynosi 35 ^oC.

Pompy ciepła obecnie są w centrum zainteresowania w związku z tym należy spodziewać się, że na rynku pojawią się nowe rozwiązania techniczne, jednakże zasada ich działania pozostanie niezmienna. Niezależnie od rodzaju pompy ciepła przed podjęciem decyzji o wyborze tego źródła ogrzewania należy zastanowić się w jaki sposób ciepło jest rozprowadzane i oddawane do otoczenia w danym budynku.

Rodzaje instalacji centralnego ogrzewania (CO) współpracujące z pompami ciepła

Większość osób rozważających zakup pompy ciepła kieruje się potencjalnymi oszczędnościami jakie mogą wystąpić w trakcie ogrzewania w stosunku do innych źródeł ciepła. Należy pamiętać, że producenci przy swoich produktach podają maksymalne oszczędności i maksymalną efektywność jaką można osiągnąć (parametry bardzo ciężkie do osiągniecia w realnych warunkach). W praktyce, aby osiągnąć jak najwyższą efektywność pompy ciepła temperatura zasilania górnego źródła ciepła w trybie ogrzewania powinna być jak najniższa, co należy zawsze uwzględnić podczas wykonywania projektu instalacji grzewczej. Należy pamiętać, że decydując się na pompę ciepła nie jesteśmy skazani jedynie na ogrzewanie podłogowe, lecz jako górne źródło ciepła możemy wykorzystywać: ogrzewanie podłogowe, klimakonwertery, grzejniki, oraz zasobniki buforowe.

Ogrzewanie płaszczyznowe

Jest popularnie zwane ogrzewaniem podłogowym. Charakteryzuje się niską temperaturą czynnika grzewczego na poziomie 30 do 40 ^oC i możliwością obniżenia temperatury w pomieszczeniu przy zachowaniu komfortu cieplnego. Niska temperatura zasilania instalacji umożliwia pracę pompy ciepła w sposób optymalny (najbardziej ekonomiczny). Ogrzewanie podłogowe projektuje się zgodnie z wytycznymi Polskiej Normy PN-EN 1264. Projekt instalacji powinien zawierać długości pętli grzewczych, straty ciśnienia występujące w układzie i objętościowe natężenie przepływu dotyczące każdej pętli grzewczej. Ważne, aby projekt uwzględniał również rozstaw rur oraz pojemność wodną całego systemu grzewczego. W ogrzewaniu podłogowym rury należy układać z rozstawem zgodnym z projektem (najczęściej 10 do 20 cm). Projektant powinien przewidzieć, aby opór pojedynczej pętli ogrzewania nie przekroczył 12 kPa, czyli 120 mbar, oraz powinien przyjąć założenia różnicy temperatury zasilania i powrotu równej 5 ^oC. Projektant powinien również uwzględnić zrównoważony przepływ czynnika grzewczego np. wody w instalacji ogrzewania podłogowego i w tym celu może wykorzystać zawory wstępnej nastawy przepływów tzw. przepływomierze. Co ważne, wysoka zdolność ogrzewania podłogowego do akumulacji ciepła umożliwia nawet kilkugodzinną przerwę w ogrzewaniu bez odczuwalnych zamian temperatury wewnątrz pomieszczeń. Niestety rzadko spotyka się dobrze wykonany projekt ogrzewania podłogowego uwzględniający opisane parametry. Najczęściej ogrzewanie podłogowe rozkłada instalator „na oko” według własnego uznania często jedynie po krótkim szkoleniu zorganizowanym u lokalnego dystrybutora. Tak wykonane ogrzewanie działa, ale jego parametry odbiegają od optymalnych przez co realne oszczędności wynikające z użycia pompy ciepła są mniejsze od wyliczeń teoretycznych. 

Klimakonwektory

nazywane również fan-coil. Występują w wersji ściennej, kanałowej, kasetonowej, podłogowej, uniwersalnej. Budowa ich jest prosta, składa się z wymiennika do którego dostarczany jest czynnik chłodząco – grzewczy, wentylatora pozwalającego na rozprowadzenie podgrzanego powietrza i zaworu regulacyjnego dostarczającego czynnik grzewczy lub chłodzący w odpowiedniej ilości, oraz elektronicznego sterownika zarządzającego pracą urządzenia. Ponieważ klimakonwektory dobrze działają przy niskiej temperaturze czynnika grzewczego są optymalnym rozwiązaniem dla ogrzewania domu z użyciem pompy ciepła. W klimakonwektorach podczas ogrzewania niezbędna jest praca wentylatora przez co wymagają podłączenia zasilania elektrycznego i generują pewien hałas co odróżnia je do innych systemów ogrzewania. Dodatkowo w przypadku stosowania klimakonwektorów konieczne jest odprowadzenie wytwarzających się skroplin.

Grzejniki

Bez problemów mogą być wykorzystywane do współpracy z pompami ciepła, ale w celu dobrej pracy (skutecznego ogrzewania) muszą być zaprojektowane i dobrane odpowiednie parametry pracy pompy ciepła oraz powierzchnia grzejnika (należy pamiętać, że w celu utrzymania dobrej efektywności pompy ciepła, temperatura zasilania nie powinna przekraczać 55 °C). W nowym budownictwie dzięki dobrej izolacji termicznej możliwe jest zastosowanie niższych parametrów pracy a tym samym można osiągnąć wyższą efektywność pracy pompy ciepła. Im niższa temperatura zasilania, tym sprawność pompy ciepła będzie wyższa. Z tego powodu należy dążyć do jak najniższych temperatur wody zasilających grzejniki. Ponieważ ogrzewanie pomieszczeń za pomocą grzejników zawsze wymaga wyższej temperatury wody niż ogrzewanie podłogowe lub klimakonwektory, osiągnięcie deklarowanej przez producenta pompy ciepła maksymalnej sprawności będzie niemożliwe do osiągnięcia. 

WAŻNE!
Jeśli pompa ciepła ma współpracować z instalacją grzejnikową, to prawie w każdym przypadku wymagany jest odpowiednio dobrany zasobnik buforowy. Użycie zasobnika buforowego jest wymagane z powodu konieczności utrzymania minimalnego określonego przez producenta pompy ciepła przepływu wody grzewczej. Dzięki zasobnikowi buforowemu oddzielamy przepływ wody przez pompę ciepła od przepływu wody przez grzejniki (przepływ ten może być zmienny poprzez zawory grzejnikowe).

Zasobniki buforowe

W uproszczeniu jest to duży dobrze zaizolowany termicznie zbiornik wypełniony wodą wewnątrz którego umieszczonych jest kilka oddzielonych od siebie hydraulicznie (nie ma między nimi połączenia) spiral. Dzięki temu ciepła woda w obiegu pompy ciepła przepływając przez spirale w zasobniku buforowym nagrzewa znajdującą się w nim wodę. Inna spirala grzewcza odpowiada za przekazywanie ciepła z kotła gazowego, a jeszcze inna za odebranie ciepła z zasobnika i przekazanie go do grzejników lub ogrzewania podłogowego. Kolejna spirala odpowiada za przekazanie ciepła do obiegu Ciepłej Wody Użytkowej (CWU). Można więc powiedzieć, że zasobnik buforowy jest magazynem ciepła. Więc niezależnie od wybranego systemu górnego źródła ciepła warto zastanowić się nad montażem zasobnika buforowego na potrzeby ogrzewania budynku i podgrzania ciepłej wody użytkowej. Odpowiednio dobrany zasobnik buforowy spełnia bardzo ważną funkcję w instalacji z pompą ciepła, ponieważ zapewnia wydłużenie czasu pracy pompy ciepła (sprężarki) w okresach częściowego zapotrzebowania na moc (zbyt częste włączanie i wyłączanie sprężarki jest niekorzystne z punktu widzenia żywotności pompy ciepła). Z tego powodu dobierając zbiornik buforowy do współpracy z powietrznymi lub gruntowymi pompami ciepła typu on/off należy zgodnie z zaleceniami producenta pompy ciepła uwzględnić minimalny czas pracy sprężarki (na tej podstawie fachowiec dobierze wielkość i pojemność zasobnika buforowego). W przypadku pomp ciepła z regulowaną mocą tzw. inwerterowych dobierając zasobnik buforowy należy uwzględnić minimalną moc grzewczą pompy ciepła.

Prawidłowo dobrany zbiornik buforowy zapewnia hydrauliczne oddzielenie obiegu pompy ciepła i obiegu instalacji CO np. grzejników, obwodów ogrzewania podłogowego itp. dzięki czemu hydrauliczny obwód pompy ciepła ma zagwarantowany stały wymagany przez pompę ciepła przepływ wody grzewczej (brak zmian w przepływie powodowanych zamykaniem i otwieraniem obwodów np. zaworów na grzejnikach lub rozdzielaczach obwodów ogrzewania podłogowego. Dodatkową korzyścią z zastosowania zbiornika buforowego jest magazynowanie (akumulacja) ciepła w celu odszronienia parownika pomp ciepła typu powietrze/woda oraz zapewnienie możliwości odzyskania zmagazynowania energii cieplnej w momentach braków energii elektrycznej (należy przewidzieć zasilanie rezerwowe dla pompki cyrkulacyjnej, która pozwoli rozprowadzić ciepło po budynku). Co warte podkreślenia brak energii może być przypadkowy (awaria dostawcy prądu) lub planowany np. wyłączenie zasilania pompy ciepła w czasie droższej taryfy (taryfy omówione zostały w dalszej części artykułu). Dobierając zasobnik buforowy warto zadbać, aby miał możliwość podłączenia kilku niezależnych źródeł ciepła np. pompa ciepła, kocioł gazowy lub na ekogroszek, kominek z płaszczem wodnym itp. dzięki czemu w zależności od potrzeb łatwo jest zarządzać, które źródła ciepła w danej chwili powinny dostarczać ciepło.

Uwaga!

Ogrzewanie podłogowe lub z grzejnikami bez zasobnika buforowego jest możliwe, ale instalacja grzewcza musi spełniać warunek minimalnej powierzchni ogrzewania podłogowego lub grzejnikowego z ciągłym, niezaburzonym przepływem czynnika grzewczego. Oznacza to, że w takiej instalacji muszą być obwody grzewcze np. grzejniki lub pętle ogrzewania podłogowego, które nie są sterowane przez zewnętrzne termostaty (ręczne np. głowice termostatyczne lub elektroniczne np. elektrozawory lub siłowniki) i nie ma możliwości odcięcia lub ograniczenia przepływu czynnika grzewczego. Wartość minimalnego przepływu czynnika grzewczego zależy od konkretnego modelu pompy ciepła więc powinien zostać określony przez osobę, która posiada odpowiednią wiedzę i doświadczenie, oraz zna dokumentację techniczną konkretnej pompy ciepła. Zaleca się, aby w pomieszczeniu w którym znajduje się obieg grzewczy bez regulacji zamontować pokojowy regulator temperatury. W takim układzie pod koniec procesu odszraniania powietrznej pompy ciepła może nastąpić załączenie grzałki elektrycznej. Z tego powodu, aby tego uniknąć (ograniczyć koszty związane z działaniem grzałek elektrycznych) i zapewnić bezawaryjną pracę pompy ciepła zalecane jest zastosowanie zbiornika buforowego.

W skrócie omówiliśmy rodzaje pomp ciepła i na tym etapie wiesz już, że każda pompa ciepła posiada sprężarkę a powietrzna pompa ciepła również wentylator. Oba te urządzenia pracując zarówno w dzień jak i w nocy generują hałas, który może być uciążliwy dla domowników lub sąsiadów. Czas zadać pytanie:

Jaki hałas powoduje pompa ciepła?

Omawiając poziom hałasu (poziom ciśnienia akustycznego) jaki wytwarza pompa ciepła warto wspomnieć o dwóch zagadnieniach:

• poziom ciśnienia akustycznego jaki jest mierzony na granicy działki,
• poziom ciśnienia akustycznego jaki przenika do wnętrza pomieszczeń.

W dokumentacji pompy ciepła można jeszcze spotkać się z parametrem określającym poziom mocy akustycznej L_W. Poziom mocy akustycznej opisuje całkowitą zmianę ciśnienia powietrza, powodowaną przez pompę ciepła (źródło dźwięku) we wszystkich kierunkach i można ją wyznaczyć tylko obliczeniowo. Warto wiedzieć, że poziom mocy akustycznej może być podstawą do porównania różnych pomp ciepła pod względem generowanego przez nie hałasu.

Poziom mocy akustycznej nie zmienia się jest stały, natomiast poziom ciśnienia akustycznego maleje wraz ze wzrostem odległości od pompy ciepła więc w dalszej części będę omawiał poziom ciśnienia akustycznego, które odbieramy jako hałas. Obecnie dużą popularnością cieszą się powietrzne pompy ciepła, które mają zarówno sprężarkę jak i wentylator co powoduje, że wytwarzany przez nie hałas może być uciążliwy. Zacznę od omówienia:

Jaki może być maksymalny poziom hałasu na granicy działki?

Wytycznych dotyczących poziomu ciśnienia akustycznego jakie może panować na granicy naszej działki należy szukać w Rozporządzeniu Ministra Klimatu i Środowiska z dnia 7 września 2021 r. w sprawie wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości emisji Poz. 1710. Niestety w dokumencie tym nie ma podanych konkretnych wartości a jedynie wzory i wytyczne do ich wyliczenia więc przytoczę zestawienie zawartego w: Poradniku systemów grzewczych z pompami ciepła Bosch.

W zależności od typu przeznaczenia terenu poziom ciśnienia akustycznego L_p na granicy działki nie powinien przekraczać wartości podanych w tabeli:

Przeznaczenie terenu	Czas	Lp
Obszary A: ochrony uzdrowiskowej i tereny szpitali poza miastem	Dzień	45 dB (A)
	Noc	40 dB (A)
Tereny zabudowy mieszkaniowej jednorodzinnej lub tereny zabudowy związanej ze stałym lub czasowym pobytem dzieci i młodzieży lub tereny domów opieki społecznej lub tereny szpitali w miastach	Dzień	50 dB (A)
	Noc	40 dB (A)
Tereny zabudowy mieszkaniowej wielorodzinnej i zamieszkania zbiorowego lub teren zabudowy zagrodowej lub tereny rekreacyjnowypoczynkowe lub tereny mieszkaniowo-usługowe	Dzień	55 dB (A)
	Noc	45 dB (A)
Tereny w strefie śródmiejskiej miast powyżej 100 000 mieszkańców	Dzień	55 dB (A)
	Noc	45 dB (A)

Ważne, aby pamiętać o przyjętych założeniach określających:

Dzień – przedział czasu odniesienia równy ośmiu najmniej korzystnym godzinom dnia następującym kolejno.
Noc – przedział czasu odniesienia równy jednej najmniej korzystnej godzinie nocy.

Skoro wiesz już kiedy Twój sąsiad może mieć do Ciebie pretensje o zbyt głośne działanie Twojej pompy ciepła to zastanówmy się, kiedy pompa ciepła może być uciążliwa dla domowników czyli:

Jaki maksymalny poziom hałasu może przenikać do pomieszczeń?

Informacji na ten temat należy szukać w podstawie prawnej, która określa warunki ochrony przed hałasem i drganiami czyli w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie Dz.U. 2002 nr 75 poz. 690, oraz w Polskiej Normie PN-B-02151-2:2018-01 – wersja polska Akustyka budowlana — Ochrona przed hałasem w budynkach — Część 2: Wymagania dotyczące dopuszczalnego poziomu dźwięku w pomieszczeniach.

Należy pamiętać, że hałas może pochodzić z pompy ciepła zainstalowanej na zewnątrz jak i z gruntowej pompy ciepła, której sprężarka zainstalowana jest wewnątrz budynku. W takim wypadku ważne jest, aby poziom dźwięku przenikającego do pomieszczeń z wszystkich źródeł hałasu usytuowanych poza rozpatrywanym pomieszczeniem nie przekroczył wartości podanych w poniższej tabeli (źródło: Poradnik systemów grzewczych z pompami ciepła Bosch):

Pomieszczenie	Czas	Równoważny poziom dźwięku A
Pomieszczenia mieszkalne w budynkach mieszkalnych, internatach, domach rencistów, domach dziecka, hotelach	Dzień	40 dB (A)
	Noc	30 dB (A)
Kuchnie i pomieszczenia sanitarne	Dzień	45 dB (A)
	Noc	40 dB (A)
Pokoje w hotelach II kat. i niższych	Dzień	45 dB (A)
	Noc	35 dB (A)
Pokoje chorych w szpitalach i sanatoriach z wyjątkiem pokoi w oddziałach intensywnej opieki	Dzień	35 dB (A)
	Noc	30 dB (A)
Restauracje i sklepy	Dzień	50 dB (A)

Zagadnienie hałasu jaki wywołuje pompa ciepła jest bardziej skomplikowane niż mogłoby się wydawać ponieważ należy uwzględnić sposób jej ustawienia w stosunku do otoczenia a wiec współczynnik kierunkowości.

Co to jest kierunkowość źródeł dźwięku?

Większość źródeł dźwięku (tu mówimy o pompach ciepła) jest kierunkowa więc gdy kierunkowe źródło dźwięku znajduje się w przestrzeni otwartej to poziom natężenia dźwięku w punkcie pomiaru nie zależy tylko od mocy akustycznej źródła dźwięku i odległości od źródła dźwięku, ale również od współczynnika kierunkowości. Kierunkowość źródła dźwięku określana jest za pomocą współczynnika kierunkowości źródła dźwięku Q. Q, określa stosunek natężenia dźwięku w danym punkcie dla danego źródła dźwięku do natężenia dźwięku jakie byłoby w tym punkcie, gdyby to źródło dźwięku było wszechkierunkowe (gdyby dźwięk rozchodził się równo we wszystkich kierunkach). Skomplikowane? Przeanalizuj poniższy rysunek, który poglądowo przedstawia zagadnienie kierunkowości źródła dźwięku.

Przykład

Zobacz jak w praktyce zmienia się hałas wywołany przez pompę ciepła w zależności od odległości i współczynnika kierunkowości, czyli ustawienia dolnego źródła ciepła (źródło: Poradnik systemów grzewczych z pompami ciepła Bosch).

Poziom ciśnienia akustycznego pompy ciepła Bosch CS7000i AW 7 bez osłon bocznych
	Odległość	1 m	2 m	3 m	4 m	5 m
Dzień	Q = 2	55 dB (A)	49 dB (A)	46 dB (A)	43 dB (A)	41 dB (A)
	Q = 4	58 dB (A)	52 dB (A)	49 dB (A)	46 dB (A)	44 dB (A)
Noc	Q = 2	50 dB (A)	44 dB (A)	41 dB (A)	38 dB (A)	36 dB (A)
	Q = 4	53 dB (A)	47 dB (A)	44 dB (A)	41 dB (A)	39 dB (A)

W praktyce jeśli nie chcesz mieć kłopotów z sąsiadem poziom ciśnienia akustycznego (hałas) panujący na granicy Twojej działki nie może przekraczać 40 dB (tereny zabudowy mieszkaniowej jednorodzinnej lub tereny zabudowy związanej ze stałym lub czasowym pobytem dzieci i młodzieży lub tereny domów opieki społecznej lub tereny szpitali w miastach), co oznacza że pompa ciepła CS7000i AW 7 bez osłon bocznych w zależności od współczynnika kierunkowości Q może być zamontowana w odległości:

• 4 m od granicy działki dla współczynnika kierunkowości Q = 2
• 5 m od granicy działki dla współczynnika kierunkowości Q = 2 lub Q = 4

Oznacza to, że decydując się na zakup tej pompy ciepła należy zastanowić się nad zagospodarowaniem przestrzennym działki ponieważ dla bezpieczeństwa (utrzymania zapasu bo z czasem pompa ciepła może zacząć pracować głośniej) warto zamontować ją 5 lub 6 metrów od granicy działki.

Wiele osób może zastanawiać się dlaczego poświęcam tyle miejsca na zagadnienia związane z hałasem jaki wywołują pompy ciepła? Odpowiedź może zaskoczyć, pompy ciepła o tej samej mocy cieplnej w zależności od producenta i konkretnego modelu mogą znacznie różnic się niektórymi parametrami technicznymi w tym poziomem ciśnienia akustycznego, czyli wytwarzanym podczas pracy hałasem. Podejmując decyzję o zakupie pompy ciepła można dokonać pozornej oszczędności kupując tańszy model, lecz należy pamiętać, że po zainstalowaniu i uruchomieniu hałas generowany przez dolne źródło ciepła może przeszkadzać domownikom lub sąsiadom. Należy również pamiętać, że wraz z upływem lat poziom hałasu generowany przez pompę ciepła może wzrosnąć do poziomu, który przekroczy omawiane wartości dB co może wiązać się z koniecznością poniesienia kosztów i wytłumienia urządzenia a w szczególnych przypadkach może wiązać się z koniecznością wymiany pompy ciepła na nową, taką, która nie będzie przekraczać dopuszczalnego poziomu hałasu. Sytuacja o której wspominam będzie wiązała się z pewnymi kosztami, do poniesienia których możemy być zmuszeni np. wyrokiem sądu. Dla wielu osób może być zaskoczeniem, ale za zbyt głośną pracę pompy ciepła możemy zostać ukarani.

Czy za hałas wywołany pracą pompy ciepła (lub klimatyzatora) można dostać „mandat”?

W podobnej sprawie zapadł już w 2021 r. wyrok a osoba odpowiedzialna za nadmierny hałas ma do zapłacenia karę o łącznej wartości prawie 1 900 zł. Wyrok wydał Sąd Rejonowy w Giżycku w II Wydziale Karnym (fragment poniżej):

obwinionej o to, że:

W okresie czasu od dnia 19 listopada 2019 roku do dnia 10 stycznia 2020 roku w G. przy ul. (…), (…)jako osoba odpowiedzialna za funkcjonowanie sklepu (…) poprzez nadmierny hałas wytwarzany przez agregat zawieszony na ścianie w/w budynku zakłóciła spoczynek nocny dla B. B. (1) i R. B.

tj. o czyn z art. 51 §1 kw

1. Obwinioną B. S. uznaje za winną popełnienia zarzucanego jej czynu i za to na podstawie art. 51 §1 kw w zw. z art. 24 §1 i 3 kw skazuje ją na karę grzywny w wysokości 500 zł (pięćset) złotych.

2. Zasądza od B. S. na rzecz B. i R. B. 1000 zł tytułem zwrotu kosztów zastępstwa procesowego.

3. Zasądza od obwinionej na rzecz Skarbu Państwa 50 zł tytułem opłaty oraz pozostałe koszty sądowe w kwocie 336,73 zł.

II W 62/20

UZASADNIENIE
Komenda Powiatowa Policji w G. skierowała wniosek u ukaranie B. S. zarzucając jej, że w okresie czasu od dnia 19 listopada 2019 roku do dnia 10 stycznia 2020 roku w G. przy ul. (…) jako osoba odpowiedzialna za funkcjonowanie sklepu (…) poprzez nadmierny hałas wytwarzany przez agregat zawieszony na ścianie w/w budynku zakłóciła spoczynek nocny dla B. B. (1) i R. B., tj. o czyn z art. 51 § 1 kodeksu wykroczeń.

Źródło: https://orzeczenia.ms.gov.pl/content/$N/150515100001006_II_W_000062_2020_Uz_2021-11-08_001

W powyższym fragmencie pojawia się odwołanie do paragrafów, a ponieważ większość osób czytających ten artykuł nie ma wykształcenia prawniczego zobaczmy jaka jest treść Art. 51 § 1 Kodeksu wykroczeń, który jest przywołany w powyższym orzeczeniu:

Art. 51 § 1 K.w. stanowi: ˝Kto krzykiem, hałasem, alarmem lub innym wybrykiem zakłóca spokój, porządek publiczny, spokój nocny albo wywołuje zgorszenie w miejscu publicznym, podlega karze aresztu, ograniczenia wolności albo grzywny.

Źródło: https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/download.xsp/WDU19710120114/U/D19710114Lj.pdf

Jak widzisz z pompami ciepła i klimatyzatorami wiążą się różne, czasem mało oczywiste zagadnienia więc zastanówmy się, czy pompa ciepła może nas jeszcze czymś zaskoczyć? Nazwa pompa ciepła sugeruje, że to źródło ciepła może dostarczać ciepło, ale czy może chłodzić?

Czy pompa ciepła może chłodzić?

Tak, ale nie każda pompa ciepła może chłodzić. W sprzedaży jest coraz więcej pomp ciepła, które mają możliwość chłodzenia, ale należy pamiętać, że aby chłodzenie było możliwe nie tylko pompa ciepła musi mieć taką funkcję, ale cała instalacja „grzewcza” musi być przystosowana do chłodzenia.

Pamiętaj, grzejniki nie mogą być wykorzystywane do chłodzenia pomieszczeń (chłodząc za pomocą pompy ciepła nie można doprowadzić do zbyt dużej różnicy pomiędzy temperaturą w pomieszczeniu a temperaturą czynnika chłodzącego – nie można dopuścić do skroplenia się wilgoci co będzie miało miejsce jeśli przekroczony zostanie „punkt rosy”. Grzejniki mają stosunkowo małą powierzchnię oddawania ciepła i nie mają nawiewu ani możliwości odprowadzenia skroplin).

Rozmawiając o chłodzeniu za pomocą pompy ciepła rozróżniamy dwa tryby: 

• chłodzenie aktywne – dotyczy powietrznych pomp ciepła – w tym trybie sprężarka cały czas pracuje a obieg przepływu czynnika chłodniczego w pompie ciepła zostaje odwrócony (praca rewersyjna). Dzięki temu skraplacz, który w trybie grzania odpowiadał za przekazanie ciepła do systemu grzewczego w momencie pracy w trybie chłodzenia staje się parownikiem, którego zadaniem jest odbieranie ciepła z budynku np. za pośrednictwem pętli ogrzewania podłogowego. Natomiast parownik, który w trybie grzania odbierał energię z dolnego źródła ciepła w chwili chłodzenia staje się skraplaczem przekazującym energię cieplną do dolnego źródła ciepła.
• Chłodzenie pasywne – dotyczy gruntowych lub wodnych pomp ciepła – w tym trybie podczas pracy na cele chłodzenia sprężarka pompy ciepła nie pracuje. Ciepło z budynku odbierane jest np. przez pętle ogrzewania podłogowego i poprzez odpowiedni, zewnętrzny obieg hydrauliczny. np. stację chłodzenia pasywnego pomp gruntowych przekazywane jest najczęściej do obiegu dolnego źródła ciepła. Działanie bez użycia sprężarki jest możliwe, ponieważ temperatura panująca w otoczeniu dolnego źródła ciepła jest na tyle niska, że oddaje ciepło pozyskane z budynku.

W trybie chłodzenia nie można zapominać o regulacji temperatury. Automatyka budynku musi umożliwiać sterowanie w trybie chłodzenia co nie jest oczywiste w regulatorach temperatury różnych systemów Smart Home i polega na odwróceniu logiki:

• tryb grzania – temperatura spada poniżej ustawionej automatyka powinna włączyć (ON) ogrzewanie. Gdy temperatura rośnie powyżej ustawionej ogrzewanie ma zostać wyłączone (OFF).
• tryb chłodzenia – temperatura spada poniżej ustawionej automatyka powinna wyłączyć (OFF) chłodzenie. Gdy temperatura rośnie powyżej ustawionej chłodzenie ma zostać załączone (ON).

W przypadku wykorzystywania instalacji ogrzewania podłogowego do chłodzenia należy pamiętać, że temperatura wody przepływającej w instalacji podłogowej nie powinna być niższa niż 18 ^oC. Zbyt niska temperatura wody przepływającej w rurkach może doprowadzić do wykroplenia się w posadzce wilgoci co może nastąpić po przekroczeniu tzw. temperatura punktu rosy.

Ponieważ celem tego artykułu jest opisanie i uporządkowanie wiedzy na temat różnych elektrycznie zasilanych źródeł ciepła, tak aby inwestor miał ułatwione zadanie podczas podejmowania decyzji o wyborze systemu ogrzewania nie będę bardziej zagłębiał się w szczegóły związane z pompami ciepła lecz podsumuję ten rodzaj ogrzewania.

Jakiego zasilania wymaga pompa ciepła?

Rodzaj elektrycznego zasilania pompy ciepła zależy od jej mocy. Większość pomp ciepła posiada wbudowane grzałki elektryczne, które wspomagają ogrzewanie w przypadkach gdy temperatura na zewnątrz spada poniżej tej na jaką została dobrana dana pompa ciepła. W związku z tym pompy ciepła o większych mocach są zasilane napięciem trójfazowym natomiast mniejsze pompy ciepła najczęściej mają zasilanie jednofazowe. Pozostaje pytanie:

Jaką pompę ciepła wybrać?

Osoby planujące ten rodzaj ogrzewania często zadają pytanie jaką pompę ciepła wybrać? Czy, lepsza jest konstrukcja typu SPLIT, czy monoblok? Zdecydować się na gruntową, czy powietrzną pompę ciepła? Trudność z udzieleniem odpowiedzi polega na tym, że osoby zastanawiające się nad wyborem pompy ciepła oczekują rzeczy niemożliwej, czyli szybkiej i jednoznacznej odpowiedzi jaką tanią i dobrą pompę ciepła wybrać bez wdawania się w niezbędne do podjęcia decyzji szczegóły? Prawda jest taka, że na takie pytania nie ma jednoznacznej odpowiedzi. Są różne rodzaje pomp ciepła a co równie ważne są różne rodzaje instalacji centralnego ogrzewania (CO) do których podłączane są pompy ciepła (przecież każdy dom jest inny). Jeśli cała instalacja grzewcza ma działać wydajnie i co ważne ekonomicznie to wszystkie zastosowane rozwiązania muszą być dobrze dobrane i bezawaryjnie ze sobą współpracować. Pamiętaj nie daj się złapać haczyk, każde rozwiązanie ma swoje wady i zalety, które należy przeanalizować w kontekście indywidualnych możliwości.

Powietrzna pompa ciepła	Powietrze jest bezpłatnym ogólnie dostępnym medium. Podczas instalacji nie ma potrzeby wykonywania prac ziemnych. Powietrzne pompy ciepła cechują się szybkością montażu i łatwością serwisowania. Posiadają aktywne chłodzenie.	W porównaniu do gruntowych lub wodnych pomp ciepła pompy powietrzne charakteryzują się mniejszą stabilnością temperaturową dolnego źródła ciepła, oraz dużą amplitudą temperatur dolnego źródła ciepła w całym okresie użytkowania. Ze względu na dogrzania w niskich temperaturach istnieje konieczność stosowania szczytowego (dodatkowego) źródła ciepła np. kotła gazowego, olejowego itp. Należy uwzględnić hałas emitowany na zewnątrz budynku przez sprężarkę i wentylator. Powietrzna pompa ciepła stanowi widoczny element na zewnątrz budynku który należy uwzględnić podczas aranżacji terenu.
Gruntowa pompa ciepła (kolektory pionowe)	Grunt charakteryzuje się wysoką stabilnością temperaturową dolnego źródła ciepła. W czasie lata opcjonalnie mają możliwość chłodzenia pasywnego. Gruntowe pompy ciepła nie hałasują i nie zajmują widocznego miejsca na zewnątrz budynku.	Ze względu na odwierty i konieczne zezwolenia mają wyższe koszty inwestycyjne. W większości przypadków ze względu na odwierty istnieje konieczność spełnienia wymogów prawnych. Zaleca się przeprowadzenie badań gruntu. Istnieje konieczność zapewnienia miejsca na wjechanie specjalistycznego sprzętu, który wykona odwierty.
Gruntowa pompa ciepła (kolektory poziome)	Charakteryzują się korzystną stabilnością temperaturową dolnego źródła ciepła. Posiadają niższy koszt inwestycji (rozłożenie poziomych kolektorów) jest tańsze niż wykonywanie pionowych kolektorów gruntowych. Gruntowe pompy ciepła nie hałasują i nie zajmują widocznego miejsca na zewnątrz budynku. Kolektory poziome nie wymagają zezwoleń na głębokie odwierty.	Kolektory poziome wymagają dużej powierzchnia działki, która nie może być zagospodarowana, czyli nie można na niej sadzić drzew, krzewów ani dokonywać żadnej zabudowy. Nie mają możliwości chłodzenia pasywnego.
Wodna pompa ciepła (wody gruntowe)	Charakteryzują się najwyższą stabilnością temperatury dolnego źródła ciepła. Posiadają opcjonalnie możliwość chłodzenia pasywnego. Nie hałasują. Nie zajmują widocznego miejsca na zewnątrz budynku.	Konieczne jest zastosowanie wymiennika pośredniego oraz dodatkowej pompy obiegowej. Wymagają odpowiedniego terenu (warstw wodonośnych). Zagrożeniem jest możliwość zmiany (obniżenia) poziomu wód gruntowych.

Osoby zainteresowane tematem mogą spotkać się z wodnymi pompami ciepła w których dolne źródło ciepła stanową wody powierzchniowe np. płynąca rzeka. Ze względu na podstawowy wymóg jakim jest bezpośredni dostęp do wód powierzchniowych oraz konieczność uzyskania odpowiednich zezwoleń ten rodzaj pomp ciepła nie jest w Polsce popularny wiec nie będę poruszał tego zagadnienia z tym opracowaniu. Celem tego opracowania nie jest stworzenie szczegółowego poradnika doboru pomp ciepła, lecz pomoc w rozpoznaniu możliwości ogrzewania elektrycznego budynku, zatem przejdę do omówienia kolejnego elektrycznego źródła ciepła działającego na podobnej zasadzie jakim są:

Klimatyzatory z funkcją grzania

Do klimatyzatorów z funkcją grzania zaliczam urządzenia wyposażone w powietrzną pompę ciepła typu powietrze-powietrze, która w funkcji grzania pozwala w klimatyzatorze uzyskać efekt odwrotny od chłodzenia, czyli grzanie. Taki klimatyzator w funkcji chłodzenia wykorzystuje jednostkę zewnętrzną jako skraplacz a jednostkę wewnętrzną jako parownik, natomiast w trybie grzania funkcje się odwracają dzięki czemu klimatyzator może ogrzewać pomieszczenie za pomocą nadmuchiwanego powietrza.

W celu oszacowania kosztów energii elektrycznej potrzebnej do ogrzania należy w opisany wyżej sposób określić kubaturę, oraz zapotrzebowanie na energię cieplną danego pomieszczenia a następnie sprawdzić w dokumentacji wybranego modelu klimatyzatora parametry techniczne na podstawie których można ustalić ile energii elektrycznej pobiera do wyprodukowania odpowiedniej ilości ciepła.

Barierą działania klimatyzatorów z funkcją grzania (podobnie jak powietrznych pomp ciepła) jest niska temperatura panująca na zewnątrz budynku. Moc grzewcza klimatyzatorów z funkcją grzania spada wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej. Czym zimniej na zewnątrz, tym klimatyzator słabiej grzeje przez co najlepiej traktować go jako urządzenie do chłodzenia i ewentualnie jako dodatkowe źródło ciepła w okresie późnej jesieni lub wczesnej wiosny, czyli zanim włączy się, lub wyłączy podstawowe źródło ciepła np. kocioł gazowy.

Najczęściej ogrzewanie za pomocą klimatyzatora z funkcją grzania sprawdza się gdy temperatura na zewnątrz nie spadnie poniżej -5 ^oC. Obecnie na ryku można znaleźć klimatyzatory, które według producentów mogą pracować przy temperaturach poniżej -20 ^oC a nawet -30 ^oC, lecz są to nowoczesne zaawansowane technologicznie urządzenia przez co ich cena może być wysoka.

Moc grzewcza i chłodnicza klimatyzatora z funkcją grzania jest w większości zbliżona i w porównaniu do tradycyjnych źródeł ciepła np. kotłów CO jest dość mała. W związku z tym wykorzystanie klimatyzatorów z funkcją grzania w domu całorocznym jako jedyne źródło ciepła jest dość ryzykowne. Co innego w domu letniskowym, który w okresie zimowym jest wykorzystywany okazjonalnie i w razie dużych mrozów może być nieużywany.

Rozważając ogrzewanie domu za pomocą klimatyzatora z funkcją grzania warto zastanowić się w jakim rejonie Polski jest umieszczony budynek i jakie średnie temperatury panują zimą w tym rejonie kraju. Wiele osób pamięta jeszcze prawdziwe mroźne zimy gdzie temperatura przez wiele dni a czasem tygodni utrzymywała się na poziomie bliskim -30 ^oC. Rozważając ogrzewanie budynku za pomocą klimatyzatora jako jedynego źródła ciepła warto zadać pytanie jaki poziom i przez jaki okres czasu utrzymają się najniższe temperatury w trakcie zim w najbliższych kilkudziesięciu latach? Jeżeli trend ocieplenia się utrzyma i zimy będą coraz łagodniejsze (będą raczej przypominać chłodną jesień niż zimę) to klimatyzator z funkcją grzania może okazać się wystarczającym źródłem ciepła, lecz jeśli wrócą mroźne zimy (z czym trzeba się liczyć jako anomalie związane z ocieplaniem się klimatu) to jego moc grzewcza w większości przypadków będzie zbyt mała do ogrzania pomieszczeń.

Warto wiedzieć, że w tańszych modelach klimatyzatorów funkcja grzania może być realizowana za pomocą grzałek elektrycznych (nagrzewnicy elektrycznej). W bardziej zaawansowanych klimatyzatorach (najczęściej typu SPLIT z jednostką zewnętrzną i wewnętrzną) funkcja grzania realizowana jest na zasadzie rewersyjnej pompy ciepła, czyli w trybie grzania wewnętrzna jednostka jest źródłem ciepła a zewnętrzna źródłem chłodu natomiast w trybie chłodzenia funkcje jednostek się zmieniają i wewnętrzna jest źródłem chłodu a zewnętrzna źródłem ciepła.

Na co zwrócić uwagę wybierając klimatyzator z funkcją grzania?

Zwróć uwagę na współczynnik SCOP lub COP, które różnią się między sobą (wspominałem już o tym zagadnieniu), współczynniki te informują o zdolności klimatyzatora do produkowania energii. Np. współczynnik COP 4 oznacza, że klimatyzator zużyje 1 kW energii elektrycznej i wyprodukuje 4 kW energii cieplnej. Dla porównania elektryczna nagrzewnica pobierając 1 kW energii elektrycznej produkuje 1 kW energii cieplnej.

• Jeśli SEER = 4 to 1 kW energii elektrycznej = 4 kW wytworzonego chłodu.
• Jeśli SCOP = 4 to 1 kW energii elektrycznej = 4 kW wytworzonego ciepła.

Pamiętaj, przyjęliśmy uproszczenie, że moc cieplna i chłodnicza są takie same. W rzeczywistości moce te mogą się różnić i należy indywidualnie przeanalizować każdy przypadek.

Każdy klimatyzator z funkcją ma swój indywidualny (dla danego modelu) zakres temperatur otoczenia (dla grzania i chłodzenia) w których działa ze 100 % wydajnością określaną wspomnianymi wyżej współczynnikami SEER i SCOP. Zagadnienie to jest o tyle ważne, że różni producenci podają SEER i SCOP dla różnych temperatur (nie jest to znormalizowane) przez co może dojść do sytuacji w której współczynnik SCOP dwóch klimatyzatorów wynosi np. 4, ale dla jednego producent podaje go przy temperaturze zewnętrznej 7 ^oC, natomiast inny producent podaje ten współczynnik dla temperatury zewnętrznej 0 ^oC. Jak widać w zagadnieniach tych panuje bałagan, przez który ciężko jest dokonać rzetelnego porównania parametrów technicznych produktów.

W sprzedaży znaleźć możesz również klimatyzatory z funkcją grzania, które pracują na opisanej powyżej zasadzie zjawisk fizycznych zachodzących w pompie ciepła, ale dodatkowo są wyposażone w nagrzewnice elektryczne, które włączają się automatycznie w momencie gdy klimatyzator w tym trybie nie jest w stanie ogrzać pomieszczenia. Uwzględnienie tego rodzaju ogrzewania (wbudowanej nagrzewnicy) jest o tyle ważne, że w zależności metody grzania (temperatury zewnętrznej) zmieniają się koszty związane z ogrzewaniem.

Podsumowując wybór klimatyzatora jako podstawowego źródła ciepła

Taki wybór musi być dobrze przemyślany. Przy tym źródle ciepła należy dokładnie sprawdzić parametry oferowanych urządzeń i często ze względu na spadek wydajności grzania wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej klimatyzator należy przewymiarować, co niestety wiąże się z wzrostem kosztów eksploatacji i może wpłynąć na skrócenie jego żywotności co opisałem przy omawianiu pomp ciepła. Dodatkowo należy uwzględnić fakt, że gdy temperatura zewnętrzna spadnie poniżej temperatury minimalnej dla danego modelu klimatyzatora urządzenie automatycznie się wyłączy. Należy pamiętać, że pracy klimatyzatora towarzyszy hałas wywołany wentylatorami odpowiedzialnymi za nawiew powietrza (hałas wytwarzany przez jednostkę wewnętrzną), orasz hałas jaki wywołuje jednostka zewnętrzna. Jak już pisałem zbyt głośny klimatyzator może przysporzyć kłopotów z sąsiadami a nawet wiązać się z kosztami czyli mandatem nałożonym przez organy kontrolne. Jeszcze przed zakupem należy sprawdzić poziom hałasu wytwarzanego przez dany klimatyzator i sprawdzić jak jego eksploatacja odnosi do aktualnie obowiązujących norm i innych aktów prawnych.

Kalkulując koszty wyboru klimatyzatora jako źródła ciepła nie wolno zapominać o kosztach instalacji, montażu i uruchomienia klimatyzatora. Warto znać również zależność pomiędzy parametrami SEER i SCOP a klasą energetyczną, które można znaleźć na stronach różnych producentów np.:

Klasa efektywności energetycznej	SCOP	SEER
A+++	SCOP ≥ 5,10	SEER ≥ 8,50
A++	4,60 ≤ SCOP < 5,10	6,10 ≤ SEER < 8,50
A+	4,00 ≤ SCOP < 4,60	5,60 ≤ SEER < 6,10
A	3,40 ≤ SCOP 4,00	5,10 ≤ SEER < 5,60

W kontekście energooszczędności klimatyzator z pompą ciepła typu powietrze-powietrze może być urządzeniem, które pozwoli uzyskać wyższą dotację (szczegółów należy szukać w aktualnie obowiązujących programach dotacji).

Jak porównać koszty i jak wybrać klimatyzator z funkcją grzania?

Porównując dwa dowolne klimatyzatory o różnych współczynnikach SEER lub SCOP można łatwo wyliczyć, który zakup będzie ekonomiczny z uwzględnieniem kosztów eksploatacji, czyli zużytej energii elektrycznej. Dla ułatwienia przyjmijmy założenie, że urządzenia pracują w stałych warunkach z pełną mocą, przez siedem dni w tygodniu, przez dwanaście godzin na dobę co daje nam wynik 12 * 356 = 4 380 h/rok. Dla ułatwienia założymy, że współczynniki SEER i SCOP pojedynczego klimatyzatora są równe więc dla dwóch różnych klimatyzatorów z funkcją grzania o różnych SEER i SCOP, teoretyczne, uśrednione zużycie prądu w skali roku wynosi:

• Klimatyzator X o mocy 5 kW (SEER = 5 / SCOP = 5) ≥ 4 380 / 5 = 876 kW
• Klimatyzator Y o mocy 5 kW (SEER = 3 / SCOP = 3) ≥ 4 380 / 3 = 1 460 kW

W przytoczonym przykładzie różnica w zużytej energii wynosi 584 kW / rok a przecież klimatyzatora nie kupujesz na jeden rok tylko na kilka lat, więc wartość tą należy pomnożyć przynajmniej przez 5 lat co daje różnicę blisko 3 000 kW. Otrzymaną wartość pomnóż przez cenę energii elektrycznej (ze względu na szybko zmieniające się ceny nie przytoczyłem obliczenia) i zdecyduj, czy kupno tańszego klimatyzatora z funkcją grzania zawsze oznacza oszczędności rozpatrywane w całym okresie eksploatacji?

Zwróć uwagę, że w niektórych modelach klimatyzatorów z funkcją grzania oferowane są dodatkowe możliwości do jakich zaliczyć należy: funkcję podtrzymania temperatury, automatyczny restart (przydatne przy zaniku i powrocie zasilania), odszranianie jednostki zewnętrznej, osuszanie i oczyszczanie powietrza. W tym wypadku należy również sprawdzić jakie rodzaje filtrów można zastosować. Zagadnienie jest obszerne a osoby zainteresowane tym tematem odsyłam do artykułu zatytułowanego: SMOG, jak skutecznie i niedrogo badać i oczyszczać powietrze?

Kończąc omawianie klimatyzatorów z funkcją grzania przechodzę do podsumowania pierwszej części artykułu.

Podsumowanie części 1

W tej części opisałem zagadnienia związane z wytrzymałością instalacji elektrycznej, oraz wybrane zagadnienia dotyczące:

• nagrzewnic elektrycznych,
• kanałowych nagrzewnic stosowanych w systemach wentylacji i rekuperacji,
• kurtyn powietrznych,
• pomp ciepła,
• klimatyzatorów z funkcją grzania.

W drugiej części artykułu zatytułowanej: Jakie ogrzewanie elektryczne wybrać? Cz. 2 opisałem:

• grzejniki elektryczne,
• promienniki podczerwieni,
• ogrzewanie akumulacyjne,
• piece indukcyjne,
• kotły soniczne,
• grzałki elektryczne w buforach ciepła do CO lub CWU,
• kotły oporowe (z grzałką),
• elektryczne przepływowe podgrzewacze wody,
• kotły elektrodowe,
• ogrzewanie za pomocą mikrofal,
• elektryczne kotły łukowe.

Na koniec podsumuję elektryczne źródła ciepła w kontekście nowobudowanych i istniejących budynków, ale niezależnie od rozważanego przez Ciebie sytemu ogrzewania zastanów się jak zachowa się Twój budynek w przypadku braku zasilania? Zwróć uwagę, że kotły gazowe, na pelet lub ekogroszek do swojego działania (całego systemu grzewczego w tym pompki cyrkulacyjne) również wymagają zasilania energią elektryczną. Proponuję zapoznaj się z poradnikiem: Blackout, czyli jak przygotować się na brak prądu? PORADNIK