Jak zoptymalizować koszty dzięki ogrzewaniu elektrycznemu?

Ogrzewanie elektryczne zyskuje na efektywności

Urządzenia grzewcze zasilane energią elektryczną zyskują na popularności wśród różnych grup odbiorców – gospodarstw domowych, podmiotów komercyjnych czy przemysłu. Wzrost ten wynika z kilku czynników, m.in. niepewności związanej z dostępnością i cenami węgla czy gazu, coraz większej świadomości postępującej dekarbonizacji, a także rosnących możliwości efektywnego wykorzystania energii z własnych instalacji PV i poszukiwania niezależności oraz autonomii względem dostaw energii z systemu energetycznego.

Kotły elektryczne, pompy ciepła powietrze/powietrze (klimatyzatory z funkcją grzania), płaszczyznowe ogrzewanie elektryczne czy piece akumulacyjne zyskują popularność także ze względu na niskie w porównaniu z innymi rozwiązaniami grzewczymi koszty inwestycyjne.

Na zakup/montaż urządzenia grzewczego elektrycznego (innego niż pompa ciepła), materiałów instalacyjnych wchodzących w skład systemu ogrzewania elektrycznego, zbiornika akumulacyjnego/buforowego, zbiornika c.w.u. z osprzętem można także uzyskać dotację w programie „Czyste Powietrze”. Zależnie od poziomu finansowania, wartość dotacji może wynieść 30, 60 lub 90% kosztów kwalifikowanych i odpowiednio maks. 3, 6 i 9 tys. zł. Według statystyk programu udział wniosków o dotację do zakupu ogrzewania elektrycznego jest jednak wciąż niewielki i rośnie powoli – w pierwszym półroczu 2021 r. było to 1,5%, a w pierwszym półroczu 2022 – 1,9%.

Czy znasz: Proste sposoby na oszczędzanie energii?

Ze względu na wysokie i niestabilne ceny energii – niezależnie od zmienionych 15 kwietnia 2022 r. warunków uzyskiwania dotacji w programie rządowym „Mój Prąd” oraz od poziomu inflacji wpływającego na ostrożność inwestycyjną – dużą popularnością wśród inwestorów cieszą się niezmiennie instalacje fotowoltaiczne (PV).

Połączenie instalacji PV z domową instalacją elektryczną i grzewczą to nowy trend, zapoczątkowany przez zmiany w programie „Mój Prąd” i wzmocniony przez rosnące ceny energii oraz problemy z dostępnością paliw – to autokonsumpcja z magazynowaniem energii zarówno w formie energii elektrycznej, jak i cieplnej.

Magazynowanie energii w elektrycznych systemach grzewczych

W IV naborze programu wsparcia montażu mikroinstalacji PV „Mój Prąd” dotację można uzyskać nie tylko na same panele fotowoltaiczne i ich montaż, ale też na rozwiązania pozwalające na świadome zarządzanie energią – magazyny i systemy zarządzania (EMS – Energy Management System, HEMS – Home Energy Management System). We współpracy z instalacją PV stosowane są zarówno magazyny energii elektrycznej (najczęściej bateryjne litowo-jonowe), jak i magazyny ciepła.

Magazyny energii elektrycznej sprawdzą się na przykład w nowych domach o wysokim poziomie elektryfikacji, a magazyny ciepła w budynkach już istniejących, kiedy inwestorowi zależy na obniżeniu zużycia paliw tradycyjnych, a rozwiązania zasilane prądem elektrycznym mają charakter uzupełniający.

W układzie z magazynem energii i ciepła warto rozważyć także zastosowanie systemu zarządzania energią HEMS/EMS – w przypadku korzystania z programu „Mój Prąd” na taki system można uzyskać dotację do 3000 zł (warunkiem jest właśnie zakup i montaż magazynu energii/ciepła).

EMS pozwala inteligentnie sterować przepływem energii z PV między urządzeniami, magazynami energii i siecią. Na HEMS składają się urządzenia oraz program, który pozwala kontrolować i monitorować przepływ energii w budynku oraz nim zarządzać, optymalizując spełnienia wszystkich potrzeb energetycznych użytkowników.

Magazyny (akumulatory) energii elektrycznej ładują się w ciągu kilku godzin – zależnie od nasłonecznienia i bezpośredniego zużycia prądu. Domowy magazyn energii powinien być przystosowany do pracy ciągłej oraz wyróżniać się wysoką gęstością energii i mocy oraz sprawnością gromadzenia mocy. Najpopularniejsze są akumulatory litowo-jonowe (sprawność gromadzenia mocy około 80%). Zaletą magazynu energii jest bezpieczeństwo dostaw energii w przypadku przerw w dostawie prądu sieciowego – jeśli dana inwestycja mieści się na obszarze, na którym awaryjne wyłączenia zdarzają się często i są długotrwałe, elementem projektu instalacji powinna być sieć awaryjna, a pojemność magazynu powinna przewidywać możliwość zasilenia sprzętów domowych przez kilka godzin.

Zobacz jak zaoszczędzić na ogrzewaniu dzięki grzejnikom akumulacyjnym >>

Na magazyn energii elektrycznej o pojemności minimalnej 2 kWh i cenie do 4000 zł/kWh pojemności można uzyskać dotację w programie „Mój Prąd”, może ona wynieść maks. 16 000 zł (nowa kwota obowiązująca od 15.12.2022 r.) i jednocześnie nie więcej niż 50% kosztów kwalifikowanych.

Ważnym aspektem stosowania ogrzewania elektrycznego w budynkach mieszkalnych (szczególnie w domach jednorodzinnych) jest konwertowanie nadwyżek prądu wyprodukowanego przez PV na ciepło (Power-to-Heat).

Magazyny ciepła w porównaniu do magazynów energii elektrycznej oznaczają dla inwestora także mniejszy koszt – nie tylko inwestycyjny. Jak wskazuje Instytut Energetyki Odnawialnej, koszty magazynowania energii (wyznaczone przy założeniu jednego cyklu ładowanie/rozładowanie dziennie i dla cen energii z maja 2022 r.) wynoszą około 2–5 zł/kWh dla magazynów bateryjnych, natomiast dla magazynów ciepła poniżej 1 zł/kWh.

Magazynami ciepła są zasobniki lub bufory c.w.u., a także pompy ciepła typu powietrze/woda (z odrębnym lub zintegrowanym zasobnikiem c.w.u.). Pojemność takiego zbiornika dobiera się w oparciu o czas bez uzyskiwania prądu ze słońca (od 24 do 72 godz.), przy założeniu określonego zużycia c.w.u. (najczęściej 50 l/osobę/dobę).

Żeby zasobnik ciepła był traktowany jak magazyn ciepła podlegający dotacji w wysokości do 5000 zł i jednocześnie do 50% kosztów kwalifikowanych w programie „Mój Prąd”, musi mieć co najmniej 20 dm³ pojemności, a jego zasilanie musi stanowić elektryczne źródło ciepła zwiększające autokonsumpcję – pompa ciepła, kocioł elektryczny czy grzałka elektryczna.

Elektryczne ogrzewacze domu

Ogrzewanie elektryczne może także przyjąć formę zdecentralizowaną – urządzeń płaszczyznowych (przewody, maty lub folie), a także ogrzewaczy pomieszczeń. Ogrzewacze bardzo dobrze sprawdzą się jako urządzenia uzupełniające współpracujące z innym urządzeniem grzewczym (np. pompą ciepła powietrze/powietrze, a więc klimatyzatorem z funkcją grzania) oraz jako rozwiązanie samodzielne, np. zastępujące stare źródło ciepła w mieszkaniu w budynku wielorodzinnym. W tym ostatnim przypadku na ogrzewacz można uzyskać dotację w programie „Ciepłe Mieszkanie”, skierowanym do właścicieli mieszkań w budynku wielorodzinnym (aktualnie prowadzony jest nabór do tego programu dla gmin).

Funkcję ogrzewaczy mogą spełniać piece akumulacyjne lub grzejniki konwektorowe. Piece (grzejniki) akumulacyjne mają zwykle niewielką głębokość i są przystosowane do montażu podłogowego lub ściennego, choć mają wyraźnie większą masę niż tradycyjne grzejniki wodne. O wadze grzejnika akumulacyjnego decyduje wkład (blok) akumulacyjny wykonany z materiału o dużej zdolności magazynowania ciepła wytworzonego z energii elektrycznej (np. cegły szamotowe lub magnezytowe), który w ciągu kilku godzin nagrzewa się do bardzo wysokiej temperatury – nawet ponad 700°C. Ciepło akumulowane jest z wysoką sprawnością (niewielkie straty), a następnie równomiernie oddawane do otoczenia bez dalszego pobierania prądu. W sytuacji optymalnej pobieranie energii elektrycznej (zasilanie grzałek) następuje w czasie tańszej taryfy – za realizację takiego trybu pracy odpowiada zegar sterujący.

Piece akumulacyjne dostępne są jako urządzenia z rozładowaniem statycznym (ciepło rozprowadzane na drodze konwekcji) lub dynamicznym (za rozprowadzenie ciepła odpowiada wentylator promieniowy zapewniający wymuszony obieg powietrza). Sterowaniem zajmuje się automatyczny termostat, umożliwiający regulację pracy urządzenia zależnie od temperatury pomieszczenia, wykrycia otwartego okna czy spadku temperatury poniżej ustawionej wartości minimalnej.

Praktycznym i łatwym w montażu rozwiązaniem, które łączy w sobie zalety ogrzewania przez promieniowanie oraz przez konwekcję wymuszoną (dzięki czemu ciepło szybko i efektywnie rozprowadzane jest po pomieszczeniu), są grzejniki konwektorowe elektryczne. Urządzenia te wyróżniają się atrakcyjnym wyglądem, przypominając eleganckie grzejniki wodne, oraz możliwością efektywnej i szybkiej regulacji, na przykład w oparciu o wskazania czujnika obecności bądź otwarcia okna.

Elektryczne ogrzewanie płaszczyznowe we współpracy z instalacją PV

Rozwiązaniem sprawdzającym się we współpracy z instalacją fotowoltaiczną są też różne rodzaje elektrycznego ogrzewania płaszczyznowego – podłogowe, ścienne czy sufitowe. Ogrzewanie takie może pełnić funkcję głównego systemu grzewczego albo funkcję uzupełniającą. Dywersyfikując dostawy ciepła, inwestorzy coraz chętniej sięgają na przykład po elektryczne maty grzejne do pojedynczych pomieszczeń (głównie łazienek), w których ogrzewanie elektryczne tylko w czasie użytkowania może pomóc w oszczędności ciepła sieciowego czy ciepła pochodzącego z głównego budynkowego źródła wody grzewczej.

Płaszczyznowe ogrzewanie elektryczne łączy zalety ogrzewania promiennikowego płaszczyznowego – nieobecność grzejników, równomierny i komfortowy rozkład temperatury w pomieszczeniu oraz brak unoszenia się kurzu z ważnymi cechami użytkowymi – łatwo je zamontować w wybranych pomieszczeniach, ma też mniejszą bezwładność niż ogrzewanie wodne, dzięki czemu jest łatwiej sterowalne. Należy jednak traktować je jak instalację elektryczną – wymaga przydzielenia mocy, a także musi zostać sprawdzone przez uprawnionego elektryka i podłączone do zasilania przez osobę z odpowiednimi kwalifikacjami (co jest warunkiem obowiązywania gwarancji producenta). Wymaga też odpowiednich zabezpieczeń elektrycznych – wyłącznika nadmiarowego i różnicowo-prądowego, a w pomieszczeniach także ochrony przeciwporażeniowej. Istotne jest także powiązanie projektu ogrzewania podłogowego z aranżacją pomieszczeń – tak aby meble bez nóżek i elementy wyposażenia łazienki nie zasłaniały powierzchni grzewczej.

Instalacje można wykonywać z przewodów grzejnych, które układa się pod wylewką z zachowaniem dylatacji. Stosuje się przewody stałooporowe pracujące zawsze z pełną mocą lub droższe samoregulujące, w przypadku których można dostosować moc do temperatury jego otoczenia. Wyższa cena inwestycyjna rekompensowana jest przez korzyści eksploatacyjne – przewody samoregulujące nie pozwalają na przegrzanie podłogi i umożliwiają dopasowanie ilości oddawanego ciepła do indywidualnych potrzeb.

Rozwiązaniami stosowanymi chętnie w przypadku remontów (ze względu na mniejszą grubość oraz łatwiejsze układanie) są prefabrykowane maty i folie grzejne. Żywotność mat i folii grzejnych jest wysoka (gwarancja producenta wynosi nawet do 25 lat).

Maty stanowią samoprzylepne siatki z tworzywa sztucznego z wplecionymi przewodami o grubości około 2 mm i różnych wersjach mocy grzewczej wyrażonej w [W/m²], a zależnej m.in. od rodzaju pokrycia podłogi. Maty stosuje się także jako ogrzewanie ścienne, do montażu w warstwie kleju pod glazurą czy gresem (rozwiązanie polecane szczególnie do łazienek) lub pod płytami gipsowo-kartonowymi, z zastosowaniem elastycznego wielożyłowego przewodu z włókna węglowego w specjalnej osłonie silikonowej.

Do montażu podtynkowego stosuje się maty o małej grubości (mniej niż 1 mm), zasilane prądem stałym o bezpiecznym, niskim napięciu (SELV – safety extra-low voltage).

Ciekawym zastosowaniem ściennych mat grzejnych są tzw. maty antypleśniowe zasilane prądem o małej mocy, które mają utrzymywać ściany w temperaturze powyżej punktu rosy. Pozwala to uniknąć kondensacji pary wodnej na ścianie i rozwoju pleśni, a także zwiększa tzw. temperaturę odczuwalną dzięki zapewnieniu wyższej temperatury ścian. Rozwiązanie to sprawdzi się na przykład w pomieszczeniach z ogrzewaniem wodnym, gdzie możliwe jest zapewnienie komfortu cieplnego przy niższym zużyciu medium grzewczego.

Elementem grzewczym w tym rozwiązaniu może być elastyczny wielożyłowy przewód z włókna węglowego umieszczony w specjalnej osłonie silikonowej. Folie grzejne – arkusze z tworzyw sztucznych lub odpowiedniego włókna szklanego z naniesionymi elementami grzejnymi – mają grubość około 0,2–0,4 mm, ich moc grzewcza może wynosić od 60 do nawet 400 W/m², a całkowita wysokość montażowa może nie przekroczyć 5 mm. Dlatego folie te sprawdzą się nie tylko w ogrzewaniu podłogowym, ale też ściennym. Nie poleca się ich natomiast do pomieszczeń wilgotnych, na przykład do łazienek. Folie są tańsze i łatwiejsze w montażu niż inne systemy ogrzewania podłogowego.

Ogrzewanie elektryczne płaszczyznowe można łatwo regulować, a parametrami regulacji mogą być temperatura powietrza w ogrzewanym pomieszczeniu lub podłogi. To pierwsze rozwiązanie stosuje się najczęściej, jeśli ogrzewanie płaszczyznowe jest głównym systemem grzewczym. Czujnik temperatury podłogi sprawdzi się jako ochrona przed przegrzaniem (podniesieniem temperatury podłogi powyżej wartości zadanej), na przykład we wspomagającym systemie grzewczym, ale także we współpracy z czujnikiem temperatury powietrza (wówczas ogrzewanie odpowiednio wcześnie reaguje na zbyt wysoką temperaturę elementów grzewczych). Czujniki podłogowe umieszcza się pod posadzką między przewodami grzejnymi, konieczne jest więc odpowiednio wczesne zaplanowanie ich zastosowania.

Wykorzystanie energii elektrycznej do ochrony przed śniegiem i lodem

Ogrzewanie elektryczne może być także wykorzystane na zewnątrz, do ochrony konstrukcji i instalacji zewnętrznych przed śniegiem i lodem. W systemach rynnowych zalegający śnieg i lód mogą powodować niedrożności, a samo tworzenie lodu (np. poprzez wtórne zamarzanie wody roztopowej odprowadzanej z dachu) może się przyczynić do uszkodzenia rynien oraz elewacji. Na zamarzanie są też narażone rury, zawory czy siłowniki w zewnętrznych odcinkach instalacji wodnej.

Prostym i tanim w montażu oraz eksploatacji (szczególnie w porównaniu do późniejszych kosztów usuwania szkód) sposobem ochrony jest ogrzanie chronionych odcinków instalacji do temperatury uniemożliwiającej zaleganie śniegu i tworzenie lodu.

Praktycznym i łatwym w obsłudze rozwiązaniem przeznaczonym do ochrony rynien, rur spustowych oraz innych instalacji rurowych są przewody grzejne. Przypominają one rozwiązania stosowane w elektrycznym ogrzewaniu płaszczyznowym, są jednak przystosowane do pracy zewnętrznej dzięki zabezpieczeniu przed warunkami zewnętrznymi (temperatura, wilgotność, opady) oraz przed starzeniem się pod wpływem promieni UV. Przewody mogą być dostarczane w formie kręgów lub jako odcinki o określonej długości gotowe do montażu, z tzw. przewodem zimnym – zasilającym, przeznaczonym do podłączenia do instalacji elektrycznej. Podłączenia przewodu powinien przeprowadzić uprawniony elektryk.

W ofercie rynkowej dostępne są rozwiązania dostosowane do różnych rodzajów materiałów (np. specjalne przewody do rynien z wykończeniem bitumicznym), o różnej mocy jednostkowej oraz w różnych wykonaniach technicznych. Najczęściej spotykane są przewody grzejne stałooporowe (o niezmiennej mocy) oraz przewody samoregulujące, których oporność (a zatem moc grzejna) jest funkcją temperatury zewnętrznej – dzięki temu przewody nie tylko pracują optymalnie pod względem eksploatacyjnym i ekonomicznym, ale są też chronione przed przegrzaniem. Pozwala to na ich bliskie prowadzenie lub krzyżowanie się.

Przewody mocuje się w rynnach i rurach spustowych za pomocą specjalnych zawiesi montażowych, a rury instalacyjne można owinąć przewodem z zewnątrz. Przewody grzejne łatwo zamontować także na konstrukcjach istniejących, również w temperaturze ujemnej, nieprzekraczającej wartości określonej przez producenta.

Moc grzewczą przewodów stałooporowych (lub maksymalną moc grzewczą przewodów samoregulujących) dobiera się w zależności od ich przeznaczenia (w tym m.in. od materiału i średnicy chronionego układu) oraz od strefy klimatycznej. W rurach o większych średnicach i w trudnych warunkach klimatycznych przewody grzejne często układa się parami.

Pracę instalacji można łatwo regulować, dzięki czemu jest ona optymalna i może przebiegać bez udziału użytkownika. Ważnym elementem takiego układu regulacji i sterowania jest czujnik wilgotności i oblodzenia – dzięki niemu czas pracy przewodów jest ograniczony do tych sytuacji, kiedy rzeczywiście istnieje zagrożenie opadem czy zamarzaniem wody w rynnie. Zwiększa to efektywność ekonomiczną tego rozwiązania.