Fotowoltaika z elektrycznym ogrzewaniem podłogowym - czy to połączenie się opłaca? Jak wykonać taką instalację?
Elektryczne ogrzewanie podłogowe to jeden z pomysłów na zwiększenie autokonsumpcji energii z własnej instalacji fotowoltaicznej. Jak połączyć fotowoltaikę z elektrycznym ogrzewaniem podłogowym? Dlaczego jest to dobre rozwiązanie?
Spis treści
- Fotowoltaika z ogrzewanie podłogowym?
- Jaka moc ogrzewania podłogowego z fotowoltaiką?
- Jakie elementy grzejne elektrycznej podłogówki? Kabel, mata czy folia?
- Montaż ogrzewania elektrycznego
- Sterowanie ogrzewaniem podłogowym
- Projekt instalacji - przykładowe obliczenia
- Jak duża instalacja?
Ci, którzy mają już instalację fotowoltaiczną, powinni się zastanowić, czy dobrym sposobem na obniżenie rachunków za ogrzewanie nie będzie wykorzystanie darmowej energii elektrycznej z ich mikroelektrowni słonecznej do zasilania urządzeń grzewczych. Żeby to było możliwe, konieczne jest przynajmniej częściowe zastąpienie urządzeniami elektrycznymi kotła na paliwo stałe czy płynne. Jedną z możliwości jest zastosowanie w domu elektrycznego ogrzewania podłogowego.
Fotowoltaika z ogrzewanie podłogowym?
Wydajność instalacji fotowoltaicznej zależy od warunków atmosferycznych i od pory roku (ze względu na czas nasłonecznienia). Do tego okresy największej produkcji energii na ogół nie występują w czasie, gdy jest na nią największe zapotrzebowanie w budynkach mieszkalnych. Dlatego trudno jest ją wykorzystywać na bieżąco w gospodarstwie domowym i dlatego się ją magazynuje, a to jest związane z dodatkowymi kosztami i negatywnie wpływa na opłacalności inwestycji w fotowoltaikę. Wykorzystanie dostarczanego przez nią prądu elektrycznego do ogrzewania własnego domu jest jednym z dobrych sposobów na zwiększenie autokonsumpcji i poprawę rentowności mikroelektrowni słonecznej.
Trzeba tylko powiązać fotowoltaikę z ogrzewaniem w możliwie prosty sposób. Wystarczą do tego zwykłe grzejniki elektryczne podłączane do gniazdek, ale na pewno są tacy, którzy oczekują rozwiązania bardziej komfortowego. Na przykład ogrzewania podłogowego.
Elektryczne ogrzewanie podłogowe może być jedynym źródłem ciepła, ale często stosuje się je jako komfortowy dodatek do innego systemu grzewczego z wodnymi grzejnikami ściennymi zasilanymi z instalacji c.o. – do podgrzewania posadzek w wybranych miejscach. Zapewnia to komfort, ale też powoduje zmniejszenie zużycia energii przez źródło ciepła zasilające grzejniki. Elektryczne ogrzewanie podłogowe, w przeciwieństwie do wodnego, łatwo zainstalować nawet w starym domu, w miejscach, w których wcześniej nie było przewidziane.
Jaka moc ogrzewania podłogowego z fotowoltaiką?
Tam, gdzie ma być uzyskany jedynie efekt ciepłej podłogi, i ma to być uzupełnieniem działania innego systemu grzewczego, moc ogrzewania podłogowego może wynosić 60-80 W/m². Ale jeżeli ma ono działać okresowo, na przykład tylko wtedy, gdy korzysta się z łazienki, lepiej zastosować elementy o większej mocy – 160-200 W/m², bo wtedy krótszy jest czas jej nagrzewania.
Trzeba tylko pamiętać, że w przypadku podłogi drewnianej lub z paneli podłogowych, moc nie powinna przekraczać 60 W/m², żeby jej nie uszkodzić. Elementy grzejne mogą być umieszczone na warstwie podkładu podłogowego, bezpośrednio pod posadzką, dzięki czemu szybko ją rozgrzewają.
Natomiast wtedy, gdy podgrzewana podłoga ma być jedynym źródłem ciepła, dobrze jest zrobić ją tak, żeby elementy grzejne rozgrzewały wylewkę, bo wtedy będzie ona stanowić masę akumulacyjną stabilizującą temperaturę w pomieszczeniu. Zalecana moc jednostkowa to 80-100 W/m² w pomieszczeniach mieszkalnych o standardowej wysokości, a w łazience, ze względu na potrzebę utrzymywania wyższej temperatury, 100-120 W/m².
Możliwe jest też wykonanie tak zwanego ogrzewania akumulacyjnego, które rozgrzewa podłogę w czasie największej produkcji energii przez fotowoltaikę, czy też w okresie obowiązywania niższej ceny energii pobieranej z sieci w taryfie dwustrefowej, do tego stopnia, że w pozostałym czasie nie trzeba podłogi dogrzewać. Wtedy masa akumulacyjna musi być większa, więc zalecana grubość wylewki to 12-14 cm, a do odpowiednio szybkiego jej rozgrzania jest potrzebna moc 160-200 W/m².
Jakie elementy grzejne elektrycznej podłogówki? Kabel, mata czy folia?
Może to być kabel grzejny układany pod wylewką. Składa się on z przewodu grzejnego zakończonego krótkim przewodem zasilającym, tak zwanym zimnym. Przewód grzejny to zwykle druty oporowe w izolacji, ekranowane folią aluminiową oraz oplotem z ocynkowanych drutów miedzianych, umieszczone w powłoce z elastycznego tworzywa sztucznego.
Wygodniejsze do układania są maty grzejne, czyli tak na prawdę przewód grzejny zamocowany w układzie meandrowym do cienkiej siatki o szerokości najczęściej 0,5 m. Sam przewód jest wtedy dwukrotnie cieńszy (2-2,5 mm) niż oferowany luzem (4-5 mm).
Maty umieszcza się w warstwie zaprawy klejowej do płytek lub wyrównującej pod parkiet. Do układania bezpośrednio pod panelami podłogowymi i deskami na wcześniej przygotowanym podkładzie są przeznaczone maty z dodatkowym płaszczem aluminiowym, dzięki któremu ciepło jest rozprowadzane bardziej równomiernie.
Wygodna do wykonania nie tylko ogrzewania podłogowego, ale także ściennego i sufitowego, jest bardzo cienka folia grzewcza, która w ostatnich latach stała się niemal równie popularna co znane dużo wcześniej kable i maty. Produkuje się ją przez nanoszenie na folię PET grafitu przewodzącego prąd, czego efektem jest emitowanie ciepła. Energię do zasilania doprowadza taśma miedziana, a całość zakrywa folia do laminacji. Całkowita grubość folii to zaledwie 0,3 mm, więc nie ma ona wpływu na poziom posadzki. Układa się ją na przygotowanym wcześniej wyschniętym podkładzie podłogowym – bezpośrednio pod panelami podłogowymi, deskami lub płytami gipsowo-włóknowymi.
Równoległe zasilanie grafitowych elementów grzejnych sprawia, że uszkodzenie jednego z nich powoduje brak ogrzewania jedynie na niewielkiej powierzchni – reszta elementów może nadal działać. Taka konstrukcja umożliwia też łatwe tworzenie arkuszy o różnych rozmiarach przez ich docinanie.
Montaż ogrzewania elektrycznego
Zaczyna się zawsze od zamocowania w ścianie puszki instalacyjnej, w której będzie umieszczony termostat sterujący ogrzewaniem w danym pomieszczeniu. Należy doprowadzić do niej przewód zasilający instalacji elektrycznej (pamiętając o dopuszczalnym obciążeniu pojedynczego obwodu). Od puszki do podłogi robi się w ścianie bruzdę na rurki ochronne, do których wprowadza się przewód zasilający kabla, maty bądź folii grzejnej oraz przewód czujnika temperatury podłogi. Czujnik powinien być umieszczony mniej więcej 0,5 m od ściany, więc do tego miejsca trzeba doprowadzić jego rurkę ochronną w bruździe.
Między ścianami a elementami grzejnymi należy zachować odległość około 5 cm. Przed ich układaniem mierzy się ich rezystancję (żył grzejnych oraz izolacji) i porównuje z wartościami podanymi przez producenta, żeby sprawdzić, czy nie są uszkodzone.
Jak układa się kabel grzejny?
Kabel grzejny układa się na warstwie izolacji termicznej, ewentualnie zakrytej folią budowlaną. Prowadzi się go od rurki ochronnej w kierunku najdłuższej ściany pomieszczenia, a kolejne rzędy układa we wcześniej ustalonej odległości – nie mogą się ze sobą stykać ani krzyżować. Co mniej więcej 40 cm kabel mocuje się do podłoża taśmą montażową, można też użyć siatki, do której mocuje się go opaskami zaciskowymi. Po ułożeniu i ponownym zmierzeniu rezystancji układa na nim wylewkę. Należy uważać, żeby się nie zagłębił w warstwie izolacji, bo mogłoby to spowodować jego przegrzewanie. Jeżeli prace są wykonywane w niskiej temperaturze, kabel może być zbyt sztywny. Wtedy podłącza się go do zasilania, a gdy odzyska elastyczność – odłącza i od razu przystępuje do układania.
Jak układa się matę?
Matę rozkłada się na przygotowanym wcześniej suchym podkładzie podłogowym, zaczynając od miejsca w pobliżu rury ochronnej przewodu zasilającego. Matę z kablem grzejnym rozwija się na długość całego pomieszczenia, rozcina nożyczkami siatkę, na której jest rozpięty (uważając, by nie uszkodzić przy tym kabla), i układa kolejny pas wzdłuż poprzedniego albo prostopadle do niego. W przypadku maty modułowej po ułożeniu wszystkich jej arkuszy łączy się je przewodami. Układanie kolejnych warstw podłogi należy poprzedzić pomiarem rezystancji mat.
Jeżeli wierzchnią warstwą podłogi mają być płytki, po ułożeniu maty zakrywa się ją ostrożnie zaprawą klejową przeznaczoną do podgrzewanych podłóg (elastyczną) rozprowadzaną równomiernie za pomocą plastikowej pacy. Płytki można ułożyć po 24 godzinach, na kolejnej warstwie zaprawy grubości 5-7 mm. Jeżeli podłoga ma być z innego materiału, maty zakrywa się cienką warstwą wylewki samopoziomującej.
Jak układa się folię?
Folię układa się na warstwie izolacji termicznej. Po pocięciu folii na odcinki zgodnie z projektem należy zabezpieczyć powstałe po tym krawędzie taśmą izolacyjną. Do każdego odcinka mocuje się złączki do przewodów zasilających, po czym izoluje je taśmą wulkanizacyjną. Złączki i przewody zasilające nie mogą wychodzić ponad poziom folii, więc w podłożu (izolacji) potrzebne są bruzdy do ich umieszczenia. Układając folię, trzeba zwracać uwagę, żeby nie dostały się pod nią żadne przedmioty (wkręty, śruby, gwoździe).
Po ułożeniu przykleja się ją do podłoża taśmą klejącą, aby się nie przesuwała, i sprawdza jej rezystancję. Następnie zakrywa się folią z PCW o grubości co najmniej 0,2 mm układaną na zakładkę minimum 20 cm. Brzegi tej folii powinny zachodzić na ściany na wysokość mniej więcej 3 cm. Na tak przygotowanym podłożu można ułożyć parkiet, deski lub panele podłogowe – tak jak na zwykłym podkładzie podłogowym, uważając oczywiście, żeby nie uszkodzić folii i połączeń elektrycznych.
Ostatnim etapem montażu wszystkich elementów grzejnych jest podłączenie termostatu przez umieszczenie w jego zaciskach odpowiednich przewodów zgodnie z instrukcją i zamocowanie go w puszce – ze względu na ryzyko porażenia prądem powinien to zrobić fachowiec.
Sterowanie ogrzewaniem podłogowym
Elementy grzejne stosowane w elektrycznym ogrzewaniu podłogowym są zwykle stało oporowe, a to znaczy, że podczas przepływu przez nie prądu osiągają zawsze tę samą temperaturę. Dlatego do regulacji temperatury w pomieszczeniu jest potrzebny termostat. Ustawia się na nim żądaną wartość temperatury, a on utrzymuje ją przez cykliczne włączanie i wyłączanie zasilania elementów grzejnych.
Termostaty do elektrycznego ogrzewania podłogowego mogą reagować na temperaturę w pomieszczeniu, ale także na temperaturę podłogi – po dołączeniu zdalnego czujnika umieszczonego pod posadzką. Umożliwia to ograniczenie jej temperatury w celu jej ochrony przed przegrzaniem (to ważne, jeśli jest na przykład drewniana). Przy braku takiego zabezpieczenia temperatura wokół kabla może przekraczać 60ºC, a to grozi odkształceniem posadzki.
Termostatu sterującego elektrycznym ogrzewaniem podłogowym nie można umieszczać w pomieszczeniach ze zwiększoną wilgotnością powietrza, na przykład w łazienkach, dlatego w tych pomieszczeniach stosuje się zdalne czujniki podłogowe dołączone do termostatu zamontowanego przed wejściem.
Projekt instalacji - przykładowe obliczenia
Jest potrzebny choćby po to, żeby się dowiedzieć, jakiej długości kabel, czy jakich rozmiarów maty czy folie trzeba kupić. Elementy grzejne układa się na całej powierzchni podłogi, z wyjątkiem miejsc, w których ma być stała zabudowa (szafki kuchenne, szafy na ubrania bez nóżek wysokości co najmniej 10 cm, brodzik czy obudowana wanna).
Przykład. Załóżmy, że chcemy wykonać elektryczne ogrzewanie podłogowe w kuchni o powierzchni 11,5 m². Jeśli ma ono zapewnić moc co najmniej 80 W/m², więc szukamy kabla o mocy 11,5 x 80 = 920 W lub nieco większej.
Znajdujemy taki o mocy 935 W i długości 52 m, co oznacza moc jednostkową 18 W/m. Musimy ustalić, z jakim rozstawem mamy go ułożyć, żeby podgrzewał całą podłogę. Załóżmy, że w kuchni ma być stała zabudowa zasłaniająca 1,5 m² podłogi, więc do dyspozycji zostaje 10 m².
Rozstaw obliczamy, dzieląc tę powierzchnię przez długość kabla powiększoną o połowę obwodu ogrzewanej powierzchni. W naszym przypadku ma ona postać prostokąta o wymiarach 3 x 3,3 m, czyli połowa obwodu to 3 + 3,3 = 6,3 m, a wobec tego rozstaw obliczamy ze wzoru 10 / (52 + 6,3) = 0,17 m.
Maty grzewcze są sprzedawane w odcinkach różnej długości i zwykle tylko jednej szerokości – 0,5 m. Można przecinać siatkę, do której jest przymocowany kabel, żeby zmieniać kierunek układania maty na podłodze, ale nie da się zmienić długości samego kabla, dlatego przed zakupem trzeba wiedzieć, jak długie mają być odcinki maty. Żeby to ustalić, szkicujemy rzut pomieszczenia i wyznaczamy na nim obszar, w którym ma być podgrzewana podłoga (poza przewidywaną stałą zabudową). Wrysowujemy w niego przylegające do siebie pasy szerokości 0,5 m, starając się wypełnić nimi jak największą jego część. Suma długości połączonych ze sobą pasów daje nam maksymalną wymaganą długość maty (nie możemy jej skrócić ani ułożyć jednej jej warstwy na drugiej).
Folia grzejna jest dostępna w arkuszach różnej szerokości od 0,25 do nawet 1 m. Ich długość ustalamy podobnie jak w przypadku maty – wrysowując je w obszar zaznaczony na rzucie pomieszczenia. Długie pasy folii możemy pociąć na krótsze odcinki co mniej więcej 1 cm. Linie cięcia są wyznaczone przez widoczne przerwy między poprzecznymi paskami grafitu.
Jak duża instalacja?
Rozpatrujemy przypadek, w którym prosument rozliczający się z zakładem energetycznym w systemie opustów (net-metering) odnotowuje nadprodukcję energii w bilansie rocznym, przez co wydłuża się okres zwrotu nakładów poniesionych przez niego na inwestycję w fotowoltaikę, więc interesuje go możliwość spożytkowania tej nadprodukcji na zasilanie instalacji grzewczej. Załóżmy, że ta nadprodukcja wynosi 1000 kWh. Jak duża instalacja ogrzewania podłogowego pozwoli zużyć tę ilość energii?
Roczne zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania pomieszczeń w dość dobrze ocieplonym domu wynosi 100 kWh/m² (to wartość orientacyjna – w bardzo dobrze ocieplonym nawet poniżej 50 kWh/m², a w niezbyt dobrze ocieplonym i nieszczelnym powyżej 200 kWh/m²). Z tego wynika, że ogrzewanie elektryczne warto zastosować w pomieszczeniu o powierzchni 10 m². Przy założeniu, że w tym pomieszczeniu będzie to jedyne źródło ciepła.
Lepiej jednak przyjąć założenie, że ogrzewanie podłogowe będzie tylko dogrzewać pomieszczenia (na przykład kuchnię, łazienkę, przedpokój czy salon), a resztę wymaganego ciepła dostarczy do nich kocioł. Wówczas warto kontrolować na bieżąco zużycie energii przez podłogówkę za pomocą dodatkowego licznika i nie dopuścić do przekroczenia tego, co dostarcza fotowoltaika, bo wtedy efekt ekonomiczny całego przedsięwzięcia nie będzie zadowalający (będzie to zależeć od relacji cen prądu do kosztów ciepła wytwarzanego z paliwa w naszym kotle). W bilansie zysków i kosztów warto też brać pod uwagę, że samo wykonanie ogrzewania podłogowego to znaczny wydatek.
Listen to "Fotowoltaika na wynajem - prosty sposób na niższe rachunki za prąd" on Spreaker.
