Kocioł elektrodowy
Jak nie wdepnąć na minę
Kotły elektrodowe, podobnie jak magnetofony szpulowe, czy drewniane koła, nie wrócą już do użycia. Są rozwiązaniem przestarzałym, tragicznym technicznie, awaryjnym i bardzo problematycznym (niszczącym rury, grzejniki i armaturę). Poniżej rozwinięcie tematu.
Myśląc logicznie
Zauważmy, że w absolutnie żadnej pompie ciepła, w żadnej pralce, czy zmywarce, w żadnej myjni, czy myjce ciśnieniowej, nie znajdziemy grzałek elektrodowych. Wszędzie natomiast znajdziemy grzałki oporowe.
Są tego konkretne przyczyny. Po prostu grzałki oporowe są około 20 krotnie trwalsze, są niezawodne i co najważniejsze nie tworzą agresywnego środowiska chemicznego jak kotły elektrodowe.
Żerowanie na niewiedzy konsumentów
Sprytni handlowcy pomijają ogrom wad kotłów elektrodowych i przedstawiają je jako rozwiązania nowoczesne.
Od czasu do czasu jakiś nieszczęśnik, niemający pojęcia o zasadach techniki, kupi sobie taki kocioł. Efekt będzie taki, że poza najwyższymi kosztami eksploatacji związanymi z zużyciem prądu, po kilku latach będzie musiał wymienić: rury, grzejniki, ogrzewanie podłogowe, bojler, zawory, itd.
Prawda jest taka, że jest to rozwiązanie bardzo, bardzo problemowe, przestarzałe i technicznie bezużyteczne.
Zamiast nowoczesnego kondensacyjnego kotła gazowego zawsze można zamontować starocie np. kachlok, żeliwno koza, hajcung ruła, atomiok, itd. podobnie jak zamiast nowego mercedesa można kupić fura i kóń.
Dlaczego grzałki elektryczne są znacznie lepsze od kotła elektrodowego?
1. Dobre grzałki przepływowe mają trwałość aż 90’000 godzin pracy, natomiast elektrody kotłów elektrodowych rozpuszczają się już po 5’000 godzin pracy.
2. Grzałki wodne są produkowane wielkoseryjnie, więc ich cena jest bardzo niska. Hurtowa cena dobrej jakości grzałki elektrycznej 4,5 kW stosowanej w elektrycznych kotłach przepływowych to koszt zaledwie 12$.
Około 2015 roku zmieniła się technologia produkcji grzałek bardzo podnosząc ich niezawodność i obniżając koszty.
3. W centralnym ogrzewaniu, lub podłogowym ogrzewaniu mamy wodę, lub płyn chłodniczy. Woda, lub płyn chłodniczy dodatkowo zawierają inhibitory korozji. To związki chemiczne zapobiegające korozji, a dokładniej zwolnienie procesów korozji około 100-krotnie.
W przypadku kotłów elektrodowych dochodzi do bardzo szybkiego zniszczenia inhibitorów. Odpowiadaj za to trzy reakcje zachodzące w wyniku elektrolizy – reakcja rozpadu, utleniania, wytrącania. Efektem jest korozja grzejników, rur, złącz metalowych, pomp, zaworów, itd.
Pomimo zasilania prądem zmiennym “szczątkowa” elektroliza cieczy jest bardzo silna. Powoduje to bardzo wiele problemów eksploatacyjnych.
4. W wyniku elektrolizy dochodzi też do rozpadu cząsteczek wody. Wydziela się wolny tlen i wodór. Są to związki bardzo silnie reaktywne w wodzie (bardzo agresywne chemicznie). Połączenie działania wolnego wodoru i tlenu potęguje ich niszczycielski potencjał. Potrafią szybko uszkodzić uszczelki gumowe, a przez kilka lat nawet miedź i stal kwasoodporną.
Odziaływanie na smar
Nowoczesne grzejniki (kaloryfery) są często od środka zabezpieczone przed korozją specjalnym smarem. Smar ten w instalacji z kotłem elektrodowym szybko zostaje zniszczony (najczęściej do roku).
Produkty rozpadu pozostałe ze smaru tworzą inny problem reagują z elektrodami klejąc się do nich. Zmniejsza to moc kotła i serwis co chwilę musi rozbierać kocioł i czyścić elektrody.
Często serwis zamiast rozbierać kocioł i czyścić elektrody dosypuje kolejną porcję soli do wody, co tworzy jeszcze gorsze problemy.
Ciągłe awarie elektro-zaworów i pomp obiegowych
Produkty elektrolizy są tak agresywne chemicznie, że w niewielkim stopniu przechodzą przez uszczelnienia pomp, simeringi, oringi, itp. po czym niszczą smar doprowadzając do zatarcia łożysk.
W żadnym kotle elektrodowym nie spotkamy pomp, czy zaworów przystosowanych na agresywne środowisko chemiczne. Armatura hydrauliczna przystosowana do agresywnych cieczy jest niezwykle drogie.
Inne niespodzianki w eksploatacji kotłów elektrodowych
Instalatorzy tych kotłów mają najczęściej niewielką wiedzę z zakresu chemii, czy fizyki, nie rozumieją ogromu zjawisk zachodzących podczas elektrolizy.
Często serwisanci, aby zwiększyć moc kotła dosypują sól kuchenną do instalacji CO. Zwiększ to przewodność wody, moc rośnie, a po czasie pojawia się wiele efektów negatywnych takich jak korozja i uszkodzenia wolnym rozpuszczonym w wodzie chlorem.
W wyniku elektrolizy z soli kuchennej NaCl wydziela się chlor Cl, który jest bardzo agresywny chemicznie i bardzo toksyczny.
Poza niszczeniem instalacji CO w domu przez odpowietrzniki wydziela się gaz, ten gaz to niezwykle toksyczny chlor. Chlorem tym oddychają ludzie i się podtruwają przez cały sezon grzewczy.
Kotły elektrodowe są częstą przyczyną pożaru
Podobnie jak nieszczęsne złącza MC-4 w panelach fotowoltaicznych są przyczyną około 85% pożarów tak i kotły elektrodowe z samej swej natury są niebezpieczne.
Włączenie kotła elektrodowego bez wody, z mokrą komorą często powoduje pojawienie się wewnątrz łuku elektrycznego jak w spawarce.
Zjawisko “spawarki” powoduje lokalne przegrzanie materiałów, wypalenie uszczelnień i prowadzi do wycieku wody z instalacji, po czym bardzo często wywołuje pożar kotła lub pożar domu.
Kocioł pracuje również w trakcie braku domowników, co czyni zjawisko “spawarki” bardzo niebezpiecznym.
Dlaczego nie wybijają bezpieczniki
W kotłach elektrodowych bezpieczniki (zabezpieczenia nadprądowe) muszą mieś wysokie wartości, ze względu na pobierany duży prąd. Ponadto prąd ten może się bardzo zmieniać, ponieważ zależą od 5 czynników: temperatury wody, przewodności wody, stanu elektrod, czystości elektrod, napięcia na obiekcie (zima 218V, lato 253V).
Producent dobierając zabezpieczenia nadprądowe (bezpieczniki) musi wziąć pod uwagę najgorszy przypadek więc: woda 99°C, przewodność b. duża, elektrody nie zużyte, elektrody czyste, napięcie 253V.
Bezpieczniki muszą mieć wysokie wartości, aby nigdy nie dochodziło do wyłączenia kotła podczas zimy. Takie wyłączenie podczas braku domowników mogłoby doprowadzić do zamarznięcia wody w instalacji.
Włączenia nie zalanych elektrod
Jeżeli elektrody nie będą w pełni zanurzone, wtedy może dojść do przejścia łuku elektrycznego. Wewnątrz kotła pomiędzy elektrodami powstaje ciągły łuk elektryczny “spawarka”. Przewymiarowane bezpieczniki przekazują do łuku elektrycznego ogromną moc.
Łuk elektryczny w kilka sekund przepala obudowę opróżniając instalację CO z wody. Potem dochodzi do pożaru kabli, powłok lakierowanych, tworzyw sztucznych. Pryskające do około iskry i cząstki rozgrzanego i ciekłego metalu zwiększają zagrożenie rozniesienia pożaru.
Zużycie energii elektrycznej kotła elektrodowego, a grzałki
Kocioł elektrodowy działa jak elektryczna grzałka – zamienia energię elektryczną w energię cieplną.
W grzałce przepływowej prąd płynie przez drut oporowy, a w kotle elektrodowym prąd płynie przez wodę lub płyn (woda + glikol). Kocioł elektrodowy charakteryzuje się tym, że opornikiem zamiast drutu, jest ciecz pomiędzy elektrodami.
W obu przypadkach moc cieplna to iloczyn prądu i napięcia P=U*I, również zużycie energii obu rozwiązań jest takie same.
Koszty energii elektrycznej
Bezpośrednie ogrzewanie prądem (kotłem elektrodowym, lub grzałką) jest około 4 razy droższe, niż “tanią”, powietrzną pompą ciepła
(pompa LG monoblok 9kW, dodatkowe grzałki zawsze są wyłączone).
Przykładowo, mając pompę ciepła płacimy 8000 zł (rachunek za styczeń i luty). Gdyby zamienić tę pompę na kocioł elektrodowy, rachunek wyszedłby 32’000 zł (kocioł elektrodowy COP=1, pompa ciepła COP=4).
Koszty eksploatacji kotła elektrodowego
Koszt energii elektrycznej zużytej przez kocioł elektrodowy będzie średnio wynosić: 4 razy więcej od wspomnianej pompy ciepła, 5 razy więcej od drogiej pompy ciepła i około 6 razy więcej w porównaniu do kondensacyjnego kotła gazowego (przeliczenie na 2023 rok).
Całkowity koszt eksploatacji kotła elektrodowego może być 20 razy większy od pompy ciepła, czy kotła gazowego, jeżeli policzymy szybkie zniszczenie instalacji CO w wyniku agresywnego oddziaływania związków (wodoru, tlenu, itp.) który tworzy się na elektrodach kotła elektrodowego.
Kotły elektrodowe na aukcjach internetowych są bardzo tanie, np. 17 kW można już kupić za 2490 zł. Niektórych kusi niska cena. Niemniej kupując taki wynalazek narobimy sobie więcej problemów niż pożytku.
Wady i zalety kotła elektrodowego
W zastosowaniu domowym zalet nie ma, ponieważ kocioł oparty na przepływowych grzałkach oporowych jest tańszy i pod każdym względem lepszy.
Natomiast w przemyśle, tworzenie agresywnego środowiska chemicznego, daje w wielu aplikacjach duże korzyści, np. w oczyszczalniach ścieków.
Woda wzbogacona o rozpuszczony w niej wolny tlen i wodór ma lepsze własności myjące, silnie wspomaga działanie niektórych detergentów.
Podgrzewanie zasolonych chlorkiem sodu NaCl roztworów powoduje wydzielanie się chloru, który sterylizuje roztwór.
Jeżeli elektrody są wykonane z miedzi i srebra (najczęściej stosuje się stop Cu90Al10, skład: 90% miedzi i 10% srebra), wtedy roztwór zostaje wzbogacony o bakteriobójcze jony srebra i miedzi, które zapewniają długoterminowe działanie.
Ilość jonów srebra i miedzi można bardzo dokładnie mierzyć, ponieważ jest ona wprost proporcjonalna do ładunku przekazanego na elektrody (ładunek to iloczyn prądu i czasu).
Jeżeli stosujemy nowocześniejszy układ trójelektrodowy, w którym jedna elektroda jest ze srebra, a dwie z miedzi, wtedy można dokładnie dozować ilość jonów miedzi i srebra. CDN.
Informacja
W związku z pytaniami informujemy, że firma OTECH nie sprzedaje, ani nie montuje: kotłów gazowych, pomp ciepła, kotłów elektrodowych, kotłów elektrycznych, kotłów węglowych, kotłów olejowych, kotłów kondensacyjnych, kotłów na paliwa stałe, kotłów opalanych drewnem, kotłów na pelet, itd.
Nie wykonujemy też instalacji CO centralnego ogrzewania, ogrzewania podłogowego, grzejnikowego, itd.
Wykonujemy natomiast: ekspertyzy, analizy, przeliczenia bilansu energetycznego, zapotrzebowania na energię, czy moc chłodnicza dla:
linii produkcyjnych, lakierni, kabin lakierniczych, układów wentylacji mechanicznej biurowców, wieżowców, fabryk, suszarni, magazynów i innych obiektów przemysłowych.
Współczynnik COP
Określa stosunek ilości dostarczonej do budynku energii cieplnej (ciepła), do ilości energii elektrycznej zużytej przez urządzenie (np. pompę ciepła).
Jeżeli średni sezonowy COP=4, wtedy zużyjemy 4 razy mniej energii elektrycznej, w porównaniu do ogrzewania grzałkami, czy kotłem elektrodowym.
Grzałki i kotły elektrodowe mają COP=1 (od 0.9 do 1)
Pompy ciepła mają COP=4 (a dokładniej od 3 do 5, w zależności od modelu pompy ciepła i rodzaju instalacji CO).
Pompa ciepła nie jest droga
Za markową pompę ciepła LG o mocy 9 kW z wyposażeniem wydaliśmy w 2022 roku 13’400zł (w polskiej dystrybucji). Przykładowo, za demontaż starego pieca i montaż pompy wydaliśmy 3’300 zł (firma Sojka z Żor).
Całość wymiany pieca na pompę ciepła LG monoblok wyszła do 20’000 zł.
Co ważne, do pomp ciepła typu monoblok nie trzeba mieć uprawnień na f-gazy, więc ich montaż może wykonać prawie każdy. Konstrukcje monoblok bardzo się rozwinęły i na dzień dzisiejszy są kilkukrotnie mniej awaryjne od pomp typu split.
Niestety firmy montażowe posiadające uprawnienia na f-gazy, polecają gorsze pompy typu split, ponieważ ich montaż jest znacznie droższy. Pompy split wymagają regularnych przeglądów serwisowych, dostarczają więc stabilny dochód w całym okresie eksploatacji.
Kocioł gazowy
Jeżeli mamy taką możliwość, to bardzo dobrym rozwiązaniem jest kocioł gazowy. Ogrzewanie gazem wychodzi atrakcyjnie cenowo. W najbliższych latach, w większości przypadków powinno być znacznie tańsze od pompy ciepła.
Piece gazowe są trwałe i mało awaryjne, a kryzys gazowy z 2022 roku już nie powinien się powtórzyć. Ceny gazu w najbliższych latach nie powinny rosnąć, gdyż światowy wzrost wydobycia jest znacznie szybszy od wzrostu konsumpcji.
Koszty pozyskania kWh ciepła
Energetycy, inżynierowie wolą mówić o ilości potrzebnej energii cieplnej i określać to w MJ lub kWh. Tak jest precyzyjniej.
Ciepło (energię cieplną) możemy pozyskiwać z różnych źródeł: węgla, drewna, oleju opałowego, gazu, prądu.
Na kwiecień 2024 roku energia pozyskana z gazu kosztuje 0,318zł/kWh, energia pozyskana z prądu 1,6zł/kWh. Energia pozyskana z prądu jest 5 razy droższa co jest normalne, naturalne. Energia elektryczna jest najwyżej przetworzoną formą energii.
Używanie do ogrzewania domu kotła elektrodowego lub grzałki elektrycznej jest więc 5 razy droższe od ogrzewania gazem (jeżeli mamy w miarę nowoczesny kocioł gazowy, najlepiej kondensacyjny).
Jeżeli nie mamy gazu to pompa ciepła pozwala z 1kWh energii elektrycznej uzyskać do 3 do 4kWh ciepła.
Grzanie prądem, sytuacje specjalne
Bezpośrednie przetwarzanie energii elektrycznej (najdroższej formy energii) na energię cieplną do ogrzewania jest bardzo nieekonomiczne i należy tego unikać. Jeżeli jednak zachodzi taka konieczność, korzysta się z grzałek oporowych, grzałek indukcyjnych lub grzałek tranzystorowych.
Firma OTECH projektuje takie elementy dla zewnętrznych Klientów. Grzałki tranzystorowe zapewniają dużą stabilność temperatury nawet ±0,1°C, nieosiągalną dla innych systemów ogrzewania.
Projektujemy grzałki precyzyjne od 1 W do 90 kW. Grzałki dużych mocy to często moduły połączone z grzałek indukcyjnych i grzałek półprzewodnikowych.
W aplikacjach o mniejszej precyzji stosuje się grzałki oporowe wraz z grzałkami tranzystorowymi.
Malutki tranzystorek zalutowany na płytce miedzianej bardzo dobrze przekazuje jej ciepło. Jeżeli płytka miedziana jest przylutowana, lub osadzona na elemencie miedzianym CNC poprzez pastę termoprzewodzącą typu ciekły metal, wtedy z małego tranzystora możemy emitować 300 W mocy grzewczej.
Budowa grzałek tradycyjnych
Tradycyjne rozwiązania bazują na wykorzystaniu drutów oporowych, jednym z najczęściej używanych jest stop żelazo-chrom zwany potocznie Kanthal.
Drut oporowy Kanthal może stale pracować w temperaturze 1300 °C
Kanthal to stop Fe, Cr, Al (żelaza, chromu i aluminium).
Są też ulepszone wersje jak np. Kanthal A1
skład 72% Fe + 20% Cr + 5% Al + 3% Co
Zastosowanie:
- produkcja wszelkiego rodzaju grzałek elektrycznych,
- przewody grzejne w zgrzewarkach,
- przewody do cięcia na gorąco styropianu i tworzyw sztucznych,
- produkcja grzałek stosowanych w gastronomii,
- oploty w piecach wysokotemperaturowych,
- oporniki dużej mocy.
Około 2015 roku zmieniła się technologia produkcji grzałek bardzo podnosząc ich niezawodność i obniżając koszty.
W nowszych konstrukcjach drut jest ciśnieniowo zaciskany w proszkach magnezowych.
Nowsze kruszywo, proszki stanowią bardzo dobrą ochronę mechaniczną, elektryczną, chemiczną, oraz co najważniejsze znacznie poprawiają odprowadzanie ciepła. Grzałki tak wykonane posiadają trwałość od 90’000 do 300’000 r/h, to 10 do 34 lat ciągłej pracy.
Grzałki firmy OTECH
Firma OTECH nie produkuje tradycyjnych urządzeń grzewczych opartych o druty oporowe.
W naszych rozwiązaniach wykorzystujemy grzałki indukcyjne, grzałki rurowe, grzałki oparte na prądach wirowych, grzałki tranzystorowe, grzałki diodowe.
Produkujemy grzałki do zastosowań specjalnych, w których tradycyjne rozwiązania nie rozwiązują problemów w sposób zadowalający.
Grzałka przepływowa
OTECH-GP-124kW-120bar-90sC-chemi
Parametry techniczne:
- moc nominalna 0…124 kW
- zalecany przepływ medium 30…1000 l/h
- dopuszczalny przepływ medium 0…1600l/h
- ciśnienie medium do 1…120bar
- temperatura max. 130°C
- zasilanie 3 fazowe 400V lub 500V
System sterowania i zabezpieczeń zawiera:
- 9 czujników temperatury,
- zabezpieczenia nadprądowe,
- zabezpieczenia PPWRP.
Kompaktowa konstrukcja jest tańsza i kilkukrotnie mniejsze od rozwiązań konkurencyjnych. Wykonanie zapewnia bardzo wysoką trwałość, bezpieczeństwo użytkowania i niezawodność.
Przeznaczenie:
- przemysłowe myjki ciśnieniowe używane w portach i stoczniach,
- przemysł chemiczny.
Opis wad pompy ciepła LG
Poniżej instalacja testowa pompy LG 9kW monoblok.
Jak na markową pompę ciepła konstrukcja ta ma wiele wad. Wymaga więc instalatora z ogromną wiedzą.
Mimo tak wielu wad to bardzo dobra pompa ciepła, a wszystkie wady fabryczne można łatwo wyeliminować.
