Elektrické teplo v budovách Další elektrické spotřebiče
Elektrická topidla Elektrická topidla rozdělujeme podle způsobu přeměny elektrické energie na: přímotopná, akumulační. Přímotopná topidla vytápí místnost v případě potřeby ihned. Elektrickáenergie se přeměňuje přímo na teplo a bez časového zpoždění se vydává na vytápění místnosti.
Elektrická topidla Jsou výhodná zejména tam, kde je požadavek na rychlý zátop nebo okamžité místní zvýšení teploty ve vytápěné místnosti, např. v koupelně není nutné vytápět neustále na 24 C, ale stačí při výpočtu tepelných ztrát uvažovat s teplotou 20 C a teplotní rozdíl odstraní přímotopné elektrické topidlo během několika minut.
Elektrická topidla 1. Infrazářiče Topné odporové těleso je umístěno v ohnisku reflektoru nebo jsou použity halogenové trubice. Umožňují vysokou směrovou koncentraci vyzářené energie a tím rychlý pocit tepla. Zdroj tepla může při styku s hořlavými látkami způsobit požár, proto musíme dbát bezpečnostních opatření
Elektrická topidla 1. Infrazářiče
Elektrická topidla 2. Teplovzdušné ventilátory Ventilátor zvyšuje rychlost proudění vzduchu kolem topného tělesa, tím je teplo méně koncentrováno, ale směrové působení je zachováno. V létě můžeme použít pouze jako ventilátor vez vytápění. Nehrozí nebezpečí požáru jako u infrazářičů.
Elektrická topidla 2. Teplovzdušné ventilátory
Elektrická topidla 3. Olejové radiátory Mobilní článkové otopné těleso má ve spodní části zabudované topné těleso s napojením do elektrické zásuvky. Teplonosnou látkou je olej, který zvyšuje tepelnou setrvačnost a sálavou složku při přestupu tepla. Nižší povrchová teplota umožňuje umístěni v blízkosti nábytku nebo na dřevěnou podlahu.
Elektrická topidla 3. Olejové radiátory
Elektrická topidla 4. Otopná tělesa ústředního vytápění Někteří výrobci nabízejí otopná tělese určená do teplovodní otopné soustavy vybavená sadou pro elektrické vytápění. Použití nacházejí zejména u trubkových těles koupelnového žebříku. Pro regulaci tepelného výkonu je možno použít napojení prostorového termostatu.
Elektrická topidla 4. Otopná tělesa ústředního vytápění
Elektrická topidla 5. Konvektory Jedná se o nejrozšířenější elektrické topidlo. Skládá se z topného odporového tělesa popřípadě ventilátoru, které jsou uloženy v plechové skříni. Regulace topného výkonu je ovládána termostatem.
Elektrická topidla 5. Konvektory
Elektrická topidla 6. Sálavé topné rohože Montují se do konstrukce podlahy, stropu nebo stěny. Podle hloubky umístění můžeme získat otopnou plochu s charakterem akumulačním nebo přímotopným. Použití nachází zejména u rekonstrukcí, kde nelze zvýšit úroveň podlahy.
Elektrická topidla 6. Sálavé topné rohože
Elektrické topení Přímotopná tělesa mají příkon od 1 kw do 3 kw a většinou se připojují k zásuvce. Přímotopná tělesa bez ventilátoru předávají teplo přirozeným prouděním teplého vzduchu nebo sáláním. Nazývají se také konvektory (statické topné přístroje, konvekční přenos = přenos prouděním) a používají se k základnímu vytápění vedlejších místností nebo jako ochrana před mrazem. K přímotopným tělesům patří také infračervené zářiče. Přímá topná tělesa s ventilátorem pro rychlé vytápění se nazývají dynamická topná tělesa. Používají se k vytápění malých, příležitostně využívaných místností.
Elektrické topení Elektrická akumulační kamna (obr. 1) se používají k vytápění jednotlivých místností, např. bytů nebo kanceláří. Elektrická akumulační kamna mají jádro z vrstvených magnezitových desek. Mezi vrstvami jádra jsou uložena topná tělesa, většinou trubková z ušlechtilé oceli. Jádro je obloženo několika vrstvami tepelné izolace, takže i při vysoké teplotě jádra je na povrchu nízká teplota. Elektrická akumulační kamna bez ventilátoru (dříve typ I) předávají akumulované teplo jen přirozeným prouděním vzduchu. Říká se tomu statické uvolňování tepla. Používají se proto jen zřídka, např. k základnímu vytápění malých místností. U akumulačních kamen se statickým uvolňováním tepla není možné předávání tepla regulovat.
Elektrická akumulační kamna
Elektrické topení Akumulační kamna s dynamickým uvolňováním tepla (dříve typ II) mají ventilátor. Studený vzduch se nasává otvory v zadní stěně kamen, proudí vzduchovými kanálky v jádru a ohřívá se. Klapka řízená bimetalem přimísí studený vzduch, takže teplota vystupujícího teplého vzduchu nepřekročí 120 K. U dynamických akumulačních kamen je předávání tepla regulováno ventilátorem.
Zapojení el. akumulačních kamen Schéma zapojení L1 L2 L3 N ze sazbového spínače 1 3 5 11 A1 2 4 6 12 KM A2 3 N N U1 PE N U2 U V WPE N C B A R1 Tp M T
Akumulační kamna Topné spirály akumulují teplo do magnezitových cihel Ventilátor blokuje rozpínací kontakt stykače a Rego (v době nabíjení je ventilátor blokován) Teplotu akumulačních kamen nastavujeme termostatem Při jeho selhání vypne tepelná pojistka Ventilátor regem můžeme zapnout na rychlejší, nebo pomalejší otáčky (přes odpor)
Rozdělení tepla v místnosti
Elektrické topení Přehled: Elektrické vytápění místností Přímotopná tělesa: - konvektory, předávání tepla statické - rychlotopná tělesa, předávání tepla dynamické Elektrická akumulační kamna: (akumulace tepelné energie za nízký (noční tarif), uvolnění tepla ve dne (vysoký tarif), k vytápění bytů a kanceláří) - akumulační kamna - centrální zásobníky teplé vody - centrální zásobníky tepla
Elektrické topení Elektrodový ohřev ohřev vody přímým průchodem proudu vodou (voda musí být vodivá s přísadou)
Elektrické topení Akumulační topení s akumulačními nádržemi Přímotopný elektrický kotel Elektrické podlahové vytápění (topné rohože, topné kabely)
Topení elektrickým proudem Topení akumulační akumulační kamna, akumulační nádrže (nízký tarif je 8 hodin denně) Topení přímotopné elektrokotel, podlahové topení, konvektory, sálavé panely (nízký tarif je 20 hodin denně) Topení smíšené hybridní akumulační kamna (nízký tarif je 16 hodin denně)
Zapojení elektrokotle přímotop Schéma zapojení L1 L2L3 1 3 5 KM1 L1 L2 L3 2 4 6 400 V 230 V SPH Rego PT BT 2 1 3 R1 KM1 A1 A2 N z HDO (20h) SPH - spínací hodiny Rego - prostorový termostat PT - provozní termostat BT - bezpečnostní termostat KM1 - stykač R1 - relé R1 R1 A1 A2 N
Elektrokotel přímotop Topná spirála se zapojuje do hvězdy (230V) Topná spirála se zapojuje do trojúhelníka (400V) Regem nastavíme teplotu vytápěného prostoru Provozní termostatem nastavíme teplotu vody v topení Bezpečnostní termostat a relé má funkci tepelné pojistky (zablokuje topení při poruše provozního termostatu) Spínacími hodinami (denní nebo týdenní) nastavíme časový režim topení
Elektrické kotle přímotopnp motopné Kotle ohřívající vodu pomocí elektrických odporových těles s termostatem. Elektrokotle musí mít samostatně jištěný elektrický přívod 3x230V, nebo 3x400V. Před rozhodnutím o realizaci je nutný souhlas příslušného rozvodného energetického závodu /zvýšený odběr silové elektřiny, dimenze kabelů a jističů/. Jsou vhodné pro vytápění bytových jednotek, rodinných domů, chat, firemních prostor a dalších objektů i v místech, kde není přístup k plynu. 29
Elektrické kotle přímotopnp motopné Přednosti : vysoká účinnost 99 % tichý chod, elektrokotel neprodukuje žádné emise dlouhá životnost a spolehlivost jednoduchá obsluha snadná montáž bezpečný, plně automatický provoz malé rozměry /malý objem vody/ 30
Elektrické kotle přímotopnp motopné Schéma elektrického přímotopného kotle 1 odporová topná tělesa 2 kotlový termostat 3 blokační termostat R rozvaděč EN expanzní nádoba Č čerpadlo PV pojistný ventil OV odvzdušňovací ventil VK vypouštěcí kohout T tlakoměr + teploměr 31
Nevýhoda Elektrické kotle přímotopnp motopné. Finančně náročný provoz Topnáčást kotle je tvořena izolovanou nádobou s vestavěnými topnými tělesy a hrdly pro připojení topné a vratné vody. Kotel obsahuje jako komplet čerpadlo,odvzdušňovací a pojistný ventil, regulační zařízení, tlakovou expanzní nádobu, provozní termostat, blokační termostat pracuje jako pojistka. 32
Elektrické kotle akumulační Kotle ohřívající vodu pomocí elektrických odporových těles s termostatem s akumulační nádrží. Elektrokotle musí mít samostatně jištěný elektrický přívod 3x230V nebo 3x400V. Před rozhodnutím o realizaci je nutný souhlas příslušného rozvodného energetického závodu /zvýšený odběr silové elektřiny, dimenze kabelů a jističů/. Vhodné pro vytápění rodinných domů, chat, firemních prostor a dalších objektů i v místech, kde není přístup k plynu. 33
Elektrické kotle akumulační využívají na rozdíl od přímotopných ohřevu zásobníků přepnutí do nízkého tarifu, které je řízeno v každé oblasti centrálně. Slouží k tomu technologie HDO neboli hromadné dálkové ovládání. Zákazník musí být vybaven přijímačem HDO. Znaky vytápění akumulačním kotlem účinnost 95 % Elektrické kotle akumulační tichý chod, elektrokotel neprodukuje žádné emise elektrický příkon převyšuje 2-3x tepelnou ztrátu objektu velké tepelné spády běžně 45 34
Elektrické kotle akumulační 1- měřící akumulační nádrž, 2 - akumulační nádrž, 3 topné těleso, 4 provozní termostat, 5 bezpečnostní termostat, 6 horní sběrné potrubí, 7 dolní sběrné potrubí, 8 směšovací stanice, 9,10 expanzní nádoby, 11 tlakoměr, 12 napouštěcí a vypouštěcí kohout, 13 pojistný ventil, 14 opláštění akumulačního bloku, 15 - tepelná izolace, 16 rozvaděč, 17 čidlo teploty topné vody, 18 čidla teploty zbytkové vody, 19 čidlo venkovní teploty pro nabíjení akumulačního bloku, 20 -čidlo venkovní teploty pro provoz kotle, A přívod signálu nízkého tarifu, T teploměr, M servopohon směšovače, V zkušební tlakoměrný ventil Elektrický akumulační kotel s automatickým provozem 35
Elektrické kotle akumulační Velký objem vody akumulačních nádrží 3 až 6 ks. po 500 1000 litrech pro jeden rodinný dům. Proto i vyšší pořizovací náklady. Vetší obestavěný prostor v kotelně. Nosnost podlahy i větší dveře pro dopravu nádrží. Vhodné pro kombinaci alternativního vytápění/ tepelnéčerpadlo, solární panely, případná kombinace ohřevu přebytkovým teplem z kotle na tuhá paliva/. Stavebnicová konstrukce. Každá nádrž může mít své topné těleso. Umožňují zcela automatický provoz. 36
Zapojení akumulační nádoby Schéma zapojení Zapojení akumulační nádoby - 3 x 3 KW L1 L2 L3 1 3 5 1 3 5 1 3 5 KM1 KM2 KM3 2 4 6 2 4 6 2 4 6 3 KW 3 KW 3 KW PT BT 1 2 1 2 3 1 2 5 6 A2 A1 R1 V1 V2 V3 KM1 A1 KM2 A1 KM3 A1 A2 A2 A2 N N z HDO PT - provozní termostat BT - bezpečnostní termostat
Akumulační nádoba Akumulační nádoba je plněna vodou a zaizolována Vodu ohřívají topné spirály (pracují při nízkém tarifu 8 hodin) Výkon spirál je dle množství vody Oběh vody do ústředního topení je pomocí oběhového čerpadla řízeného prostorovým termostatem
Zapojení elektrokotle a průtokového ohřívače vzájemně blokované předn. relé Řádkové schéma L1 L2L3 N L1 L2 L3 KM1 1 3 5 2 4 6 RP1 1 KM2 2 400 V 230 V elektrokotel průtokový ohřívač KM2 SPH Rego RP1 PT BT 2 1 3 R1 KM1 A1 A2 N z HDO (20h) SPH - spínací hodiny Rego - prostorový termostat PT - provozní termostat BT - bezpečnostní termostat KM1 - stykač R1 - relé RP1 - přednostní relé R1 R1 A1 A2 N
Zapojení elektrokotle a průtokového ohřívače vzájemně blokované předn. relé Schéma zapojení Zapojení elektrokotle a průtokového ohřívače vzájemně blokované přednostním relé RP 1 kruhovací rozvaděč L1 L2 L3 N z HDO (20h) N PE PE N 1 3 5 A1 A2 KM1 R1 2 4 6 A2 A1 1 2 KM2 RP 1 2 3 1 2 1 7500 W 400 V BT PT průtokový ohřívač elektrokotel PT - provozní termostat t rego sp. hodiny BT - bezpečnostní termostat
Topné podlahové kabely A) vyhřívací vodiče s jednoduchou izolací B) topné kabely s dvojitou nebo zesílenou izolací C) miniaturní topné kabely s dvojitou izolací D) topné kabely pro vysoká zatížení
Topné podlahové kabely 1 lanko z odporových drátků 2 silikonový kaučuk 3 - plášť PVC 4 opletení Cu ochranný vodič 5 vnější plášť PVC 2 3 3 4 1 1 2 5 Příkon topného kabelu se počítá na běžný metr délky a vyrábí se od 1 do 60 W/m
Topné fólie, rohože, sálavé panely Topné fólie se vyrábí: 55, 75, 90, 120, 130, 150, 180 W/m Topné rohože příkon se určuje podle počtu smyček na 1 m délky například : 7 smyček na 1 m délky o šířce rohože 90 cm má příkon 90 W Topné sálavé panely: 230 V 50 Hz 100, 250, 300, 400, 500, 600, 700, 1000, 1500, 2000 W. 2400 W 3 x 400 V.
Elektrické topení Tepelné čerpadlo Pomocí tepelného čerpadla je možno odebírat teplo z okolí (vzduchu, vody nebo země) a předávat je do domu formou vytápění místností nebo např. bazénu. Ve srovnání s konvenčním elektrickým vytápěním, kdy musíme dodat k vytápění veškerou energii, potřebuje tepelné čerpadlo energii jen na pohon kompresoru a zbytek energie je odebírán z okolí.
Elektrické topení Tepelné čerpadlo Vytápěcí systém s tepelným čerpadlem potřebuje výkonný ohřev výparníku teplem z okolí, což je většinou realizováno hlubokými sondami ve vrtech pod vyhřívaným domem. Vrty a sondy prodražují investičně vytápěcí systémy s tepelnou pumpou, avšak samotný provoz je pak levnější.
Tepelné čerpadlo Tepelné čerpadlo pracuje na stejném principu jako kompresorová chladnička, je však využíván teplý konec systému. Zdrojem tepla je vzduch, zem nebo voda v řece, která je ochlazována vnějšími stěnami výměníku. Médium pro přenos tepla se nazývá chladicím prostředkem i když hlavním účelem systému je vytápění. Používá se kapaliny s bodem varu 10 C (při atmosférickém tlaku). Páry chladicího média jsou z výměníku (výparníku) odsávány kompresorem a stlačením jsou ohřáty. Horké páry v kondenzátoru (a současně vytápěcím výměníku) zkapalní a přenosové médium předá teplo vodě ústředního topení, ochladí se a po průchodu tryskou expanzního ventilu se při sníženém tlaku odpařuje opět ve výparníku (výměníku).
Tepelné čerpadlo Tepelné čerpadlo přenáší tepelnou energii z prostředí s nižší teplotou do prostředí s vyšší teplotou. Vytápění pomocí tepelného čerpadla může být pro případ velkých mrazů doplněno dalším (např. plynovým) topením. Elektrická energie potřebná pro pohon kompresoru tepelného čerpadla je několikrát menší než energie předaná ve výměníku topnému médiu (horké vodě).
Tepelné čerpadlo
Zapojení elektrického ohřívače vody (boileru) PE N L N ze sazbového spínače 8h B16A B2A 1 2 A1 A2 KM1 PE N L 1 t 2 3 1- termostat 2 - tepelná pojistka 3 - topné těleso
Zapojení elektrického ohřívače vody Ohřívač se zapojuje na sazbu nízkého (levnějšího) tarifu Je blokován stykačem, nebo relátkem Cívka relé nebo stykače je ovládána N vodičem pomocí HDO Termostatem nastavíme teplotu vody Tepelná pojistka vypne při poruše termostatu Při selhání termostatu i tepelné pojistky reaguje přetlakový ventil
Topné desky Topné desky se vyrábí jednospirálové, dvouspirálové a tříspirálové Spirály mají každá jiný výkon U dvouspirálové se využívají 4 výkony U tříspirálové se využívá 7 výkonů
Zapojení elektrické trouby Horní topení R1 R2 4 3 P2 N 2 1 P1 t L PE R3 Dolní topení G 4 4 4 4 3 P2 3 P2 3 P2 3 P2 2 P1 2 P1 2 P1 2 P1 1 1 1 1 R3 R1 R3 R2 R1 R2 R1 R2
Zapojení elektrické trouby s tyristorovou regulací N snímač teploty (termistor) 9 10 11 1 2 Horní topení 7 8 R1 R2 4 3 P2 regulace teploty (potenciometr) 2 1 P1 L PE R3 Dolní topení G 4 4 4 4 3 P2 3 P2 3 P2 3 P2 2 P1 2 P1 2 P1 2 P1 1 1 1 1 R3 R1 R3 R2 R1 R2 R1 R2
Elektrické pečící trouby Elektrické pečící trouby jsou vybaveny horním a dolním topením ovládaným přepínačem Řízení požadované teploty je zajištěno regulačním termostatem, nebo tyristorovou regulací teploty Doutnavka signalizuje, že spotřebič je zapojen do elektrického obvodu (těleso hřeje) Osvětlení trouby se ovládá vypínačem
Zapojení přednostního relé RP1 Přednostní relé RP1 se používají v instalačních rozvodech, kde je provozováno více výkonových spotřebičů, přičemž není možný jejich současný provoz z důvodu dimenzování vedení nebo velikosti hlavního jističe. Nejběžnější způsob použití je při blokování přímotopné soustavy při zapnutí krátkodobě spínaného spotřebiče (průtokový ohřívač vody). Při zapnutí druhého spotřebiče vypne relé první spotřebič
Zapojení přednostního relé RP1 L1 L2 L3 L1 L2 L3 N ze sazb. spínače a b 1 2 RP1-01 1 3 5 2 4 6 KM1 Elektrické topení Průtokový ohřívač
Zapojení elektrické mikrovlné trouby N PE L Schéma zapojení G A L I J K L CH F B C D E H A - pojistka B - tepelná pojistka magnetronu C - tepelná pojistka varného prostoru D - primární dveřní spínač E - sekundární dveřní spínač F - kontrolní obvod G - odrušovací kondenzátor H - startovací obvod CH - časový spínač I - kontrolka J - osvětlení K - motor ventilátoru L - relé M - vysokonapěťový transformátor N - vysokonapěťová dioda O - vysokonapěťový kondenzátor P - magnetron M O N P
Elektrická mikrovlnná trouba Příprava pokrmů se provádí přímým působením vysokofrekvenční energie o kmitočtu 2450 MHz Tato energie se vyrábí pomocí magnetronu Magnetron se uvádí do chodu přes kontakt časového spínače Dveřmi trouby se ovládá bezpečnostní spínač, tím se zamezí nebezpečnému vyzařování energie při otevřených dveřích Do trouby se nesmí vkládat kovové nádobí ani keramické s kovovými ozdobami, které by mohli tvořit závit nakrátko došlo by k poškození magnetronu
Elektrické chlazení Elektrické chladničky Elektrické chladničky udržují teploty potravin mezi 2 C až 10 C. Mrazni čky udržují potraviny při teplotách -18 C a nižších. Hluboko zmražené potraviny si podrží své vlastnosti i mnoho měsíců. Při chlazení je odnímáno teplo. Toho lze dosáhnout odpařováním chladicí kapaliny.
Elektrické chlazení V kompresorové chladničce nasává kompresor (poháněný elektromotorem) z výparníku plyn, tím snižuje ve výparníku (hliníková trubka ve tvaru meandru) tlak a urychluje odpařování (var). Na výstupu kompresoru chladicí médium tlakem kondenzuje a ohřívá se, protéká chladičem na zadní venkovní straně chladničky a pak se dostává kapilárou (tryskou) do výparníku. Tato kapilára s omezenou propustností zabraňuje vyrovnání tlaku mezi výparníkem a kompresorem.
Elektrické chlazení
V absorpční chladničce prochází chladicí médium (většinou čpavek, tj. amoniak) rovněž cyklicky uzavřeným trubkovým systémem. Elektrické chlazení
Chladicí médium se zde rozpouští ve vodě (je absorbováno čili pohlcováno v pohlcovači čili absorbéru). Čpavková voda pak proudí (vytlačována těžší vodou bez čpavku) do absorbéru, kde je ohřívána topným tělesem a čpavek z ní odpaří. Elektrické chlazení
Zatímco se voda vrací (vlastní vahou) do pohlcovače, proudí čpavek do kondenzátoru (zkapalňovače) tvořeného meandrovitě vedenou trubkou s chladicími žebry na zadní vnější straně chladničky. Při postupném ochlazování čpavek zkapalní a nateče do výparníku uvnitř chladničky. Ve výparníku se čpavek vypařuje a odebírá teplo. Elektrické chlazení
Elektrické chlazení Při chlazení je odnímáno teplo. Toho lze dosáhnout odpařováním chladicí kapaliny. Absorpcí plynného čpavku vodou v absorbéru vzniká podtlak, který odsává páry z výparníku. Odpařování kapalného čpavku je urychlováno pomocným plynem, např. vodíkem. Absorpční chladničky nemají pohyblivé části a pracují bezhlučně. Jsou používány např. v hotelových pokojích, kancelářích nebo obytných přívěsech s napájením 12 V.
Kompresorová lednička Hlavní součástí je elektromotor s kompresorem v hermeticky uzavřeném obalu Rozběhové relé při zapnutí termostatu větším proudem přitáhne kotvičku a připojí napětí na pomocné vinutí motoru, motor se roztočí a proud poklesne a rozběhové relé odpojí přívod na pomocné vinutí (kotvička se vrátí do původní polohy)
Zapojení elektrické kompresorové ledničky Schéma zapojení 5 6 4 2 1 1 - kompresor 2 - rozběhové relé 3 - ochrana el. motoru 4 - vypínač světla 5 - termostat 3 6 - osvětlení L PE N
Zkoušení a měření elektrických tepelných spotřebičů 1. Přerušení topného článku a zda nemá spotřebič spojení na kostru provádíme informativně přes žárovku 2. Měření izolačního odporu 3. Provozní zkouška měříme ampérmetrem, wattmetrem. Spotřebič necháme pracovat na jeho provozní teplotu a zjišťujeme jeho proud a výkon
Zkoušení a měření elektrických tepelných spotřebičů 4. Elektrická odolnost měříme zkoušečkou el. přístrojů vysokým napětím. Měří se mezi živou a neživou částí Spotřebiče: I. třídy zkoušíme napětím 1250 V II. třídy zkoušíme napětím 4000 V III. třídy zkoušíme napětím 500 V
Použité materiály: Tkotz K. a kol. Příručka pro elektrotechnika. ISBN 80-86706-00-1 Berka Š. Elektrotechnická schémata a zapojení 1. Kolektiv autorů. SILNOPROUDÁ ZAPOJENÍ. Hluboká nad Vltavou: SOŠE COP, 2011. Stanislav Tajbr Vytápění. Praha 2003 Sobotáles ISBN 80-85920-96-4.