Caldeira elétrica de circuito duplo: estrutura, análise de vantagens e desvantagens + o que considerar ao escolher

Se não for possível instalar gás em casa, a solução para o problema de aquecimento autônomo e aquecimento de água deve ser feita com fontes alternativas de energia. Podem ser instalados geradores solares, aquecer com lenha ou pellets. No entanto, a melhor solução pode ser uma caldeira elétrica de circuito duplo.

No artigo que apresentamos, descrevemos detalhadamente o princípio de funcionamento e os tipos de equipamentos que convertem energia elétrica em térmica. Listamos os parâmetros que os futuros proprietários do aparelho devem considerar antes da compra. São fornecidas recomendações para uma operação econômica.

Princípio de funcionamento do dispositivo

A construção da caldeira de circuito duplo prevê a colocação de dois elementos de aquecimento no mesmo aparelho para aquecer água e fluido de transferência de calor. O sistema funciona convertendo corrente elétrica em energia térmica.

Características estruturais da caldeira de circuito duplo

Para aquecer o ambiente, é conectado à caldeira um circuito de aquecimento do tipo fechado, por onde circula o fluido de transferência de calor. A segunda tubulação é destinada ao fornecimento de água quente, que é aquecida em um tanque de armazenamento interno ou pelo princípio de fluxo contínuo.

Na estação quente, o aquecimento pode ser desligado e a caldeira pode ser usada apenas como aquecedor de água.

Os dois circuitos da caldeira elétrica podem funcionar independentemente um do outro ou simultaneamente, aquecendo a casa e a água

O aparelho consiste nos seguintes elementos principais:

• corpo com isolamento térmico, válvulas de entrada e saída;
• trocador de calor, por onde circula o fluido de transferência de calor;
• sistema de controle e unidade de automação, que permite definir parâmetros de temperatura e ligar/desligar o aparelho;
• dispositivo de aquecimento;
• tanque de expansão para alívio de pressão;
• válvula de segurança;
• purga de ar (automática ou manual) para remover bolsas de ar;
• bombas de circulação para o sistema de água quente sanitária e aquecimento;
• grupo de segurança com sensores de temperatura e relés.

O princípio de funcionamento da caldeira elétrica consiste na troca de calor: a bomba de circulação bombeia água para dentro do tanque, que é aquecida até uma determinada temperatura pelo termoelemento e é enviada para o circuito de aquecimento ou para o sistema de água quente sanitária.

Basicamente, o aparelho elétrico de circuito duplo, assim como seu equivalente a gás, pode funcionar tanto como caldeira doméstica quanto como aquecedor de água instantâneo.

Vantagens e desvantagens do equipamento elétrico

O aquecimento elétrico é considerado uma forma ecológica de aquecimento, pois não polui o ar com fumaça e fuligem como uma caldeira a combustível sólido, nem com monóxido de carbono e outros resíduos nocivos como os equipamentos a gás.

Além disso, a característica de funcionamento do aquecimento elétrico praticamente elimina situações de força maior em caso de vazamento de água – se não houver fluido térmico no sistema, o equipamento desliga automaticamente.

A caldeira elétrica tem um excelente índice de eficiência – 95-99%, mas mesmo essa alta transferência de calor não compensa o grande consumo de eletricidade, portanto, em comparação com a caldeira a gás, o aparelho elétrico perde.

Também podemos incluir entre as vantagens gerais do equipamento elétrico:

• Instalação simples – não há necessidade de instalar chaminé, sistema de ventilação forçada, canalização de gás e obter uma série de autorizações, como na instalação de uma caldeira a gás.
• Segurança – a probabilidade de vazamento ou ebulição da caldeira elétrica é muito baixa; além disso, o design do aparelho não prevê o uso de chama aberta, materiais inflamáveis ou gás explosivo.
• Tamanho compacto – um fator importante para espaços pequenos. Além disso, o aparelho pode ser instalado não apenas nos locais previstos em projeto (como os equipamentos a gás), mas em qualquer lugar conveniente onde haja possibilidade de conexão à rede elétrica e ao sistema de aquecimento.
• Silêncio – a caldeira elétrica funciona sem vibrações, emissões e outros ruídos que afetam as caldeiras a combustível sólido e a gás.
• Custo acessível tanto do próprio aparelho quanto da sua instalação e manutenção.

Quanto às desvantagens, uma das mais significativas é o custo da energia consumida. Se se trata de aquecimento elétrico e água quente sanitária para uma grande casa, os valores serão substanciais.

Portanto, não será supérfluo fazer, pelo menos, um cálculo aproximado do consumo antes da compra, analisando as informações sobre a área, o consumo de água e a potência do aparelho. E então decidir se vale a pena o custo.

A instalação de controladores especiais, dispositivos de armazenamento e medidores diferenciais que operam no modo 'dia-noite' pode ajudar a reduzir significativamente os custos.

Outras desvantagens:

• Dependência do fornecimento de energia – em uma área com constantes interrupções de eletricidade, a instalação de um aparelho de aquecimento como este perde o sentido. No entanto, se as interrupções forem ocasionais e não uma norma de vida, a compra de um gerador que armazena energia pode ajudar a resolver o problema.
• Flutuações de tensão da rede afetam negativamente a automação sensível da caldeira, portanto, antes de instalar o equipamento, é recomendável adquirir bons estabilizadores de energia.
• Deposição de sedimentos. Como a água corrente é usada para água quente sanitária (AQS), os elementos de aquecimento gradualmente ficam cobertos de incrustações, que precisam ser removidas do equipamento. A solução pode ser a instalação de filtros na entrada de água fria e manutenção regular.

Além disso, antes de instalar uma caldeira elétrica, vale a pena verificar se a sua rede doméstica está dimensionada para essa carga. Por exemplo, para uma área de 200 metros quadrados, serão necessários pelo menos 16-20 kW.

E isso apenas para aquecimento, sem considerar outros aparelhos elétricos. E se em novos loteamentos de casas essa potência é prevista com conexão à rede trifásica, para um terreno de campo geralmente é alocado no máximo 10 kW.

Tipos de caldeiras elétricas

As caldeiras elétricas modernas são equipadas com aquecedores de diferentes princípios de funcionamento. Mas apenas os aparelhos com construção de resistência elétrica podem ser usados simultaneamente para aquecimento e água quente sanitária.

A ligação da caldeira elétrica ao sistema de aquecimento e AQS geralmente envolve a instalação de um boiler com trocador de calor ou um tanque de acumulação de água quente.

Outros tipos de equipamento podem ser usados para AQS apenas se um boiler de aquecimento indireto for conectado ao circuito de aquecimento.

Aparelhos elétricos com resistências

Nos modelos mais comuns de caldeiras elétricas, são incorporados elementos de aquecimento – resistências elétricas, que são feitas de cerâmica ou metal, têm forma de hastes, espirais ou uma barra oca curvada em arco, dentro da qual é colocada uma fibra de resistência específica. Elas atuam como 'intermediárias', aquecendo-se quando a corrente elétrica passa e transferindo calor para a água.

Esquema de uma caldeira elétrica de dois circuitos. O número de elementos depende da potência do aparelho e do seu volume interno, mas resistências elétricas adicionais não apenas aumentam a velocidade de aquecimento, mas também os custos de energia elétrica e manutenção.

A principal desvantagem do aparelho é a rápida formação de incrustações nas resistências elétricas, o que prejudica seu desempenho. Por exemplo, com uma espessura de incrustação de apenas 0,5 mm, o rendimento do aparelho diminui 10% do nominal, e com 2 mm – 35-40%!

Como resultado, o aparelho aquece a água mais lentamente, aumentando assim o consumo de eletricidade. Portanto, a caldeira necessita de limpezas constantes e substituição periódica dos elementos de aquecimento danificados.

Para prolongar a vida útil da resistência elétrica, recomenda-se usar um sistema de filtros de limpeza ou adicionar ao fluido térmico agentes amaciantes especiais, e no circuito de aquecimento colocar água destilada.

Além disso, as caldeiras com resistência elétrica requerem manutenção regular, pois trata-se do uso seguro do equipamento. O elemento aquecedor se desgasta gradualmente e pode queimar.

Se isso ocorrer com a despressurização do invólucro – ainda é meio problema. Nesse caso, o nicromo aquecido simplesmente se desintegrará em contato com a água e não representa perigo para o ser humano. Mas se o elemento solto permanecer no invólucro intacto e continuar funcionando, todo o invólucro metálico, devido à água condutora, ficará sob tensão.

Equipamento de aquecimento por indução

O funcionamento da caldeira de indução baseia-se na indução magnética, que permite converter eletricidade em energia térmica. Dentro do invólucro fica o circuito primário com uma bobina indutiva, que, quando a tensão é aplicada, cria um campo magnético alternado.

Como resultado, surgem as chamadas correntes de Foucault (ou correntes parasitas), que aquecem o metal, e este transfere seu calor ao fluido circulante.

As caldeiras de resistência elétrica comprovadas pelo tempo podem ser instaladas sem receio até mesmo em um cômodo residencial, mas para os aparelhos de indução é melhor prever um ambiente separado – apesar das afirmações publicitárias dos fabricantes, a medicina não confirmou a inocuidade dos campos eletromagnéticos para o ser humano.

Vantagens das caldeiras de indução em comparação com os aparelhos de resistência elétrica:

• O nível mais alto de eficiência – 98-99%.
• Maior área de aquecimento e, consequentemente, transferência de calor mais rápida.
• Não se forma incrustação no elemento aquecedor.
• Totalmente autônomos e não requerem manutenção.
• Além da água, como fluido térmico podem ser utilizados derivados de petróleo e óleo.

A principal desvantagem desses aparelhos é o preço elevado e a necessidade de conectar um boiler de aquecimento indireto ou um tanque de armazenamento para fornecer água quente à casa. Portanto, apesar de uma série de vantagens do equipamento de indução, a liderança da demanda do consumidor é firmemente mantida pelas caldeiras de resistência elétrica de dois circuitos.

Caldeiras com aquecedores de eletrodo

O funcionamento da caldeira de eletrodo baseia-se nos altos índices de condutividade térmica da água. Dentro do invólucro são colocados eletrodos negativo e positivo que geram corrente elétrica, entre eles circula o fluido térmico.

O aquecimento ocorre devido à energia liberada na divisão das moléculas em íons carregados e seu movimento em direção ao eletrodo de polaridade correspondente. Graças a isso, o aquecimento da água na câmara da caldeira ocorre praticamente instantaneamente.

Condição obrigatória para a caldeira de eletrodo – um bom aterramento, pois os aparelhos são considerados dispositivos potencialmente perigosos e o corpo pode 'soltar' uma forte descarga de corrente

Vantagens das caldeiras de eletrodo em comparação com os aparelhos de resistência elétrica:

• Aquecem a água 10 vezes mais rápido.
• Consomem 20-30% menos energia elétrica.
• Possuem dimensões compactas mesmo com alta produtividade (a maioria dos modelos é de parede).
• Não falham durante picos de tensão.

Mas devido a desvantagens significativas, as caldeiras de eletrodo ainda não se difundiram amplamente. Elas são usadas principalmente para aquecimento, mas é possível organizar um segundo circuito para água quente sanitária (AQS) desde que o sistema seja equipado com um boiler de aquecimento indireto.

Esses aparelhos são muito exigentes quanto à composição do líquido que é o fluido de transferência de calor. A água da torneira comum está excluída; recomenda-se usar um líquido especial com composição salina equilibrada. Além disso, os eletrodos se dissolvem gradualmente durante a operação e precisam ser substituídos.

As caldeiras de eletrodo são muito compactas, mas não se distinguem pela alta potência; portanto, para aquecimento de grandes áreas, são previstos módulos com vários aparelhos conectados em série.

Para uso seguro, recomenda-se equipar a caldeira de eletrodo com um kit adicional de automação, que é vendido separadamente e muitas vezes custa mais caro que o próprio dispositivo. Principalmente, trata-se de uma bomba de circulação e um regulador eletrônico de temperatura, que controla a temperatura de aquecimento.

Também é necessário um controlador de corrente, que regula a intensidade da corrente, com a capacidade de desligar o equipamento para evitar a fervura da água.

No que prestar atenção ao comprar?

Agora que você decidiu que tipo de aparelho deseja comprar, é hora de pensar em suas dimensões e parâmetros técnicos.

Na maioria das vezes, as caldeiras elétricas são instaladas na cozinha, mas também é possível montar uma mini-sala de caldeiras, que permitirá esconder comunicações pouco atraentes e equipamentos adicionais (tanque de armazenamento, boiler de aquecimento indireto, etc.).

Escolha do aparelho pelo método de instalação

Independentemente do tipo de construção, todas as caldeiras de circuito duplo podem ser divididas em dois grandes grupos – de parede e de chão. As dimensões e a escolha do modelo dependem diretamente da área que você precisa aquecer, e também da quantidade de espaço livre disponível para o próprio aparelho.

A caldeira de parede se diferencia da caldeira de chão por suas pequenas dimensões – se necessário, pode ser escondida em um armário suspenso ou gabinete, mas mesmo sem estar camuflada, o aparelho não parece volumoso e harmoniza perfeitamente com outros eletrodomésticos.

Os aparelhos de parede são projetados para aquecer áreas relativamente pequenas – até 100 m², por isso são mais frequentemente instalados em apartamentos ou pequenas casas de campo. Eles são fixados em suportes especiais em qualquer superfície vertical que suporte essa carga.

As caldeiras de piso são dispositivos bastante volumosos, mas podem fornecer a uma casa de até 200 m² calor e fornecimento contínuo de água, sendo que os tanques de armazenamento podem ser embutidos no próprio aparelho (o que aumenta significativamente seu tamanho) ou instalados separadamente.

Se a área da casa exceder 200 m², é possível equipar uma sala de caldeiras com várias caldeiras elétricas ou usar fontes de aquecimento adicionais – equipamento de combustível sólido ou painéis solares.

Cálculo da potência necessária

A maneira mais simples é dividir a área aquecida por 10. Considera-se que para aquecer 10 m² serão utilizados 1 kW, mas o valor obtido será bastante aproximado, pois esse cálculo só faz sentido para ambientes com altura de até 3 metros.

Além disso, os gastos com calor dependem muito do isolamento, da qualidade e tamanho das janelas, das características climáticas da região e dos materiais utilizados na construção da casa.

Se a casa tiver tetos altos, primeiro é preciso determinar o volume do ambiente (área multiplicada pela altura). Em seguida, calcular a potência necessária considerando que para 1 m³ serão necessários 35 W.

Ao comprar, considere modelos cuja potência seja 15-20% superior aos seus valores calculados – é melhor configurar a caldeira para um modo mais fraco do que passar frio no inverno com o equipamento operando no limite.

Ao resultado obtido, é necessário adicionar uma 'margem':

• 10% – para grandes áreas envidraçadas (janelas panorâmicas, varanda, etc.).
• 15% – na ausência de isolamento da casa.
• 10-15% – para regiões com invernos frios.
• 20% – para carga adicional durante o funcionamento da água quente sanitária no modo de aquecimento instantâneo.

Ao calcular a potência necessária para caldeiras com acumulador embutido, deve-se basear nos dados fornecidos pelo fabricante na documentação técnica.

A forma de alimentação da caldeira também depende dos seus parâmetros técnicos. Aparelhos de até 10 kW podem ser conectados a uma rede comum de 220 V, e caldeiras mais potentes a uma rede trifásica (e isso pode exigir autorização das redes elétricas locais, se a casa não tiver uma linha de 380 V).

Outras nuances importantes

Pelo princípio de aquecimento de água, as caldeiras elétricas de circuito duplo podem ser divididas em de passagem e de acumulação. As primeiras são uma boa opção para uma casa pequena e família, podendo atender confortavelmente 1-2 pontos de consumo de água além do aquecimento. Mas, apesar da compactação e conforto na operação, o aparelho "2 em 1" tem uma desvantagem significativa – alta carga na rede elétrica.

Já o acumulador ocupa muito mais espaço devido ao reservatório adicional, onde a água quente é armazenada. A vantagem desse tipo de equipamento é que ele pode fornecer água em grandes quantidades e economizar até 10% na eletricidade, já que não gasta energia em aquecimento constante, apenas mantém sua temperatura.

Graças ao revestimento isolante, as perdas de calor da água no tanque não excederão 0,5 grau por hora. No manual técnico do dispositivo destinado à conexão ao sistema de água quente sanitária (AQS), devem ser indicadas sua capacidade – temperatura mínima e máxima, volume de água e tempo necessário para o aquecimento.

Caldeiras elétricas modernas permitem controlar o dispositivo e monitorar a temperatura do aquecimento ambiente usando smartphones ou o sistema "casa inteligente".

Adicionalmente, a caldeira pode ser equipada com:

• Um módulo de automação para controle remoto via controle ou através da rede.
• Proteção contra congelamento, que permite manter a temperatura mínima no sistema, relevante para casas de campo e suburbanas onde não há moradores permanentes.
• Sensores que monitoram as mudanças climáticas, ligam o aparelho quando a temperatura cai e desligam nos horários de sol.
• Equipamento que reduz a temperatura da água para conexão ao sistema de "piso aquecido".
• Sensores com capacidade de programar o microclima em todo o ambiente ou em cômodos individuais, conforme sua preferência.

Obviamente, os "bônus" do fabricante aumentam o custo do aparelho, mas com eles é muito mais confortável operar a caldeira.

Métodos de economia durante a operação

Para reduzir os custos com eletricidade ao usar uma caldeira elétrica como aquecedor e aquecedor de água, é necessário diminuir as perdas de calor totais da casa.

Antes de tudo, vale a pena substituir as antigas molduras de madeira por janelas modernas com 2-3 câmaras de ar e cuidar do isolamento das paredes (de preferência externo) com isopor, lã mineral ou outros materiais de baixa condutividade térmica.

Outras opções de economia:

1. Conexão adicional ou dispositivos separados que funcionam com energia alternativa (painéis solares, geradores eólicos, lareira a lenha) reduzirão significativamente o consumo de eletricidade.
2. Um medidor de múltiplas tarifas permitirá pagar menos pelo aquecimento noturno, e durante os períodos de "horário de pico" da manhã e da noite, o aparelho pode ser desligado (a energia elétrica consumida nos intervalos das 8:00 às11:00 e das20:00 às22:00 é a mais cara). E se você complementar o sistema com um acumulador térmico externo, poderá acumular a energia "barata" noturna para usá-la durante o dia.
3. Um recuperador no sistema de ventilação ajudará a mantar o ar aquecido dentro de casa.
4. Um programador semanal coletará dados sobre o funcionamento do sistema durante o período especificado, para selecionar o modo de operação mais confortável e econômico com o mínimo consumo de energia.
5. Os termostatos ambiente monitorarão as mudanças no microclima da casa e transmitirão os dados para o sensor embutido na caldeira, que ligará/desligará o aquecimento, evitando o superaquecimento do ar e perdas excessivas de calor.

Com a organização correta do funcionamento da caldeira elétrica, é possível reduzir o consumo de eletricidade e os custos associados em até 40%.

O próximo artigo apresentará opções de aquecimento economizadores de energia para propriedades rurais, analisando detalhadamente essa questão muito interessante.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Recomendamos que você confira uma seleção de análises e dicas práticas sobre o uso de caldeiras elétricas de diferentes configurações para aquecimento e fornecimento de água quente na casa.

Nuances do aquecimento elétrico – caldeiras e outros aparelhos elétricos de aquecimento, cálculo da potência do equipamento e dos custos para a estação de aquecimento:

Embora as caldeiras elétricas de circuito duplo pareçam muito confortáveis de usar, antes de sair para comprar, calcule os gastos com eletricidade durante o período frio do ano ou consulte engenheiros térmicos.

Talvez eles recomandem um sistema mais econômico com uma caldeira de circuito único e um aquecedor de água de aqueimento indireto, ou projetem um aqueimento combiado, onde a "voracidade" do aparelho elétrico seja compensada por fontes adicionias de energia.

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