Выбор электричества в качестве основного источника тепла в доме воспринимается как крайний случай, ведь стоимость такого отопления обходится куда дороже, чем от газового или твердотопливного котла. Однако есть целый сонм проблем, которые делают электрические системы отопления безальтернативным вариантом. В этот момент и зарождается стремление разбираться, как сделать отопление дома электричеством дешево или сократить затраты на обогрев.
Как удешевить обогрев дома
Электрический котел любого типа работает с высоким КПД 96-99%. Вся подаваемая электроэнергия переходит в тепло и далее через теплоноситель к радиаторам, обогревая дом. Оптимизировать работу самого котла уже не имеет смысла, как в случае с газовыми или твердотопливными котлами.
Также подразумевается, что переходить к удешевлению отопления логично только после утепления самого дома, минимизации теплопотерь, кроме необходимого минимума в основном приходящегося на вентиляцию, неизбежные потери через ограждающие конструкции и оконные проемы.
Чтобы уменьшить выплачиваемые суммы за электричество придется обратить внимание на сам процесс обогрева дома, а также возможные варианты удешевления электричества. Откинув совсем уж странные идеи и предложения, остается два основополагающих инструмента:
- Перейти на смешанный тип оплаты электроэнергии, при котором в ночное время суток тариф дешевле.
- Выработать оптимальный режим обогрева дома. Определить время, когда действительно в доме должно быть тепло, а когда нужно лишь поддержать допустимый минимум.
Лучший результат достигается в случае комбинирования этих инструментов.
Ночной тариф и теплоаккумулирующие емкости
Практически во всех регионах страны применяется раздельная система расчета стоимости электричества. При этом в ночное время стоимость одного киловатта существенно ниже, чем днем.
Такое предложение появилось не зря, ведь основная нагрузка на электростанции и распределительные сети днем гораздо выше, чем ночью, а управиться с такими перепадами достаточно сложно. Чтобы избежать этого, частному сектору предлагается режим оплаты, в котором использовать электричество ночью и экономить его днем выгоднее. Реализуется это установкой специального счетчика, запрограммированного считать стоимость электричества строго по установленному расписанию. Остается лишь определить, как обеспечить комфортный обогрев дома, чтобы котел работал в основном только ночью.
Однако перейти на ночной тариф еще пол дела. Нужно сделать так, чтобы тепло вырабатывалось котлом только ночью, когда это стоит меньше, а тепло поступало в дом круглые сутки, по крайней мере, и днем, когда это необходимо.
Решением становится теплоаккумулирующая емкость. Объемный резервуар с утеплением стенок, подключаемый к котлу отопления. Именно в нем будет накапливаться тепло в течение ночи. А днем отдаваться в систему отопления без задействования котла.
Конструктивно бак, может быть, простой емкостью с теплоносителем, включенной в систему отопления, в этом случае объем теплоносителя резко возрастает, как и тепловая инертность отопления. В другом варианте это утепленная по принципу термоса емкость наполненная водой, внутри которой располагается змеевик теплообменника. Объем теплоносителя в системе увеличивается не существенно, зато повышается тепловая инертность самого аккумулирующего бака.
Важно: наличие теплоаккумулирующего бака само по себе не снижает затраты электричества. Он нужен только для перевода котла в ночной режим работы по сниженному тарифу.
Вода обладает высокой теплоемкостью – 4,1-4,2 кДж*кг/К, каждый литр воды, нагреваясь на один градус тепла, поглощает тепло эквивалентное 1,163 Вт*ч. Выбор подходящего объема емкости определяется с учетом следующих факторов:
- Время нагрева до максимально допустимой температуры должно составить от 2 до 4-х часов при максимальной мощности работы котла.
- Эффективный перепад температуры теплоносителя в баке за время дневного использования не должен превышать 30°С при восполнении теплопотерь здания в течение дня.
Первый пункт можно взять за основу, тогда выбрать минимальный объем резервуара не составит проблемы, учитывая, что мощность котла выбрана именно исходя из реальных теплопотерь по зданию. Например, для котла мощностью 12 кВт в течении t= 4 часа, будет затрачено Qз = 48 кВт*ч, которые должна аккумулировать вода в баке.
Зная теплоемкость воды в эквиваленте λ = 1,163 Вт*ч*кг/K, и учитывая эффективный перепад температуры ΔT= 30°С, не сложно рассчитать объем: V= Qз/ (λ* ΔT)=48000/(1,163*30)= 1375 литра. Данное значение определяет минимальный объем бака.
Максимальный объем бака определяется по второму пункту. Допустим теплопотери в здании – 9 кВт. В течение дня, когда действует больший тариф на электроэнергию, котел желательно не включать вовсе, значит аккумулированного тепла должно хватить на покрытие теплопотерь в течении 12 часов, нужно 108 кВт/ч. По известной формуле объем бака выходит равным 3095 литров. Однако для его нагрева потребуется гораздо больше времени работы котла.
Объем следует подбирать между полученными значениями притом ближе к первому значению, чтобы котел в ночное время не работал слишком долго без перерывов, что может сказаться на его долговечности. При использовании готовых аккумулирующих баков ориентироваться лучше на данные, предоставленные производителем, таблица с указанием времени нагрева всего объема бака при заданной мощности котла.
Схема включения аккумулирующего бака предельно проста. Он подключается к котлу параллельно всей системе отопления, как показано на рисунке.
Первый насос, установленный между котлом и баком, работает одновременно с котлом. Включать их должен контроллер по расписанию или вручную так, чтобы основная работа приходилась на время сниженного ночного тарифа.
Второй насос перекачивает теплоноситель непосредственно к контурам отопления, радиаторам. Он включается по сигналу термостата, определяя оптимальный режим обогрева помещений.
В сухом остатке нужна не сложная доработка:
- Установить бак требуемого объема и дополнительный насос, а также таймер для включения котла в ночное время.
- Перейти на тарификацию электроэнергии с учетом низкой стоимости за кВт*ч ночью.
- В обязательном порядке установить расширительный бак с учетом увеличенного объема теплоносителя в системе.
Количество затраченной энергии не уменьшится, зато счета за электроэнергию будут куда скромнее.
Умное отопление, контроллеры для управления электрокотлом
Самый простой способ оптимизировать работу электрического котла и, соответственно, снизить затраты электроэнергии – это установить контроллер с поддержкой недельного расписания и термодатчиков, располагаемых снаружи и изнутри дома.
Электрический котел в плане автоматизации куда проще и надежнее газового или твердотельного котла. Для газового по умолчанию устанавливается только температура теплоносителя в баке. Менять ее приходиться только вручную и чаще «на глазок». Для твердотопливного все еще хуже, ведь нужно регулярно подбрасывать уголь или дрова и конечный результат сложно проконтролировать или настроить.
Если же разобраться по сути, то постоянный и равномерный нагрев дома не нужен.
Днем, когда дома никого нет, включать отопление на полную мощность нет смысла, достаточно поддерживать, например 16-18°С и только.
Максимальная отдача нужна лишь утром и вечером, когда все дома и хочется создать комфортные условия.
Ночью опять-таки температуру можно снизить, что актуально и в плане экономии, и в плане здорового образа жизни.
В выходные, когда весь день кто-то есть дома, в течение дня поддерживается комфортная температура и только ночью можно снизить температуру батарей или теплого пола.
Речь не идет о том, чтобы постоянно сидеть в холодном доме. Достаточно учесть время, в течение которого прогревать дом сверх меры не следует, и указать электрическому котлу соответствующий режим. В дополнение к этому контроллер способен учитывать не только фактическую температуру внутри помещения, но и снаружи. Если на улице стало резко холодать, он отдаст котлу команду «повысить обороты».
У такого подхода есть два несомненных плюса даже в сравнении с использованием аккумулирующего бака:
- Стоимость контроллера ниже, чем стоимость изготовления или покупки аккумулирующего бака и дополнительного оборудования.
- Установка контроллера не требует специфических навыков и занимает несколько часов, считая вместе с настройкой.
В конечном счете, контроллеру достаточно задать такие параметры:
- оптимальная температура в помещении;
- минимальная температура в период простоя;
- расписание работы котла по дням недели и времени суток.
В некоторых системах автоматизации есть возможность установить целевую температуру даже для отдельных помещений, что еще больше снимает нагрузку на отопительное оборудование. Однако такой вариант потребует существенных стартовых вложений, что не всегда уместно.
Фактически у всех электрических котлов есть возможность подключения внешних контроллеров управления. Для самодельных устройств достаточно приобрести блок управления ТЭНами или другой нагрузкой с возможностью подключения внешних управляющих сигналов.
Комбинированный вариант
В обоих случаях, так или иначе, используется внешнее управление работой котла. Естественно, лучший результат по экономии электроэнергии будет достигнут при совместном использовании аккумулирующего бака, работы по низкому ночному тарифу и контроллера управления с недельным и суточным расписанием.
Аккумулирующий бак позволит накапливать тепло ночью и отдавать его в систему отопления днем, а контроллер управления сможет не только задать время ночного включения котла но и самым оптимальным образом определить затраты тепла в течение дня и недели.
Оба варианта примерно равны по стоимости и равнозначны по эффективности, а главное что положительный результат суммируется при совместном использовании. Если у котла, например, указано, что при номинальной мощности можно ожидать затраты электроэнергии на отопление дома в размере 700-950 кВт*ч, то при использовании двух озвученных оптимизаций вполне реально снизить затраты до 450-500 кВт*ч и целиком перевести их на дешевый ночной тариф. Главное, что результат будет достигнут без снижения уровня комфорта для проживающих в доме.
