Накопительные обогреватели: принципы работы, типы и преимущества.

Введение

Сберегающий нагреватель или тепловой аккумулятор (Австралия) — это электрический нагреватель, который накапливает тепловую энергию вечером или ночью, когда электроэнергия доступна по сниженной цене, и отдает тепло в течение дня по мере необходимости. В качестве альтернативы, солнечные накопители тепла предназначены для хранения солнечной энергии в виде тепла, которое затем отдается ночью или в другие периоды, когда это требуется, что часто оказывается более экономически выгодным, чем продажа излишков электроэнергии в сеть и последующая её покупка ночью.

Принцип действия

Нагреватели аккумулирующие обычно состоят из глиняного кирпича или другого керамического материала (грога), бетонных стен или водяных ёмкостей. Существуют также специальные материалы, такие как феолит. Этот материал служит теплоаккумулирующей средой. В материал встроены электрические нагревательные элементы, которые можно включать для нагрева этой среды и, таким образом, для накопления энергии. Накопленное тепло отдается непрерывно (через тепловое излучение и конвекцию). Для ускорения теплопередачи нагреватели аккумулирующие могут быть оснащены механическими вентиляторами, которые прогоняют воздух через нагреватель; см. раздел о нагревателях аккумулирующих с принудительной вентиляцией.

Нагреватели с высоким уровнем удержания тепла

Нагреватели с высоким сохранением тепла (HHRSH) – это новейшие и наиболее продвинутые накопительные обогреватели на рынке. Компания Dimplex стала пионером этой технологии с моделью Quantum, что привело к созданию новой категории в программе SAP – программном обеспечении, одобренном правительством Великобритании для расчета системы отопления при строительстве новых зданий или реконструкции. Нагреватели с высоким сохранением тепла способны удерживать больше тепла, чем традиционные накопительные обогреватели, сохраняя не менее 45% тепла в течение 24 часов после полной зарядки. Это значительно снижает потери тепла в течение дня и достигается благодаря улучшенной теплоизоляции. Нагреватели с высоким сохранением тепла также оснащены интеллектуальными системами управления и датчиками климатических условий для прогнозирования потребности в тепле, что делает их гораздо более отзывчивыми к изменениям окружающей среды, чем традиционные обогреватели. Все нагреватели с высоким сохранением тепла соответствуют требованиям Lot 20, в соответствии с регламентом EcoDesign, вступившим в силу 1 января 2018 года.

Регламенты

Партия 20. Дополнительные функции соответствия, не являющиеся обязательными, включают контроль дистанции, адаптивный старт и обнаружение открытых окон. Товары, не соответствующие требованиям, произведенные до указанной даты, все еще могут быть проданы. С точки зрения охраны здоровья и окружающей среды, асбест на протяжении многих лет использовался в ночных накопительных обогревателях, и его волокна могут попадать в воздух, представляя серьезную опасность для здоровья.

Применение

Нагреватели аккумулирующие обычно используются совместно с двухтарифным счетчиком электроэнергии, который раздельно регистрирует потребление электроэнергии в ночное время, чтобы ее можно было тарифицировать по более низкой ставке. Для того чтобы воспользоваться более низкими тарифами, дом должен быть подключен к специальному тарифу на электроэнергию. В большинстве стран аккумулирующие обогреватели экономичны (по сравнению с другими системами отопления) только при использовании с таким специальным тарифом. В Соединенном Королевстве подходит тариф "Экономия 7". Аккумулирующие обогреватели обычно имеют два регулятора: регулятор заряда (часто называемый "входным"), который управляет количеством накапливаемого тепла, и регулятор теплоотдачи (часто называемый "выходным"), который управляет скоростью, с которой тепло выделяется. Этими регуляторами может управлять пользователь, либо они могут работать автоматически после того, как пользователь установит желаемую температуру в помещении на термостате. Аккумулирующие обогреватели также могут включать в себя дополнительный электрический нагреватель (использующий резистивные нагреватели или тепловые насосы), который можно использовать для увеличения тепловой мощности. Такое дополнительное отопление, если оно резистивное, обходится дорого, поскольку происходит в период действия высокого тарифа.

Преимущества

Нагреватели, работающие по принципу накопления тепла, хотя зачастую и остаются дороже, чем аналогичные системы отопления на газе или масле, дешевле, чем использование такого же количества электроэнергии для отопления по обычным дневным тарифам. Пользователи газового центрального отопления и некоторых других систем часто выключают отопление на ночь для экономии, из-за чего в доме бывает холодно ночью и ранним утром; однако, поскольку ночные накопительные обогреватели работают именно ночью, в это время в доме сохраняется тепло. Использование накопительных обогревателей позволяет строить дома в районах, где нет газовых сетей, без необходимости платить домовладельцам повышенные счета за электроотопление в дневное время. Капитальные затраты на ночное накопительное отопление относительно невелики, а установка значительно проще, чем установка газовых котлов, трубопроводов и радиаторов или электрических тепловых насосов. Это важное преимущество при реконструкции старых зданий, не оборудованных центральным отоплением. По сравнению с газовым центральным отоплением, ночные накопительные обогреватели практически не требуют затрат на техническое обслуживание.

Недостатки

Тепло теряется из обогревателя во время зарядки в течение ночи. Утром в комнате тепло, но это происходит из-за неэффективного обогрева в течение всей ночи. Тепло, накопленное ночью, будет выделяться в жилое помещение на следующий день, независимо от потребности в нём (из-за неизбежного теплообмена через изоляцию накопительного обогревателя). Таким образом, если домовладелец неожиданно отсутствует в этот день (и, следовательно, не нуждается в обогреве дома) или находится дома лишь небольшую часть дня, тепло уже приобретено и доступно, и в конечном итоге выделяется. Накопительный обогреватель может обогревать только за счёт энергии, накопленной накануне. Следовательно, если система была выключена или регулировка заряда установлена слишком низко, энергии может быть недостаточно для обогрева помещений, и эту проблему можно будет решить только на следующий день. Это может произойти, например, при неожиданном похолодании, при возвращении из отпуска поздно ночью, или если пользователи просто не подумают изменить настройки, находясь в комфортной температуре. Некоторые обогреватели смягчают эту проблему, позволяя также обогрев в течение дня, но это обычно дорого (поскольку электроэнергия тарифицируется по полному тарифу). Даже в оптимальных условиях бывает сложно точно определить, как настроить термостаты: слишком низкая настройка ночью может привести к тому, что обогреватель не будет оказывать заметного эффекта, а максимальная настройка увеличит стоимость его эксплуатации. Аналогично, в системах, где каждый обогреватель настраивается индивидуально, неправильная настройка обогревателя в одной комнате может привести к тому, что во всём доме станет слишком холодно. Многие пользователи могут не до конца понимать органы управления. Распространённая ошибка – оставлять выходной (или режим усиления) регулятор открытым ночью, из-за чего обогреватели рассеивают тепло, когда должны его накапливать, что приводит к увеличению потребления электроэнергии и затрат. В качестве альтернативы они могут установить входной регулятор на минимум ночью вместо выходного, что может означать полное отсутствие тепла на следующий день. Выбор размера накопительного обогревателя – это компромисс между максимальной ожидаемой интенсивностью и продолжительностью холодов, а также стоимостью и занимаемым пространством. Если обогреватель слишком большой, его стоимость будет чрезмерной и он займёт значительную площадь; если слишком маленький, стоимость дополнительного (дневного) электрического обогрева будет высокой. Накопительные обогреватели очень тяжёлые и довольно громоздкие из-за материала, используемого для хранения тепла. Они обычно занимают больше места, чем радиаторы, используемые в большинстве других систем отопления. В большинстве стран электроэнергия стоит в 2-3 раза дороже газа или нефти за единицу тепла (джоуль или кВтч), и сниженные тарифы в ночное время и более высокая эффективность доставки не полностью компенсируют эту разницу. При использовании вентилятора (если он есть) для ускорения теплообмена циркуляция воздуха увеличивает количество пыли в нагреваемом помещении. Это может быть проблемой для людей, страдающих аллергией. Поэтому центральное отопление является лучшим источником тепла для аллергиков. Эту проблему можно избежать, не используя вентилятор, но тогда будет сложнее регулировать теплообмен, который происходит за счёт излучения и естественной конвекции, как и в обычных радиаторах центрального отопления.

Heat is lost from the heater while charging overnight. The room is warm in the morning, but this is because it has wastefully been heated all night. The heat stored during the night will be released into the living area during the next day, regardless of need (due to the inevitable heat transfer through the storage heater's insulation). Thus if the homeowner is unexpectedly absent that day (and therefore does not need the house to be warmed) or is only at home for a small part of the day, the heat has already been purchased and is already there, and eventually comes out. The storage heater can only heat with the energy stored the night before. Thus if the system was switched off or if the charge control was set too low, there may not be sufficient energy to heat the rooms, and this can only be corrected for the next day. This is a problem for example when the weather turns cold unexpectedly, or when returning from a vacation late at night, or users simply not thinking to change the settings because they are at a comfortable temperature. Some heaters alleviate this problem by also allowing heating during the day, but this is typically expensive (because the electricity is charged at full rate). Even under the best of circumstances it can be difficult to accurately judge how to set the thermostats as setting them too low overnight can cause the heater to be having no perceived effect while setting them at maximum will increase the cost of running them. Similarly in systems where every heater must be set individually, incorrectly setting one room's heater can make the whole house feel too cold. Many users may not fully understand the controls. A common error is leaving the output (or boost) control open at night, so that the heaters dissipate heat when they should be storing it, with a consequent increase in electricity consumption and cost. Alternatively they may set the input control to minimum at night instead of the output, which can mean there is no heat at all for the next day. Sizing a storage heater is a compromise between the maximum expected cold spell intensity and duration, and the cost and space requirement of the heater. If the heater is too large, its cost will be excessive and it will impact on the building's available area; if too small, the cost of supplemental (daytime) electrical heating will be excessive. Storage heaters are very heavy and somewhat bulky, due to the material used to store heat. They typically take up more floor space than the radiators used in most other heating systems. In most countries, electricity costs 2 3 times as much as gas or oil per unit of heat (joule or kWh), and the reduced off peak tariffs and higher delivery efficiency do not fully overcome this difference. When the fan (if included) is used to speed up heat transfer, the air circulation will increase the amount of airborne dust in the heated room. This can be a problem for people with allergies. Therefore, central heating is a better source of heat for allergy sufferers. This can be avoided by not using the fan, but then it is more difficult to regulate the heat transfer, which occurs by radiation and natural convection as with normal central heating radiators.

Использование накопительных обогревателей

Накопительные обогреватели могут быть экономичными при правильном использовании, однако их управление может оказаться более сложным, чем у систем, работающих на жидком или газообразном топливе.

Выключатели питания

Накопительные обогреватели обычно требуют две электрические цепи – одну для пикового, и одну для непикового тарифа – и два выключателя питания, которые отключают летом, когда отопление не требуется. В остальные месяцы выключатель непикового тарифа можно оставлять включенным постоянно, а выключатель пикового тарифа использовать, когда в ночное время не удалось накопить достаточно энергии. Количество накапливаемого тепла можно регулировать с помощью органов управления на обогревателе. Как правило, в цепи пикового тарифа установлен предохранитель, поскольку она является частью другой схемы. Цепь непикового тарифа обычно имеет только выключатель, так как для неё выделена отдельная линия. Некоторые системы работают исключительно на электричестве непикового тарифа и не могут быть включены в дневное время.

Основные меры контроля

Основные накопительные обогреватели имеют входной и выходной выключатели, выходной выключатель на некоторых моделях называется «усиление тепла». Положение входного выключателя можно изменять в зависимости от прогнозируемой температуры на следующий день. Входной выключатель обычно термостатический и отключает заряд, когда температура в помещении ночью достигает определенного значения. Точная настройка зависит от размера обогревателя, желаемой температуры в помещении в течение дня, времени, в течение которого ее необходимо поддерживать, и скорости теплопотерь в помещении при заданных условиях. Может потребоваться некоторое время на эксперименты, чтобы определить взаимосвязь между прогнозируемой температурой на улице и оптимальной настройкой входного выключателя для конкретной комнаты. Большинство пользователей накопительных обогревателей следуют более простым рекомендациям; например, в середине зимы часто целесообразно установить входной выключатель на максимальное значение. Нет необходимости ежедневно менять положение входного выключателя, если погода остается стабильной в течение нескольких недель. В течение дня трогать входной выключатель не нужно, так как накопительные обогреватели потребляют электроэнергию только ночью. Выходной выключатель может потребовать внимания в течение дня. Перед сном необходимо перевести выходной выключатель в минимальное положение. Это позволяет сохранить максимальное количество тепла в нагревательных элементах. Его хватит, чтобы комната прогрелась к утру. В исключительно холодную погоду может потребоваться включить выходную мощность и на ночь. В течение дня можно постепенно увеличивать положение выходного выключателя, чтобы поддерживать комфортную температуру в доме. Увеличение выходной мощности позволит теплу распространяться по помещению за счет конвекции. Если в доме никого нет в течение дня, выходной выключатель следует оставить в минимальном положении, а при возвращении домой – увеличить его, чтобы выпустить больше тепла. Многие накопительные обогреватели также оснащены механическим автоматическим выходным выключателем. В этом случае, если ручной выходной выключатель не установлен в минимальное положение на ночь, заслонка автоматически закроется (как если бы выходной выключатель был установлен в минимальное положение), а затем снова откроется с задержкой. Эта задержка определяется постепенным снижением температуры нагревательного элемента, поэтому она будет больше, если температура элемента изначально была выше из-за большей зарядки. На задержку также может влиять настройка выходного выключателя. Некоторые выходные выключатели, устроенные таким образом, имеют маркировку «ранний» и «поздний», а также «закрытый» и «открытый»; минимальное положение «закрытый» соответствует «раннему», а максимальное положение «открытый» – «познему». Эти выходные выключатели можно управлять вручную, закрывая их на ночь и открывая при необходимости, или можно оставить их в автоматическом режиме, не закрывая на ночь.

Basic storage heaters have an input switch, and an output switch, called heat boost on some models. The position of the input switch may be changed to reflect how cold the next day is predicted to be. The input switch is normally thermostatic, cutting off the charge when the room reaches a certain temperature overnight. The exact setting needed will depend on the size of the storage heater, the desired room temperature during the day, the number of hours that this needs to be maintained, and the room's rate of heat loss under a given set of circumstances. Some experimenting may be needed to find the relationship between forecast outside temperature and best input setting for a particular room. Most storage heater users follow simpler guidelines; for example, in the middle of winter, it is often appropriate to turn the input switch to its maximum setting. There is no need to touch the input switch on a daily basis if the same sort of weather prevails for weeks at a time. There is no need to touch the input switch during the day, as storage heaters only use electricity at night. The output switch may require attention throughout the day. Before going to bed, the operator should switch the output to its minimum setting. This keeps as much heat in the bricks as possible. Enough will leak out into the room to make it warm in the morning. Only in exceptionally cold circumstances will the operator require output overnight. The operator may wish to slowly increase the output switch during the day to try to maintain the temperature in the house. Increasing the output will allow the heat to convect out of the heater. If the house is empty during the day, the output should be left at a minimum all day and then switched up when returning to the house in order to let more heat escape. Many storage heaters also have a mechanically controlled automatic output switch. In this case, if the manual output switch is not set to minimum overnight, the damper will automatically close (as if the output switch had been set to minimum), and then the damper will re open after a time delay; this time delay is measured by the gradual drop in the heater's core temperature, and is therefore longer if the core temperature started higher due to more charge. The delay can also be biased by the output switch's setting. Some output switches that are set up this way are marked "early" and "late" as well as "closed" and "open"; the minimum "closed" setting corresponds with "early" and the maximum "open" setting corresponds with "late". These output switches can be controlled manually by ensuring they are closed at night and opened when desired, or they can be left to automatic operation by not closing at night.

Термостатические устройства

Термостатический накопительный обогреватель автоматически регулирует температуру в помещении в течение дня. Однако пользователь может захотеть перевести термостатический переключатель в минимальное положение на ночь, чтобы понизить температуру в комнате. Если комната пустует в течение дня, лучше держать термостат в минимальном положении и повышать его, когда комната занята вечером. Некоторые термостатические обогреватели также могут использовать электроэнергию в пиковые часы, если накопленного тепла недостаточно для поддержания заданной температуры; пользователю следует учитывать это и снижать настройки.

Печатные станции

Вентиляторные накопительные обогреватели используют электрический вентилятор для прогона воздуха через нагревательный элемент, а не полагаются на конвекцию. Вентилятор обычно управляется термостатом, позволяющим пользователю задавать желаемую температуру в помещении. Благодаря использованию вентилятора эти обогреватели можно лучше изолировать, чем другие модели, и, следовательно, они теряют меньше тепла из-за теплопередачи в периоды, когда обогрев не требуется (например, когда помещение не занято или ночью).