Использование теплонакопителей удовлетворяет интересы как потребителей, так и производителей электроэнергии. На сегодняшний день это единственный прибор, который в полной мере может использовать все выгоды от относительно дешевого «ночного тарифа» на электроэнергию.

Внеплановые затраты государства на ликвидацию последствий неэффективной работы теплоснабжающих организаций исчисляются десятками миллиардов рублей и требуют несоизмеримо больше инвестиций в энергосберегающие мероприятия. Необходимо отметить, что региональные энергосистемы загружены крайне неравномерно. В дневное время — пиковые нагрузки, вынуждающие вводить ограничения по потреблению электроэнергии, в ночное — провалы по мощности, невостребованная электроэнергия и опять значительные потери. На сегодняшний день региональные энергетические комиссии пытаются решить проблему выравнивания нагрузок на энергосистему введением дифференцированных по времени суток тарифов. Это цивилизованный путь к энергосбережению, основанный на рыночных принципах.

Низкий тариф действует с 23:00 до 07:00 часов, в остальное время — обычный. Разница в тарифах составляет от 2,5 до 8 раз в зависимости от группы потребителей и региона, в котором они находятся. У этой двухтарифной системы оплаты электроэнергии есть одна особенность — юридические лица могут применять ее в расчетах с энергоснабжающей организацией только по электроэнергии, используемой на цели отопления.

И если несколько лет назад введение дифференцированных тарифов на электроотопление носило скорее декларативный характер, то сейчас такая система оплаты успешно применяется большим количеством организаций в различных регионах страны, благодаря появлению в России нового электрического обогревателя — теплонакопителя.

Теплонакопитель — это электрический аккумуляционный обогреватель (2–9 кВт).

Процесс накопления тепла в приборе называется «зарядкой». Ряды блоков-«камней», способных сохранять тепло, чередуются с электрическими нагревательными элементами. Во время работы ТЭНов камни аккумулируют тепло. Благодаря слою теплоизоляции камни не охлаждаются через стенки прибора. Прибор устанавливается непосредственно в помещение, накапливает во время действия низкого тарифа на электроэнергию тепло и отдает его круглосуточно с помощью встроенного вентилятора, управляемого датчиком комнатной температуры. На Западе инициатором такого способа отопления выступили 25 лет назад энергоснабжающие организации. И до настоящего времени они выступают в качестве основных сбытовых и монтажных организаций, дополнительно предоставляя потребителям целый ряд скидок и льгот.

Широкое применение приборов накопительного типа позволяет выровнять характеристики систем электроснабжения по времени суток, избежать пиковых перегрузок в дневные часы максимального потребления, загрузить мощности в ночное время, в момент минимума нагрузки, а значит не выбрасывать произведенную электроэнергию на ветер. В конечном итоге это позволяет снизить количество отказов оборудования, аварийных ситуаций, увеличить срок службы оборудования, повысить надежность систем отопления.

Эффективность и надежность теплонакопителей подтверждена четырехлетней эксплуатацией в суровых условиях уральской зимы в жилых, административных, торговых и производственных помещениях на более чем 50-ти объектах. Например, теплонакопителями отапливаются: городская больница города Снежинска Челябинской области, школа в поселке Белоярский Свердловской области, помещения аэропорта Кольцово, Свердловской киностудии и Управления Федеральной почтовой связи, здание Свердловских городских электрических сетей, церковь и диагностический центр в Нижнем Тагиле, музей-павильон Росси и «Дом Петра I» в Летнем Саду Санкт-Петербурга, ряд частных домов-коттеджей.

Теплонакопители установлены на объектах ведущих предприятий Уральского региона: Высокогорский горно-обогатительный комбинат, Нижнетагильский металлургический комбинат, «Свердловскнефтепродукт», корпорация «Ява», «Химпродукция», коммерческие организации «Римэкс», «Лади»,«Пинтур». По договору с московской мэрией смонтирована система отопления в детском доме.

Как теплонакопители экономят средства потребителей электроэнергии?

Основная экономия достигается за счет использования низкого «ночного» тарифа на электроэнергию, именно во время действия этого тарифа происходит накопление тепла в теплонакопителях. Более того, с помощью блока управления с датчиком наружной температуры теплонакопители способны заранее определять и запасать энергию именно в том количестве, которое необходимо для отопления на сутки, не допуская излишнего потребления электроэнергии.

Экономия энергии и, соответственно, затрат на отопление обеспечивается и за счет точного поддержания заданных температур в отапливаемых помещениях. Каждый градус «перетопа» увеличивает потребление энергии на 5%. Человек ощущает «перегрев» лишь после превышения комфортной температуры на 3-4 градуса. Ликвидация этого перегрева обычно проводится проветриванием помещения (открытием форточки). Системы отопления с теплонакопителями при помощи комнатных термостатов позволяют с точностью до градуса поддерживать заданный тепловой режим в помещении.

У потребителя появляется возможность уменьшать энергопотребление в часы и дни, когда помещение не используется (в нерабочее время в организациях, магазинах и т.д., во время отпуска хозяев коттеджей и т.п.). В это время возможна установка низкого дежурного температурного режима в помещениях. При необходимости всегда есть возможность восстановить комфортную температуру в течение 20-30 минут. Для этого достаточно установить требуемую температуру на комнатном термостате.

Преимущества использования теплонакопителей

Теплонакопитель — это электрический отопительный прибор аккумуляторного типа. Основное отличие теплонакопителя от традиционных нагревательных устройств заключается в том, что при его использовании возможно автоматическое управление процессом накопления и отдачи тепла. При монтаже автоматика настраивается таким образом, что теплонакопитель подключается к сети для накопления тепла только во время действия льготного ночного тарифа. Процесс теплоотдачи также регулируется автоматически датчиком комнатной температуры, с помощью которого в каждом помещении можно установить желаемую температуру.

• Теплонакопитель — экономичен. При использовании прибора в комплексе с автоматикой плата за 1 кВт потребленной электроэнергии уменьшается для большинства потребителей в 4 раза!
• Теплонакопитель — надежный и не требующий ухода прибор. Практика использования теплонакопителей показывает, что срок службы первых из них превышает 30 лет.
• Теплонакопитель — пожаробезопасен, т.к. его наружная поверхность практически не нагревается. Теплый воздух из теплонакопителя подается с помощью совершенно бесшумного вентилятора, который очень быстро создаст в помещении желаемый температурный режим.
• Теплонакопитель — универсальный прибор. Его модификации охватывают диапазон мощностей от 0,8 до 7,5 (9) кВт. Благодаря этому теплонакопитель можно использовать для обогрева помещений любой площади, а также использовать его не только как основной источник тепла, но и как дополнительный.
• Теплонакопитель — экологически чистый и благоприятный для окружающей среды прибор. Нагревательные элементы не контактируют с воздухом, а значит, не «сжигают» находящийся в помещении кислород и не выделяют продуктов сгорания.
• Теплонакопитель — престижный прибор. В его конструкции использованы самые передовые материалы и технологии. Он обладает современным дизайном и создает комфортные условия в любом помещении.

Конструкция и работа теплонакопителя

В корпусе из листовой стали, покрытом жаропрочным лаком, находится теплонакопительное ядро, снабженное теплоизоляционной защитой. Внутри теплонакопительного ядра располагаются нагревательные элементы (рис. 1).

Теплоотдачу в помещение обеспечивает вентилятор, создающий поток воздуха из помещения через систему каналов теплонакопительного ядра, где воздух нагревается, непосредственно к отверстию выхода воздуха.

Смешивание потоков воздуха происходит с помощью смесительного клапана, связанного с биметаллическим датчиком, что обеспечивает постоянную температуру выходящего воздуха независимо от уровня заряда прибора. Суточный цикл работы теплонакопителя состоит из двух автономных режимов:

• режима заряда или накопления тепла в ночное время;
• режима разрядки или теплоотдачи.

Режим заряда управляется таймером, режим теплоотдачи — комнатным термостатом, который дает команды на включение-выключение микровентилятора. Теплонакопитель работает практически со стопроцентным коэффициентом полезного действия. Выделяемое ТЭНами тепло аккумулируется теплоемкими брикетами и через систему изолированных воздушных каналов передается в обогреваемое помещение.

Все процессы регулируются автоматически, что позволяет выбрать наиболее эффективный режим обогрева помещений и рационально использовать тепловую и электрическую энергию. Минимальная конфигурация системы отопления на базе теплонакопителей: теплонакопитель-пускатель-комнатный реостат. Пускатель необходим для усиления сигнала, дающего команду на включение-выключение ТЭНов теплонакопителя. Сигнал может подаваться вручную (выключатель) или с любого таймерного устройства. Пускатель имеет небольшие габариты и хороший дизайн, поэтому может быть установлен как в щите управления, так и непосредственно в помещении.

Датчик комнатной температуры (реостат) управляет встроенным в теплонакопитель вентилятором, тем самым регулирует процесс теплоотдачи и контролирует температуру в помещении. Датчик небольшой и его дизайн не портит интерьер. Устанавливается в наиболее удаленное от теплонакопителя место в помещении. Процессом накопления тепла можно управлять вручную с помощью датчика контроля нагрева, регулятор которого вынесен на переднюю стенку теплонакопителя.

Блок учета электроэнергии состоит из многотарифного счетчика с устройством переключения тарифов. Блок служит для раздельного учета электроэнергии, потребленной днем и ночью, что является обязательным условием при переводе абонента на дифференцированные по времени суток тарифы. Устройство переключения тарифов может быть использовано для подачи сигнала на переключение шкал счетчика.

Дополнительный блок состоит из электронного таймера, который можно устанавливать по желанию заказчика для более гибкого управления теплонакопителями: автоматическое включение и выключение ТЭНов теплонакопителей в заданное программным путем время суток.

Работы по проектированию и монтажу систем отопления на базе теплонакопителей должны осуществляться специализированной организацией и состоят из следующих этапов:

1. Определение требуемых тепловых нагрузок помещений.
2. Проектирование и согласование рабочего проекта системы отопления.
3. Монтаж электросети, приборов защиты и управления.
4. Подключение и запуск в эксплуатацию системы электроотопления.

Пример расчета экономической эффективности теплонакопителей Потребление электроэнергии для накопления тепла производится во время действия низкого «ночного» тарифа на электроэнергию, в течение 8 часов с 23-00 до 07-00, а отопление помещений (отдача тепла) — круглосуточно, можно рассчитать экономическую эффективность применения ночных накопителей тепла по формуле:
(H • 16 • TD + H • 8 • TN) – P • 8 • TN = E,
где P — потребляемая электрическая мощность накопителя тепла,кВт;
TN — тариф ночной, руб./кВт • ч, TD — тариф дневной, руб./кВт • ч, 8 или 16 — время работы в сутки, час;
H — мощность, отдаваемая накопителем в дневное время, приравненная к «прямому» отоплению, т.е. без накопления тепловой энергии, кВт;
E — экономический эффект, руб./сутки.

Расчет экономической эффективности с применением ночных накопителей тепла электрической мощностью 11,8 кВт за отопительный сезон 213 суток:
(4,72 • 16 • 2,865 + 4,72 • 8 • 2,2446) – 11,8 • 8 • 2,2446 = 104,91 рублей в сутки (в примере для расчета использован тариф 2,865 руб./кВт • ч — среднее значение между 2,6699 и 3,1914 за 16 часов «дневного» отопления отопительными приборами при 6 часах пика и 10 часах полупика, тариф на 2009 г.).

Экономический эффект (экономия) за отопительный сезон (213 суток) составит:
213 • 104,91 = 22 346,34 рублей.

Срок окупаемости зависит от сложности проекта (наличия вспомогательного оборудования, автоматики) и уровня тарифов в данном регионе и составляет в среднем от 1,5 до 4 лет. Применение рассматриваемых в статье электрических теплонакопителей позволяет решить следущие проблемы, связанные с отоплением:

1. Можно покрыть существующий дефицит тепла без ввода новых мощностей. В ночное время логично пользоваться электрообогревом, а не централизованным отоплением.
2. Можно сделать систему отопления более регулируемой. Возможна установка теплонакопителей как дополнительного источника тепла. Благодаря современной системе регулировки теплонакопитель автоматически поддерживает заданную температуру в помещении, не допуская перетопов и «недотопов». В межсезонье возможно отопление помещений только теплонакопителями, тем самым сокращая время отопительного сезона.
3. Можно получить резервный источник теплоснабжения. В связи с реконструкцией котельных и переходом на некогда наиболее дешевый вид топлива — природный газ, во многих городах сложилась ситуация, в которой более 70% теплоисточников ориентированы на один вид топлива. Использование теплонакопителей позволит пережить аварийные ситуации как на теплоцентралях и газовых магистралях, так и на электросетях.
4. Можно решить проблемы отопления в перенасыщенных коммуникациями городских районах. Например, в городе Екатеринбурге тормозится застройка центральной части города из-за недостатка в первую очередь мощностей по теплу и невозможности строительства в этой части города новых  теплотрасс. В Санкт-Петербурге остро стоит проблема отопления центральной исторической части города, которой также не хватает тепловых мощностей, а прокладка новых теплотрасс нежелательна потому, что это историческая часть города. По этой же причине нежелательно использование автономных газовых котельных. Прокладка кабеля несоизмеримо более дешевое и щадящее город мероприятие.
5. Можно решить проблемы отопления в районах, удаленных от источника тепла. Коттеджные поселки, новостройки, удаленные складские помещения отапливаются либо прокладкой теплотрасс с плечом в несколько километров и огромными теплопотерями, либо прокладкой газопроводов. В отсутствие газа рентабельной альтернативы электрообогреву в этих случаях нет. А если электрообогрев, то почему не теплонакопители, работающие на дешевом тарифе и не загружающие энергетиков в часы пиковых нагрузок?
6. Можно решить существенную часть экологических проблем. Старые муниципальные котельные с выработанным ресурсом, работающие на угле или мазуте, загрязняющие наши и без этого неблагополучные в экологическом отношении города. Найти достойную замену этим теплоисточникам — мечта каждого руководителя городского или районного хозяйства. Дешевле поставить дополнительные тепловые пункты и перейти на электрообогрев, чем содержать эти котельные и продолжать загрязнение наших городов.
7. Можно отчасти снизить социальную напряженность в стране. Температурный режим в больницах, школах и детсадах порой не выдерживает никакой критики. Болеют дети, родители уходят на больничные, больные помимо основного заболевания получают дополнительные… Практически в каждой из перечисленных организаций используются электрические обогреватели для догрева помещений. Их использование помимо прочего приводит к сверхнормативному потреблению электроэнергии, увеличивая затратную часть бюджета и задолженность перед энергетиками.
8. Можно уменьшить затратную часть бюджета: затраты на отопление бюджетных организаций, на электроэнергию бюджетных организаций, дотации и субсидии населению на оплату тепла.

Автор: С.М. РУСАКОВ (с привлечением материалов www.energosovet.ru)