Экономия на отоплении с использованием ночного электричества

Как все же сэкономить на отоплении с использованием электричества?

При энергоснабжении Вашего дома могут применятся два вида тарифов за электричество:

• Однотарифный учет — тоесть электричество стоит одну цену вне зависимости от времени когда Вы его потребляете. К примеру на ноябрь 2017 года (по информации с сайта http://www.mosenergosbyt.ru ) такая цена составляет 3.53 рубля за 1 кВт. Могут применятся и другие тарифы.
• Двухтарифный учет — электричество имеет разную цену в зависимости от времени когда Вы его потребляете. Так к примеру на ноябрь 2017 года цена дневного тарифа составляет 4.06 рубля за 1 кВт с 07:00 до 23:00 и 1.46 рубля за 1 кВт в период с 23:00 до 7:00

Как видите при двухтарифном счетчике, в ночное время нам предлагается потреблять электричество по существенно сниженной цене и этим можно воспользоваться.

Если Ваш дом подключен по однотарифному учету, то поменять данную систему не очень сложно, достаточно обратится в энергосбыт, возможно потребуется замена счетчика, но это не дорогой процесс.

Таким образом мы имеем существенно низкую стоимость электричества в ночное время с 23:00 до 07:00. При такой стоимости электроэнергии, электрическое отопление становится наиболее выгодным.

Что делаем:

• Покупаем электрический котел отопления, таким образом, что бы он не съел все энергоснабжение (необходимо иметь запас), то есть если в доме Вы имеете 15 кВт 380 вольт (3 три фазы по 5 кВт) то покупается 3-
• х фазный котел на 9 кВт по 3 кВт на каждую фазу.
• Покупаем программируемое реле времени. Обязательно смотрим, что бы это реле могло управлять током в 3 кВт на фазу.
• Включаем котел через реле времени и программируем его включение в период с 23:00 до 7:00 (Внимание: время ночного тарифа может быть изменено, тогда придется устанавливать другие интервалы соответствующие ночному тарифу).
• Получаем — в ночное время отопление работает от дешевого электричества, что приводит к реальной экономии, а днем работает основная система отопления.

Необходимо учитывать, что 9 кВт котла может не хватить для топления Вашего дома, но некто не просит отключать основное отопление и использовать электричество только как вспомогательную систему.

Не рассчитывайте, что Вы сможете реализовать отопление коттеджа на электричестве в полном объеме, это утопия. Читайте соответствующую статью ЗДЕСЬ.

Данная система применима только для альтернативных систем отопления: на жидком топливе, газгольдер. В случае если в Вашем доме газовое отопление (от природного газа, не путать с газгольдерами) то экономии не получится, поскольку природный газ стоит существенно дешевле чем электричество в любое время дня и ночи

Как сэкономить на отоплении дома электричеством

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:

1. Время нагрева до максимально допустимой температуры должно составить от 2 до 4-х часов при максимальной мощности работы котла.
2. 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:

1. Установить бак требуемого объема и дополнительный насос, а также таймер для включения котла в ночное время.
2. Перейти на тарификацию электроэнергии с учетом низкой стоимости за кВт*ч ночью.
3. 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.

Отопление частных домов электричеством по низкому ночному тарифу с использованием водяных накопителей-теплоаккумуляторов

В узких кругах энергетиков известно, что существует запрет на прямое использование электроэнергии на цели отопления.

Этот запрет легко объясняется тем, что выработка электроэнергии достаточно сложный технически процесс с низким КПД передела тепла сгорания топлива в электроэнергию на выходе. Таковой КПД на тепловой электростанции составляет 25-40% в зависимости от типа, к чему ещё добавляются потери в линиях электропередачи от электростанции до потребителя, могущие в пиковом режиме съедать до половины передаваемой мощности, роняя конечный КПД полезного использования энергии сжигаемого топлива до уровня 12-20%.

Для столь простого процесса, как нагрев воды до +60..+90С на нужды отопления радиаторами, гораздо целесообразнее сжигать органическое топливо напрямую у потребителя с любым возможным КПД от 20-30% для низкоэффективных каминов и буржуек до 105% в современных высокотехнологичных конденсационных низкотемпературных котлах.

Данный расчёт полностью справедлив для крупных потребителей тепла, таких как промышленные здания или многоквартирные дома.

Но в случае одноквартирного малобюджетного частного дома (коттеджа) ситуация становится не такой однозначной.

Так в малых домах с площадью жилья около 100м.кв с современным эффективным наружным утеплением потребляемая мощность на отопление столь мала, что стоимость даже дорогого электричества за много лет отопления не перекрывает расходов на подключение трубного газа к дому. К тому же электроотопление очень легко регулируется и не требует сложного обслуживания, в отличии от взрывоопасных газовых котлов и газовых плит.

Для интереса приведём прямое сравнение стоимости отопления газом и электричеством для Подмосковья для одного и того же дома площадью 100м.кв.

Рассмотрим одноэтажный дом 11*11м полезной площадью около 100м.кв (за вычетом толщины наружных стен и внутренних перегородок) с четырьмя комнатами и кухней.

Предположим в каждом отдельном помещении по одному окну размером 1,40*1,4м=2м.кв., и одну входную дверь 2*1м=2м.кв. Суммарная площадь пяти наружных окон и двери составит (5+1)*2=12м.кв.

Дом выстроим из прочного монолитного железобетона с плоской эксплуатируемой кровлей и наружной теплоизоляцией кровли, стен и фундамента из высокоэффективного утеплителя.

Примем в качестве утеплителя 200мм экструдированного пенополеуретана (ЭППУ) с теплопроводностью 0,034 Вт/м*С, что для слоя 200мм обеспечит сопротивление теплопередачи около R=6 м.кв/Вт*С.

Окна и двери примем из современного профиля с качественным многокамерным стеклопакетом с итоговым сопротивление теплопередачи около R=0,7 м.кв/Вт*С.

Площадь наружной теплоотдающей поверхности составит 412м.кв, из которых :

Утеплённый бетон с R=6 м.кв/Вт*С — 400м.кв

Окна и двери R=0,7 м.кв/Вт*С — 12м.кв.

Теплопотери через наружние ограждения в зимний период пиковых холодов -28С и внутренней температуре +22С составят:

Бетонные утеплённые ограждения 400*(22+28)/6= 3333 Вт или 3,33 кВт

Окна 12*(22+28)/0,7= 857 Вт или 0,86 кВт

Нормативная вентиляция 100м.куб/ч потребует

100*1,2*(22+28)*1000/3600= 1666Вт или 1,67кВт

ИТОГО: на отопление дома потребуется 3,33+0,86+1,67= 5,87 кВт

Считая длительность отопительного периода 214 дней для подмосковья, а среднюю температуру за отопительный период -3,4С, то можем посчитать расход тепла на отопление дома за год.

214сут *24ч/сут* 5,87кВт* (22+3,4)/(22+28)= 214*24*5,87*25,4/50= 15 315 кВт*ч/год.

Таким образом, за год на отопление и вентиляцию нашего идеального домика уходит около 15,3тыс. кВт*ч в год.

Зная цены на электроэнергию и газ в Подмосковье оценим стоимость отопления за год в двух вариантах: Газ и Электричество.

Стоимость трубного газа на 2019 г. составляет 5,8руб/м.куб, что при теплоотдаче сгорания в 10кВт*ч/м.куб и КПД котла 80% даёт цену на отопление 5.8/(0.80*10)=0,725 ру./кВт*ч.

За год отопления газом придётся заплатить 15тыс.кВтч *0,725 руб/кВтч= 11 093 руб.

Дополнительно надо учесть обязательный ежегодный платёж за договор на обслуживание котла службой Облгаза, который составляет на сегодня около 13тыс.руб/год в минимальной рарешительной конфигурации.

Итого годовой расход на отопление газом составит 11+13= 24тыс.руб/год

Электричество не так однозначно, так как есть несколько тарифов:

1. базовый городской тариф 5,56 руб/кВтч

2. двухзонный городской тариф (день/ночь) 6,39/ 2,41 руб.кВтч

3. базовый сельский тариф 3,89 руб/кВтч

4. двухзонный сельский тариф (день/ночь) 4,47/ 1,68 руб.кВтч.

Просчитаем четыре разных случая отопления по базовым тарифам и по ночным тарифам.

1. базовый городской тариф 5.56*15 300= 85 068 руб/год

2. двухзонный городской тариф (ночь) 2,41*15 300= 36 873 руб/год

3. базовый сельский тариф 3,89*15 300= 59 517 руб/год

4. двухзонный сельский тариф (ночь) 1,68*15 300= 25 704 руб/год

Очевидным первичным выводом будет, что по сельскому ночному тарифу (вар.4) топить почти так же выгодно, как даже трубным газом без всяких лишних условий.

Но это ещё не конец анализа, так как надо вспомнить о стоимости подключения трубного газа в Подмосковье, которое начинается от 360 тыс.руб.

Стоимость самой дешёвой газовой котельной на АОГВ с монтажом составит от 100 тыс.руб. Стоимость газовой котельной пока в расчёт не берём, так как на электричестве будет схожий набор теплорегулирующего водяного оборудования.

Итого: Если 360 тыс.руб добавить к цене отоплению за 20 лет (срок инвестиционной окупаемости капитальных затрат), то стоимость отопления газом вырастет на 18 тыс. руб/год, или суммарно около 39 тыс. руб/год с учётом сжигаемого газа.

При таком раскладе стоимость отопления электричеством оказывается более выгодной, чем трубным газом уже в двух из четырёх случаев, и дороже только на самый дорогие базовые городские и сельские круглосуточные тарифы (вар.1 и вар.3).

В данном случае «срок инвестиционной окупаемости капитальных затрат» говорит, что если положить данную сумму в банк под 5% годовых (реально 6-7%), то обеспечивается равенство расходов на 100%/ 5% годовых = 20 лет окупаемости, после чего идёт чиста прибыль или 100% возврат вклада.

То есть в зависимости от % по вкладу и разницы в цене отопления может быть выгоднее не тратить деньги на капитальные единоразовые затраты на подвод газа, а оплачивать дополнительный расход на отопление электричеством из получаемых от банка процентов на депозит того же размера, как и предполагаемые кап.затраты на подключение газа.

Теперь встаёт два вопроса:

1. Как обеспечить работу отопления на дешёвом электричестве только ночью в течении 8 часов?

2. Как обойти официальный запрет использования электричества на нужды отопления?

Первый вопрос имеет чисто техническое решение при помощи накопительного теплоаккумулирующего бака с горячей водой, из которого питается система отопления непрерывно весь день и ночь, а электрический нагрев запаса горячей воды идёт только ночью по дешёвому тарифу.

При этом легко посчитать потребный объём бака-теплоаккумулятора.

Так предположим, что диапазон нагрева воды в баке дТ=95-45С=50С

При круглосуточной максимальной мощности 5,87кВт и работе на теплоаккумуляторе втечении 16 дневных часов потребуется объём воды в теплоаккумуляторе

5,87кВт* 3600 *16 / (4,19*50)= 1614л

Накопительная ёмкость в 1700л легко помещается в предполагаемом доме, обеспечивая систему низкотемпературного отопления (тёплый пол, переразмеренные в три раза радиаторы или воздушное отопление) на весь рабочий день горячей водой не ниже +45С в подаче.

При этом ночью будет работать электронагреватель суммарной мощностью 5,87* 24/8=17,57кВт, из которых 5,87кВт будет сразу тратиться на отопление морозной ночью, а избыточные 12кВт будут греть накопительную ёмкость для следующего морозного дня.

В случае отсутсвия низкотемпературных тёплых «водяных полов» переплата за 3-кратно переразмеренные радиаторы системы отопления на 5,87 кВт составит всего около 25тыс.рублей, если ориентироваться на стоимость стальных панельных радиаторов 22-го типа производства России.

Стоимость электрокотла на 15-17кВт с погодозависмой автоматикой с сервоприводом смесительного узла и циркуляционным насосом отопления обойдётся в 40-50тыс.руб.

Безнапорный открытый стальной бак с утеплением из ЭППУ на 1700л легко уложится в стоимость 50тыс.руб, что вместе с подорожавшими радиаторами всё равно дешевле простейшей газовой котельной. А за 120тыс.руб можно уже купить три фирменных напорные гидроаккумулятора ёмкостью по 500л каждый.

В случае использования на отопление тёплых водяных полов, которые изначально рассчитаны на подачу теплоносителя с температурой не выше +45С, то вообще не будет изменений в стоимости системы отопления.

Решив техническую проблему можно приступать к решению административной задачи по обходу официального запрета на отопление электричеством.

Так суммарная мощность ночного нагрева гидроаккумулятора 15-17 кВт не превышает обычно выделяемою мощность 15кВт на участок с правом ИЖС.

Но вот получить право их применить на Отопление чуть сложнее.

В этом случае необходимо убедить электроснабжающую организацию в выгодности для них такого применения электроэнергии потребителем.

Как это сделать?

Есть ряд доводов:

1. Формально в данном случае нет прямого расхода электричества на отопление, а есть ежедневный расход энергии на нагрев горячей воды в ночное время на нужды ГВС, что вполне законно.

2. Выделенный ночной 15кВт-ный водонагреватель можно делать трёхфазным, Что выгодно для энергокомпании с целью балансирования фазной нагрузки.

3. Выделенный электрический ночной водонагреватель можно делать с дополнительной внешней диспечерезацией и внешним управлением для энергоснабжающей компании, что позволило бы использовать эту ночную нагрузку для маневренного управления загрузки внешних энергосетей и режима работы общего электротрансформатора коттеджного посёлка без отключения маломощного бытового электропотребления жилья в целом (так как отключение бытового электроснабжения жилья является противозаконным, ибо оно идёт по первой категории электроснабжения).

В этих доводах первые два легко применимы для энергетиков на низовом уровне, а вот третий аргумент выходит уже на уровень общегосудаственной энергобезопасности и регулирования в области Электрогенерации и Электрораспределения.

Так создание большого объёма легко управляемых балластных мощностей у мелких потребителей-домовладельцев, потребляющих электричество в ночные периода низкого спроса, позволяет дать сильный стабилизирующий инструмент в руки Энергетиков на уровне управления большими генерирующими мощностями (ТЭЦ,ТЭС, ГЭС) и федеральных сетей электрораспределения. Широкое внедрение таких частных домашних гидроаккумуляторов на нужды отопления способно заменить строительство крупных ГидроАккумулирующих электростанций (ГАЭС), типа Загорской ГАЭС.

Так при мощности Загорской ГАЭС 1200МВт её может заменить маневренное использование гидроаккумуляторов на ту же номинальную мощность, что составит 100 тыс. штук мощностью 15кВт.

Такое количество частных домовладений с гидроаккумуляторами на отопление обеспечивает проживание около 400тыс. человек.

При этом все капитальные затраты берёт на себя частный застройщик, а не государство и не энергетики, но при этом выгоду получают все участники процесса.

Так частный домовладелец получает на законном основании дешёвое электроотопление по ночному тарифу (дешевле трубного газа), а энергетики получают легко управляемого балластного электропотребителя в ночное время или в любой период в течении суток при необходимости выравнивания пилы потребления. То есть энергетики могут пользоватся балластными потребителями в любое время суток при условии сохранении низкого ночного тарифа для потребителя отопления в коттедже, что реализуется при отдельном счётчике на ночное-маневренное электроотопление с гидротеплоаккумуляторм.

Данный расчёт верен для частных одноквартирных домов эконом-класса, доступного для широких слоёв населения, проживающего в частном секторе без подключения к трубному газу.

Для богатых больших домов 200-300м.кв с дизайнерскими большими окнами уже выгоднее заплатить за подключение трубного газа (если это вообще возможно). Так как баланс капитальных затрат на подключение газа по отношению к текущему энергопотреблению делает электроотопление уже не выгодным даже по ночному тарифу.