蓄熱ヒーター

蓄熱ヒーターまたはヒートバンク（オーストラリア）は、夕方または夜間に電気が安価に利用できるときに熱エネルギーを蓄え、必要に応じて日中に熱を放出する電気ヒーターです。また、太陽熱蓄熱ヒーターは太陽エネルギーを熱として蓄え、夜間または必要な他の期間に放出するように設計されており、余剰電力をグリッドに販売して夜間に買い戻すよりもコスト効率が高くなります。^[1]

蓄熱ヒーターは、通常、粘土 レンガやその他のセラミック材料 (グロッグ)、コンクリート壁、または水容器で構成されています。また、フェオライトなどの特殊な材料もあります。この材料は、熱貯蔵媒体として機能します。材料には電気加熱要素が埋め込まれており、スイッチを入れると貯蔵媒体が加熱され、エネルギーが貯蔵されます。

蓄えられた熱は、（熱放射と対流を通じて）継続的に放出されます。熱伝達を高速化するために、蓄熱ヒーターにはヒーターを通して空気を移動させることができる機械式ファンが装備されている場合があります。ファン補助蓄熱ヒーターのセクションを参照してください。

高熱保持蓄熱ヒーター（HHRSH）は、市場で最も新しく、最も先進的な蓄熱ヒーターです。高熱保持蓄熱ヒーターは、従来の蓄熱ヒーターよりも多くの熱を保持することができ、フル充電後24時間で最低45％の熱を保持します。^[2]これにより、日中の熱の無駄が大幅に削減され、断熱性が向上します。高熱保持蓄熱ヒーターにはスマートコントロールも含まれており、気候条件を監視して将来の熱需要を予測するため、従来の蓄熱ヒーターよりも環境の変化にはるかに敏感です。すべての高熱保持蓄熱ヒーターは、2018年1月1日に発効したエコデザイン規制に沿って、 ロット20 ^{[3]にも準拠しています。}

ロット20 ^[3]は、非効率的な暖房技術を市場から排除し、家庭を暖房する製品で使用されるエネルギーを削減することを目的としたEUの法律です。この法律の目的は、英国全体の炭素削減目標を達成することであり、2018年1月1日から施行されています。この法律では、2018年1月1日以降に製造されたすべての設置型電気暖房製品に、アダプティブスタートまたは窓開閉センサーを備えた24時間、7日間タイマー付きの電子サーモスタットを設置する必要があると規定しています。蓄熱式ヒーターには、室内温度および/または室外温度フィードバック付きまたはエネルギー供給業者による制御による電子式熱チャージ制御、電子式室温制御プラス週タイマー、およびファンアシスト出力が搭載されていなければなりません。 ^[4]オプションの追加コンプライアンス機能は、距離制御、アダプティブスタート、および窓開閉検出です。この日付以前に製造された非準拠の在庫は、引き続き販売できます。

環境衛生の観点から見ると、アスベストは長年夜間蓄熱暖房器に使用されており、その繊維が空気中に放出され、健康に多大な悪影響を及ぼす可能性があります。

蓄熱式ヒーターは通常、オフピーク期間に使用された電気を別々に記録し、より低い料金で請求できるようにする2 料金制電気メーターと組み合わせて使用​​されます。この低料金を利用するには、住宅が特別な電気料金プランに加入している必要があります。ほとんどの国では、蓄熱式ヒーターは、そのような特別な料金プランで使用した場合のみ (他の暖房方法と比較して) 経済的です。英国では、エコノミー7料金プランが適切です。

蓄熱式ヒーターには通常、蓄熱量を制御するチャージ制御（「入力」と呼ばれることが多い）と、熱の放出速度を制御するドラフト制御（「出力」と呼ばれることが多い）の 2 つの制御があります。これらの制御は、ユーザーが制御することも、ユーザーがサーモスタットで目標室温を選択すると自動的に作動することもできます。

蓄熱ヒーターには電気ヒーター（抵抗ヒーターまたはヒートポンプを使用）が組み込まれていることもあり、これを使用して熱出力を増やすことができます。このような追加の加熱は、抵抗加熱の場合、電気料金が高い時間帯に行われるため、コストがかかります。

• 蓄熱式ヒーターは、同等のガスや石油を燃料とする暖房システムよりも高価なことが多いですが、通常の昼間の電気料金で同じ量の電気暖房を稼働させるよりも安価です。 ^[5]
• ガスセントラルヒーティングやその他のシステムのユーザーは、経済対策として夜間に暖房をオフにすることが多く、その結果、夜間や早朝に家が寒くなります。しかし、夜間蓄熱ヒーターは夜間にオンになっているため、その時間帯でも家はまだ暖かいのです。
• 蓄熱式ヒーターを使用すると、天然ガス供給システムが利用できない地域に住宅を建てることができ、住宅所有者は日中の電気暖房料金を高く支払う必要がなくなります。
• 夜間蓄熱暖房の資本コストは比較的低く、設置はガスボイラー、配管、ラジエーター、または電気ヒートポンプの初期設置よりもはるかに簡単です。これは、既存のセントラルヒーティングのない古い建物を改修する場合の重要な利点です。
• ガスセントラルヒーティングシステムと比較すると、夜間蓄熱ヒーターのメンテナンスコストはほとんどかかりません。

• 夜間に充電している間、ヒーターの熱が失われます。朝、部屋が暖かいのですが、これは一晩中無駄に暖房していたためです。
• 夜間に蓄えられた熱は、翌日、必要かどうかに関わらず、居住エリアに放出されます (蓄熱ヒーターの断熱材を介した熱伝達が避けられないため)。したがって、その日に住宅所有者が予期せず不在の場合 (そのため家を暖める必要がない場合)、または 1 日のうちほんの少しの時間しか家にいない場合は、熱はすでに購入されており、すでにそこに存在しており、最終的には放出されます。
• 蓄熱ヒーターは、前夜に蓄えられたエネルギーでしか暖房できません。したがって、システムの電源がオフになっていたり、充電制御が低く設定されていたりすると、部屋を暖めるのに十分なエネルギーがない可能性があり、これは翌日にしか修正できません。これは、たとえば、天候が予期せず寒くなった場合や、夜遅くに休暇から戻った場合、またはユーザーが快適な温度になっているために設定を変更しようと思わない場合などに問題になります。ヒーターの中には、日中に暖房もできるようにすることでこの問題を軽減するものがありますが、これは通常、費用がかかります (電気がフルレートで充電されるため)。最良の状況でも、サーモスタットの設定方法を正確に判断することは困難です。夜間にサーモスタットを低く設定しすぎると、ヒーターの効果を感じられなくなり、最大に設定すると、ヒーターの稼働コストが増加するためです。同様に、すべてのヒーターを個別に設定する必要があるシステムでは、1 つの部屋のヒーターを誤って設定すると、家全体が寒すぎると感じることがあります。
• 多くのユーザーは、コントロールを完全に理解していない可能性があります。よくある間違いは、夜間に出力 (またはブースト) コントロールを開いたままにしておくことです。これにより、ヒーターは熱を蓄えるべきときに熱を放散し、結果として電気消費量とコストが増加します。または、夜間に出力ではなく入力コントロールを最小に設定すると、翌日に熱がまったく出なくなる可能性があります。
• 蓄熱式ヒーターの大きさは、予想される寒波の強さと期間の最大値と、ヒーターのコストとスペース要件との間の妥協点です。ヒーターが大きすぎるとコストが過剰になり、建物の使用可能面積に影響を及ぼします。一方、ヒーターが小さすぎると、補助的な（昼間の）電気暖房のコストが過剰になります。
• 蓄熱ヒーターは、熱を蓄えるために使用する材料のため、非常に重く、ややかさばります。通常、他のほとんどの暖房システムで使用されるラジエーターよりも多くの床面積を占有します。
• ほとんどの国では、電気は熱量単位（ジュールまたはkWh）あたりガスや石油の2～3倍のコストがかかり、オフピーク料金の引き下げや配送効率の向上によってもこの差は完全には解消されません。
• 熱伝達を速めるためにファン（付属している場合）を使用すると、空気の循環により暖房された室内の浮遊塵の量が増加します。これはアレルギーのある人にとっては問題となる可能性があります。したがって、アレルギー患者にはセントラルヒーティングのほうが良い熱源です。^[6]これはファンを使用しないことで回避できますが、通常のセントラルヒーティングラジエーターと同様に放射と自然対流によって発生する熱伝達を制御することがより困難になります。

蓄熱式ヒーターは適切に使用すればコスト効率が高くなりますが、燃料燃焼式システムよりも制御が難しい場合があります。

蓄熱ヒーターには通常、オンピーク用とオフピーク用の 2 つの電源回路と 2 つの電源スイッチが必要です。これらの電源スイッチは、暖房が不要な夏季にはオフにされます。他の月には、オフピーク スイッチを常にオンにしたままにしておき、オフピーク時に十分なエネルギーが蓄えられていない場合にオンピーク スイッチを使用します。蓄熱される熱量は、蓄熱ヒーター ユニットのコントロールを使用して変更できます。通常、オンピークには別の回路の一部であるためヒューズが付いています。オフピークには専用の回路があるため、スイッチのみが付いています。一部の設備はオフピーク電力のみで動作し、日中は電源を入れることができません。

基本的な蓄熱式ヒーターには、入力スイッチと、一部のモデルではヒートブーストと呼ばれる出力スイッチがあります。

入力スイッチの位置は、翌日の予想寒さに応じて変更することができます。入力スイッチは通常サーモスタット式で、夜間に部屋が特定の温度に達すると充電が停止します。^[7]必要な正確な設定は、蓄熱式ヒーターの大きさ、日中の望ましい室温、これを維持する必要のある時間数、および特定の状況下での部屋の熱損失率によって異なります。特定の部屋に対する予測外気温と最適な入力設定の関係を見つけるには、ある程度の実験が必要になる場合があります。ほとんどの蓄熱式ヒーターのユーザーは、より単純なガイドラインに従います。たとえば、真冬には、入力スイッチを最大設定にすることが適切であることがよくあります。同じ種類の天候が数週間にわたって続く場合は、毎日入力スイッチに触れる必要はありません。蓄熱式ヒーターは夜間にのみ電気を使用するため、日中に入力スイッチに触れる必要はありません。

出力スイッチは、一日を通して注意を払う必要があるかもしれません。就寝前に、オペレーターは出力を最小設定に切り替える必要があります。これにより、レンガにできるだけ多くの熱が保持されます。十分な熱が部屋に漏れて、朝には暖かくなります。オペレーターが夜間に出力を必要とするのは、非常に寒い状況の場合のみです。オペレーターは、日中に出力スイッチをゆっくりと上げて、家の中の温度を維持しようとするかもしれません。出力を上げると、熱がヒーターから対流して外に出るようになります。日中に家に人がいない場合は、出力を一日中最小にしておき、家に戻ったときに切り替えて、より多くの熱を逃がすようにします。

多くの蓄熱ヒーターには、機械的に制御される自動出力スイッチも備わっています。この場合、手動出力スイッチが夜間に最小に設定されていない場合、ダンパーは自動的に閉じます (出力スイッチが最小に設定されているかのように)。その後、ダンパーは時間遅延後に再び開きます。この時間遅延はヒーターのコア温度の段階的な低下によって測定されるため、コア温度がより多くの電荷によって高い状態で始まった場合は長くなります。遅延は、出力スイッチの設定によっても偏りが生じる可能性があります。^[8] このように設定されている出力スイッチには、「早い」と「遅い」だけでなく、「閉じている」と「開いている」とマークされているものもあります。最小の「閉じている」設定は「早い」に対応し、最大の「開いている」設定は「遅い」に対応します。これらの出力スイッチは、夜間に閉じて必要なときに開くように手動で制御することも、夜間に閉じないようにして自動操作に任せることもできます。

サーモスタット蓄熱式ヒーターは、日中は自動的に室内の温度を調節します。しかし、夜間にサーモスタットスイッチを最低設定に切り替えて室温を下げることもできます。日中は部屋に人がいない場合は、サーモスタットを最低設定にしておき、夕方に人が入ったら設定を上げるのがよいでしょう。サーモスタットヒーターの中には、要求された温度を維持するのに十分な蓄熱量がない場合にピーク時の電力を使用するものもあります。ユーザーはこのことに注意して設定を下げるとよいでしょう。^[9]

ファン付き蓄熱式ヒーターは、対流に頼るのではなく、電気ファンを使用してヒーターに空気を送ります。ファンは通常、サーモスタットによって制御され、ユーザーは希望の室温を設定できます。ファンを使用することで、これらのヒーターは他のモデルよりも断熱性が高くなり、暖房が必要ないとき (部屋に人がいないときや夜間など) に 熱伝導によって失われる熱が少なくなります。

他の直接電気暖房と同様に、蓄熱暖房器は必ずしも環境に優しいとは言えません。なぜなら、電気の供給源が化石燃料である場合があり、燃料の最大3分の2のエネルギーが発電所で失われ、送電ロスが発生するからです。^[10]スウェーデンでは、この理由から1980年代から直接電気暖房の使用が制限されており、段階的に廃止する計画があります（スウェーデンの石油段階的廃止を参照）。一方、デンマークとドイツでは、同様の理由から新築の建物への電気暖房の設置が禁止されています（ドイツでは2013年に禁止が解除されました）。^{[10] [11]}

英国では、蓄熱式ヒーターはエネルギー性能証明書の環境性能で「劣悪」評価を受けます。しかし、多くの先進国では、主に「より環境に優しく」、より持続可能で再生可能なエネルギー源を取り入れた発電システムを開発しています。したがって、蓄熱式ヒーター システムがどの程度「環境に優しい」かは、原理的には、使用される電気がどのように生成されるかによって決まります。もちろん、この議論はすべての電気暖房に当てはまりますが、たとえば風力発電の電気が使用できないときに電気を使用できる蓄熱式ヒーター システムの機能は、スマート グリッドと組み合わせることで、将来、蓄熱暖房に新しい役割を与える可能性があります。

一部の国では、現在の発電システムの設計により、オフピーク時にベースロード発電所から余剰電力が発生し、蓄熱ヒーターがこの余剰電力を利用してシステム全体の正味効率を高めることができる場合があります。ただし、将来的に需要と供給が変化すると (たとえば、省エネ対策や発電システムの応答性向上による)、この状況が逆転し、蓄熱ヒーターが国のベースロードの削減を防ぐ可能性があります。他の技術では、需要と供給の変化を感知する需要応答電子機器が組み込まれている場合があります。これにより、これらの負荷がオフピーク電力のみを使用するようになります。供給技術がさらに進歩すると、よりカスタマイズされた「需要と供給」の料金システムが提供され、動的需要などのスマートグリッド感知技術をより現実的な経済的見通しにすることができます。

他の電気暖房に比べ、蓄熱暖房器は運転コストが安く^{[12] 、ピーク時の負荷も低い。瞬間電気暖房（}浸漬式温水器など）はピーク時の負荷が最も高く、短時間に大きな負荷がかかるが、瞬間温水器は総じて電気使用量が少ない。高効率地中熱ヒートポンプは、地中から熱を回収することで、蓄熱暖房器よりも最大66%少ない電力で暖房でき、1日中電気を使用するにもかかわらず、好ましいと考えられている。^[10] 空気熱ヒートポンプも同様に効率を高め、家庭での使用には一般的に設置が簡単で安価である。これらを空調（A/C）ヒートポンプと混同しないように。空調ヒートポンプは、冷却には二酸化炭素排出量が多く、現在、一部の国（特に温暖な気候の国）では環境負荷と見なされている。^[13]

電気の代替手段がある場合、温水セントラル暖房システムは、高効率の凝縮ボイラー、バイオ燃料、ヒートポンプ、または地域暖房を使用して、建物内または建物の近くで加熱された水を使用できます。理想的には、温水暖房を使用する必要があります。これは、将来的にソーラーパネルなどの他の技術を使用するように変換できるため、将来にも対応できます。新しい建物の場合、パッシブハウス基準に従って建設された低エネルギーの建物では、従来の空間暖房システムがほとんど必要ありません。

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