Гелиосистема
Солнце – самый мощный источник энергии, готовый поделиться ею с человеком. Особенно щедрость солнца актуальна при условии, что для сохранения тепла в доме его хозяином выбрана гелиосистема, то есть батарея, получающая энергию непосредственно от могучего светила для накопления ее в аккумуляторах, откуда она поступает в локальную электросеть, как только солнце уходит с небосклона. Увы, этот метод малопригоден именно как источник альтернативного отопления для жителей большинства регионов России по причине недостатка солнечного света в долгие зимние месяцы.
Монтаж гелиосистемы.
Энергия солнца в частном доме – альтернативный метод получения электричества.
Гелиосистему можно было бы использовать в качестве основной только в теплое время года, когда стоит ясная погода и отопление неактуально. Кроме того, сократив расходы на оплату счетов за электроэнергию, сэкономить все же не удастся. Дело в том, что солнечные батареи достаточно дороги сами по себе и нуждаются в профессиональном обслуживании. А аккумуляторы к ним, даже самые лучшие модели, представленные сегодня на рынке, уже через несколько лет активной работы потребуют замены в связи с выходом из строя.
Поэтому содержание гелиосистемы в качестве запасной тоже совершенно невыгодно.
Системы отопления, применяемые в современных условиях
Отказ от использования электрических отопительных систем очевиден, ведь это самый дорогой вид энергии. Эффективность электрических нагревательных приборов остается низкой при высоком расходе мощности, а в частных домах теплопотери всегда выше, чем в многоквартирных. Кроме этих условий приходится учитывать необходимость устройства специального помещения котельной, его и другие проблемы.
Печное отопление
По понятным историческим причинам самым популярным методом отопления помещений является печное. Классический вариант предполагает, что каменная печь, установленная в специально отведенном месте, нагревает помещение или группу помещений. Источник тепла в данном случае — сгорающее твердое топливо, которое нагревает каменную конструкцию. Имея высокую инерционность, то есть надолго сохраняя в себе тепло, такая печь постепенно на протяжении нескольких часов согревает помещение.
Эффективность таких печей зависит от нескольких факторов:
Строительство печей — сложный технологический процесс, простому обывателю не под силу, поэтому обязательно нужно привлечь опытного мастера, хотя бы в качестве консультанта.
Водяное отопление с возведением печи
Печь может быть самостоятельным источником тепла, но может служить нагревателем в системе водяного отопления. В больших домах или двухэтажных коттеджах такой вариант невозможен без использования водяного насоса, который работает от электричества и гоняет воду по системе. Если протяженность труб небольшая, а радиаторы имеют сечение труб от 32 мм и выше, то возможно устроить без газа и электричества с естественной циркуляцией.
Принцип работы такой системы отопления известен многим сельским жителям. Внутри печи в зоне, близкой к горящему топливу, монтируется сваренный из толстостенных металлических труб коллектор, в котором происходит нагревание воды. По закону физики горячая вода поднимается наверх, по специально оборудованной трубе. Далее она попадает в трубопровод отопления, который расположен с небольшим уклоном, который сохраняется на всем его протяжении. По тем же физическим законам жидкость течет вниз, проходит по всей системе, отдает тепло, в конце концов, попадая обратно в коллектор внутри печи, где круг возобновляется.
Монтаж такой системы требует точного расчета угла наклона труб, наличия расширительного бачка. Температуру такого отопления можно регулировать при помощи вентилей, которые уменьшают количество горячей воды, подаваемой в систему. В некоторых случаях возможно устройство двух и более контуров отопления.
Каминное отопление
Камины являются скорее стильным дополнением интерьера, чем эффективным источником тепла. Для того чтобы камин мог обогреть хотя бы комнату, в его конструкцию нужно внести серьезные изменения, превратить его в классическую печь, лишь внешне напоминающую камин. В таком псевдокамине сохраняют полку, а пламя закрывают дверцей из огнеупорного стекла.
Альтернативные источники
Отопление частного деревянного дома без газа и электричества при помощи экзотических источников вроде солнечных батарей, геотермального тепла очень интересует продвинутых хозяев. В том и другом случае требуются определенные климатические условия. Геотермальные источники есть в очень небольшом количестве мест на планете, обычно они присутствуют в сейсмически активных зонах. Для жителей 99% территории России такой вид отопления недоступен.
Солнечные батареи монтируют на крыше, так как для эффективной работы нужна большая площадь. Известно, что зимой выпадает снег, который придется чистить по несколько раз в день. Кроме того, во многих регионах зимой световой день настолько короток, что накопить нужный заряд просто невозможно.
Организация работы
Для установки теплового насоса необходимо сделать контур. Если ваш дом стоит на скалистой почве, то в ней делают одну или несколько скважин. Их общая длина рассчитывается, исходя из того что на каждый метр углубления в земле приходится порядка 50 Вт энергии. Если вы планируете установить тепловой насос мощностью 10 кВт, то вам понадобятся скважины общей глубиной около 200 м.
Если возле вашего дома есть участок порядка 600 м². то вы можете сделать земляной контур. Для того чтобы сделать отопление без газа и дров, необходимо установить специальные трубопроводы на глубине промерзания почвы. Для получения 10 кВт нужно, чтобы контур был длиной около 500 м.
Наиболее предпочтительным вариантом является использование ближайшего водоема. Он должен быть проточным и достаточно большим по размерам. В нем необходимо установить водяной контур, общей длиной 333 м. Этой длины достаточно для производства 10 кВт.
Реже всего используют воздушные контуры. Это обусловлено тем, что минимальная температура, при которой такой насос сможет функционировать, составляет -20 °С.
Принцип его действия такой же, как и любой холодильной машины. Он потребляет электроэнергию и преобразовывает ее в тепловую энергию. Насос отбирает тепло у охлаждаемых продуктов, а конденсатор передает его в помещение. То есть тепло берется из недр земли.
Промежуточный подсчет
Если в абсолютном исчислении все более или менее понятно, то следует выяснить, какое же топливо на самом деле является наиболее дешевым.
При отсутствии сетевого газа самым экономичным вариантом является тепловой насос. Промежуточным вариантом являются различные виды твердого топлива. Самое дорогое отопление частного дома без газа будет при использовании пропан-бутана, электричества и дизельного топлива.
В абсолютном исчислении все в общем-то понятно. В отсутствие сетевого газа самый недорогой вариант — это тепловой насос. Среднее положение занимают разные виды твердого горючего. А дороже всего выходит отопление пропан-бутаном, электричеством и соляркой. Ну, хорошо, а применительно к обычному дому это сколько?
Для того чтобы более точно уяснить смысл расчета, лучше всего рассмотреть конкретный пример.
На первый взгляд может показаться, что неоспоримым лидером является тепловой насос, а явным аутсайдером – котел на дизельном топливе, но на самом деле это далеко не так. Хотя тепловой насос и дает самую дешевую энергию, но его установка отнюдь не из дешевых. Сам по себе насос стоит недешево, к тому же придется укладывать трубы в грунт, а для этого потребуется перерыть чуть ли не весь участок либо бурить скважину. Для рассматриваемого загородного дома система отопления с тепловым насосом обойдется около 750-850 тыс. рублей.
Наряду с этим хороший твердотопливный котел, оснащенный системой автоматической подачи топлива, будет стоить около 300 тыс. рублей. Даже если для отопления использовать не дешевый уголь, а более дорогие пеллеты, то разница в цене между системой отопления с твердотопливным котлом и тепловым насосом будет окупаться порядка 25 лет. И это при том, что производитель гарантирует работу теплового насоса на период до 20 лет, по истечении которых может потребоваться капитальный ремонт.
Вот и получается, что установка теплового насоса – не очень прибыльная инвестиция. Хотя если рассмотреть вариант установки теплового насоса для устройства отопления многоквартирного дома, то в этом случае «зеленый» вариант выглядит весьма впечатляющим.
Конечно, если есть магистральный газ, то нет никакой необходимости рассматривать другие виды топлива. Однако если газа в поселке нет, то потребуется прокладка газопровода, а в этом случае будет выгоднее воспользоваться именно тепловыми насосами.
Сравнение эффективности нефтяных скважин и ветряных турбин
В течение 30 лет солнечные и ветровые электростанции выработают электроэнергию на миллион долларов, выдав соответственно 40 миллионов и 55 миллионов киловатт/часов. Скважины, с помощью которых добывают сланцевую нефть и газ, стоимостью миллион долларов, за 30 лет дадут такое количество газа, что его хватит для выработки 300 миллионов киловатт/часов.
Чтобы построить одну скважины (нефть или газ), требуются такие же затраты, как и для строительства двух ветряных турбин. При этом скважина на сланцевом месторождении в час обеспечивает получение 10 баррелей нефти. Если сделать перерасчет на эквивалентность энергии, то ветряная турбина производит 0,7 баррелей нефти в час.
Чтобы хранить баррель нефти или природный газ в нефтяном эквиваленте, требуется 0,5 доллара. Для хранения электроэнергии в эквиваленте баррелю в батареи, требуется 200 долларов.
Ветряные и солнечные станции
Для компенсации эпизодического использования ветровой и солнечной энергии в США используются установки, работающие на нефти и газе. За период с 2000 года их использование возросло в 3 раза. Что касается коэффициента мощности парка ветровых установок, то этот показатель увеличивается приблизительно на 0,7% за год. Это достигается, главным образом, за счет того, что происходит сокращение числа турбин на акр. В результате средняя площадь земли, которая используется для производства электроэнергии, увеличивается на 50%.
Механизм регулировки
Термостатический смесительный клапан
Применяют термостатический смесительный клапан и в схемах отопления радиаторного типа, но конвективная циркуляция воздуха (даже при сбалансированной вентиляции и тщательном утеплении) все равно оставляет нижние слои самой холодной частью комнаты.
Источником тепловой энергии может выступать как теплоцентраль, так и автономный котел. В любом случае котлы эффективно работают в стабильных режимах и не обеспечат плавной регулировки расхода теплоносителя в каждом отдельном помещении.
С этой целью в систему включают специальную арматуру с выбранными рабочими параметрами и конструкцией определенного типа. Установка смесительного клапана для теплого пола дает следующий стабилизирующий результат по нормализации температуры в доме:
Смесительные клапаны выполняют задачу объединения высокотемпературного контура нагрева с низкотемпературной разводкой тёплого пола, так как рекомендуемая температура в трубах под полом 40°C, а для воды на выходе из котла 70 — 90°C.
Принципы работы
Если теплоноситель слишком нагрет, в воду подмешивается холодная струя
Выполнение своей функции трехходовой клапан для теплого пола производит в таком порядке:
- горячий теплоноситель от котла направляется в распределительный коллектор, из которого расходится по петлям системы теплого пола;
- на пути движения установлен термосмесительный клапан, реагирующий на температуру нагрева воды;
- при температуре потока, превышающей заданную величину на регуляторе, на последнем открывается проход для подмешивания охлажденной воды из обратного трубопровода;
- в тройнике происходит перемешивание двух сходящихся потоков и выдача в систему теплоносителя желаемой температуры;
- при достижении баланса изменение внутренних сечений клапана прекращается.
Корпус клапана изготовлен из латуни, представляет собой 3 канала, сходящиеся к механизму регулировки. Использование 3 разных способов перемешивания водяных потоков выделяет 3 разновидности конструкций трехходового клапана.
Трехходовой термостат
В термостате смешиваются горячий и холодный поток
Заданную температуру поддерживает трехходовой термостатический клапан, который автоматически выполняет смешение горячего потока жидкости от нагревателя и остывшей воды из обратного трубопровода. Необходимость количественного изменения потоков определяется настройками термостата.
Такое изделие можно применять в системах тёплого пола (особенно сложной конфигурации), на радиаторных разводках и во внутреннем контуре горячего водоснабжения.
Автоматическое изменение температуры исходящего теплоносителя защищает человека от повышенных температур при порыве трубы. Если по какой-то причине прекращается поступление холодной воды, клапан автоматически закроет проток горячему напору из котла. Термочувствительный узел реагирует на величину нагрева и, соответственно меняет сечение входных отверстий, достигая требуемого баланса.
Схема расположения термостатического клапана для теплого пола выглядит так:
Дроссель напора – это устройство, обеспечивающее напор жидкости вне зависимости от перепада давления на входе и выходе. В паре с термоголовкой для теплого пола он стабилизирует работу всех контуров системы при изменении входящих условий.
3-ходовой термостатический клапан
Работа этого вентиля не такая сложная, как термостата. Регулируется исключительно входящий горячий носитель. Подробнее о работе трехходовых клапанов смотрите в этом видео:
Для анализа изменений температурных показателей в комплект к нему входит термоголовка для теплого пола, выполняющая роль исполнительного органа по сигналу с выносного датчика.
Выбор энергоносителя
Между экономичностью отопления и стоимостью оборудования обратная зависимость: чем дороже обходится приобретение, тем дешевле получится эксплуатация.
Какое отопление в частном доме самое экономичное — универсального ответа на этот вопрос нет.
В лесах самым дешевым топливом могут быть дрова, в районах угольных или торфяных разработок — соответственно, уголь или торф.
Где-то есть возможность подключить газ, а где-то ее нет. Самое экономичное электрическое отопление в любом случае дорого, но и здесь есть варианты выбора. Для обогрева домов используются:
- газовые котлы и конвекторы;
- твердое топливо — дрова, пеллеты, уголь, торф, брикеты, отходы деревообработки и растениеводства;
- жидкое топливо;
- электрокотлы. другие электроприборы;
- тепловые насосы. Этот вариант рассматривать не будем: монтаж системы очень дорогой, окупается от 10 лет;
- солнечные батареи и коллекторы. Установка не оправдана: батареи собирают мало энергии в зимние и пасмурные дни.
Приобретение дизельного котла оправдано, когда хозяйство большое (например, ферма), а у хозяев есть доступ к дешевому топливу. Котлы дизельные выпускаются только высокой мощности, для дома средних размеров такие не требуются.
А недостатков у оборудования много: экологический вред, шумная работа, большие габариты и вес, пожароопасность. Экологически вредна и пожароопасна также компактная модификация жидкотопливного агрегата — котел на отработке. Он маломощный, но в доме его не ставят, только в хозяйственных сооружениях.
Еще вариант, как сэкономить на отоплении частного дома: приобрести комбинированный котел, на два или больше видов топлива. При покупке он обойдется дороже любого другого.
Но, во-первых, вы ни при каких обстоятельствах не останетесь без отопления: в отсутствие одного энергоносителя перейдете на другой. Во-вторых, простор для экономии. Например, дорогую электроэнергию можно жечь только в «дешевое» ночное время (при двухтарифной оплате), а днем топить дровами или углем.
Устройство и функционирование
Тепловой насос имеет в составе трубки, которые наполнены фреоном, а также несколько камер, а именно теплообменник, дроссельную камеру и компрессор. Работать данное устройство будет по аналогии с холодильником. Принцип функционирования при этом основан на жидком фреоне, который проходит по трубкам, опущенным в землю или водоем. Там в зимний период температура не опускается ниже плюс 8 градусов. Фреон при таких условиях начинает кипеть, для этого ему необходимо всего лишь 3 градуса тепла.
Поднимаясь вверх, вещество, которое становится газообразным, заходит в камеру компрессора, где значительно сжимается. Как известно, если сжать какое бы то ни было вещество на ограниченном пространстве, то это приводит к повышению его температуры, поэтому фреон нагревается до 80 градусов.
Отдавая образованное тепло сквозь теплообменник системы отопления, масса проходит в дроссельную камеру, где температура и давление понижаются, тем самым фреон превращается в жидкость. На следующем этапе он отправляется в глубину, чтобы согреться и повторить цикл снова.
Все еще не знаете, как дешево отапливать дом без газа? Можете применить данную довольно эффективную технологию, для реализации которой, несомненно, понадобится электричество. Однако расходоваться оно будет в несоизмеримо меньшем количестве по сравнению с прямым нагревом теплоносителя.
Тепловые насосы
Самое универсальное альтернативное отопление частного дома – установка тепловых насосов. Они работают по известному всем принципу холодильника, отбирая тепло у более холодного тела и отдавая в отопительной системе.
Состоит сложная на первый взгляд схема из трех устройств: испаритель, теплообменник и компрессор. Вариантов реализации тепловых насосов огромное множество, но наиболее востребованными считаются:
- Воздух-воздух
- Воздух-вода
- Вода-вода
- Грунт-вода
Воздух-воздух
Самый дешевый вариант реализации – «воздух-воздух». По сути он напоминает классическую сплит-систему, однако электроэнергия затрачивается лишь на перекачивание тепла с улицы в дом, а не на обогрев воздушных масс. Это способствует экономии средств, при этом прекрасно обогревая дом на протяжении всего года.
КПД систем очень высок. На 1 кВт электроэнергии можно получить до 6-7 кВт тепла. Современные инверторы прекрасно работают даже при температурах -25 градусов и ниже.
Воздух-вода
«Воздух-вода» – одна из распространенных реализаций теплового насоса, у которой роль теплообменника играет змеевик большой площади, установленный на открытой местности. Дополнительно он может обдуваться вентилятором, заставляя остывать воду внутри.
Такие установки характеризуются более демократичной стоимостью и простым монтажом. Но они способны работать с высоким КПД исключительно при температурах от +7 до +15 градусов. Когда столбик опускается до отрицательной отметки, эффективность падает.
Грунт-вода
Самой универсальной реализацией теплового насоса является «грунт-вода». Она не зависит от климатической зоны, так как непромерзающий на протяжении всего года слой почвы имеется повсюду.
В данной схеме трубы погружаются в землю на глубину, где на протяжении всего года температура удерживается на уровне 7-10 градусов. Коллекторы могут располагаться вертикально и горизонтально. В 1-ом случае предстоит бурить несколько очень глубоких скважин, во втором – укладывать змеевик на определенной глубине.
Недостаток очевиден: сложные монтажные работы, которые потребуют высоких финансовых вложений. Прежде чем решаться на подобный шаг, следует посчитать экономическую выгоду. В районах с непродолжительными теплыми зимами стоит подумать и других вариантах альтернативного отопления частных домов. Еще одно ограничение – необходимо большая свободная площадь – до нескольких десятков кв. м.
Вода-вода
Реализация теплового насоса «вода-вода» практически ничем не отличается от предшествующей, однако трубы коллектора прокладываются в грунтовых водах, незамерзающих на протяжении года, или близлежащем водоеме. Она обходится дешевле за счет следующих преимуществ:
- Максимальная глубина бурения скважины – 15 м
- Можно обойтись 1-2 погружными насосами
Котлы, работающие на биологическом топливе
Если нет желания и возможности обустраивать сложную систему, состоящую из труб в земле, солнечных модулей на крыше, можно заменить классический котел моделью, которая работает на биологическом топливе. Для них необходимы:
- Биогаз
- Гранулы из соломы
- Гранулы торфа
- Щепа и т. д.
Подобные установки рекомендуется устанавливать совместно с рассмотренными ранее альтернативными источниками. В ситуациях, когда один из отопительных приборов не работает, можно будет воспользоваться вторым.
Основные достоинства
Принимая решение об установке и последующей эксплуатации альтернативных источников получения тепловой энергии, необходимо ответить на вопрос: как быстро они окупятся? Безусловно, рассмотренные системы обладают преимуществами, среди которых:
- Стоимость получаемой энергии меньше, чем при использовании традиционных источников
- Высокий КПД
Однако следует помнить о высоких первоначальных материальных затратах, которые могут достигать десятка тысяч долларов. Монтаж подобных установок назвать простым нельзя, поэтому проведение работ доверяется исключительно профессиональной бригаде, которая способна предоставить гарантию на результат.
Подводим итоги
Востребованность приобретает альтернативное отопление частного дома, которое становится более выгодным на фоне дорожающих традиционных источников тепловой энергии. Однако прежде чем начинать переоборудовать текущую отопительную систему, необходимо все рассчитать, рассмотрев каждый из предлагаемых вариантов.
Отказываться от традиционного котла также не рекомендуется. Его необходимо оставить и в определенных ситуациях, когда альтернативное отопление не выполняет своих функций, останется возможность согреть свой дом и не замерзнуть
3 Обогрев помещения водородом
В этом случае обогрев помещения обеспечивается за счет каталитической реакции, которая протекает между водородом и кислородом, что приводит к выделению молекул воды. Таким образом, в процессе работы выделяется достаточно большой объем тепла, которого хватает для того, чтобы в доме царила теплая уютная атмосфера. Водородные котлы отличаются еще одним преимуществом — они в состоянии эффективно обогревать пол.
https://youtube.com/watch?v=xw21Otg2DX8
Если было принято решение остановить свой выбор на водородных агрегатах, то проблем с выбором не возникнет, поскольку в продаже присутствует широкий ассортимент подобного оборудования. При этом в процессе подбора котла учитываются размеры того помещения, которое планируется обогревать. Что касается КПД агрегатов данного типа, то он достаточно высок, около 96%.
Какие альтернативные системы можно применять в многоквартирном доме
Альтернативное отопление квартиры в многоквартирном доме реализуется с использованием гелиобатареи с инвертором и контроллером, которые параллельно подключаются к розетке и используются совместно с электрообогревателями любого типа. Такую схему экономии электроэнергии в квартире несложно реализовать своими руками.
В жилье нужно установить механический дисковый счетчик, который будет отматывать электроэнергию в обратном направлении в ясную погоду, когда фотоэлементы будут вырабатывать намного больше электроэнергии, чем расходуется на обогрев. Электронные приборы учета не подходят, потому что не чувствительны к обратному направлению токов. При отматывании киловатт в обратном направлении получается существенная экономия.
Как дешево отопить дом без газа и электричества
Чем отапливать дом если нет газа? Как работают и сколько стоят котлы на твердом топливе? Как обогреть дом энергией солнца и тепло-насосов? Как использовать биотопливо и чем выгодно топить кирпичные печи?
Эволюция ресурсов обеспечения комфорта стремительностью развивается. Однако, не исключает традиционных способов отопления. В наше время инфракрасный обогрев жилища может успешно соседствовать с классической кирпичной печкой, рассчитанной на дрова и уголь.
Конечно. использовать для отопления газ и электричество удобно, хотя может быть несколько затратно. И дело здесь не только в цене на энерго-ресурсы. Зачастую выделенные мощности не позволяют обеспечить систему обогрева дома. Например, если нет подключения к магистральному газопроводу, использовать газ в баллонах для отопления будет не рентабельно. Дорого и тяжело.
Мы рассказывали как дешево, но эффективно отопить дом электричеством. В этой статье расскажем чем отапливать дом если нет газа и электричества.
Минимизация потерь тепла из дома
В заключение этой статьи мы не можем не затронуть еще один важный аспект — минимизацию потерь тепла из дома. Ведь, очевидно, какими бы эффективными и современными не были источники энергии вашего дома, если он «дырявый как сито» — все труды будут напрасными, а экономия бюджета — минимальной.
Как же избавиться от потерь тепла? Поскольку мы уже ранее неоднократно писали на нашем портале Nedvio.com об энергоэффективности домов, различных утеплителях и пассивных технологиях строительства, рассмотрим эти факторы здесь кратко:
- Улучшение теплоизоляции стен и кровли;
- Выявление тепловых мостов и их устранение;
- Замена окон и дверей на более теплоизолированные (предпочтительно с коэффициентом теплопередачи до 1,0 Вт / м²K);
- Модернизация естественной механической вентиляции дома в систему с рекуперацией тепла;
- Теплоизоляция труб и установка более эффективных бойлеров.
Разумеется, это далеко не все факторы. Вот наглядная схема того, куда может уходить тепло из вашего дома:
Если следовать данным рекомендациям и привести дом в порядок, вы уже с первых недель заметите, что дом станет более теплым, а счета за отопление и электричество станут меньше. Ну а использование альтернативных, возобновляемых источников энергии поможет достичь вам еще лучших показателей комфорта и эффективности вашего дома.
