Альтернативным отоплением называют обогрев дома с помощью, так называемых, альтернативных источников энергии, к которым в первую очередь относится внутренняя энергия планеты Земля. На определенной глубине, зависящей от географического положения местности, ее температура практически постоянна и положительна в любое время года.
Простой пример: в средней полосе России на расстоянии 170 см от поверхности земли температура составляет 8-10 градусов Цельсия. Такую же температуру имеют грунтовые воды, а реки и озера даже зимой под толщей льда имеют температуру 3-4 С.
В местности, расположенной на севере, «теплый» грунт может залегать глубже, а в южных районах, напротив, ближе к поверхности земли. Это значит, что даже в сильные морозы недра Земли имеют запас тепловой энергии, достаточный для обогрева жилища. Проблема лишь в том, чтобы правильно его использовать для альтернативного отопления домов.
Для этого необходимо решить непростую задачу: передать тепло от менее нагретого тела более нагретому телу: теплоносителю, используемому в системах отопления (напомним, что температура недр земли на приемлемой глубине составляет 8-10 С).
Простое решение сложной задачи отопления в частном доме
Сделать это удалось лишь в середине прошлого столетия, после изобретения и широкого распространения бытовых холодильников, устройство которых натолкнуло швейцарского «Кулибина» Роберта Вебера на идею направить выделяемую морозильной камерой тепловую энергию на хозяйственные нужды и использовать ее для нагрева горячей воды.
Именно так был изобретен современный тепловой насос, представляющий собой не что иное, как «обратный холодильник», образно говоря, «отбирающий холод у отапливаемого помещения и передающий его массе Земли».
Разумеется, правильнее, с точки зрения профессионалов, вести речь об использовании запаса тепловой энергии менее нагретого тела и передаче его более нагретому телу.
В примитивном виде этот процесс можно описать с помощью простой формулы :
- Q=CM(T2-T1), где
- Q-полученное тепло
- C-теплоемкость
- M- масса
- T1 T2 разность температур, на которую было произведено охлаждение тела
Это значит, что количество тепловой энергии, передаваемое при охлаждении того или иного тела, неважно, идет речь о нагретой русской печи массой несколько тонн или о радиаторе отопления, весящим пару десятков килограммов, прямо пропорционально теплоемкости материала, из которого оно изготовлено, его массе и разности температуры, на которую происходит охлаждение.
Нетрудно догадаться, что при охлаждении одного килограмма вещества на 50 градусов выделится такое же количество тепловой энергии, как и при охлаждении 50 кг этого же вещества на 1 градус.
Иными словами, при понижении температуры грунта массой в несколько сотен тонн всего лишь на долю градуса, можно получить количество тепла, вполне достаточное для отопления частного дома . При этом охлаждать можно не только грунт, но и воду в водоемах, а также воздух, масса которого также обладает колоссальным запасом тепловой энергии.
Тепловой насос как источник альтернативного отопления
Для альтернативного отопления частного дома достаточно купить и установить тепловой насос, устройство, специально предназначенное для использования низкотемпературной энергии для отопления и горячего водоснабжения и работающее по принципу современного кондиционера или холодильника. Кстати, внешне, тепловой насос напоминает обычный бытовой холодильник, да и по габаритам мало от него отличается.
Для того чтобы понять, как именно работает тепловой насос, достаточно вспомнить устройство и принцип действия холодильника, в котором тепло «отбирается» у продуктов и «выбрасывается» в окружающую среду. Именно поэтому рекомендуется при установке холодильного оборудования создавать вокруг него свободное пространство, обеспечивающее своевременный отвод тепла.
Если холодильник забирает тепло у продуктов и генерирует холод, то тепловой насос забирает его у массы земли, воды или воздуха и направляет полученную тепловую энергию для отопления дома. В нем, так же, как и в холодильнике, имеется испаритель, дроссель, компрессор и конденсатор. Основное различие в работе в этих устройств создается за счет настроек.
Принцип работы теплового насоса описывается с помощью цикла Карно. Рассмотреть его можно на примере системы отопления дома с помощью теплового насоса, перекачивающего низкотемпературную энергию массы земли.
Как работает тепловой насос
Хладагент, циркулирующий по замкнутому контуру, поступает в испаритель, где происходит его расширение, сопровождающееся увеличением объема и снижением уровня давления. При этом также происходит испарение хладагента и снижение его температуры. В ходе этого процесса хладагент активно забирает тепловую энергию от стенок испарителя, соединенных с теплообменником, по которому движется теплоноситель, называемый в системе тепловых насосов «рассолом». В это время в систему теплового насоса поступает тепловая энергия массы земли.
Затем хладагент поступает в компрессор, где происходит его сжатие, а затем выталкивание в конденсатор, в ходе которого происходит повышение температуры хладагента до 80-120 С.
При этом происходит передача тепла теплоносителю, циркулирующему по теплообменнику, соединенному с конденсатором. Охлажденный хладагент поступает в испаритель и процесс повторяется. Работает тепловой насос от электрической сети, но потребление электроэнергии и затраты на нее ничтожно малы по сравнению с получаемым эффектом, что особенно важно для альтернативного отопления частного дома.
Во время работы теплового насоса теплоноситель может нагреваться до температуры выше 100 градусов Цельсия, что вполне достаточно для отопления и горячего водоснабжения и позволяет создавать определенные запасы тепла, нагревая, к примеру, тепловой аккумулятор.
Для обеспечения комфортных условий и сокращения потребления электроэнергии тепловые насосы оснащают термостатами, с помощью которых поддерживается требуемая температура нагрева теплоносителя.
Виды тепловых насосов
Тепловые насосы классифицируют в зависимости от вида тепловой энергии, используемой для их работы. В этой связи различают:
- Геотермальные насосы , вертикальные и горизонтальные, использующие тепло подземных вод. При этом передача тепла идет по схеме «вода-вода»
- Водные , использующие тепло озер, рек и морей. При этом передача тепла также идет по схеме «вода-вода»
- Воздушные , использующие тепло воздушных масс. Передача тепла идет по схеме «воздух-вода»
- Грунтовые , использующие тепловую энергию грунта. Передача тепла идет по схеме «грунт-вода»
Достоинства и недостатки тепловых насосов
Альтернативное отопление на базе теплового насоса имеет ряд достоинств:
- Он безопасен для окружающей среды и человека. С ним можно быть уверенным, что дому не грозит пожар от неисправного оборудования, в помещение не поступят дымовые газы, а окружающая среда не пострадает от двуокиси углерода
- Тепловой насос позволяет получать дешевую тепловую энергию
- Он может менять режимы работы и летом использоваться для кондиционирования воздуха
- Он надежен и долговечен
Не случайно в развитых странах, например, Японии, именно использование тепловых насосов считается самым перспективным направлением в альтернативном отоплении домов.
Под альтернативным отоплением следует понимать системы, использующие для своей работы бесплатные природные ресурсы. Среди наиболее популярных вариантов подобных систем можно выделить установки, работающие с применением энергии солнца и ветра. На устройство такого обогрева при прочих равных условиях придется потратить меньше денег, чем на возведение более привычных отопительных коммуникаций, а в плане стоимости эксплуатации альтернативный обогрев находится в несомненных лидерах.
Еще в середине прошлого века люди научились использовать энергию ветра для получения электричества. В основе рассматриваемых систем лежат ветрогенераторы.Типичный ветряк состоит из нескольких лопастей и подключается к генератору напрямую либо через редуктор.
Существуют роторные, быстроходные и тихоходные модели ветрогенераторов.
- Тихоходные ветряки оснащаются большим количеством лопастей, практически не издают шума во время работы, но являются сравнительно малоэффективными.
- Конструкция быстроходного ветрогенератора обычно включает в себя 3-4 лопасти. Такая установка предназначена для скоростей ветра на уровне 10-15 м/с. Быстроходные ветряки являются довольно шумными, но отличаются высоким коэффициентом полезного действия, за что и получили наибольшее распространение в мире.
- Роторный ветряк выглядит как своего рода бочка. Лопасти устанавливаются вертикально. Преимуществом такого ветрогенератора является отсутствие необходимости ориентирования по направлению ветра.Роторные модели отличаются самым низким шумом и одновременно с этим наиболее скромным КПД. Обогреть частный дом при помощи роторного ветряка крайне проблематично.
Именно Солнце на сегодняшний день рассматривают в качестве самого перспективного источника альтернативной энергии. В среднем за год ближайшая к нашей планете звезда отдает в 30-35 тысяч больше тепла, чем расходует все население Земли.
Мировые ученые ведут непрерывную работу над повышением коэффициента полезного действия различных гелиоустановок и фотоэлектрически х преобразователей.
В домашних условиях можно собрать упомянутые установки и использовать их для нагрева воды, т.е. построение водяного отопления на альтернативной энергии вполне реально. Однако производительнос ть самодельных установок редко достигает даже 50% от производительнос ти полноценных агрегатов фабричного изготовления.Поэтому лучше купить готовые солнечные батареи и все сопутствующие элементы, а уже их сборку и установку выполнить своими руками.
Что примечательно, промышленные агрегаты позволяют получать теплую воду даже в морозную погоду. Нужно лишь, чтобы светило солнце.
Существуют гелиоустановки косвенного и прямого нагрева.
- В качестве примера объектов работающих с использованием прямого нагрева можно привести теплицы и водяные бойлеры, устанавливаемые на улице. Даже застекленная веранда является своего рода гелиоустановкой с прямым нагревом. Однако ситуация омрачается тем, что тепло расходуется нерационально.
- Косвенный же нагрев дает пользователю возможность установить агрегат для приема солнечной энергии там, где будет максимально удобно, к примеру, на крыше. Функции теплоносителя в подобных системах обычно выполняют специальные незамерзающие жидкости. Тепло передается с накопители воды, теплая вода забирается на бытовые нужды пользователя, ее место занимает холодная жидкость и цикл повторяется.
Также гелиоустановки классифицируются на плоские и трубчатые.
- Первый тип имеет вид ящика со спиралевидным нагревательным элементом, обычно изготавливаемым из меди. С трех сторон такая спираль теплоизолируется, с солнечной же стороны ее накрывают стеклом. Плоские установки без проблем собираются своими руками. Это бюджетный и простой в использовании вариант, но КПД плоских установок оставляют желать лучшего. Функции теплоносителя в рассматриваемой системе обычно выполняет незамерзающая жидкость, также может использоваться вода.
- Трубчатые
блоки собираются из нескольких трубок высотой до 400 см. Трубки размещаются параллельно друг другу. Система может состоять из любого необходимого количества трубок. Функцию теплоносителя в такой системе выполняет специальная жидкость с низкой температурой кипения, благодаря чему удается существенно повысить коэффициент полезного действия агрегата. По сравнению с плоскими гелиоустановками трубчатые примерно на 30-40% эффективнее.
Повысить производительнос ть рассматриваемой установки можно путем включения в систему специального насоса, теплообменников и термоизолированны х труб. Панель устанавливается под наклоном, как правило, в 30 градусов.
Трубчатые установки отлично подходят для подогрева воды и могут принимать активное участие в отоплении дома.
Установка для солнечного отопления дома
В основе системы солнечного обогрева дома будет лежать элементарный коллектор, который можно собрать своими руками из подручных средств.
Первый шаг. Демонтируйте змеевик с холодильника и тщательно промойте его чистой водой. Важно удалить из змеевика весь старый фреон.
Второй шаг. Соберите каркас из деревянных реек. Габариты каркаса подбирайте индивидуально в соответствии с размерами змеевика. Нужно, чтобы змеевик без лишних усилий вмещался между рейками.
Третий шаг. Нанесите разметку. Приставьте змеевик к реечному каркасу и нанесите метки там, где будут выходить трубы.
Четвертый шаг. Установите нижнюю каркасную рейку. Между готовым каркасом и ковриком нужно уложить лист фольги.
Пятый шаг. Увеличьте жесткость системы. Для этого набейте рейки на заднюю стенку конструкции.
Шестой шаг. Проклейте клейкой лентой щели между уложенной ранее фольгой и основанием установки. Такая герметизация не позволит холодному внешнему воздуху заходить внутрь системы.
Седьмой шаг. Установите трубы подводки. Для подключения воды отлично подойдут простые пластиковые водопроводные трубы.
Восьмой шаг. Загерметизируйте стыки змеевика и пластиковых труб при помощи того же скотча.
Девятый шаг. Окончательно закрепите змеевик к корпусу. Для фиксации можете использовать хомуты от старого же холодильника. Дополнительно изделие следует зафиксировать при помощи винтов.
Десятый шаг. Накройте систему стеклом и проклейте скотчем по всему периметру.
Солнечный коллектор
На этом работа по сборке солнечного коллектора может считаться завершенной. Останется лишь закрепить опоры, чтобы лучи солнца падали на плоскость коллектора под прямым углом. Дополнительно внизу каркаса нужно закрепить несколько шурупов. Они не позволят стеклу съезжать при нагреве.
Самодельный коллектор подключается к накопительной емкости с водой. Емкость же соединяется с водопроводами и/или трубами отопления. Для повышения эффективности работы система комплектуется насосом.
Сборка и подключение ветрогенератора
Вторым по популярности источником альтернативной энергии является ветер. Самодельные ветрогенераторы позволяют обеспечить дом теплом с минимальными затратами.
Первый этап. Выберите подходящий тип конструкции и ее мощность. Новичкам рекомендуется отдавать выбор в пользу наиболее популярных вертикальных ветрогенераторов. Мощность подбирайте индивидуально. Повышение мощности ветрогенератора осуществляется путем увеличения размера рабочего колеса и добавления дополнительных лопастей.
Однако помните, что чем мощнее будет устройство, тем более сложной будет его балансировка.Оптимальным вариантом для самостоятельного изготовления является ветряк с рабочим колесом диаметром порядка 2 м и 4-6 лопастями.
Второй этап. Сделайте фундамент для ветрогенератора. Достаточно элементарного трехточечного основания. Глубину и площадь конструкции определяйте индивидуально с учетом характеристик почвы и особенностей климата в месте строительства.
Установку мачты выполняйте не ранее полного застывания основания, т.е. примерно через 1,5-2 недели. Вместо фундамента вы можете использовать растяжки. Это еще более простой вариант установки мачты. Выройте небольшой котлован глубиной примерно 50-60 см, установите в него мачту ветрогенератора и надежно закрепите конструкцию с помощью обыкновенных растяжек.
Третий этап. Изготовьте лопасти. В домашних условиях для этого прекрасно подойдет металлическая бочка. Вам нужно разделить емкость на одинаковые части в количестве равном числу выбранных лопастей.Предварительно нанесите отметины, важно, чтобы лопасти имели строго одинаковый размер.Вырежьте лопасти будущего ветрогенератора. В этом вам поможет болгарка. При отсутствии болгарки можно обойтись ножницами для резки металла.
Четвертый этап. Зафиксируйте заготовку на генераторе с помощью болтов, а затем отогните лопасти. От того, насколько сильно будут отогнуты лопасти, зависят многие параметры работы ветрогенератора. Какие-то конкретные рекомендации в этом плане дать нельзя. Определить подходящий угол вы сможете только опытным путем.
Пятый этап. Подключите к генератору электропровода и соедините элементы системы в цепь. Зафиксируйте генератор на мачте ветряка, после чего подключите провода к мачте и включите в цепь генератор и аккумулятор. Дайте нагрузку при помощи проводов. На этом ветрогенератор готов. Можете подключать его к системе водяного отопления посредством все тех же накопительных емкостей.
При желании вы можете собрать и установить несколько ветряков, если одного устройства недостаточно для полноценного обеспечения дома теплом.
Таким образом, использование альтернативной энергии – это очень перспективное направление, однозначно заслуживающее внимания. Теперь и вы можете почувствовать себя частью современного мира и существенно сэкономить на обогреве, собрав простую ветряную или солнечную установку. Следуйте инструкции, и все получится.
Удачной работы!
Видео – Альтернативное отопление дома своими руками
Современный термин «альтернатива» позаимствован из латинского языка (alternatus – другой) для необходимости выбора из нескольких возможностей или обозначения каждой из этих рассматриваемых возможностей.
Источники энергии для отопления
Традиционный способ
Традиционные способы обогрева квартиры или частного дома требуют обустройства системы отопления, в состав которой входят:
- источник тепла, преобразующий энергию сжигания топлива или энергетику сетевого электричества в тепловую энергию;
- теплообменник для передачи тепловой энергии от энергоносителя к теплоносителю, для последующего распределения тепла по точкам теплопотребления;
- замкнутый трубопроводный контур, по которому естественным или принудительным способом побуждается движение теплоносителя;
- приборы отопления, распространяющие тепло от теплоносителя в окружающую обстановку помещения.
На рисунке ниже показана структура отопительной системы с котлом в качестве источника тепла и точками теплопотребления в виде радиаторов отопления и тёплых полов.
Структура традиционной отопительной системы частного дома Недостатки
Для большинства видов отопительных систем источниками тепловой энергии являются котлы отопления. В них происходит сжигание газа, жидкого или твёрдого топлива в целях использования теплоты сгорания топлива для нагрева теплоносителя (так называемые газовые, жидкотопливные и твердотопливные котлы).
Другим вариантом нагрева теплоносителя в теплообменнике котла отопления является использование энергии сетевого электричества (электрические котлы отопления).
Каждый тип котла и соответствующего энергоносителя имеет определённые негативные особенности, отражающиеся на эффективности его применения:
- Котлы на газовом топливе широко распространены благодаря доступности газа.
Негативными факторами, сопровождающими применение газа для отопления, являются:
- организационная и техническая сложность подключения к газовой магистрали;
- угроза воспламенения или взрыва при нарушении правил эксплуатации газового отопительного оборудования или неправильном монтаже своими руками;
- рост цен на газовые ресурсы.
- Электрические котлы самые простые в установке своими руками и обслуживании. Наиболее существенными недостатками являются:
- энергозависимость оборудования – при отключении электроснабжения прекращается поступление тепла в систему отопления;
- высокие тарифы на электроэнергию.
- Жидкотопливные котлы как источники тепловой энергии достаточно сложны в эксплуатации. Из негатива отметим следующие факторы:
- высокая стоимость жидкого топлива, сложность его доставки и безопасного хранения;
- шум в работе;
- неприятные запахи при сжигании топлива.
Домашняя котельная с жидкотопливным котлом - Твердотопливные котлы на угле, торфе, дровах или пеллетах импонируют дешевизной топливных ресурсов и энергонезависимостью в работе, но у них есть свои недостатки:
- топливо, загруженное своими руками в топку котла, быстро прогорает;
- отсутствие автоматизации процесса загрузки топлива;
- необходимость постоянного визуального контроля за работой котла.
У всех вышерассмотренных систем отопления имеются два общих недостатка:
- они работают на невосполнимых источниках тепловой энергии – топливо полностью сжигается без возможности какого-либо восстановления;
- эксплуатация оборудования, сжигающего природные ресурсы или использующего централизованно поставляемое электричество, сопровождается постоянной оплатой за объёмы затраченного энергоносителя и поставщикам услуг по его предоставлению.
На рисунке ниже показана доставка сжиженного газа для газового отопления дома.
Доставка сжиженного газа в частный дом Нюансы, требующие внимания:
- Столь удобное и привычное отопление частного дома путём сжигания не возобновляемых органических ресурсов приводит к катастрофическому уменьшению природных запасов топлива за деньги из нашего же кармана! Естественно, что цены на органическое топливо будут постоянно повышаться.
- Сжигание топлива сопровождается выделениями углекислого газа и летучих токсичных продуктов горения, при этом происходит выпадение смол и сажи.
- Каждый потребитель органического топлива вынужден обустраивать дополнительные помещения:
- для хранения топлива;
- для его сжигания с выводом в атмосферу продуктов горения.
Концепция альтернативного отопления
При рассмотрении вариантов альтернативного отопления дома необходимо определиться с самой концепцией.
К альтернативным источникам тепла для частного дома относятся два принципиально разных видов оборудования:
- Устройства, работающие в дополнение к установленному своими руками электрическому или газовому котлу. По каким-то причинам котёл, работающий на газе или электричестве, не обеспечивает полноценно теплом систему отопления всей постройки.
Основная отопительная мощность обеспечивается котлом, а в период пиковых нагрузок или межсезонья его работу поддерживают альтернативные источники. В этом случае альтернативным отоплением будет являться, например, котёл на пеллетах, сделанный своими руками, или агрегат, сжигающий отработку, и даже инфракрасные обогреватели.
- Устройства, полностью заменяющие котёл на газе, электричестве или на другом традиционном энергоносителе. Их тепловой мощности достаточно, чтобы обеспечить альтернативное отопление дома.
Наиболее распространёнными альтернативными вариантами обогрева жилья без сжигания газа и другого органического топлива являются технологии, использующие энергию природных ресурсов – тепло из недр земли, гейзеры, солнечный свет и климатических процессов – ветер, океанский прилив.
Дом, оснащённый солнечными батареями Современные способы отопления
Практическая реализация проектов по использованию энергии природных ресурсов и явлений как альтернативного источника тепла для обогрева жилища наиболее широко затрагивает:
- энергетику солнечного света (гелиотермические системы);
- энергетику ветра (ветроэнергетика);
- энергетику тёплых земных недр (геотермальные насосы).
Отмечают два варианта практического применения природной энергетики для нужд альтернативного отопления частного дома:
- трансформацию энергии природного явления в энергию электрическую, которая затем будет применена для автономного отопления, то есть отопление дома от собственного внутреннего источника электричества;
- непосредственный нагрев рабочего теплоносителя системы отопления.
Гелиотермическая система
При обустройстве отопительных гелиосистем своими руками используют оба варианта солнечного излучения:
- Преобразование энергии солнечного света в энергию электрическую, используя солнечные батареи.
Солнечными батареями принято называть группу полупроводниковых фотоэлектронных преобразователей, объединяемых в одном общем модуле для генерации электроэнергии. Несколько солнечных модулей создают цепь для обеспечения частного дома определённым количеством электроэнергии.
Мощность каждого солнечного модуля может составлять от 50 до 300 Вт. На рисунке ниже показан принцип использования солнечных батарей для альтернативного автономного отопления постройки.
Схема отопления дома с использованием солнечных батарей Принцип работы гелиосистемы:
- из солнечного модуля преобразованный световой поток поступает в блок аккумуляторов;
- аккумуляторы вырабатывают постоянный ток, который направляется в инвертор;
- в инверторе постоянный ток преобразуется в переменный, который используется для разогрева ТЭНов в системе отопления.
Солнечные батареи способны только вырабатывать электроэнергию. Тепловую энергию они не создают, не преобразуют и не накапливают. Они одинаково эффективно работают в морозный день или при плюсовой температуре окружающего воздуха, поскольку им важна интенсивность падающего солнечного потока.
- Использование солнечных коллекторов для прямого нагрева воды.
В частном домостроении установка своими руками солнечных коллекторов для альтернативного отопления более популярна, чем монтаж солнечных батарей. Коллекторы преобразуют солнечные световые потоки непосредственно в тепловую энергию, минуя образование электричества.
Монтируемые своими руками коллекторы для отопления имеют самые разнообразные конструктивные исполнения, которые можно разделить на два типа:
- плоские коллекторы, состоящие из абсорберов – элементов, поглощающих солнечные лучи (в простейшем случае – металлические пластины или листы чёрного цвета), соединённых с системой трубопроводов;
- трубные коллекторы, собранные из стеклянных трубок, внутри которых вставлен абсорбер-поглотитель из стали.
На рисунке ниже, показан один из вариантов изготовления своими руками солнечного коллектора с размещёнными в абсорбере медными трубками для нагрева теплоносителя.
В трубки закачивается теплоноситель, обладающий минимальным порогом кристаллизации. В средней полосе России рекомендован к использованию 60-% водный раствор пропиленгликоля с температурой начала кристаллизации -39 0 Ц.
Солнечный коллектор из медных трубок Оба вида коллекторных систем монтируются на наклонной части кровли дома. На рисунке ниже, показан принцип обогрева здания с использованием коллектора.
Нагретый в солнечном коллекторе теплоноситель (линия красного цвета) поступает в буферный бак, выполняющий функции аккумулятора тепла и автоматизированной системы поддержания температуры в контурах отопления и ГВС.
При недостатке поступающего тепла в пасмурные дни вода в буферном баке подогревается другим доступным источником тепла, например, водой от котла на газе, являющимся основным теплоисточником системы отопления.
Благодаря автоматике ведётся постоянный контроль температуры в системе отопления. В ночное время отсутствие поступления солнечного тепла компенсируется подключением ТЭНа для поддержания комфортного уровня температуры.
Принцип работы системы отопления от солнечного коллектора Домашняя ветроэнергетика
Использование кинетической энергии воздушных потоков для нужд обогрева частного дома осуществляется в двух направлениях:
- Преобразование кинетической энергии ветра в электрическую путём вращения ротора специальных ветрогенераторов.
Полученная электроэнергия аккумулируется в аккумуляторных батареях и, по мере надобности, через инверторы (по аналогии с технологией обогрева от солнечных батарей) используется для подогрева воды в системе отопления. В безветренную погоду приборы отопления подключаются в общую электросеть.
- Преобразование энергии вращающего ротора ветряка в тепловую для непосредственного нагрева теплоносителя с использованием вихревых теплогенераторов ВТГ.
Доминирующим способом в частном домостроении является изготовление своими руками и монтаж устройств, состоящих из ветряка, генератора и аккумулятора для получения собственной электроэнергии. Конструкция подкупает своей простотой и возможностью самостоятельной сборки.
Различаются между собой ветряные генераторы по следующим показателям:
- расположение оси вращения – вертикальное или горизонтальное;
- количество пропеллерных лопастей;
- шаг винта.
На рисунке ниже показан дом, оснащённый ветрогенераторами с горизонтальной осью вращения.
Ветрогенераторы для энергообеспечения частного дома Геотермальные (тепловые) насосы
Устройства, способные использовать геотермальную энергию земных недр, позволяют владельцам частных домов существенно сэкономить на газе или другом виде топлива при обогреве своего жилища. Тепловая энергия добывается непосредственно из земных глубин или со дна водоёма при помощи устройства, названного тепловым насосом.
Принцип функционирования теплового насоса аналогичен работе холодильной установки с использованием фреона:
- при прохождении жидкого фреона по трубкам на значительной глубине в водоёме или в пробурённой скважине, в которых даже зимой сохраняется плюсовая температура, фреон начинает испаряться, переходя в газообразное состояние;
- газообразная фаза фреона поднимается наверх и попадает в компрессор, который его сильно сжимает;
- при сжатии газа в ограниченном объёме происходит его нагрев до 80 градусов Ц;
- в теплообменнике фреон охлаждается;
- в дроссельной камере за счёт понижения температуры и давления фреон опять превращается в жидкость;
- цикл повторяется.
Тепловые насосы являются энергозависимыми агрегатами, однако, расход электроэнергии для работы устройства несоизмеримо ниже, чем потребовалось бы для непосредственного электрического нагрева теплоносителя.
Температура теплоносителя в системе отопления с геотермальными устройствами не превышает 50 градусов, что недостаточно для радиаторного отопления, но для «тёплых полов» – вполне достаточно.
Тепловые насосы конструктивно различаются по технологии нагрева фреона до перехода его в газообразное состояние. В зависимости от источника «низкоуровневого тепла» выделяют:
- водяные установки для получения тепла от наземных водоёмов или подземных грунтовых вод;
- земляные, «отбирающие» тепло из грунта;
- воздушные.
При классификации геотермальных аппаратов учитывают также вид теплоносителя в системе отопления – вода или воздух. Соответственно, устройства получают обозначения «грунт – вода», «грунт – воздух», «вода – вода» и т. п.
Видео про отопление
Как организовать экономичное отопление дома своими руками, рассказывается в видео ниже.
Логика перехода на альтернативное отопление заключается не только в экономии денежных средств на покупку газа или оплаты счетов за электричество.
Разумеется, цены на невозобновляемые энергоносители стремительно растут. Но как тут не вспомнить слова Д. Менделеева, сказавшего: «Сжигать нефть, всё равно, что топить печку ассигнациями»?
Неразумно сжигать тонны угля или десятки кубометров древесины ради обогрева скромного помещения и при этом наносить непоправимый урон чистоте окружающей экологии.
Во многих странах альтернативные виды отопления и энергетического обеспечения индивидуальной жилой постройки превосходят по востребованности традиционные способы обогрева. Рынок аппаратуры для отопления наполняется инновационными приборами альтернативного отопления, ассортимент которых постоянно расширяется.
Тепловой насос «воздух-вода» Вконтакте
Разработка проекта дома подразумевает решение вопроса о создании рациональной и эффективной системы отопления. Все большее число застройщиков склоняются к тому, чтобы использовать для обогрева своего жилища нетрадиционные способы.
Тепло и уют в доме – задача грамотного отопления
Реализация альтернативного отопления в частном доме – задача посильная, так как существует целый ряд современных технологий.
Высокотехнологичное оборудование дает возможность извлекать энергию из возобновляемых источников. Применение его обеспечивает, кроме тепла и уюта в доме, существенную экономию средств на приобретение энергоресурсов.
Альтернативными способами отопления принято считать, кроме использования возобновляемых источников, инновационные технологии с использованием электричества.
Что это такое альтернативное отопление?
Наверное, нет такого человека, который бы не слышал о существовании альтернативного отопления. Однако при классификации того или иного вида получения энергии нетрадиционным способом возникает некоторая путаница. Ошибочно считают, что применение и инфракрасного излучения, и биотоплива, и геотермальная энергия и ряд других – все это альтернативная энергетика. Поэтому при определении альтернативных методов получения энергии будет верно считать таковыми те, за которые потребитель не платит поставщику энергии и при этом затраты при ее получении находятся на приемлемом уровне.
Зачем это нужно?
Солнечные батареи
Основной причиной применение альтернативных систем отопления в частных домах является стремление достичь максимальной экономии средств и создание автономного энергоснабжения. Это связано с тенденцией постоянного роста цен на энергоносители и неизбежное истощение природных ресурсов.
Кроме этого, истинная любовь к окружающей среде, желание сберечь ее служат одним из побуждающих мотивов к переходу на альтернативные виды энергии. Так или иначе, процесс извлечение из земных недр полезных ископаемых и их переработка приводят к загрязнению Земли.
Варианты исполнения альтернативного отопления
Каждая из технологий альтернативного отопления, используемых для отопления частного дома, имеет свои особенности и специфику. При выборе его следует понимать поставленную задачу, которую должно решать оборудование, и конкретные условия его работы. Правильный подбор способа отопления позволит полностью отказаться от традиционной энергетики, и хозяин дома получит ожидаемый экономический эффект.
Гелиосистемы
Для отопления дома энергия солнца может быть использована следующими способами:
- Преобразованием в электрическую энергию, которая в дальнейшем необходима для работы нагревателей.
- Использовать непосредственно для осуществления нагрева теплоносителя, который естественным образом или при помощи насоса поступает в радиаторы или конвекторы.
Солнечная энергия для отопления
К простейшему методу альтернативного отопления относится создание, возможно, своими руками, отопительного коллектора, насоса и радиатора в частном доме.
Реализовать отопление за счет солнечной энергии можно следующим образом:
Энергия ветра
Конструкция и принцип действия
Ветрогенератор представляет собой конструкцию, смонтированную на штанге, которая оборудована лопастями, способными вращаться. Они подразделяются по расположению оси вращения на вертикальные и горизонтальные. По конструкции первые из них могут быть роторными или лопастными, вторые – крыльчатыми.
Ветрогенератор
В состав ветряка входят следующие элементы: турбина, которая приводится в движение при помощи лопастей или ротора, электрический генератор, аккумуляторная батарея, контроллер и инвертер.
Работа подобного устройства достаточно проста и заключается в следующем: потоки ветра приводят во вращение лопасти, которое передается генератору. При вращении генератор вырабатывает электроэнергию, которая накапливается в аккумуляторных батареях. При помощи преобразователя создается требуемое напряжение.
Энергия ветра для отопления
Генерация электроэнергии при помощи ветряков целесообразна в промышленных масштабах, так как оборудование имеет значительную стоимость. Для осуществления отопления дома вполне достаточно установить один ветрогенератор. Аккумуляторы соединяются с ТЭНами отопительной системы и ГВС.
Преимущества и недостатки
К преимуществам такого отопления относят такие факторы:
- восполняемость источника энергии;
- экологическая чистота получения энергии;
- относительно низкая стоимость электрической энергии;
- безопасность процесса генерации энергии;
- установка ветряков решает проблему получения энергии в труднодоступных местах.
Недостатками получения энергии при помощи ветрогенераторов являются:
- скорость окупаемости оборудования возрастает с увеличением числа устройств;
- для создания ветряных ферм требуется значительная площадь;
- реализовать процесс возможно в ветреной местности;
- значительная стоимость оборудования;
- шум при работе.
Тепловые насосы
Каждый из нас ежедневно пользуется агрегатом, работающим по принципу теплового насоса, но не все об этом знают. Речь идет о холодильнике, правда, функции у него иные. Нельзя не заметить тот факт, что помимо холода, происходит нагрев с тыльной стороны. При работе теплового насоса происходят аналогичные процессы, при этом тепло используется на отопление дома.
Тепловой насос
Современное отопительное оборудование, работа которого основана на принципе теплового насоса, позволяют производить отбор тепловой энергии из различных естественных источников. Почва или вода являются более эффективными источниками энергии по сравнению с воздухом.
Принцип действия теплового насоса
Жидкость с положительным значением температура (даже минимальным) проходит по испарителю, в котором происходит понижение ее температуры. Тепловая энергия, отобранная таким образом, передается в компрессор, производящий сжатие жидкости. При этом происходит увеличение ее температуры. Затем жидкость перемещается в теплообменник, где происходит снижение ее температуры, а полученная энергия передается контуру отопительной системы или ГВС. После этого остывшая жидкость движется в испаритель, и цикл повторяется.
Устройство отопительной системы с тепловым насосом
Отопление частного дома, организованное на основе технологии теплового насоса, состоит из следующих основных элементов:
- Зонд. Конструкция представляет собой разветвленную трубопроводную систему, которая является змеевиком больших размеров, помещенную в определенную среду: воду, грунт или воздух. Функция зонда заключается в отборе энергии из той или иной среды и передача на тепловой насос.
- Тепловой насос.
- Отопительная система. Основная деталь этого устройства – теплообменник. Эффективность всей системы в основном зависит от его работы, то есть от способности производить передачу тепла одной среды в другую.
Схема с тепловым насосом
Грунт-вода
Универсальность этого способа получения энергии заключается с точки зрения выбора региона для его реализации. Температура грунта, расположенного на глубине, в любом случае выше точки замерзания воды. Достижение требуемой разности температур может быть осуществлено в различных климатических зонах на различных глубинах.
Грунт-вода
Забор тепла происходит при погружении в скважину зонда-теплообменника. При этом следует понимать, что стоимость проведения бурения, установка насосного оборудования и его приобретение существенно увеличивают стоимость воплощения проекта отопления.
С целью снижения стоимости отопления дома по системе грунт-вода прибегают к укладке теплообменника в горизонтальной плоскости. Однако для этого требуется наличие значительных площадей. Укладка в этом случае ведется на глубине, превышающем уровень промерзания грунта.
Вода-вода
При наличии в местности, где расположен дом, грунтовых вод, залегающих на высоких горизонтах, стоимость реализации отопления дома тепловым насосом существенно снижается.
Энергия из воды
Энергию проще отбирать из проточной воды. При этом достаточно использовать один зонд-теплообменник.
Также не потребуется бурения скважины на существенную глубину, можно будет остановиться на 10-15 метрах.
Воздух-вода
Вентилятор
При работе системы воздух-вода, в качестве источника энергии выступает атмосферный воздух. В этом случае радиатор является теплообменником, у которого большая площадь ребер. Обдув его происходит при помощи тихоходного вентилятора.
Оборудование и его установка по стоимости существенно ниже, чем при использовании системы вода-вода. Понижение температуры воздуха приводит к снижению его эффективности, так как затрудняется отбор энергии.
Воздух-воздух
Самым дешевым альтернативным способом получения тепла является тепловой насос, работающий по принципу воздух-воздух. Сплит-система, работающая в режиме обогрева, служит примером тому.
В этом случае электроэнергия расходуется не на осуществление нагрева воздуха, а тратится на поддержание работы компрессора. Этим достигается экономический эффект, если сравнивать с работой традиционного устройства для нагрева воздуха.
Система “воздух-воздух”
Преимущества и недостатки использования тепловых насосов
Применение тепловых насосов для отопления дома имеет ряд преимуществ:
- возможность использования технологии в любом месте Земли;
- абсолютная экологичность получения энергии;
- универсальность способа заключается в возможности использования оборудования, при необходимости, в качестве кондиционера;
- достаточно высокая эффективность системы отопления при условии создания хорошей теплоизоляции помещений дома;
- высокая безопасность эксплуатации оборудования.
Основным недостатком тепловых насосов является высокая стоимость оборудования и его монтажа.
С ростом общего благосостояния всё больше и больше соотечественников открывают для себя прелести частного домовладения. При средней стоимости хорошего дома сравнимой со стоимостью городской квартиры – насколько лучше жить отдельно от всех, на свежем воздухе! Тут и тишина и покой, и отсутствие пьющих соседей и хулиганов, тишина за окнами и благодать.
При планирование переезда в частный дом необходимо понимать, что все обязанности, которые раннее лежали на плечах домовой компании станут вашими.
Вместе с тем, многие, переехав в свой дом, или только начав планировать такой переезд, сталкиваются с тем, что целый комплекс работ, выполняющийся ранее обще домовыми службами – ложится теперь полностью на плечи домовладельца.
Сюда относится и уборка придомовой территории и уход за кровлей, и обновление фасадов, и конечно отопление – без которого невозможно представить себе комфортных условий проживания в нашем суровом климате.
Многие знают, как отапливаются дома с помощью газовых или твёрдотопливных котлов, но не все слышали о таком направлении, как альтернативное отопление частного дома, которое набирает всё большую популярность в европейском строительстве, а оттуда приходит и к нам.
Альтернативное отопление дома – это термин подразумевающий использование для обогрева альтернативных источников тепловой энергии, или энергии электрической, обращённой в тепло и полученной альтернативным способом. Именно об этих системах хочется поговорить немножко подробнее.
Геоколлекторные системы
Нельзя сказать, что такие системы реальная альтернатива отоплению в частном доме, однако они уже успешно запущены и работаю в ряде домохозяйств. Критичным для подобных систем является количество солнечных дней в году. Что существенно ограничивает область их применения.
Геоколлекторная система отопления подойдет не всем, так как работа такого устройства полностью зависит от солнечного света.
Геоколлекторы, безусловно, альтернативное отопление. Система работает следующим образом:
- На крыше дома располагают непосредственно коллекторы, которые выглядят как система трубок или колб, окружённых специальными покрытиями, цель которых собрать и удержать тепловую энергию излучаемую солнцем. Они замкнуты на общую ёмкость, из неё происходит движение теплоносителя по трубам в дом;
- Дополнительно такие системы могут снабжаться насосом и даже нагревательным элементом, который включается в работу в пасмурные дни.
Помимо прочего, в состав таких сетей входят аккумуляторы тепловой энергии, накапливающие потенциал во время солнечного дня и отдающие его в ночное время. В целом они могут обеспечить достаточно комфортное пребывание в доме, если речь идёт о южных регионах, для более сурового климата они малоэффективны.
Использование ветряков
Здесь уместнее говорить не про альтернативное отопление дома в целом, а про альтернативный источник энергии для отопления. Ветряные электрогенераторы уже получили довольно широкое распространение и не нуждаются в дополнительном представлении, всё происходит предельно просто.
На опору устанавливают динамо, снабжённое специальной насадкой, приводящей его в движение. Насадка имеет несколько лопастей, от размера и количества которых зависит чувствительность ветряка. Вращаясь на оси подобно флюгеру, вслед за ветром, и преобразуя кинетическую энергию в электрическую – они вырабатывают напряжение. Затем энергия поступает в аккумуляторы, для дальнейшего применения в бытовых целях.
Она может служить кроме прочего для работы электрического отопительного котла, обеспечивая отопление в доме. Это уже реальная альтернатива отоплению в частном доме. Использование энергии ветра известно уже более нескольких веков, здесь нет ничего революционного – этот метод давно известен и проверен, в его надёжности можно не сомневаться, однако это не единственный реально работающий способ альтернативного отопления дома.
Тепловой насос
Это сложный и современный инженерный комплекс, обеспечивающий действительно эффективное отопление при минимальных затратах в период эксплуатации. Существенным недостатком такой системы является только неоспоримая дороговизна её монтажа. Тем не менее многие идут на эти расходы – ведь они многократно окупаются со временем. Насколько приятно ни от кого ни зависеть, не тратить деньги на обогрев каждый месяц и, тем не менее, быть в тепле.
Принцип действия прост и оригинален. Тепловой насос перекачивает тепловую энергию из глубинных слоёв грунта, которые всегда остаются нагретыми, и передаёт её всему сооружению. Это несложная система труб, закопанных глубоко в землю. Строго по законам физики – нагретый теплоноситель стремится вверх, остывая же он, возвращается, и цикл замыкается.
Кроме этого – в летний зной система может служить для охлаждения дома. Главное помнить, что для корректной её работы необходим насос, а значит электричество. Нет электричества – нет отопления. Так что стоит иметь как минимум генератор, ведь никогда нельзя быть уверенным до конца, что свет не отключат, а вместе с ним уйдёт и тепло из труб.
Ещё одним важным моментом в работе такой системы является использование специального антифриза, которое позволить повысить КПД системы. Экономия будет весьма и весьма ощутима.
Инфракрасные системы
Одним из реально работающих вариантов альтернативного отопления дома являются инфракрасные системы, известные под названием ПЛЭН (плёночный электрический нагреватель). Выглядят они как тонкая плёнка, состоящая из нескольких спрессованных слоёв, включающих в себя нагревательный элемент. Он излучает тепловую энергию в инфракрасном спектре и монтируется, как правило, под пол помещения.
Простота монтажа и обслуживания, а также низкий показатель электропотребления и отсутствие видимых частей системы – сделали их на сегодняшний день очень популярными. Нагрев идёт от пола к потолку, воздух не сушится, а на уровне от пояса и выше создаётся максимально комфортная температура.
Управление обеспечивается посредством электронного реостата. Монтируется система на черновой пол, который выстилают специальным материалом – изолоном, представляющим собой строительную пенку с нанесённой с одной стороны фольгой, отражающей тепло в помещение.
Монтаж может производиться самостоятельно, в нём нет ничего сложного. По окончанию сборки систему проверяют на работоспособность и перекрывают плотным полиэтиленом. По окончании этих работ пол выстилают ламинатом или линолеумом.
Дополнить такое решение можно отдельными инфракрасными обогревателями, установленными в местах скопления людей возле окон и дверей, выполняющих функцию дополнительной тепловой изоляции помещения.
Заключение
В статье были разобраны представленные на сегодняшний день на рынке альтернативные способы отопления дома. Не стоит забывать, что классический вариант отопления с использованием котла, расширительного бака и системы труб и клапанов несмотря на значительные энергетические затраты является наиболее предпочтительным вариантом для сурового климата. А все способы, описанные в статье, могут стать дополнением к базовой системе отопления, но самостоятельное их использование может поставить под угрозу вопрос о теплоснабжении здания в зимний период. Так что не забывайте подстраховать себя классикой, какую бы современную систему не предлагал вам рынок.