Альтернативное отопление для загородного дома

Оглавление

Эффективное применение солнечных коллекторов

Для использования этой технологии с высокой эффективностью потребуется соблюдать некоторые рекомендации:

Солнечное отопление использовать в качестве основного можно только в тех регионах, где на протяжении месяца бывает около 20 солнечных дней. В противном случае потребуется установить резервную отопительную систему.
Размещать коллекторы нужно на максимально доступной высоте так, чтобы на них падало как можно больше солнечных лучей, а их поток был равномерным на протяжении светового дня.
Трубы для соединения коллекторов с теплообменником необходимо изолировать, чтобы минимизировать энергопотери.

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

Вентиляция

Использование вентиляции, как источника отопления, по крайне мере, звучит интересно, ведь назначение вентиляции — удалять из помещений воздух, в котором содержится пыль, ощущается дефицит кислорода и наличие неприятных запахов. Но ведь с воздухом удаляется и часть теплоты. Как это может быть использовано? Также в систему вентиляции (в ее приточную часть) можно своими руками установить ТЭН для подачи в дом подогретого воздуха.

Системы используют теплый отходящий воздух для подогрева холодного, приточного воздуха. Лучшая экономичность, показатели использования оборудования достигаются при регулировании расхода воздуха согласно его действительной потребности.

Возобновляемые природные источники тепловой энергии

Однако существуют такие системы и источники тепла, затраты на эксплуатацию которых существенно ниже, чем во всех описанных выше случаях, в том числе и при газовом отоплении. Речь идет о возобновляемых природных источниках тепловой энергии:

Энергия ветра.
Тепло земли.
Солнечная энергия.

Энергия ветра

Предназначенные для индивидуального использования ветроэнергетические установки (ВЭУ) в основном применяются для производства электрической энергии для решения задач энергообеспечения дома.

В основе принципа действия данных установок лежит процесс вращения колеса при помощи силы ветра с последующей выработкой электрической энергии.

Схема работы отопления от энергии ветра. Нажмите для увеличения.

Эффективность использования ВЭУ существенно увеличивается при дополнительном использовании источников бесперебойного питания, гелиевых аккумуляторных батарей либо дополнительных фотоэлектрических панелей.

Основной недостаток ВЭУ — использование энергии ветра на полную мощность в наших климатических условиях возможно лишь 70-110 дней в году.

Тепло земли

Альтернативное отопление в частном доме может быть выполнено в виде теплового насоса, обеспечивающего сбор низкотемпературной тепловой энергии грунта, повышение ее теплового потенциала и транспортировку в систему теплоснабжения дома.

Тепловые насосы безопасны с экологической точки зрения, экономичны, способны утилизировать практически любой вид низкотемпературной теплоты.

Схема отопления дома энергией земли. Нажмите для увеличения.

К недостаткам данного варианта устройства систем теплоснабжения (отопление, горячее водоснабжение, кондиционирование воздуха) относится относительная сложность монтажа и установки, которую обязательно нужно производить при устройстве нулевого цикла из-за большого объема земляных работ.

Солнечная энергия

Использование солнечной энергии относится к разряду наиболее перспективных направлений, в том числе и в условиях умеренного климата. Принцип действия подобных систем довольно прост.

Принцип работы солнечных батарей. Нажмите для увеличения.

В гелиоколлектор поступает солнечная энергия, где производится ее преобразование в тепловую. Теплоноситель обеспечивает передачу тепловой энергии в системы отопления, горячего водоснабжения либо аккумулятор, откуда производится ее конечное потребление.

Основное достоинство солнечного отопления — практически «дармовой» возобновляемый источник энергии на протяжение круглого года.

Из недостатков можно отметить первоначальные затраты по монтажу системы и нежелательность использования в частном жилом доме в качестве основного источника тепла.

Послесловие

В данной статье мы довольно кратко рассмотрели отопление частного жилого дома, альтернативное газовому. Надеемся, что после ее прочтения вы сможете выбрать наиболее оптимальный для вас источник отопления либо отдадите предпочтение комбинации описанных выше схем.

Как это работает

Общеизвестный факт, что температура грунта на глубине около 1.5 м и более постоянна в течение всего года. Ее значение лежит в диапазоне плюс 5—7 °С, причем температура постепенно повышается с ростом глубины. Благодаря такому явлению люди хранят продукты и овощи с огорода в подвалах.

Получается, что температура там всегда положительна и грех не использовать это тепло из земли для обогрева жилья.

Перемещать в помещения такое слабенькое тепло, как +7 °С абсолютно бессмысленно. Задача стоит не так: нам нужна именно энергия, а не температура. И в этом может помочь обычный кондиционер, только перевернутый наоборот. Ведь что он делает? Летом берет энергию изнутри здания и перемещает его наружу, а зимой – в обратном направлении. Это происходит благодаря теплообменным процессам внутри холодильной машины (цикл Карно).

Если вкратце и простыми словами, то внутри кондиционера циркулирует между двумя теплообменниками жидкость – хладоноситель. В первом она испаряется, отбирая теплоту от воздуха помещения, а во втором – конденсируется, отдавая ее в окружающую среду. Переходу хладагента из одного агрегатного состояния в другое способствуют 2 главных агрегата – компрессор и расширительный клапан.

Таким же образом выделяется тепловая энергия земли. По контуру из труб, помещенному вглубь грунта, движется теплоноситель, нагретый до температуры +7 °С. В первом теплообменнике он встречается с рабочим телом – фреоном, заставляя его испариться. Во втором фреон конденсируется, передавая полученную тепловую энергию системе отопления.

В результате такого перемещения земля охлаждается на 2—3 °С, а вот дом прогревается на 20—40 °С

Не стоит обращать внимание на несоответствие температур, ведь в земляном контуре тоже циркулирует в 10 раз больше жидкости, чем в отопительном. Энергозатраты – мизерные, расходуется электричество для работы компрессора, насоса и автоматики. В целом соотношение затрат энергии к добытой из земли – примерно 1 : 5—1 : 7

В целом соотношение затрат энергии к добытой из земли – примерно 1 : 5—1 : 7.

Применения электричества для организации отопления

Применение электроэнергии один из способов создать отопление частного дома без газа с монтажом водяного контура. Конечно это дорогостоящий вид обогрева. В принципе возможны следующие электрические системы отопления для частного дома с использованием электроэнергии:

использование электрокотла для водяного отопления;
размещение в помещениях дома электрических конвекторов;
использование инфракрасных обогревателей;
создание теплых полов.

Электрический конвектор

Электрический конвектор – простейшее устройство для нагрева воздуха в жилом помещении. Устройство отопления методом установки электрических конвекторов подкупает простотой монтажа, безопасностью, наличием защиты от перегрева и экологичностью. Инфракрасные обогреватели не менее удобны для применения, а иногда выбирается комбинированный вариант использования электрических обогревателей.

Подобные устройства легко объединить в одну систему и обеспечить ее работу в автоматическом режиме. Если на электрические конвекторы для отопления частного дома цены вполне доступны, то постоянный рост тарифов на электроэнергию уменьшает спрос на эти удобные системы обогрева.

Инфракрасные теплые полы

Одним из наиболее востребованных вариантов для загородного дома являются инфракрасные теплые полы. Они выпускаются в виде пленки, толщина которой около 3 мм. Монтаж такого пола простой и доступный. Пленка укладывается под любое напольное покрытие. Нередко пленку устанавливают на стены и даже на потолок. На потолке «теплый пол» размещают чаще всего в двухэтажных коттеджах или в домах с мансардой. Большая площадь обогрева ускоряет обогрев всего помещения и экономит до 40% электроэнергии.

Электрический котел

Электрические котлы вполне достойная замена газовым котлам. С их помощью легко создать отопление дома альтернативное газовому отоплению. Только цена электричества существенно ограничивает спрос на эти удобные и безопасные приборы.

Каждые 100 м2 требуют мощности 10 кВт. Если нужно будет установить мощный котел, то придется согласовать его установку с Энергонадзором. Электропроводка в доме, как правило, не соответствует требованиям, поэтому делают дополнительную линию от входа до котла.

По принципу действия котлы использующие электроэнергию для нагрева теплоносителя делятся на:

электрический котел с установленными ТЭНами;
электродный электрический котел;
индукционный электрический котел.

Все вышеперечисленные приборы имеют общие особенности, которые отличают их от газовых и твердотопливных котлов. Эти особенности, которые могут стать преимуществами при применении котлов для отопления загородных домов:

высокий уровень безопасности;
бесшумность;
простая регулировка температуры жилья, возможность автоматизации;
нет проблем с топливом, его транспортировкой и хранением;
не вредят окружающей среде;
легко устанавливаются;
могут быть напольными, настенными, трехфазными и однофазными.

Электродный котел

Электродный котел — самый экономичный электрокотел для отопления частного дома, обладающий небольшими размерами. По сравнению с ТЭНовыми котлами, экономия достигает 40 %. Характеризуются отсутствием накипи и быстротой нагрева воды.

ТЭНовый котел

ТЭНовый котел нагревает воду в контуре посредством трубчатых нагревательных элементов. Его основная функция – генерировать тепло. Контур отопления практически ничем не отличается от схем, применяемых для газовых или твердотопливных котлов. При этом нужно правильное расположение батарей отопления в частном доме относительно окон. Если окон несколько, то радиаторы устанавливаются под каждым окном.

Существуют правила и нормы установки батарей отопления:

между стеной и батареей расстояние не менее 2 см;
между подоконником и радиатором 8 – 10 см;
между полом и низом батареи 10 – 12 см;
во всех случаях желательна установка теплового экрана.

Индукционный котел

Индукционный котел можно представить в виде электромагнитного индуктора, или трансформатора, который имеет первичную и вторичную обмотку. Вторичной обмоткой служит корпус, в котором наводятся так называемые вихревые токи Фуко. Поскольку корпус котла является короткозамкнутым витком, то в нем наводятся значительные токи нагревающие корпус котла, следовательно, и теплоноситель. Индукционные котлы более экономным, чем ТЭНовые котлы и вполне применимы как альтернативные виды отопления частного дома или дачи.

Виды альтернативных источников энергии

1. Солнечная энергия

Солнце — главный источник энергии на Земле, ведь около 173 ПВт (или 173 млн ГВт) солнечной энергии попадает на нашу планету ежегодно, а это более чем в 10 тыс. раз превышает общемировые потребности в энергии. Фотоэлектрические модули на крыше или на открытых территориях преобразуют солнечный свет в электрическую энергию с помощью полупроводников — в основном, кремния. Солнечные коллекторы вырабатывают тепло для отопления и производства горячей воды, а также для кондиционирования воздуха.

Солнечные панели могут вырабатывать энергию и в пасмурную погоду, и даже в снегопад. Для наибольшей эффективности их стоит устанавливать под определенным углом — чем дальше от экватора, тем больше угол установки панелей.

Съедобная упаковка и солнечный парус: новинки космических эко-технологий

2. Энергия ветра

Использование ветра в качестве движущей силы — давняя традиция. Ветряные мельницы использовались для помола муки, лесопильных работ) и в качестве насосной или водоподъемной станции. Современные ветрогенераторы вырабатывают электроэнергию за счет энергии ветра. Сначала они превращают кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, а затем в электрическую энергию.

Ветроэнергетика является одной из самых быстроразвивающихся технологий возобновляемой энергетики. По последним данным IRENA, за последние два десятилетия мировые мощности по производству энергии ветра на суше и на море выросли почти в 75 раз — с 7,5 ГВт в 1997 году до примерно 564 ГВт к 2018 году.

3. Энергия воды

Еще в древнем Египте и Римской империи энергия воды использовалась для привода рабочих машин, в том числе мельниц. В средние века водяные мельницы применялись в Европе на лесопильных и целлюлозно-бумажных предприятиях. С конца XIX века энергию воды активно используют для получения электроэнергии.

4. Геотермальная энергия

Геотермальная энергия использует тепло Земли для производства электричества. Температура недр позволяет нагревать верхние слои Земли и подземные водоемы. Извлекают геотермальную энергию грунта с помощью мелких скважин — это не требует больших капиталовложений. Особенно эффективна в регионах, где горячие источники расположены недалеко к поверхности земной коры.

5. Биоэнергетика

Биоэнергетика универсальна. Тепло, электричество и топливо могут производиться из твердой, жидкой и газообразной биомассы. При этом в качестве возобновляемого сырья используются отходы растительного и животного происхождения.

Энергия из спирта и навоза: преимущества и недостатки биотоплива

6. Энергия приливов и отливов

Приливы и волны — еще один способ получения энергии. Они заставляют вращаться генератор, который и отвечает за выработку электричества. Таким образом для получения электроэнергии волновые электростанции используют гидродинамическую энергию, то есть энергию, перепад давления и разницу температур у морских волн. Исследования в этой области еще ведутся, но специалисты уже подсчитали — только побережье Европы может ежегодно генерировать энергии в объеме более 280 ТВт·ч, что составляет половину энергопотребления Германии.

Как устроена самая мощная в мире приливная турбина

Геотермальное отопление

Весьма остроумное устройство – тепловой насос – позволяет получить тепло даже от, казалось бы, довольно прохладных (их еще называют низкопотенциальными) источников.

Таковыми являются грунт, залегающий на 2-метровой глубине, придонные слои воды в покрытом коркой льда пруду и даже морозный зимний воздух. Вообще говоря, тепловым насосом пользуется каждый, у кого есть холодильник или кондиционер, но мало кто задумывался о возможности применения этого изобретения для бесплатного отопления дома.

В тепловом насосе циркулирует специальный газ – хладагент. При расширении он, как и все газы, охлаждается и начинает вбирать тепло от одного из вышеуказанных источников. Затем газ сжимается, что сопровождается его нагревом до температуры в 50 – 70 градусов. Теперь он сам становится источником тепла для рабочей среды, циркулирующей в системе отопления. Отдав часть своей внутренней энергии, хладагент снова охлаждается в расширительной камере и весь цикл повторяется сначала. Конечно, для работы теплового насоса необходима электроэнергия (главным ее потребителем является компрессор), но зато на каждый ее кВт приходится 3 – 5 кВт полученного тепла.

Самый недорогой, но и наименее производительный тепловой насос представляет собой сплит-систему, у которой испаритель и теплообменник поменяли местами. Более продуктивно работают системы, «перекачивающие» тепло грунта или водоема. Их неотъемлемая часть – наружный контур значительных размеров. Из-за высокой стоимости его монтажа и самого насоса у нас этот вариант альтернативного отопления пока не получил массового распространения.

Металлические печи

Когда-то их называли буржуйки. Название это ведёт свое начало из далёких времён гражданской войны и последующей разрухи, когда самые простые радости жизни ассоциировались с большим богатством.

С тех пор многое изменилось, но железную печь по-прежнему называют буржуйкой. Сейчас они выглядят иначе. Многие из них снабжены окошками из огнеупорного стекла, но суть их не изменилась — они быстро нагреваются и так же быстро остывают.

Может еще и потому эту печь назвали буржуйкой, ведь для поддержания постоянно высокой температуры требуется по-буржуйски много дров.

Народная фантазия

В сибирских таёжных избах, куда можно довести чугунную печь, но сложно доставить кирпич, буржуйку обкладывают с трёх сторон большими камнями, обкатанными речкой. Получается красиво и функционально — камни нагреваются и медленно отдают тепло воздуху.

Такой приём вполне применим и в условиях загородного дома — когда в дом построен, а отопление еще не готово. В какой-то степени камни выполняют противопожарные функции, вбирая в себя случайные искры и излишнее тепло. Каменные сооружения могут послужить поводом для полёта фантазии дизайнера.

Эффективность металлической печи возрастёт, если оборудовать её змеевиком для нагрева воды и подключить к нему отопительные батареи.

Что можно реализовать?

Ученые и инженеры предлагают большое количество проектов с использованием солнечной энергии. Правда, сегодня это достаточно затратное мероприятие, но кто хочет отойти от традиционных энергоносителей, выбирает именно их.

Рассмотрим некоторые варианты:

Солнечные батареи

Начнем с солнечного коллектора как с самого простого. Обычно его включают в качестве дополнительного источника горячей воды в виде второго агрегата, соседствующего с электрическими или газовыми нагревателями. Особенно хорошо работает этот вариант с установленными в резервуаре ТЭНами. Оборудованный специальными температурными датчиками коллектор регулирует включение ТЭНов в зависимости от падения температуры до определенного показателя.
Солнечные батареи с контролером. Это одно из самых простых решений. Вырабатываемая энергия от солнечных панелей не попадает в аккумуляторы и не собирается, а сразу используется по прямому назначению. В этом случае приходится устанавливать переключатель, который будет отсекать две магистрали — от городской сети электрического тока и от солнечных батарей. Днем он переключается на вторую магистраль, а вечером — на первую. Экономия явная, но опять-таки все дело в высокой цене солнечных панелей.
Солнечные батареи для отопительной системы известны давно и активно применяются сегодня во многих развитых странах. Здесь важен принцип аккумулирования электрической энергии, которая получается в результате трансформации энергии солнца. Аккумуляторы играют очень важную роль, накапливая в себе необходимый электрический ток. Им можно пользоваться не только для отопления дома, но также для освещения и прочих нужд.

Это очень перспективный вариант, но с один неприятным минусом — солнечные панели отличаются высокой себестоимостью и небольшим сроком эксплуатации. Служат они не более 5 лет, после чего их необходимо обновлять. При этом их цена практически равна стоимости использованного за эти 5 лет газа или других видов топлива.

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.

https://www.youtube.com/watch?v=NhRILYd9u6A