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
Тепло из земли
Большинство систем геотермального отопления получает тепло из земли, накопленное там за период тёплого времени. Для этого трубы, в которых циркулирует низкокипящий теплоноситель, заглубляют в грунт.
При наличии свободной площади на участке применяется горизонтальная укладка, в противном случае внешний контур погружается в вертикально пробуренные скважины.
Горизонтальная укладка
При устройстве горизонтального контура, необходимо учесть глубину промерзания почвы. Для большей части европейской России, Южного и Среднего Урала, части юга Сибири, а также Приморского края эти показатели не превышают 2–2,5 метров. Как правило – эта глубина составляет 0,6–1 метр.
Труба под внешний теплоноситель укладывается в предварительно прорытые траншеи, глубиной 1,5–2,0 метра. К концу холодного сезона температура там не опускается ниже +1– -1°C, что вполне достаточно для образования перепада в 4–5°C.
Это позволяет поддерживать комфортный климат в помещении со значениями 20–25°C. Средняя длина труб составляет около 500 метров и её длины хватает для отопления дома площадью 250–350м².
Расчёт необходимых потребностей в размерах коллектора осуществляется из соотношения 20–25Вт с одного метра трубы. Зная полезную тепловую мощность можно определить длину заглубленного контура. Для вышеприведённого примера, с учётом коэффициентов теплопередачи, размеры трубы составят не менее 300–350 метров.
Объём земляных работ значителен, поэтому целесообразно воспользоваться услугами стороннего траншеекопателя. В случае перекрещивания коллектора со сточной системой, последнюю можно углубить на 30–50 см ниже, нежели основная траншея.
С целью повышения эффективности системы отопления и нехваткой свободной площади устраиваются многоуровневые контуры. То есть применяются несколько рядов, расположенных по высоте на 70–100см друг от друга.
Вертикальная укладка
Такая система используется при ограниченных свободных площадях, но она более эффективна, нежели горизонтальная система. Впрочем, все полезные результаты могут быть сведены на нет более дорогим монтажом. Система может использовать погружные зонды или водозаборные скважины.
Зонды
В грунте выполняются две или более вертикальные скважины, в которые опускаются внешние контуры, — по одной трубе течёт отработанный теплоноситель, по другой, — подогретый теплом земли. Глубина скважин может достигать 40–70 метров.
Эффективный отбор тепла достигает в среднем около 50–55Вт, что почти в 2 раза больше по сравнению с горизонтальным контуром. Но конструкция коллекторов более сложна, например, применяется коаксиальная труба, — это одно изделие меньшего диаметра находится внутри другого.
Необходимо соблюдать герметичность. Все трубы требуется теплоизолировать, система обрастает различной арматурой.
Скважины
В этом случае используется забор тепла от подземных вод, что значительно повышает тепловую эффективность системы отопления. Это происходит благодаря более высокой температуре влаги и значительному коэффициенту теплообмена.
При такой системе геотермального отопления необходимы минимум две скважины, — одна – заборная, другая – сбросовая. Понадобятся скважинные насосы, и, соответственно, дополнительная энергия для их питания. Кроме этого, с целью предотвращения замораживания воды, целесообразно использовать предохранительный теплообменник.
При выборе этого способа понадобится периодически, — один раз по истечении сезона менять рабочие скважины местами. Для этих целей необходимо запастись ещё одним скважинным насосом.oes here
Большой плюс этой системы – минимальное количество земляных работ и большая теплоотдача.
Повысить эффективную отдачу тепла можно применив солнечные коллекторы, которые нагреваясь в солнечную погоду, могут передавать дополнительное тепловую энергию для нагрева грунта.
Варианты бесплатного отопления: есть ли они?
Но, наверное, больше всего владельцев интересует вопрос, про бесплатное отопление.
Как это работает?
Бесплатное отопление дома подразумевает проектирование специальных систем, которые бы использовали энергию природных ресурсов и превращали ее в электричество. А с помощью электричества можно отопить и весь дом.
Так, актуальные по всему миру идеи солнечных батарей, ветряных мельниц, использования воды в качестве генератора энергии постепенно начинают задействоваться и у нас.
Ученые также работают над системами, которые бы преобразовывали в электроэнергию кинетическую энергию от движения людей.
Конструкция своими руками
Конструкция солнечных установок не настолько сложна, чтобы люди, обладающие некоторой подготовкой, были не в состоянии самостоятельно изготовить и запустить их в своих домах. Гелиосистема для отопления дома 100 кв м своими руками — это вполне воплотимый замысел, который поможет существенно сэкономить на приобретении и ремонтных работах. Рассмотрим возможные варианты.
Термосифонная гелиосистема
Термосифонные гелиосистемы — это трубчатые коллекторы, которые были рассмотрены выше. Существуют безнапорные и напорные конструкции, различающиеся способом циркуляции теплоносителя. Безнапорные работают на естественном перемещении жидкости и не нуждаются в электроэнергии, состав комплекса намного проще и дешевле. Напорные способны обеспечить заданный режим циркуляции и позволяют получить максимальную эффективность. Наиболее активная работа таких систем — период с апреля по октябрь, чем севернее регион, тем короче срок наибольшей активности установок.
Воздушная гелиосистема
Воздушные коллекторы — это установки, использующие в качестве теплоносителя воздух. Они обогревают дом вентиляционным методом, что позволяет серьезно экономить на создании отопительных контуров и пользоваться системой круглый год.
Коллектор представляет собой полый черный ящик, в котором от солнечного тепла нагревается воздух. Теплый воздух направляют в помещение, а остывший — в коллектор на подогрев. Для снижения теплопотерь ящик устанавливается в прозрачную герметичную емкость, защищающую от внешних воздействий — ветра, низкой температуры и т. п. Вход и выход размещают в разных помещениях для увеличения разницы давления и организации самостоятельно циркуляции потоков.
Схемы подключения к системе отопления
Обогрев частного дома на солнечных батареях можно организовать как с использованием фотоэлектрических батарей, так и с помощью солнечных коллекторов. В зависимости от выбора оборудования, природных условий и времени эксплуатации схемы подключения отличаются. Система может работать как автономно, так и в тандеме с существующей системой отопления.
С водяным коллектором
Различают зимние и летние варианты подключения водяного коллектора к системе отопления частного дома. В летнем варианте тепло обычно используется для горячего водоснабжения (например, на даче). Система в таком исполнении может использоваться без насоса для циркуляции жидкости. Циркуляция воды и теплообмен будут происходить за счет естественной конвекции. В качестве теплообменной жидкости чаще всего выступает вода.
Летняя схема подключения солнечного коллектора
Коллектор нагревает воду, которая, за счет конвекции, поступает в накопительный бак, где и происходит теплообмен. Охлажденная жидкость подается обратно на коллектор. По мере расходования горячей воды из накопительного бака, снизу в него поступает холодная вода от источника водоснабжения.
Система на естественной циркуляции сама по себе не сложная, но при этом неустойчива и требует тщательного монтажа, с соблюдением углов наклона. Бак должен быть расположен выше, чем коллектор, и для повышения эффективности, его нужно хорошо утеплить.
Если в летнюю систему добавить насос циркуляции, датчики температуры и контроллер, то система станет много эффективнее. В этом случае, датчики температуры устанавливаются на выход из коллектора и в накопительный бак. Ориентируясь на показания датчиков температуры, контроллер будет запускать или останавливать циркуляционный насос, тем самым регулируя температуру воды.
Схема подключения солнечного коллектора с насосом циркуляции
Варианты реализации отопления и горячего водоснабжения могут быть различными. Но, если систему планируется использовать зимой в средних широтах, то стабильно работать она будет только в связке с существующей системой отопления, дополняя или дублируя её. Например, можно реализовать систему теплый пол от солнечных батарей, а основную систему отопления радиаторами, сделать с помощью газовых или электрических ТЭНов. В холодные периоды температуру в доме всегда можно поддержать обычной системой отопления.
С солнечной батареей
Как и в схеме с коллектором, создать достаточно мощную систему отопления частного дома на от солнечной батареи на фотоэлектрических элементах, будет стоить очень дорого. Примерная площадь только самих батарей потребуется около 30 м2. Аккумуляторы нельзя разряжать ниже 30% уровня, что также потребует большой начальной ёмкости. Поэтому электрическую станцию на солнечных батареях можно так же монтировать в тандеме с общей сетевой. Установка даже не очень мощной и недорогой системы сэкономит затраты на электроэнергию, и компенсирует перебои напряжения.
Схема подключения солнечной электростанции в частном доме
Система состоит из:
- солнечных элементов;
- инвертора;
- аккумуляторных батарей;
- контроллера заряда.
Ток с солнечных панелей поступает на контроллер заряда, который регулирует заряд аккумуляторов, и распределяет ток между аккумуляторами и потребителем. Если от солнечных элементов поступает мало энергии, и аккумуляторы разряжены, то питание потребителей происходит от городской сети.
Инвертор преобразует постоянный ток в переменный однофазный 220 В. В некоторых системах функции инвертора и контроллера могут быть объединены в одном устройстве.
Гибридные системы обладают большой устойчивостью, и экономят электроэнергию. Но их можно и разделить по тому же принципу: отдельные обогреватели в доме можно запитать от розеток, работающих на солнечных батареях, остальные — от городской системы энергоснабжения. Если вторую систему снабдить системой автоматического регулирования, то температура в доме будет поддерживаться на требуемом уровне, при этом по максимуму будут использованы возможности солнечной электростанции.
Достоинства и недостатки обогрева от тепла земли
Проведя подробный анализ, удалось выделить положительные и отрицательные стороны таких систем.
Плюсы:
Экономия: используется бесплатная энергия земли.
- Масштабность: земля настолько большая, что собирать энергию можно бесконечно, тем более она генерируется постоянно.
- Экология: решение экологических вопросов, связанных с добычей нефти, газа, угля.
- Автономность работы. Такая энергия безгранична, поэтому автономная работа по высасыванию тепла не прекращается.
- Возможность самостоятельной сборки. Благодаря этому системы и получили популярность.
Минусы:
Если рассчитывать на долгосрочное использование, то придётся покупать довольно дорогую систему. Цена варьируется в пределах 3—10 тыс. долларов.
Когда может возникнуть необходимость в альтернативном отоплении
- Участок, на котором расположен дом, не подключен к газовой магистрали.
- Газ поставляется с перебоями.
- Владелец дома хочет сэкономить на отоплении.
- Подключение к газовой магистрали невозможно ввиду высокой стоимости.
Отопление дома альтернативными источниками условно можно разделить на два вида:
- Оборудование, которое работает в дополнение к газовому котлу. Оно не способно полноценно обеспечить жилище теплом, поэтому используется для поддержки работы котла в пиковые нагрузки.
- Оборудование, которое заменяет газовый котел. Вырабатывает достаточную отопительную мощность для обогрева здания.
Геотермальное отопление дома
Для практического применения по-настоящему полезного бесплатного отопления дома рекомендована установка геотермальных систем. Они представляют собой три контура, каждый из которых выполняет определенную функцию.
Наружный контур. Должен располагаться в грунте на глубине не менее 10 м. Альтернатива – погружение труб в близлежащий водоем
Важно, чтобы температура среды была на 7-8°С выше, чем на поверхности;
Средний контур. В нем с помощью теплообменника энергия от нагретой воды (не менее 10-12°С) передается хладагенту
После сжатия в компрессоре его температура повышается до 65-70°С;
Внутренний контур. Для бесплатного отопления своими руками с помощью геотермальной установки нужно передать температур хладагента воде в системе отопления. Эту функцию выполняет второй теплообменник.
Однако еще на этапе проектирования нередко сталкиваются с проблемой самостоятельной организации бесплатного отопления частного дома. Прежде всего – в установке труб наружного контура. Предварительно выполняется расчет глубины залегания магистрали, где температура будет оптимальной в зимнее время. Использование водоема, как основной среды с повышенной температурой не всегда возможно физически.
Для бесплатного отопления, сделанного своими руками, с тепловым насосом типа «вода-земля» нужно предварительно проверить глубину замерзания водоема. Трубы должны располагаться ниже этой точки на 15-20 см.
Также для отопления дома с помощью бесплатной энергии нужно выполнить земляные работы. Для сверления вертикальных скважин потребуются услуги специализированной компании. И, кажется, что сделать самостоятельно без проекта отопление частного дома бесплатно невозможно. Стоимость комплексной услуги вместе с оборудованием в среднем составляет 750-800 тыс. руб. Но эту цифру можно существенно уменьшить, если сделать грамотное распределение средств при организации бесплатного автономного отопления частного дома:
- Тепловой насос можно приобрести самостоятельно. В среднем, на 1 кВт потребляемой электрической мощности он будет вырабатывать 10 Квт тепловой энергии. Стоимость грунтовых моделей составляет 290-300 тыс. руб. Насосы типа «земля-земля» обойдутся дороже – от 340 тыс. руб;
- Для расчета продолжительности наружной магистрали в бесплатном отоплении частного дома можно воспользоваться онлайн калькулятором. Но при этом точность будет значительно ниже, чем при заказе платного проекта геотермальной установки. Подобная документация может обойтись в 25-30 тыс. руб;
- Сверление скважин в грунте можно поручить компании по организации систем автономного водоснабжения. Они могут заниматься монтажом элементов бесплатного отопление дома. Своими руками сделать эту работу проблематично.
Все остальное делается самостоятельно. Пример организации бесплатного отопления частого дома своими руками показан на видео:
Для самостоятельного проектирования и монтажа бесплатного отопления частного дома своими руками лучше всего ознакомиться с фото и видео материалами. Наглядный пример поможет оценить трудоемкость будущей работы, а также станет основой для организации всего процесса.
Бесплатное отопление дома солнцем Вся правда!
Достоинства и недостатки таких систем
Застройщики по разным причинам задумываются об альтернативном отоплении дома или квартиры. Владельцев жилья меньше всего интересуют модные тенденции, всем нужны новые возможности, которые можно получить:
- Экономия средств на оплату счетов за использованные энергоносители. Электричество, газ, солярка и даже дрова – всё это регулярно дорожает, и процесс этот необратим.
- Обеспечение полной автономности, или хотя бы снижение зависимости от общих сетей и сторонних поставщиков. Практика показывает, что подобные системы чаще всего используются как альтернатива газовому отоплению за неимением возможности подключиться к магистрали.
- Не нужно общаться с чиновниками, чтобы получить целый ряд необходимых документов. Не придётся просить выделения дополнительных мощностей (электричество), или, например, разрешения на врезку в газовую трубу.
- Сторонников экологичности не может не радовать тот факт, что ветряки, тепловые насосы или гелиосистемы позволяют использовать действительно чистые источники энергии.
- Энергоустановки полностью безопасны для людей и жилища, так как нет процесса горения (огонь, легковоспламеняющееся топливо, дымовые газы).
К сожалению, во всех отношениях идеального варианта пока нет. Где-то получаем уж очень малый КПД, в других случаях имеем жёсткие ограничения по условиям эксплуатации, что на практике выливается в слишком нестабильные параметры энергоснабжения. Некоторые установки для работы нуждаются в электроэнергии и не способны работать автономно. Другие имеют слишком высокий ценник, из-за чего окупаемость капиталовложений может растянуться на десятилетия или вовсе быть под вопросом.
Солнечные коллекторы в отопительной системе
Отдельный вопрос – техническая сложность подобных энергоустановок. Непрофессионалу непросто их установить и настроить, не говоря уже о том, чтобы «с нуля» сделать альтернативное отопление своими руками. Например, создать достаточно мощный (а главное – рабочий) ветряк.
Выбирая альтернативные способы отопления частного дома, нужно уделить внимание следующим моментам:
- стоимости капитальных затрат,
- расходам при эксплуатации,
- сроку службы оборудования до первых отказов,
- техническим возможностям для установки,
- требованиям к условиям эксплуатации (количество солнечных дней, наличие ветров и т.п.),
- реальной производительности.
