Скільки б не говорилося про ефективність використання тих чи інших традиційних видів палива, їх запаси на землі таки обмежені, тому й ціни на газ, нафту та інше зростають у геометричній прогресії. Тому ігнорувати альтернативні джерела енергії - значить не думати про майбутнє. Сьогодні природну (її ще називають відновлюваної) енергію навчилися отримувати з вітру, сонця, води і навіть землі. У приватному житловому будівництві найбільше застосування можуть знайти теплові насоси та геліоколектори. Перші постачають тепло з грунту, води або повітря, другий перетворять сонячне випромінювання.
Теплові насоси дозволять обігріти будинок в зимовий час (а деякі моделі - і охолодити його в літню спеку), геліоколектори внесуть свою лепту в зниження витрат на підігрів гарячої води. Перешкодою для широкого розповсюдження обох видів техніки і раніше залишається їх висока вартість. Багато домовласники вважають за краще економити тут і зараз. Тим часом, ціни на енергоресурси зростають незмінно, і в яку ціну буде обходитися більш традиційний обігрів через 5 або 10 років - сказати складно. А адже витрати на установку теплового насоса і геліоколектора - це разові інвестиції, які з кожним днем будуть все більше окупати себе.
Холодильник навпаки
Говорячи науковою мовою, тепловий насос (ТН) - це пристрій, який перетворює низькотемпературне тепло джерела в високотемпературне. Простіше кажучи, ТН працює так само, як і звичайний холодильник, але з точністю до навпаки. Холодильник викачує тепло, що виходить від охолоджуваних продуктів, і виділяє його у вигляді досить гарячого потоку повітря від трубчастої панелі на задній стінці. Теплообмінник ТН (по суті ту ж панель, або зовнішній контур) виставляють назовні або закопують в землю, збирають навколишнє теплову енергію і передають її в будинок. Для цього в систему заливають спеціальний склад (антифриз, або розсіл). Він спочатку проходить по теплообміннику, а потім по магістралі (трубопроводу) потрапляє у внутрішній контур пристрою. Той, у свою чергу, віддає енергію теплоносію опалювальної системи будинку.
Правда, для функціонування ТН потрібно електрична енергія, однак на витрачений 1 кВт можна отримати від 3 до 7 кВт теплової енергії. Таким чином, ТН дарує своїм власникам не менше двох третин тепла. ТН володіє рядом очевидних технологічних переваг. Насамперед, це безпека, адже в системі немає палива, відкритого вогню або небезпечних газів. Пристрій не становить загрози та здоров'ю людини, оскільки відсутні викиди в приміщення. ТН можна рекомендувати для установки в будинках, де проживають алергіки. Техніка відрізняється довговічністю служби при повній відсутності регулярних регламентних робіт. Нарешті, є можливість задати температурні режими на тиждень або місяць вперед і тим самим ще більше збільшити економічність ТН.
Типи пристроїв
Основний критерій для класифікації ТН - комбінація джерела і кінцевого споживача тепла. Залежно від цього виділяють пристрою наступних видів: «вода-вода», «вода-повітря», «грунт-вода», «грунт-повітря", "повітря-вода» і «повітря-повітря». З даного переліку ясно, що ТН передають тепло опалювальній системі з водяним або повітряним теплоносієм. Однак куди важливіше вибрати першу складову комбінації. Вода є хорошим, стабільним і ефективним джерелом тепла. Але, на жаль, водойми не завжди є поблизу. А воду, перш ніж подавати в систему, слід підготувати і відфільтрувати. Значно більшого поширення набуло застосування пристроїв, що використовують енергію грунту, - геотермальних ТН. При цьому застосовують два варіанти теплообмінника. У першому випадку це колектор, тобто змійовик з поліетиленових труб, укладених під землею на глибині близько 1-1,5 М-У другому - ті ж труби, тільки спущені в глибоку свердловину у вигляді зонда. Чим більше діаметр труб, тим краще здійснюється відбір тепла, проте одночасно з цим збільшується і вартість системи. Більш популярний другий варіант, що цілком зрозуміло: для колектора потрібна наявність вільної ділянки, площа якого повинна бути не менше опалювальної, причому всю цю територію не можна ні забудовувати, ні засаджувати деревами. Саме геотермальний ТН може бути встановлений в якості єдиного джерела опалення та гарячого водопостачання у всіх кліматичних зонах.
Аеротермальний ТН. використовує енергію повітря, нагадує кондиціонер. Тут також є два блоки, причому зовнішній можна розташувати не тільки на стіні або даху будинку, але і на віддалі на ділянці, на відстані до 50 м. Внутрішній блок встановлюють в котельній або іншому господарському приміщенні. «Повітряні» ТН значно дешевше геотермальних. Істотно менше і вартість монтажу. Питання викликає лише можливість роботи такого пристрою в умовах низьких температур. Левова частка подібних ТН адекватно працює лише при температурі навколишнього повітря до -8 ° С. Однак у деяких сучасних моделей теплопродуктивність знижується тільки при зовнішній температурі від -15 ° С, і більшу частину опалювального періоду теплової віддачі приладу достатньо як для обігріву будинку, так і забезпечення його гарячою водою.
Робота з «запасним гравцем»
Багато фахівців рекомендує використовувати ТН в так званих бівалентних системах, тобто в парі з другим постачальником тепла. Але якщо для повітряних моделей це, фактично, необхідність, то для геотермальних - підстрахування. З іншого боку, в будинку може знадобитися гаряча вода з температурою, більшою, ніж може забезпечити ТН, наприклад для гігієнічного очищення поверхонь. Корисний «запасний гравець» і при первинному запуску ТН в холодній хаті після відпустки. Найчастіше в силу зручності роботи в якості додаткового використовують електричний котел. Причому в деяких моделях грунтових ТН в конструкцію вже вбудовані ТЕНи, які доводять воду, попередньо нагріту насосом, до потрібної температури. Але запасним може бути й інший вид обладнання, що не вимагає підведення інженерних мереж, - невеликий дизельний або твердопаливний котел.
Для пристрою бівалентної системи є і економічне обгрунтування. Сумарно пікові навантаження системі опалення доведеться випробовувати тільки протягом двох-трьох тижнів за весь опалювальний період. Тому вибирати модель з серйозним запасом, що перекриває вимоги в цей період, нерозумно і дорого, правильніше встановити ТН, розрахований на нормальні кліматичні умови. А в пікові морозні дні покривати недолік теплової потужності за рахунок додаткового пристрою.
Сонячний акумулятор
Завдання геліоколектора - отримання енергії з безпосереднього, розсіяного і відбитого сонячного випромінювання і передача її огрівальної установці. Порядок роботи наступний:
- сонце нагріває розміщений в колекторі абсорбер, він поглинає випромінювання і перетворює його в тепло;
- від абсорбера тепло переходить до теплоносія (це може бути вода або інша рідина), який тече по вбудованим в колектор трубках;
- теплоносій перекачується в бак-накопичувач;
- в баку теплоносій віддає тепло воді, призначеної для споживання, а охолоджена повертається в колектор.
Коефіцієнт поглинання залежить від виду абсорбера. Звичайний чорний більшу частину випромінювання відображає. Більш ефективний так званий селективний абсорбер - він збирає до 95% потрапляє на нього енергії. Але головний елемент системи - колектор, інші агрегати є допоміжними, хоча і обов'язковими. Наприклад, гідравлічний контур складається з трубопроводів, клапанів, фільтрів, розширювальних баків і насосного обладнання. Крім того, до складу геліоколектора входить система авторегулювання і монтажний комплект для кріплення бака, колектора та інших елементів.
Форма і розміри
При визначенні складу обладнання для майбутньої системи сонячного теплопостачання насамперед потрібно вибрати тип колектора. Вони можуть бути плоскими і трубчастими. Перші мають форму прямокутника, а на всій їх поверхні розташований шар абсорбера, до якого прилягають труби. Зверху плоскі моделі мають покриття з загартованого або мінерального скла. Вони поглинають безпосереднє випромінювання, 70-80% якого припадає на теплі місяці, з квітня по вересень. У трубчастих колекторах абсорбер знаходиться в скляних вакуумних трубах, завдяки чому коефіцієнт корисної дії (ККД) таких приладів вище, ніж у плоских. Вони поглинають навіть розсіяне випромінювання, і з їх допомогою можна гріти воду взимку і в похмурі дні.
Порівняти ці дві системи об'єктивно і коректно дуже важко. Краще вибирати між конкретними моделями. Проте, в загальному випадку плоскі колектори дешевше і вимагають менше уваги при обслуговуванні, зате трубчасті - більш продуктивні і багатофункціональні. Розмір колектора повинен бути таким, щоб прилад міг забезпечити в середньому 85-95% гарячої води, використовуваної в теплому півріччі. Вважається, що сім'ї з чотирьох осіб потрібен один з двох видів колекторів:
- плоский площею 4-6 м;
- трубчастий площею 2,4-3,2 м.
Місце для установки
Розташовують геліоколектор зазвичай на даху, але часом вбудовують в конструкції даху, встановлюють на стіні (з південного боку будинку) або як окремо варте обладнання. Плануючи монтаж, в першу чергу стежать за тим, щоб пристрій не затінювали споруди або дерева. Установка системи на дах хороша тим, що на стадії будівництва досить зміцнити покрівельні утримувачі і вивести назовні сполучні трубки. Причому використовувати можна будь-який тип колекторів. А ось вбудувати в дах можна тільки плоску модель, та й то за умови, що скат становить не менше 25 °. Колектори, встановлені на землі або на плоскому даху, можна оптимально розташувати по відношенню до сонця, тим самим збільшивши ефективність пристрою. Крім того, їх ККД збільшується завдяки відбитому від землі і сусідніх покриттів випромінювання.
Енергоефективність колекторів безпосередньо залежить від їх правильного розташування. Безумовно, найбільш корисні ті з них, що «дивляться» в південному напрямку. Поворот у бік сходу чи заходу для плоских систем можливий не більше ніж на 15 °. Трубчасті колектори допускають більш широкий діапазон відхилень від півдня. Також треба враховувати кут кріплення пристрою. Кращого результату досягають, коли промені падають на поверхню системи перпендикулярно. Положення Сонця протягом року змінюється, і оптимальний кут нахилу влітку становить 30 °, взимку - 60 °. Оскільки змінити нахил для колектора, встановленого на схилі даху, неможливо, то для цілорічної роботи їх монтують під кутом 45 °.
Ефективність ТН і колекторів
Що ТН, що геліоколектор - техніка, м'яко кажучи, недешева. І багато хто, почувши цифри з трьома нулями, йдуть далі і не намагаються дізнатися, що саме прилади зможуть забезпечити в подальшому. Інші ж розраховують на окупність в найближчій перспективі і потім розчаровуються в очікуваннях. Істина, як часто буває, посередині: економія енерговитрат є і вона суттєва, але за рахунок первісних витрат не настільки приголомшуюча, як здається на перший погляд. Так, для добре утепленого будинку житловою площею 150 м з постійним проживанням чотирьох чоловік (і, відповідно, потребою в гарячій воді 80 л / чол. На день) буде потрібно ТН потужністю близько 10 кВт. До речі, слід розуміти - погано утеплений будинок з питомими тепловтратами більше 60 Вт / м ', негерметичними вікнами та дверима зведе нанівець переваги від використання відновлюваної енергії.
Витрати на встановлення ТН в залежності від його виду та місцевих умов складуть близько 600-1500 у. е. в розрахунку на 1 кВт вироблюваного тепла. Однак для опалення газовим або електричним котлом потрібно близько 2-3 у. е. на добу на кожні 100 м площі будинку, а ТН «з'їсть» не більше 0,5-1 у. е. Відповідно, за весь опалювальний період для будинку площею 150 м економія може скласти 400-600 у. е. Ефективність використання ТН спостерігається в будинках будь-якої площі, але чим більше простір, тим різниця більш очевидна. А повна окупність вкладень в покупку і монтаж системи наступить приблизно через 7-10 років. Це не так і мало, але до кінця аналогічного періоду багато іншого обладнання може фізично вийти з ладу, в той час як ТН працюватиме і далі. Установка геліосистеми для такого ж будинку обійдеться приблизно в 4-5 тис. у. е.. і вона зможе забезпечити не менше половини необхідного обсягу гарячої води (а часом і до 70%). У разі проживання в будинку сім'ї з чотирьох осіб річна вартість гарячого водопостачання при використанні електричного водонагрівача складе приблизно 500 у. е., жидкотопливного - порядку 600 у. е., газового - 300 у. е. Гелиосистема дозволить заощадити від 200 до 400 у. е. щорічно. Якщо врахувати постійне зростання цін на енергоносії, можна суверенністю припустити, що її установка окупить себе через 5 років.
Проте всі ці розрахунки мають першочергове значення у разі встановлення обладнання в існуючому будинку для заміни або доповнення до традиційних систем опалення та гарячого водопостачання. А от у випадку нового будівництва порівнянні підлягають сумарні витрати на використання різних видів енергії. І тут вигода від ТН і геліоколектора найчастіше безперечна. Справа лише в тому, що оплата за цю техніку виробляється практично одномоментно, а витрати на пристрій в будинку, скажімо, газового опалення звичайно розтягуються в часі. Але загальні витрати на розробку проекту, затвердження й узгодження його в різних інстанціях, прокладку магістралі, закупівлю обладнання (а також додаткові неофіційні витрати) складуть, зрештою, суму, порівнянну або більшу, ніж витрати на установку альтернативної техніки. Таким чином, навіть початкові вкладення в пристрій ТН і геліоколектора при новому будівництві можуть виявитися більш вигідними, ніж підключення традиційних і звичних видів опалення та водопостачання. При цьому грамотне вкладення наявних на даний момент коштів дозволить протягом десятиліть витрачати менше і жити в гарантовано комфортних умовах, практично не залежачи від економічних пертурбацій у країні.