Автономный комфорт

Почти на самом берегу Горьковского моря стоит добротный бревенчатый дом, над фасадом которого расположилась пока еще не привычная для наших глаз конструкция – солнечные коллекторы. Темно-синие стеклянные трубки у всех на виду, кроме них, в доме есть и другое оборудование, работающее на энергии природы. Хозяева дома вовсе не ставили своей целью строить энергоэффективный дом. Они просто купили понравившийся сруб в живописном месте, где есть свежий воздух, вода, рыбалка, где можно растить внуков и собирать вишню на приусадебном участке. И задумались о том, как без газа и при «плохом» электричестве создать в доме комфортные условия.

Условия задачи

А исходные условия были такие. Бревенчатый двухэтажный дом общей площадью около 100 кв. м, c холодным цокольным этажом, отапливаемый камином, тепла которого хватало на 3–4 часа. Комфортно при этом становилось только в гостиной на первом этаже и на кухне-веранде. Централизованного газа нет и не предвидится, а электричества на участок выделено всего 3 кВт. Причем в летний период даже они не подаются в сеть. Если одновременно включить утюг, чайник, микроволновку, идет существенная просадка напряжения. Есть водяная скважина, вода из которой подается в баню. Понятно, что таких удобств явно оказалось маловато даже для летнего отдыха. А новые хозяева дома хотели наведываться туда и зимой, а возможно, когда-нибудь и вовсе переселиться в эти места.

Варианты отопления рассматривались различные – от электрического до дизельного и пеллетного оборудования. Но, по тем или иным причинам, они не устраивали. Для электрического не хватает выделенных мощностей и стабильности сети. Пеллетное требует постоянного присутствия людей в доме. Комбинация из геотермального насоса и солнечных коллекторов для отопления и горячего водоснабжения на фоне этого выглядела комплексным и, по расчетам специалистов компании «Умный дом», которые взялись разработать проект отопления и реализовать его, экономически оправданным решением. Такая система должна окупить себя всего за 5–6 лет, а при постоянном проживании и за более короткий срок. Кроме того, использование оборудования на природных возобновляемых источниках энергии в дальнейшем полностью освобождало хозяев и от забот по доставке и оплате топлива и от «грязных» процессов, связанных с обслуживанием отопительной техники.

Немного теории


Понять, как это все работает, достаточно просто. с помощью коллекторов солнечная энергия передается непосредственно на теплоноситель. система состоит из вакуумных колб, внутри колбы – алюминиевый кожух, внутри кожуха – медная трубка. В этой медной трубочке запаяна подсоленная вода. Под воздействием солнечных лучей вода начинает испаряться (для этого ей достаточно всего 36°с). Пар доходит до медного теплообменника и конденсируется, отдавая тепло. Образовавшаяся вода стекает по наклонной трубке вниз, где опять нагревается, собирая энергию. Так создается непрерывная циркуляция с передачей энергии трубам, по которым антифриз несет в дом полученное тепло, где оно идет на нужды отопления или ГВс.

Геотермальный насос – еще одно чудо техники, которое, в принципе, уже давно не редкость на Западе. Это разновидность теплового насоса, который берет тепловую энергию из земли (хотя есть и такие, которые используют тепло воздуха или воды) и передает ее системе отопления и/или на обогрев горячей воды. Для того чтобы предоставить ему такую возможность, прокладывают специальные коллекторы (они представляют собой полиэтиленовую трубу диаметром 40 мм) или горизонтально под слоем земли, или вертикально – в скважину. Как правило, температура почвы даже в сильные морозы выше нуля. На глубине она более стабильна и может достигать 8°с. Поэтому вертикальный метод укладки коллекторов (в скважину) наиболее эффективный – в этом случае на один кВт потраченной энергии тепловой насос может вырабатывать до 4,7 кВт тепла. Интересно, что насос может работать и в том случае, если почва промерзнет до –15°с, но его эффективность при этом упадет почти вдвое. При горизонтальном способе коллекторы укладывают на глубину до двух метров. Важно, чтобы теплоемкости данного объема почвы хватило на нужды конкретного дома, так как запасы тепла в почве конечны.

Принцип работы теплового насоса таков: в трубах циркулирует незамерзающая жидкость, которая передает собранное тепло в испаритель теплового насоса. В испарителе незамерзающая жидкость отдает свою энергию фреону, который преобразуется в пар и сжимается в компрессоре. Из-за резкого увеличения давления температура паров фреона резко поднимается. Далее горячие пары попадают в конденсатор, где передают тепло в тепловую систему. Остывшая незамерзающая жидкость по трубам возвращается в грунт, где далее собирает тепло. И все повторяется по кругу. Оборудование энергозависимо. Но энергия используется только для переноса тепла, поэтому этот способ обогрева является одним из самых дешевых.Так как незамерзающая жидкость в коллекторах теплового насоса принимает температуру почвы, то тепловой насос можно использовать не только для обогрева дома, но и для кондиционирования (охлаждения) воздуха. Ведь летом температура почвы ниже температуры воздуха. И в этом его существенное преимущество перед другими отопительными агрегатами.

Тепло, прохлада и горячая вода


И тепловой насос, и солнечные коллекторы способны и отапливать дом, и готовить горячую воду. В предложенной схеме отопления в летний период, когда солнца достаточно, практически все задачи по обеспечению семьи из четырех человек горячей водой решают солнечные коллекторы. В пасмурные дни или в том случае, если потребность в горячей воде возрастает (например, приехали гости), в работу вступает тепловой насос и «подстраховывает» систему солнечного обогрева воды. В течение часа он легко нагревает 250-литровый бойлер. Если потребности в горячей воде нет, коллекторы могут отдавать тепло системе «теплый пол», которая уложена в цокольном этаже. Излишки тепла сбрасываются в почву, таким образом подготавливая ее к зимнему периоду, когда тепло снова активно понадобится. Что же касается теплового насоса, то он включен в работу практически все время – зимой он нагревает теплоноситель в системе водяного отопления, а летом охлаждает помещения. Последнее возможно, так как он работает в тесном «сотрудничестве» с фанкойлами, которые установлены в комнатах дома. Их блоки напоминают внутренние блоки обычных кондиционеров, но принцип работы немного другой. В жаркий период на теплообменник фанкойла поступает холодная вода; пропускаемый сквозь теплообменник вентилятором воздух охлаждается и кондиционирует помещение.

Нагретый же в процессе охлаждения воздуха теплоноситель может дальше продолжать свою работу по подогреву воды для ГВс. Система «геотермальный насос + фанкойл» может работать и на обогрев, если вода, проходящая через теплообменник, будет горячей. Подготовка воды необходимой температуры – это уже задача теплового насоса. системы обогрева и кондиционирования, состоящие из теплового насоса и фанкойла, являются очень комфортными и «быстрыми». В союзе с системой «теплый пол», они способны примерно за час в поднять температуру в доме с +5°с до комфортной. Кроме системы «теплый пол» и фанкойлов, в доме установлены и радиаторы отопления. Но не совсем обычные. Эффективность использования теплового насоса возрастает (его КПД стремится к максимальному значению), когда он используется совместно с низкотемпературной системой отопления, например, теплыми полами.

Но в данном случае теплые полы было целесообразно уложить только в цоколе, так как в остальных помещениях пол деревянный. В качестве отопительных приборов были выбраны медно-алюминиевые радиаторы повышенной теплоотдачи. Они способны эффективно работать с теплоносителем той же температуры, что и в системе «теплый пол» 7.3Kb(30–35°с, а не 70–90°с, как обычно). Температура регулируется с помощью специального вентиля с термоголовкой и термодатчика, установленных на радиатор. Емкость таких радиаторов в два-три раза ниже, чем у обычных, а значит, теплоноситель будет проходить по медному узенькому конвектору очень быстро, отдавая максимальное количества тепла даже при невысокой температуре.

В конкретных обстоятельствах


Утепление. Перед тем как начать монтировать систему отопления и ГВс, потребовалось дополнительное утепление дома, начиная от цокольного этажа, где планировалось разместить кабинет хозяина, совмещенный санузел и помещение для отопительного оборудования и автоматики, и заканчивая стенами и перекрытиями на мансардном этаже, где должен быть размещен санузел с душевой кабиной и спальни. В лучших традициях энергоэффективности для утепления выбрали эковату – природный материал на основе целлюлозы, характеризующийся одними из самых высоких теплоизоляционных свойств. Процесс утепления состоял в том, что со стороны помещений создали дополнительную обшивку и в пространство между ней и стенами с помощью специального оборудования задули утеплитель. Были утеплены и кровля, и межэтажные перекрытия, установлены новые окна, в том числе и мансардные.

Вентиляция. Одно из главных условий, при которых дом может называться энергоэффективным, – отличная теплоизоляция и полная герметичность всех конструкций. Это накладывает определенные требования в отношении вентиляции. Конечно, можно просто почаще проветривать помещение. Но это достаточно расточительно – тепло будет уходить через открытые окна. А кроме того, таким образом будет сложно проветрить цокольный этаж, где нет окон. Поэтому было принято решение обустройства принудительной системы вентиляции с рекуперацией тепла. В летнее время рекуператор работает в режиме обычного вентилятора, доставляя в помещения свежий воздух. А в зимний период включается собственно режим рекуперации. Это значит, что входящий воздух нагревается теплом исходящего, и при такой вентиляции температурные потери минимальны. Модель, установленная в доме, работает в реверсном режиме, то есть воздух входит и уходит попеременно. Десять секунд работает на вынос отработанного воздуха и десять – на доставку свежего.

Прокладка коллекторов. Задача прокладки коллекторов требовала особого решения. Как было сказано выше, самый эффективный способ прокладки коллекторов – в глубокую вертикальную скважину, но из-за характеристик почвы в данном случае это бы необоснованно увеличило расходы. А поэтому специалистами-проектировщиками было принято решение применить комбинацию горизонтального расположения зондов с вертикальной, но в неглубоких скважинах. Из-за того что часть прилегающей территории была засажена декоративными и плодово-ягодными растениями практически все работы пришлось выполнять вручную. Но все задачи были решены – и задача сохранения насаждений в том числе. Кстати, при горизонтальном расположении коллекторов есть одна тонкость, связанная с эксплуатацией почвы, расположенной над ними. Придется смириться с тем, что все, что можно будет «возделывать», – это неприхотливые травянистые растения и однолетники, так как растения с развитой корневой системой не выдержат температурных стрессов, а кроме того, почва должна в течение лета накапливать тепло, чтобызимой было что отдавать, а растения будут препятствовать его накоплению.

Бесперебойное электропитание. Еще одна проблема, которую пришлось решить в процессе монтажа системы, была связана с тем, что для ее нормального функционирования необходимо стабильное электричество. Поэтому была установлена замкнутая система аварийного бесперебойного питания, рассчитанная на полдня устойчивой работы. Гелевые аккумуляторы, которые используются в системе, имеют срок службы более 10 лет, они абсолютно безопасны и не испаряют никаких кислот. Единственное, что требуется – время от времени разряжать и подзаряжать их. Что, собственно, и случается во время периодических перебоев с электроэнергией. Конечно, в дальнейшем планируется оснастить дом и дизельным электрогенератором, так как в случае отключения света, несмотря на функционирование системы отопления и ГВс, комфорт жителей все-таки будет нарушен. Из осветительных приборов в этом случае будут работать только аварийные светильники на светодиодах с датчиками движения.

Установка оборудования. Помещение, отведенное под установку оборудования, занимает площадь всего 4,2 кв. м. Запроектированный тепловой узел «вписывался» в эти рамки с огромным трудом, ведь, помимо корпуса теплового насоса, выведенных гребенок коллекторов, циркуляционного насоса и пр., здесь должны были расположиться и две большие накопительные емкости из нержавеющей стали с медными теплообменниками. Тем не менее задача была решена: выполненный тепловой пункт не только поражает аккуратностью своего исполнения – оборудование удалось расположить таким образом, чтобы его было более или менее удобно обслуживать.

Дата размещения: 1-12-2019, 17:06