Альтернативный обогрев дома своими руками. Воздушные тепловые насосы

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.

В связи с постоянным ростом стоимости газа и электроэнергии, многие пользователи стали обращать внимание на экологичные и экономные в обслуживании системы обогрева зданий.

Самыми популярными из них являются геотермальные системы, ветряки, биотопливо и гелиосистемы . Альтернативные способы отопления дома, хоть и имеют изначально высокую стоимость, достаточно быстро себя окупают.

Что собой представляют альтернативные источники тепла

Основной задачей систем является получение энергии из возобновляемых источников. Большинство альтернативных устройств могут быть использованы для выработки теплоэнергии в любой местности, что говорит о простоте в их эксплуатации и минимальных требованиях.

Особенности гелиосистем для частного дома

Солнечный коллектор может применяться для отопления многоквартирных и частных домов. Гелиосистемы также нередко используются и при нагреве воды для личных нужд потребителей. Солнечные системы могут работать в различных режимах и в зависимости от выбранного оборудования обеспечивать выработку энергии в течение всего года либо определенных сезонов.

Панели и коллекторы за счет особых абсорбционных покрытий нагревают теплоноситель внутри установок. Жидкость подается в специальный резервуар, из которого попадает в отопительную систему дома либо в контуры для горячей воды.

Солнечные батареи пропускают теплоноситель между пластинами, а трубчатая система повышает температуру жидкости за счет вакуума между внешней и внутренней колбой. Под влиянием ультрафиолетовых лучей абсорбционный слой начинает взаимодействовать с жидкостью и может нагреть ее до 90 градусов.

Солнечные коллекторы являются источниками нагрева теплоносителя, поступающего непосредственно в отопительные контуры. Для использования энергии солнечных батарей понадобится расширительный бак и насос , который будет откачивать воду из установок по достижению заданной температуры.

Плюсы гелиосистем:

• Трубчатые коллекторы просты в монтаже.
• Солнечные панели отличаются небольшой стоимостью и высокой производительностью в теплое время года.
• Оборудование подходит для эксплуатации в различных климатических зонах.

Внимание! Основным минусом солнечных коллекторов и батарей выступает их высокая стоимость и хрупкость.

Схема подключения ветряных генераторов

Установки представляют собой устройство с лопастями , при вращении которых вырабатывается электрический ток . Ветряки могут быть разных размеров и форм, что зависит от их назначения и особенностей местности.

При работе ветряных генераторов происходит зарядка аккумуляторов, которые впоследствии через преобразователь поставляют энергию для отопления зданий. Установки имеют два вида осей вращения — горизонтальный и вертикальный.

Фото 1. Схема подключения ветрогенератора в электросети через контроллер к бытовым приборам.

Оборудование с горизонтальным креплением лопастей предназначены для работы в той местности, где среднегодовая скорость ветра больше 5 м/с.

Ветряки с вертикальной осью вращения, благодаря своим компактным размерам, оптимально подойдут для использования в частных домах. Необходимая среднегодовая скорость ветряных потоков при этом должна быть выше трех метров в секунду.

Среди плюсов генераторов можно отметить экологичность, эргономичность и возобновляемость источника энергии . К недостаткам ветряков относят их нестабильность, низкую эффективность, высокую стоимость.

Геотермальный вид обогрева - надежность и долговечность?

Тепловые насосы представляют собой два контура с теплоносителями , соединяющиеся специальным оборудованием. Один из контуров находится ниже уровня почвы, а другой расположен в здании, которое он отапливает. Геотермальная отопительная система использует тепло, извлеченное из недр земли . В местах прокладки оборудования среднегодовая температура окружающей среды составляет 8-10 градусов.

Жидкость, которая находится во внешних контурах, нагревается от грунта либо воды и подается в насос, после чего прибор охлаждает вещество до отрицательных температур, а высвободившееся тепло перенаправляет во внутридомовую систему отопления. Геотермальное оборудование станет отличным вариантом для обогрева помещений при помощи низкотемпературных приборов.

Фото 2. Прокладка тепловых магистралей, которые располагаются горизонтально, ниже уровня промерзания земли.

Тепловые системы устанавливаются тремя способами :

• Горизонтальным.
• Вертикальным.
• Подводным.

К плюсам геотермального отопления можно отнести неиссякаемость природного ресурса, отсутствие выбросов вредных веществ в атмосферу, высокую эффективность системы. Минусами оборудования является небольшая температура теплоносителя во внутренних контурах (в пределах 35-60 градусов ), высокая стоимость установок.

Вам также будет интересно:

Когда на помощь приходит биотопливо

Биотопливо - это вещество, полученное из животного или растительного сырья , органических отходов промышленности, результатов человеческой жизнедеятельности. Биологическое топливо бывает разных видов, но самыми распространенными вариантами являются пеллеты либо брикеты .

Для отопления дома биотопливом нужно установить котел , который будет совместим с альтернативным источником энергии.

При сгорании вещество выделяет тепло, которое нагревает жидкость в системе отопления и обеспечивает поддержание нужной температуры.

Главным плюсом данного вида альтернативной энергии выступает его мобильность . В процессе использования биотоплива для обогрева зданий не выбрасываются вредные вещества в атмосферу. Основным минусом сырья является использование больших площадей под посев культур, из которых можно произвести это топливо.

Возможен ли монтаж альтернативного отопления своими руками

Большинство систем сложно установить самостоятельно, так как процесс монтажа требует специальных инструментов и навыков.

Схемы подключения ветрогенераторов подбираются индивидуально в зависимости от поставленной задачи. Ветряки подсоединяются к контроллеру , который заряжает аккумуляторы и передает электроэнергию на инвертор. Данная конструкция может прекрасно использоваться для обеспечения частного дома электричеством.

Тепловые насосы чаще всего устанавливаются вертикальным способом. Для монтажа оборудования понадобится бурение скважин на глубину более 50 метров. Размер контуров зависит от мощности теплового насоса. Иногда общая длина скважин достигает двухсот метров. Внешние контуры подключаются к насосу, который забирает из них тепло и передает его системе отопления дома. Низкотемпературное оборудование получает нагретый теплоноситель и отапливает здание.

Котлы для биотоплива монтируются на предварительно подготовленную стяжку, толщина которой составляет не менее 7 см. Для наиболее эффективной работы отопительной системы подключают буферную емкость, представляющую собой бак с водой.

Объем прибора рассчитывается в зависимости от мощности котла. Если отопительное оборудование является энергозависимым, то следует обеспечить подвод к нему электричества.

Дымоход, который устанавливают на котел для биотоплива, должен быть оборудован сборником конденсата и иметь диаметр не менее 18 сантиметров . Высота дымохода обычно составляет более четырех метров. Для защиты системы отопления от обратного давления и сифонного дренажа в нее монтируют обратный клапан, который располагается на трубе общей подачи воды. Регулировка жидкости и контроль температуры осуществляется при помощи балансировочного и смесительного клапанов.

Для владельцев частных домов есть возможность значительно уменьшить счета за коммунальные услуги или вообще не пользоваться услугами поставщиков тепла, электроэнергии и газа. Можно даже обеспечить немалое хозяйство, а при желании и продавать излишки. Это реально и некоторыми уже проделано. Для этого используют альтернативные источники энергии.

Откуда можно получать энергию и в каком виде

На самом деле энергия, в том или ином виде, в природе есть практически везде — солнце, ветер, вода, земля — везде есть энергия. Основная задача — извлечь ее оттуда. Этим человечество занимается уже не одну сотню лет и достигло неплохих результатов. На сегодняшний момент альтернативные источники энергии могут обеспечить дом теплом, электроэнергией, газом, теплой водой. Причем альтернативная энергетика не требует каких-то сверх навыков или сверх знаний. Все можно сделать для своего дома своими руками. Итак, что можно сделать:

Все альтернативные источники энергии способны полностью обеспечить потребности человека, но для этого требуются слишком большие капиталовложения или/и слишком большие площади. Потому разумнее делать комбинированную систему: получать энергию от альтернативных источников, а при недостатке «добирать» из централизованных сетей.

Использование солнечной энергии

Один из самых мощных альтернативных источников энергии для дома — солнечное излучение. Для преобразования солнечной энергии есть два типа установок:

Не стоит думать что работают установки только не юге и только летом. Хорошо они работают и зимой. В ясную погоду при выпавшем снеге выработка энергии только немного ниже летней. Если в вашем регионе большое количество ясных дней, использовать подобную технологию можно.

Солнечные батареи

Солнечные батареи собирают из фотоэлектрических преобразователей, которые изготавливают на базе минералов, которые под действием солнечного света испускают электроны — вырабатывают электрический ток. Для частного применения используются кремниевые фотопреобразователи. По своей структуре они бывают монокристаллическими (сделаны из одного кристалла) и поликристаллическими (много кристаллов). Монокристаллические имеют более высокий КПД (13-25% в зависимости от качества) и более продолжительный срок службы, но стоят дороже. Поликристаллические вырабатывают меньше электроэнергии (9-15%) и быстрее выходят из строя, но имеют более низкую цену.

Это поликристаллический фотопреобразователь. Обращаться с ними надо аккуратно — они очень хрупкие (монокристаллические тоже, но не в такой степени)

Сборка солнечной батареи своими руками несложна. Сначала надо приобрести некоторое количество кремниевых фотоэлементов (количество зависит от требуемой мощности). Чаще всего их покупают на китайских торговых площадках типа АлиЭкспресс. Затем порядок действий прост:

Несколько слов о том, почему подложку для солнечной панели (батареи) надо красить в белый цвет. Рабочий диапазон температур кремниевых пластин от — 40°C до +50°C. Работа при более высоких или низких температурах приводит к быстрому выходу элементов из строя. На крыше, летом, в закрытом объеме, температура может быть намного выше +50°C. Потому и необходим белый цвет — чтобы не перегреть кремний.

Солнечные коллекторы

При помощи солнечных коллекторов можно нагревать воду или воздух. Куда направлять нагретую солнцем воду — в краны для горячего водоснабжения или в систему отопления — выбираете вы сами. Только отопление будет низкотемпературным — для теплого пола, то что требуется. Но для того, чтобы температура в доме не зависела от погоды, систему требуется сделать резервируемой, чтобы при необходимости подключался другой источник тепла или котел переходил на другой источник энергии.

Солнечные коллекторы есть трех видов: плоские, трубчатые и воздушные. Наиболее распространенные — трубчатые, но и другие тоже имеют право на существование.

Плоские пластиковые

Две панели — черная и прозрачная — соединены в один корпус. Между ними расположен медный трубопровод в виде змейки. От солнца нижняя темная панель нагревается. от нее греется медь, а от нее — проходящая по лабиринту вода. Такой способ использования альтернативных источников энергии не самый эффективный, но привлекателен тем, что он очень прост в исполнении. Таким образом можно нагревать воду в . Надо будет только зациклить ее подачу (при помощи циркуляционного насоса). Точно также можно подогревать воду в емкости для или использовать ее для бытовых нужд. Недостаток подобных установок — низкая эффективность и производительность. Чтобы нагреть большой объем воды, нужно или много времени, или большое количество плоских коллекторов.

Трубчатые коллекторы

Это стеклянные трубки — вакуумные или коаксиальные — по которым протекает вода. Специальная система позволяет по максимуму концентрировать в трубках тепло, которое передается протекающей через них воде.

В системе обязательно есть накопительная емкость, в которой вода и греется. Циркуляция воды в системе обеспечивается насосом. Такие системы самостоятельно не сделать — стеклянные трубки сделать своими руками проблематично и это — главный недостаток. Вместе с высокой ценой он сдерживает широкое внедрение этого источника энергии для дома. А сама система очень эффективна, на «ура» справляется с нагревом воды для ГВС и вносит приличный вклад в отопление.

Схема организации отопления и ГВС за счет альтернативных источников энергии — с использованием солнечных коллекторов

Воздушные коллекторы

В нашей стране они встречаются очень редко и зря. Они просты, их легко можно сделать своими руками. Единственный минус — требуется большая площадь: могут занимать всю южную (восточную, юго-восточную) стену. Система очень похожа на плоские коллекторы — черная нижняя панель, прозрачная верхняя, но греют они напрямую воздух, который принудительно (вентилятором) или естественным путем направляется в помещение. Несмотря на кажущуюся несерьезность, таким способом можно на протяжении светового дня греть небольшие помещения, в том числе и технические или подсобные: , дачи, сараи для живности.

Такой альтернативный источник энергии как солнце, дарит нам свое тепло, но большая его часть уходит «в никуда». Словить небольшую ее долю и использовать для личных нужд — вот задача, которую решают все эти приспособления.

Ветрогенераторы

Альтернативные источники энергии хороши тем, что они по большей части относятся к возобновляемым ресурсам. Самый вечный, наверное, ветер. Пока есть атмосфера и солнце, ветер тоже есть. Может какой-то непродолжительный период воздух и будет неподвижным, но очень недолго. Наши предки использовали энергию ветра в мельницах, а современный человек преобразует ее в электричество. Все что для этого требуется:

• вышка, установленная в ветреном месте;
• генератор с приделанными к нему лопастями;
• накопительной батареи и системы распределения электрического тока.

Вышка строится любая, из любого материала. Накопительная батарея — аккумулятор, тут ничего не придумаешь, а куда подавать электричество — ваш выбор. Остается только сделать генератор. Его тоже можно купить уже готовым, но вполне можно сделать из двигателя от бытовой техники — стиральной машины, шуруповерта и т.п. Нужны будут неодимовые магниты и эпоксидная смола, токарный станок.

На роторе мотора размечаем места под установку магнитов. Они должны находится на равном расстоянии друг от друга. Ротор выбранного мотора обтачиваем, формируя «посадочные места». Дно выемки должно иметь небольшой наклон, чтобы поверхность магнита была наклонена. В выточенные места на жидкие гвозди приклеиваются магниты, заливаются эпоксидной смолой. Поверхность затем наждачной бумагой доводится до гладкости. Далее надо приделать щетки, которые будут снимать ток. И все, можно собирать и запускать ветрогенератор.

Такие установки довольно эффективны, но их мощность зависит от многих факторов: интенсивности ветра, того, насколько правильно сделан генератор, насколько эффективно снимается разность потенциала щетками, от надежности электрических соединений и т.п.

Тепловые насосы для отопления дома

Тепловые насосы используют все имеющиеся в наличии альтернативные источники энергии. Они отбирают тепло у воды, воздуха, грунта. В небольших количествах это тепло есть там даже зимой, вот его и собирает тепловой насос и перенаправляет на обогрев дома.

Тепловые насосы также используют альтернативные источники энергии — тепло земли, воды и воздуха

Принцип работы

Чем же так привлекательны тепловые насосы? Тем, что затратив 1 кВт энергии на ее перекачку, в самом плохом варианте вы получите 1,5 кВт тепла, а самые удачные реализации могут дать до 4-6 кВт. И это никак не противоречит закону сохранения энергии, ведь расходуется энергия не на получение тепла, а не его перекачивание. Так что никаких нестыковок.

У тепловых насосов есть три рабочих контура: два наружных и они внутренний, а также испаритель, компрессор и конденсатор. Работает схема так:

• В первом контуре циркулирует теплоноситель, который отбирает тепло у низкопотенциальных источников. Он может быть опущен в воду, закопан в землю, а может отбирать тепло у воздуха. Самая высокая температура, которая достигается в этом контуре — около 6°C.
• Во внутреннем контуре циркулирует теплоноситель с очень низкой температурой кипения (обычно 0°C). Нагревшись, хладагент испаряется, пар попадает в компрессор, где сжимается до высокого давления. При сжатии выделяется тепло, пары хладагента разогреваются до температуры в среднем от +35°C до +65°C.
• В конденсаторе тепло передается теплоносителю из третьего — отопительного — контура. Остывающие пары конденсируются, затем дальше попадают в испаритель. И далее цикл повторяется.

Отопительный контур лучше всего делать в виде теплого пола. Температуры для этого самые подходящие. Для радиаторной системы потребуется слишком большое число секций, что некрасиво и невыгодно.

Альтернативные источники тепловой энергии: откуда и как брать тепло

Но самые большие сложности вызывает устройство первого внешнего контура, который собирает тепло. Так как источники низкопотенциальные (тепла у низ мало), то для сбора его в достаточном количестве требуются большие площади. Есть четыре вида контуров:

• Кольцами уложенные в воде трубы с теплоносителем. Водоем может быть любым — река, пруд, озеро. Главное условие — он не должен промерзать насквозь даже в самые сильные морозы. Более эффективно работают насосы, выкачивающие тепло из речки, в стоячей воде тепла передается намного меньше. Такой источник тепла реализуется проще всего — закинуть трубы, привязать груз. Только велика вероятность случайного повреждения.

  

• Термальные поля с закопанными ниже глубины промерзания трубами. В этом случае недостаток один — большие объемы земляных работ. Приходится снимать грунт на большой площади, да еще на солидную глубину.

  

• Использование геотермальных температур. Бурят некоторое количество скважин большой глубины, в них опускают контура с теплоносителем. Чем хорош этот вариант — мало места требует, но не везде есть возможность бурить на большие глубины, да и услуги буровых стоят немало. Можно, правда, но работа все равно нелегкая.

  

• Извлечение тепла из воздуха. Так работают кондиционеры с возможностью обогрева — отбирают тепло у «забортного» воздуха. Даже при минусовой температуре такие агрегаты работают, правда при не очень «глубоком» минусе — до -15°C. Чтобы работа была интенсивнее, можно использовать тепло от вентиляционных шахт. Закинуть туда несколько переть с теплоносителем и качать оттуда тепло.

  

Основной недостаток тепловых насосов — высокая цена самого насоса, да и монтаж полей сбора тепла обходится недешево. На этом деле можно сэкономить, сделав насос самостоятельно и также своими руками уложив контура, но сумма все равно останется немалой. Плюс в том, что отопление будет недорогим а действовать система будет долго.

Отходы в доходы:

Все альтернативные источники энергии имеют природное происхождение, но получать двойную выгоду можно только от биогазовых установок. В них перерабатываются отходы жизнедеятельности домашних животных и птицы. В результате получается некоторый объем газа, который после очищения и осушения можно использовать по прямому назначению. Оставшиеся переработанные отходы можно продать или использовать на полях для повышения урожайности — получается очень эффективное и безопасное удобрение.

Коротко о технологии

Образование газа происходит при брожении, и участвуют в этом бактерии, живущие в навозе. Для выработки биогаза подходят отходы любого скота и птицы, но оптимален навоз КРС. Его даже добавляют к остальным отходам для «закваски» — в нем содержатся именно нужные для переработки бактерии.

Для создания оптимальных условий необходима анаэробная среда — брожение должно проходить без доступа кислорода. Потому эффективные биореакторы — закрытые емкости. Чтобы процесс шел активнее, необходимо регулярное перемешивание массы. В промышленных установках для этого устанавливаются мешалки с электроприводами, в самодельных биогазовых установках это обычно механические устройства — от простейшей палки до механических мешалок, которые «работают» от силы рук.

В процессе образования газа из навоза участвуют два типа бактерий: мезофильные и термофильные. Мезофильные активны при температуре от +30°C до +40°C, термофильные — при +42°C до +53°C. Более эффективно работают термофильные бактерии. При идеальных условиях выработка газа с 1 литра полезной площади может достигать 4-4,5 литров газа. Но поддерживать в установке температуру в 50°C очень непросто и затратно, хотя затраты себя оправдывают.

Немного о конструкциях

Самая простая биогазовая установка — это бочка с крышкой и мешалкой. В крышке сделан вывод для подключения шланга, по которому газ поступает в резервуар. От такого объема много газа не получите, но на одну-две газовые горелки его хватит.

Более серьезные объемы можно получить от подземного или надземного бункера. Если речь о подземном бункере, то его делают из железобетона. Стенки от грунта отделяют слоем теплоизоляции, саму емкость можно разделить на несколько отсеков, в которых будет происходить переработка со сдвигом во времени. Так как работают в таких условиях обычно мезофильные культуры, весь процесс занимает от 12 до 30 дней (термофильные перерабатывают за 3 дня), потому сдвиг по времени желателен.

Навоз поступает через бункер загрузки, с противоположной стороны делают люк выгрузки, откуда отбирают переработанное сырье. Заполняется бункер биосмесью не полностью — порядка 15-20% пространства остается свободным — тут скапливается газ. Для его отвода в крышку встраивается трубка, второй конец которой опускается в гидрозатвор — емкость частично заполненную водой. Таким образом газ осушается — в верхней части собирается уже очищенный, он отводится при помощи другой трубки и уже может подавиться к потребителю.

Использовать альтернативные источники энергии может каждый. Владельцам квартир осуществить это сложнее, а вот в частном доме можно хоть все идеи реализовать. Есть уже даже реальные примеры того. Люди обеспечивают полностью потребности свои и немалого хозяйства.

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:

1. 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.

1. 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.

1. 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

1. 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:

1. 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.
2. Сжигание топлива сопровождается выделениями углекислого газа и летучих токсичных продуктов горения, при этом происходит выпадение смол и сажи.
3. 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:

1. 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.

1. 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:

1. энергетику солнечного света (гелиотермические системы);
2. энергетику ветра (ветроэнергетика);
3. 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:

1. 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.

1. 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:

1. 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.

1. 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

Традиционные источники тепла либо не всегда доступны, либо нежелательны по экологическим, экономическим или каким-то другим причинам. В этом случае стоит задуматься о других вариантах. Альтернативное отопление дома - это автономная система обогрева дома с применением новейших технологий.

К современным способам отопления относится получение тепла из геотермальных источников, за счет преобразования энергии Солнца и ветра, сжигания биомассы. Также к альтернативным вариантам относится инфракрасное отопление , когда применяться могут обычные виды топлива, но при этом используется новаторская система распространение тепла по помещению. Рассмотрим наиболее распространенные варианты независимого отопления дома.

Гелиосистемы

Устройства по преобразованию солнечной энергии в тепло и электричество называют гелиосистемами. Теплоноситель нагревается за счет работы циркуляционного насоса, поставляющего тепло в батареи или конвекторы.

Типы гелиоустройств:

1. Солнечный коллектор. Такие альтернативные системы отопления обычно функционируют вкупе с электрическим нагревателем. Температура носителя тепла находится под мониторингом датчиков. При малосолнечной погоде температурный режим становится неприемлемым, и в этом случае подключаются электро-ТЭНы, обеспечивающие должный подогрев.
2. Солнечная батарея. Данное оборудование имеет не только температурный датчик и инвертор для создания напряжения, но и аккумуляторную батарею высокой емкости. В течение дня батарея накапливает энергию, которая используется затем в ночное время или в пасмурные дни. Если площадь солнечных панелей и аккумуляторов соответствует размеру здания, их можно применять для создания полностью автономной системы. Однако у гелиосистем есть существенный недостаток - высокая стоимость, как при покупке оборудования, так и при замене аккумуляторов.
3. Солнечная батарея, оснащенная инвертором и контроллером. Система подключается к электророзетке. Также нужно приобрести дисковый механический счетчик, так как электронный не сможет фиксировать обратное направление электричества. Если в течение дня система вырабатывает больше электроэнергии, чем необходимо, счетчик откручивает киловатты, что позволяет иметь существенную экономию.

В последние годы использование энергии ветра стало экономически обосновано благодаря широкому распространению ветряков и удешевлению технологии их производства. При попадании ветра на лопасти турбины, они начинают крутиться, в результате чего вырабатывается электроэнергия. Максимальный КПД ветровых турбин не может быть больше 59%. Зная площадь здания и КПД конкретного ветряка можно рассчитать мощность запланированного к покупке оборудования.

Особенности ветрогенераторов

Модели ветряков могут отличаться по таким параметрам:

• количество лопастей;
• местонахождение вращательной оси;
• материалы, из которых изготовлены детали;
• шаг винта.

Существуют ветряки с горизонтальной и вертикальной осями вращения. Оборудование, оснащенное горизонтальной осью, может иметь одну или набор лопастей. Подобное оборудование имеет наиболее высокий КПД. Другой тип ветряков имеет вертикальные оси, которые, в свою очередь, могут быть карусельными или ортогональными.

В устройствах с ортогональными осями лопасти находятся друг напротив друга и держатся на радиальных балках. Из-за аэродинамической конструкции этот тип ветряков технически сложен.

Оборудование с карусельными осями оснащены двумя лопастями, имеющими синусоидную форму. Такие ветряки имеют невысокий КПД (до 15%), однако если расположить лопасти вертикально, в несколько ярусов и с угловым смещением друг от друга лопастных пар, коэффициент полезного действия улучшится в два раза.

Достоинства и недостатки ветряков

Преимуществам ветроэнергетических установок:

• автономность от коммунальщиков и от поставщиков топлива;
• бесплатность электроэнергии (нужно лишь окупить расходы на установку);
• экологичность.

Главный недостаток ветряков - нестабильные поставки электричества, зависящие от погодных условий. В связи с эти систему нужно инсталлировать дополнительные устройства - стабилизаторы, аккумуляторы и т.п. Горизонтальные системы имеют хороший КПД, но для стабильного функционирования нуждаются в специальном контроллере ветрового потока, а также в защите от ураганов. Вертикальные устройства имеют маленький КПД, но при этом почти бесшумны, а также невелики по размерам и устойчивы.

Оборудование этого типа обеспечивает частный дом отоплением и горячей водой. Устройства функционируют, беря энергию из воздуха, воды или земли. Теплонасосы подключают к электрической сети. При этом они работают эффективнее, чем твердотопливные, масляные, электрические или газовые котлы. Каждый потраченный киловатт электричества дает 4 киловатта тепловой энергии.

Стоимость тепловых котлов высока, больше чем у традиционных котлов, но благодаря бесплатной естественной энергии такое оборудование окупается за 2-3 года. Производительность оборудования пропорциональна температуре альтернативного источника энергии: чем выше ее показатель, тем выше экономичность.

Принципы функционирования тепловых насосов:

1. Теплоноситель передвигается по трубам, которые идут к источнику тепла. Там теплоноситель нагревается на несколько градусов, после чего двигается через теплонасос и теплообменник к внутреннему контуру.
2. Во внутреннем контуре находится хладагент, имеющий невысокую температуру кипения. Это вещество направляется сквозь испаритель, где при низком давлении и температуре преобразуется в газообразное состояние.
3. Газообразный хладагент, попадая в компрессор сжимается, а его температура увеличивается.
4. Нагретый газ поступает в конденсатор. Там осуществляется тепловой обмен газа и теплоносителя. В результате хладагент отдает тепло, охлаждается, и вновь преобразуется в жидкое состояние, после чего в систему отопления попадает горячая жидкость.
5. После попадания хладагента в редукционный клапан - понижается давление. Затем хладагент движется к испарителю и цикл повторяется.

Разновидности теплонасосов

Теплонасосы различаются по виду альтернативного источника отопления:

1. Грунт-вода. Такие устройства оптимальны почти для любого климата. Теплообменники опускают в скважины, где грунт отдает системе тепло.
2. Вода-вода. Эффективен такой способ получения энергии будет, если вблизи имеются грунтовые воды на малой глубине.
3. Воздух-вода. В этом случае энергия получается из воздуха. Недостаток: при низкой воздуха температуре оборудование малоэффективно.
4. Воздух-воздух. Это самый недорогой по стоимости установки вариант. Новейшие модели оснащены инверторами, которые нагреют помещение даже при внешней температуре -25 градусов.

Биотопливный котел

Оборудование на биотопливе работает на брикетах, пеллетах, щепе, а также на гранулах (древесных, торфяных, соломенных). Если применять брикеты, можно автоматизировать заправку котла топливом.

Недостаток биотопливных котлов - их высокая стоимость. Недешево будет обходиться и покупка брикетов.

Инфракрасное отопление

Подобный тип отопительных систем приобретает высокую популярность в последние годы. Хотя в качестве топлива применяются традиционные источники энергии, принцип нагрева помещений можно отнести к альтернативным. ИК-обогреватель имеет дефлектор, который создает пучок тепловых ИК-лучей, которые почти не взаимодействуют с окружающим воздухом. Эффективность отопления зависит от температуры нагревающего прибора и качества дефлектора.

Распространена и инфракрасная пленка, применяемая при установке «теплых полов». Ее кладут под напольное покрытие таким образом, что ее монтаж не требует сложного ремонта.

Альтернативное отопление частного дома может осуществляться и с помощью «теплых плинтусов». Устройства устанавливаются под плинтусы вдоль стен. Нагретые стены отдают тепло внутрь помещения, и не дают ему уходить вовне. Такой обогрев характеризуется равномерностью.

Выбор конкретного способа альтернативного отопления зависит от множества факторов: погодные условия, стоимость топлива, экономическая целесообразность и т.п. Такие устройства можно установить своими руками или же обратиться к специалисту. Однако следует помнить, что только правильная установка - гарантия надежной работы оборудования в течение многих лет.