Отопление без огня

Анета Вайткиене

Отопление твёрдым топливом - дровами, углем - наиболее дешёвое. Но скупой, как мы знаем, платит дважды. Кроме того, два раза в день надо спускаться в подвал, чтобы бросить дрова в печь, чтоб детям носы не мёрзли. Существует также окись углерода, неприятный запах... Так почему же не поискать современной, экологически чистой системы отопления, в которую стоит вкладывать деньги?

Как правило, любой вариант для отопления состоит из двух компонентов. Это - в доме смонтирована система отопления и генератор, производящий тепло и передающий её в систему. Им может быть печь, солнечный коллектор или тепловой насос. Но система теплового насоса основана на втором законе термодинамики, который гласит, что горячее тело своё тепло передаёт холодному. Тепловой насос собирает тепло из окружающей среды, поднимает его до желаемой температуры и передаёт её в систему отопления здания.

 

Солнечные коллекторы

Чаще всего они устанавливаются для приготовления горячей воды. Коллекторы бывают плоские и вакуумные. В принцип работы тот же: солнечные лучи падают на коллектор и нагревают теплоноситель (абсорбер), протекающий в теплообменник объёмного водонагревателя (бойлер). Там вода нагревается. Разница заключается в том, что в плоских коллекторах абсорбер находится в плоскости, в вакуумных - по всей внутренней поверхности колбы, что повышает их эффективность на 30 % по сравнению с плоскими коллекторами. Тем не менее, колбы вакуумного солнечного коллектора могут сломаться или треснуть, так что при малейшей трещине в колбе исчезает вакуум, и она становится неэффективной. Поэтому, выбрав вакуумные коллекторы, у которых толщина стекла колб 1,6 мм, стоит их застраховать.

 

 

Выбирая солнечный коллектор задайте себе несколько вопросов: Чем будете обогревать здание? С помощью котла на твёрдом топливе лучше всего совместим плоские солнечные коллекторы, поскольку они 80 % за год собираемой тепловой энергии получают в течении лета, когда котёл на твёрдом топливе не используется или используется мало. На электричестве, газом, мазутом или термальной водой нагреваемом доме можно установить вакуумный коллектор, что позволяет снизить затраты на приготовление горячей воды.

В каком направлении находится крыша дома? Солнечные коллекторы обычно устанавливаются именно на крыше потому, что там минимальный риск повреждения. Если можно направить коллектор на юг или юго-запад, выгоднее будет установить плоский. на восточной или западной сторонах эффективнее установить вакуумный. Причина заключается в том, что абсорбер внутри коллектора всю колбу покрывает под углом в 180°, а солнечный коллектор с плоскими панелями лучше поглощает лучи, когда они падают под крутым углом. По этой причине важно установить плоского коллектора наклонного под нужным углом, чтобы он поглощал как можно больше солнечного света, падающего под крутым углом.

Сколько горячей воды потребляет дом? Когда максимальное количество горячей воды потребляется в тёплое время года (например, на даче), наиболее целесообразно установить плоский коллектор, потому что он более эффективен в летнее время.

Когда потребление горячей воды одинаково круглый год - стоит выбрать вакуумный коллектор, чья эффективность более равномерная.

Если горячая вода используется только в холодное время года, а летом потребность минимальна (например, в школе или детском саду), солнечный коллектор устанавливать не стоит, так как система может перегреться. В таком случае лучше выбрать тепловой насос "воздух-вода".

 

Тепловой насос "воздух-вода".

Для приготовления горячей воды используемые тепловые насосы могут быть установлены как в помещении, так и вне здания. Он нагревают воду в любое время года, несмотря на то, сколько солнца. Тем не менее, при похолодании воздуха, снижается эффективность теплового насоса, так как увеличивается количество энергии, потребляемой для нагревания воды до требуемой температуры. 

 

 

Тепловые насосы "воздух-вода" могут брать воздух из помещения и его охладив, выпустить обратно в комнату или помещение. Используя тепло, взятое из воздуха, за сутки они готовят 0,5 - 0,7 куб. горячей воды примерно в четыре раза дешевле, чем электрический нагреватель. Воздух, они могут брать снаружи, но не будут работать при температуре ниже чем -5°С.

Этот тип теплового насоса предназначен не только для приготовления горячей воды, но и для отопления помещений. Он может эффективно функционировать при температуре наружного воздуха до -20С. Чем холоднее воздух снаружи, тем ниже будет эффективность теплового насоса, однако, производители постоянно совершенствуют внутренние теплообменники и технологию инверторных пластин. Отношение КП (коэффициент производительности) остаётся не меньше 2 - это значит, что в любом случае данное устройство производит вдвое больше тепловой энергии чем само потребляет. Во время сильных морозов, эффективность теплового насоса снижается. Для поддержки нужной температуры воды может понадобится использовать электрический нагреватель.

КП - коэффициент производительности теплового насоса (Англ.- coefficient of performance). Это величина, показывающая соотношение устройством создаваемой энергии с потребляемой электроэнергией. Например, если КП равно 3, то потребляется 1 кВт-ч электроэнергии, а тепловой насос производит 3 кВт·ч тепла.

 

Геотермальный тепловой насос

В зависимости от размера участка, характера грунта, освещения, назначения здания, возможно, было бы лучше установить тепловые коллекторы другого профиля работы: горизонтального "земля - вода" или вертикального "вода-вода" или горизонтального "вода - вода".

 

1. Горизонтальный тепловой коллектор "земля-вода" вкапывается в землю ниже грани промерзания (на глубине 1,5-2 м). Трубы устанавливаются на расстоянии 1 м друг от друга, так что потребуется относительно большой участок. Для отопления среднего дома площадью в 150 кв. м. и приготовления горячей воды, имея в виду количество потребляемой воды, на влажном глинистом участок тепловой коллектор займёт от 3,4 до 4 аров земли. Кроме того, в зимнее время коллектор не очень эффективен, так как он напрямую зависит от солнечного света, нагревающего грунт, а в это время года температура почвы на его глубине близка к нулю. Хотя этот тип коллектора относительно дешёвый, из-за необходимости дополнительного нагрева воды он потребляет на 10% больше электроэнергии в год чем вертикальный насос.

2. Вертикальный тепловой коллектор "земля-вода", на самом деле единственный настоящий геотермический коллектор, потому что совершенно не зависит от солнечного света. Тепло собирается из скважины 60-100 метров в глубину. В скважину вводятся трубы с теплоносителем, который циркулируя переносит тепло из грунта в тепловой насос.

В более глубоких слоях температура почвы довольно постоянна - около 10°C, поэтому и количество подачи тепла в течении всего года останется таким же. Правда, в скважину придётся вложить немало денег.

3. Горизонтальный тепловой коллектор "вода-вода" устанавливается, когда недалеко от дома находится достаточно большой открытый водоём - озеро или пруд. Коллектор туда просто спускают. Вода - идеальный аккумулятор солнечной энергии. Эта система коллектора является относительно недорогой и эффективной. Увы, не каждому домовладельцу доступен достаточно большой водоём.

Гибридные альтернативные системы отопления и горячего водоснабжения являются экологически чистыми, произведённые на основе возобновляемых природных ресурсов, но в большинстве случаев их лучше устанавливать в сочетании с любой другой топливной системой - электрическим обогревателем, пеплетным котлом и т.д. Альтернативные системы отопления осязаемо снизят расходы на отопление, по сравнению с отоплением только электричеством, мазутом, газом и др.

 

 

Если у вас есть введение газа, было бы целесообразно установить гибридный тепловой насос, в котором вместо электрического нагревателя оборудован газовые или дизельные горелки. В этом случае, если температура окружающей среды (воздуха, воды или земли), из которой коллектор собирает тепло, падает ниже предела, когда тепловой насос ещё достаточно эффективен, тогда для нагрева воды автоматический включается газовая горелка. Производитель заявляет, что это переключение происходит, когда температура окружающей среды падает до +2°С. Тем не менее, по данным производителя можно и просчитаться, при какой температуре окружающей среды КС теплового насоса снижается на столько, что отопление газом могло бы окупится, и чтобы изменить настройку предела температуры до, например -17°С. Таким образом, вам лишь несколько недель в году придётся греться газом, а все остальное время пользоваться бесплатной энергией из  возобновляемых источников.

 

Каждый альтернативный проект отопления очень индивидуален и зависит от многих факторов. Это всегда должна быть гармонизация двух противоположных полюсов. Если площадь теплового коллектора больше, чем необходимо, часть расходов установления системы будут потрачены впустую. Если была попытка сэкономить и был установлен коллектор немного меньше (скажем, вместо 100в скважины было пробурено лишь 60 м) - собранное тепло не успеет обновится достаточно быстро, вернуться в землю или воду и что в конечном счёте остынет. Из холодной среда берётся меньше тепла, требуется больше энергии для дополнительного нагревания, так что в течение нескольких лет система отопления теряет эффективность и перестаёт быть экономически эффективной. А где ещё вред экосистеме: в мёрзлой земля не будут расти деревья и кустарники, а в холодной воде будет еле живые рыбы. Основная задача проектировщика - найти золотую середину, где прекрасно сочетается экономическая выгода и эффективность отопления.

 

Гибридная система солнечного коллектора и теплового насоса

Не жалейте денег на проект. Большой соблазн сэкономить деньги, не заказывая проект, но лучше ему сопротивляться. Ни один проект разработавшие и успешно реализовавшие специалисты могут обнаружить и вычислить тонкие нюансы, которых сами владельцы могут и не заметить. Они точно установят потребность потребления горячей воды на дом, в зависимости от месторасположения объекта, освещение и найдут лучшее место для расположения теплового коллектора. Тесты грунта обычно выполняются при строительстве дома, так что, если будет принято решение бурить скважины для вертикального коллектора, повторное тестирование ненужно. Даже если не проводились исследования земельного участка, буровики всегда имеют региональные данные тестов, на которые можно положится.

Если было принято решение собрать тепло из водоёма, необходимо тщательно оценить его глубину и температуру воды. Проектировщик определит, способен ли водоём обеспечить насос необходимым количеством воды. В конце концов, для того, чтобы взять 3 градуса тепла по Цельсию, в насос за час должно притечь около 3,5 куб. м воды, а это значительный поток.

 

КАКОЙ МОЩНОСТИ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР ВАМ НУЖЕН?

Зная ваши потребности горячей воды и температуру, до которой необходимо нагреть воду, вы можете легко подсчитать, сколько солнечной энергии в течение дня должен собрать коллектор (и передать теплообменнику).

м3 × Δt × = 1,163 кВт·ч/в сутки,

здесь:

м3 - расходование горячей воды в сутки;

Δt - разница температур холодной и горячей воды.

Например, ежедневно ваша семья использует 200 литров (0,2 м3) горячей воды, температура холодной воды будет 7°С и нагреть её нужно до 55°С таким образом, 0,2м3, умноженное на 48 (55-7) и коэффициента 1,163 получим 11.1648 - столько кВтч энергии в течение дня понадобится чтобы удовлетворить ваши потребности.

Теперь можно рассчитать, какой площади коллектор вам нужен, чтобы получить такое количество энергии.

Суточная производительность плоских солнечных коллекторов составляет около 3,5 кВт-ч/м2, вакуумных - около 0,45 кВт-ч (одной колбы). Таким образом, поделив энергетические потребности (11.1648 кВт-ч) из суточной мощности коллектора вы получится что вам нужно плоский коллектор ц площадь 3,2 м2 или вакуумный 25 колбами.

Средняя годовая освещённость горизонтальной поверхности в Литва составляет около 980 кВтч/м2. Такое количество энергии, то есть 3136 кВт-ч должен собрать со стопроцентной операционной эффективностью действующий, на юг направленный солнечный коллектор. Тем не менее, современные солнечные коллекторы, в зависимости от производителя, работают с эффективностью 74-85%. Если они направлены на восток или запад, освещённость уменьшается в 2-3 раза.

 

КОММЕНТАРИЙ СПЕЦИАЛИСТА 

Симонас Сабецкас,  

руководитель проектов по возобновляемым источникам энергии, ЗАО „Vilpra“ 

Литовская правовая база по использованию общественных водоёмов находится в полном хаосе. Там нет никакого регулирования, касательно погружения тепловых коллекторов в водоёмы общественного пользования. И если такой правовой акт где-то и есть, то он на столько засекречен, что никто не видел и не слышал о нем. Разрешение на использование государственного озера вам никто не предоставит, потому что на это нету никакой правовой основы. Тем не менее, никакой правовой основы наказывать за произвольное погружение коллектора в общественный водоём тоже нету.

КОММЕНТАРИЙ СПЕЦИАЛИСТА 

Симонас Сабецкас,

руководитель проектов по возобновляемым источникам энергии, ЗАО „Vilpra“ 

Чем больше здание потребляет горячей воды, тем быстрее окупаются инвестиций в альтернативное отопление. Например, много горячей воды потребляющему отелю оно окупается примерно через три года.

Что касается инвестиций в отопление помещений, скорость окупаемости напрямую зависит от размера здания и его потери тепла. Старые, не отремонтированные здания в окружающую среду выделяют много тепла (70-90 Вт/м2), без утепления фасада почти ничего не удастся сэкономить. А инвестировав в теплоизоляцию фасада, необходимо будет инвестировать и в вентиляцию. А ведь ещё нужна замена радиаторов... Таким образом, срок окупаемости отопительного оборудования возобновляемых источников энергии значительно увеличивается и становится трудно предсказуемым.

Чем здание новее, тем меньше тепла излучается наружу, чем качественней установлена система отопления, тем больше стоит инвестировать средства в системы его отопления возобновляемыми источниками энергии. Идеальный вариант - так называемый пассивный дом с подогреваемым полом и большим потреблением горячей воды. 

Для меня, ближе к сердцу тепловые насосы "воздух-вода", я их считаю идеальными для дома с площадью до 200 кв. м. В такой площади чаще всего живут семьи с такой потребностью горячей воды, что насосу хватает мощности обслужить такую потребность. Дополнительное нагревание электричеством требуется очень редко, а инвестировать в установку надо относительно немного. Такие насосы особенно эффективны при температуре от +15°C до -10°C, а в Литве преобладает именно такой интервал температуры. Расходы на отопление меньше на 30 %, чем, скажем, у отопления и примерно соответствует цене отопления гранулами. Например, стоимость тепла из твёрдого топлива составляет около 0,07 €/кВт·ч, а отопление на гранулах, а также насосом "воздух-вода "- около 0,12€/кВт-ч, но не нужно готовить и хранить дрова, часто заботиться о загрузках, удалять золу, из котельной не будет плохо пахнуть. На самом деле, тепловому насосу и котельная не нужна.

2013 г. в Европейском союзе вступили в силу новые коэффициенты энергоэффективности применяемые отопительным устройствам до 10 кВт мощности - SEER (охлаждение) и SCOP (отопление). Эти новые коэффициенты более точно отражают эффективность работы устройства, так как SEER и SCOP является средними величинами и подсчитываются в четырёх температурных точках.

SCOP - общий коэффициент полезного действия устройства, соответствующий всему сезону отопления (значение SCOP относится к отопительному сезону конкретного региона), рассчитывается поделив нормативную годовую потребность отопления на годовые расходы на отопление электричеством.

 

КОММЕНТАРИЙ СПЕЦИАЛИСТА 

Роландас Грикшас,

директор ЗАО „Eko2šiluma“ 

При установке теплового насоса, крайне важно, чтобы работа выполнялась знающим профессионалом. Насосов есть действительно много, так что, в зависимости от нужд потребителей, объем и внутреннюю планировку обогреваемых помещений, наиболее важно избрать максимально эффективного. От установки насоса может зависеть его фактическая эффективность. Например, если тепловому насосу "воздух-воздух" было плохо выбрано место в помещении, его эффективность может быть значительно снизится.

Монтажные работы также очень важны. Большинство клиентов, которые обращаются в сервисный центр, чтобы дополнить фреон, как правило, являются жертвами плохого монтажа. Фреон теряется через плохие вальцованные соединения, треснувшие из-за микровибрации, идущей из плохо урегулированной системы, или из-за использования некачественных труб.

Мы предлагаем тепловые насосы "воздух-воздух" от "Mitsubishi". Отопление 1 кв.м. помещения будет стоить в среднем 0.4 € в месяц. Они просты в установке, летом их можно переключить в режим охлаждения, они подходят для любых помещений.

У нас есть тепловым насосам "воздух-вода" предназначены патентованы накопительные баки для горячей воды, у которых главное преимущество - внутренняя конденсационная катушка большого объёма. Именно из-за него наши накопительные баки на 15-20 % более эффективны, чем другие. Они могут быть подключены к любым источникам тепла: котлам на твёрдом топливе, солнечным коллекторам, каминам и др.

Современные тепловые насосы занимают очень мало места. Например, тепловые насосы "воздух-вода" от производителя „Ecodan“ вместе с баком для воды размером в холодильник. Таким образом, вся котельная может вместится 1 кв. м. площади пола.