Постоянное повышение стоимости традиционных видов топлива заставляют владельцев частных домов все чаще задумываться не только об экономии топлива, но и об использовании альтернативных источников энергии для работы систем отопления. Существует несколько вариантов использования возобновляемых природных ресурсов. Материал статьи дает обзор основных направлений реализации работы отопления дома на базе альтернативных видов энергии.
Содержание
Виды альтернативных источников энергоресурсов
В классическом понимании альтернативного источника снабжения энергией четко определена категория используемой энергии – это произвольно восполняемые природные ресурсы. К ним относятся:
- Сила ветра;
- Солнечная энергия;
- Теплота недр, водных ресурсов и воздуха.
Инфракрасные системы отопления являются экономичными, но принцип их работы базируется на преобразовании электроэнергии (самого дорогого энергоносителя) в излучение инфракрасного спектра. Использование электрической энергии – прямой признак традиционного отопления.
Выделяют 3 главных вида устройств, реализующих в работе системы отопления энергию альтернативных источников:
- Ветряной электрический генератор;
- Солнечные панели (батареи, коллекторы);
- Тепловой насос.
Ветряной электрический генератор
Ветрогенератор реализует в своей работе принцип преобразования механического движения в электрическую энергию. В состав устройства входят следующие составные элементы:
- Мачта;
- Рабочее колесо с лопастями;
- Электрический генератор;
- Аккумуляторные батареи;
- Контроллер;
- Инвертор.
При силе ветра от 2 м/с начинается вращение колеса с лопастями. Усилие вращения передается через редуктор на генератор, который вырабатывает электрический ток. Стоит отметить, что рабочее колесо обычно имеет флюгерное устройство – это позволяет менять ориентацию лопастей при изменении направления ветра.
Выработанная энергия аккумулируется в аккумуляторах и передается к точкам потребления – отопительным устройствам (котлам, обогревателям, конвекторам, излучателям).
Но применение ветряных электростанций имеет ряд обязательных технических условий. В зависимости от мощности установки изменяются размеры лопастей и требуемое минимальное расстояние до строений, наружных коммуникаций, деревьев и так далее. Минимальная высота над окружающими элементами должна составлять не менее 10 метров, линейное расстояние до них – до 100 метров.
Такие требования подразумевают обширные размеры земельного участка, что как правило редко встретишь. Ветряк рекомендуется устанавливать на возвышенностях или равнинной местности, в зонах с естественными природными преградами ветру работа его малоэффективна.
Главное препятствие для популярного использования ветряных электростанций – их огромная стоимость. Изделия малой мощности не покроют потребностей отопления, могут выступать только в качестве дополнительного источника отопления. Генераторы мощностью более 10 кВт стоят в среднем от 600 – 800 тыс. рублей и более.
Срок эксплуатации устройств объявляется в пределах 18 – 20 лет. Окупить свою стоимость за такой период ветрогенератор сможет с трудом.
Гелиоустановки
Энергия Солнца является практически неисчерпаемым ресурсом. На использовании солнечного излучения основан принцип работы гелиоустановок.
Солнечные панели поглощают энергию излучения и преобразуют ее в другие типы — электрическую или тепловую. Преобразование в электрический ток происходит посредством фотоэлектрических элементов. Другой тип батарей – коллекторы – нагревает циркулирующий через них теплоноситель.
В случае производства электричества к системе подключаются аккумуляторы, в которых концентрируется неиспользованное количество энергии. При непосредственном нагреве теплоносителя в систему интегрируют теплоаккумулятор.
При этом гелиоустановки все равно можно использовать в качестве дополнительного источника энергии. Снижение производительности позволяет переключить систему на покрытие нужд горячего водоснабжения.
Система теплового насоса
Работа теплового насоса основана на сборе теплоты от сторонних (геотермальных) низкотемпературных источников:
- Грунт;
- Вода – водоем или подземный слой;
- Воздух.
Работа устройства реализуется через способность хладагента кипеть при низкой температуре. Наружная сеть сбора тепла наполнена теплоносителем (обычно незамерзающим). Теплоноситель циркулирует и доставляет тепло в испаритель. От нагрева на 5 – 70С хладагент закипает и его пары покидают теплообменный аппарат.
Затем они сжимаются компрессором (при этом приобретают большее давление и температуру) и подаются в конденсатор, где отдают тепло воде системы отопления. После конденсатора сжиженный хладагент проходит через дроссельный клапан. Там он резко расширяется и со сниженным давлением, охлажденный, вновь поступает в испаритель.
Наружные сети сбора тепла монтируются из полимерных трубопроводов.
Они забирают тепло от доступных источников на земельном участке. В случае сооружения сети в почве контуры заглубляют на глубину ниже точки промерзания для соответствующего региона (справочные данные).
Также сети монтируют в сопредельные водоемы или бурят скважины для доступа к грунтовым водам.
Глубина скважин варьируется от 30 до 150 метров, стоимость работ по их строительству довольно высока.
Схема работы теплового насоса является энергозависимой – работа компрессора обеспечивается электрическим приводом. При затратах 1 кВт электроэнергии получают от 4,5 до 5,5 кВт теплоты. Температура теплоносителя, произведенного тепловым насосом, наиболее приемлема для работы низкотемпературных комплексов отопления – теплых полов, теплых стен, медных конвекторов.
Начальные вложения для всех систем альтернативного отопления имеют солидные значения. Самостоятельное изготовление и монтаж энергопроизводящих альтернативных установок имеет свои сложности. Внедрение систем отопления на базе альтернативного источника энергии доступно пока немногим из-за высокой стоимости оборудования.
Но техника развивается и совершенствуется, запасы углеводородов неумолимо истощаются, все виды топлива дорожают. Такие тенденции дают новые перспективы развития комплексам альтернативного отопления, что наиболее актуально для владельцев частных домов и дач.