Автономный дом

SELF-CONTAINED HOUSE

Rail Yakupov

Student, Ufa State Aviation Technical University, (branch in Kumertau), Russia, Kumertau

Nikolay Novikov

Candidate of technical sciences, associate professor, Ufa State Aviation Technical University, (branch in Kumertau), Russia, Kumertau

Аннотация. Одним людям нужен энергоэффективный, эконо­мичный дом, другие хотят жить в цивилизованных условиях пользуясь всеми плюсами и минусами современной бытовой техники. В этой статье рассмотрим главные моменты при подключении загородного дома, дачи или коттеджа к основным инженерным коммуникациям.

Abstract. Some people need energy-efficient, economical home, while others want to live in civilized conditions using all the pluses and minuses of modern appliances. In this article we will discuss the main points when connecting a country house, cottages or cottage to the main utilities.

Ключевые слова: автономный дом; инженерные коммуникации; солнечные батареи; ветрогенераторы; солнечные коллекторы; генераторы.

Keywords: Autonomous building; utilities; solar panels; wind turbines; solar collectors; generators.

Автономный загородный дом - это дом, инженерные сети которого не зависят от основных магистральных систем электроснаб­жения, газоснабжения, водоснабжения и канализации. Автономный дом имеет собственные локальные инженерные системы, благодаря которым у владельца загородной недвижимости есть возможность самому оптимизировать и регулировать расход тех или иных энергоносителей в доме.

Понятие «автономный дом» широкое и многогранное. Как правило, это жилой дом, который не имеет подключения к внешним системам газоснабжения, электрификации, водоснабжения и т. д. Такой дом по другому называют нулевым домом. При его проекти­ровании необходимо учитывать следующие факторы:

1) степень расхода энергии, которая нужна владельцу дома;

2) климатические и географические особенности места будущей застройки;

3) отдаленность от магистральных инженерных сетей, доступность  транспорта;

4) ограничения связанные с экологией и т. д.

Грамотная и качественная установка инженерных коммуникаций - ключ к удобной и комфортной жизни в автономном загородном доме. С помощью современных инженерных и конструкторских решений можно оснастить жизнеобеспечивающими сетями любое загородное здание. Минимальный пакет инженерных сетей состоит из отопления, электричества, водоснабжения и системы канализации. Это необходимые условия, при отсутствии которых не возможно проживание в доме.

Автономность дома тесно связана с энергопотреблением этого дома. От того в какой степени будет энергозатратным дом будут зависеть меры, которые будут приняты для обеспечения всего дома этим самым видом и количеством энергии.

Давайте рассмотрим главные моменты при подключении загородного дома, дачи или коттеджа к основным инженерным коммуникациям.

Автономное электроснабжение

Для обеспечения электроэнергией загородного дома используют солнечные батареи, ветрогенераторы, солнечные коллекторы и генераторы (бензиновые, дизельные и газовые).

Ветрогенераторы для дома

Одной из важных составляющих систем вырабатывающей электрическую энергию без потребления углеводородов или другого топлива являются ветряные генераторы. Для их устойчивой работы необходимо лишь перемещение воздушных масс. Ветряные генераторы подразделяются по плоскости установки на вертикальные и гори­зонтальные, и по мощности на бытовые (до 100 кВт) и промышленные (более 100 кВт).

Горизонтальные осевые вентиляторы находят более широкое применение, по сравнению со своими вертикальными коллегами. Это связано в первую очередь с большей максимально возможной мощностью устройств и высоким коэффициентом полезного действия. К плюсам вертикальных ветряков можно отнести отсутствие необходимости ориентировать их по направлению ветра и малые гироскопические нагрузки на вращающиеся элементы конструкции.

Любая ветроэлектрическая установка, в том числе бытовая, должна быть укомплектована шестью основными составляющими: турбиной, генератором, монтажной мачтой с подвижной платформой, блоком аккумуляторов, силовым инвертором, системой автоматического управления и комплексом защит.

Солнечные батареи для дома

«Ядром» каждого гелиокомплекса является набор солнечных коллекторов. Для бытовых систем используются плоские либо вакуумные батареи. Первые поглощают тепло солнца при помощи специального материала – абсорбера, заключенного между проз­рачным элементом и теплоизолирующей прокладкой. Абсорбер представляет собой покрытый специальным напылением и выкрашен­ный в черный цвет лист металла обладающего хорошей теплопро­водностью – алюминий, медь и им подобные.

Стальной «поглотитель» соединен с системой труб, внутри которых циркулирует антифриз, или другая жидкость способная аккумулировать много тепла не изменяя своего агрегатного состояния (например, смесь гликоля и дистиллированной воды). Наружный прозрачный элемент призван оградить абсорбер от внешних агрес­сивных воздействий, устранить возможный парниковый эффект и свести к минимуму любые потери тепла за счет частичного отражения лучей. Задняя и боковые части «поглотителя» надежно теплоизолированы посредствам минерального волокна.

Плоская гелиобатарея идеально подходит для отопительных комплексов расположенных в южных широтах. Она обладает меньшей по сравнению с аналогами стоимостью и за ней очень легко ухаживать. Однако относительно большие энергопотери снижают эффективность использования плоских коллекторов при отрицательных температурах, а общая высокая парусность полезной площади устройства делает невозможным его применение в районах с сильными среднегодовыми ветрами.

Многих недостатков цельно плоских собратьев лишены вакуумные коллекторы. Их конструкция подразумевает обязательно применение системы двух вложенных друг в друга труб, промежуток между стенками которых заполнен вакуумом. Специалисты описывают два подвида аналогичных батарей – прямоточные и жаротрубные. Исходя из наименования, в изделиях первого типа, носитель тепла протекает через внутреннюю трубу непосредственно, забирая аккуму­лированную энергию солнца у «поглотителя», в качестве которого выступает металлизированное напыление. Вакуум выполняет при этом исключительно изолирующие функции, снижая отток полезного тепла вовне.

Коллектора с жаровыми трубами работают по иному принципу и обязательно монтируются под углом 10 – 20 градусов к абсолютной горизонтали. Внутренний патрубок наполняется легкокипящей суб­станцией, которая уже при небольших температурах изменяет свое агрегатное состояние и поднимается в верхний наконечник вакуумного стержня. В нем летучий фреон предает накопленную энергию основному теплоносителю, конденсируется и опускается вниз по задней, холодной стенке цилиндра, чтобы замкнуть цикл.

Генераторы

На потребительском рынке автономные генераторы, вырабаты­вающие электроэнергию, представлены тремя видами: бензиновым, дизельным, газовым.

Для маленького дачного домика, который будет обеспечиваться электричеством непостоянно, будет рационально использовать электрический генератор, который работает на бензине. Его мощность относительно небольшая. Как правило, такие модели генераторов оснащены автозапуском и электростартером. Они могут автома­тически запускаться при отключении основного питания и помогают предотвратить некоторые нежелательные последствия, которые связаны с потерей электричества.

Если перебои в подаче электрической энергии очень частые, то в таком случае будет лучше использовать генератор, который работает на дизеле. Он поможет обеспечить электричеством жилой дом на довольно длительный промежуток времени. Зачастую он способен достигать и нескольких дней.

Газовые генераторы появившиеся на рынке совсем недавно, уже успели завоевать признание у обитателей поселков загородного типа и дачных участков. Генераторы работают по принципу четырехтактного двигателя и адаптированы под газ (природный либо сжиженный) и без проблем работают в температурном диапазоне
от -50 до +50 С. Если сравнивать стоимость эксплуатации, то генераторы электростанции газовые приводят к меньшим затратам из‑за, более низкой стоимости топлива.

Автономное отопление

В отсутствии газа выбор топлива зависит от того, как часто вы бываете на даче и как долго вы на ней остаетесь. Если вы бываете на даче только в выходные, вполне устроит система, работающая на твердом топливе. Если же вы предполагаете посещать дачу круглый год и оставаться там надолго, то подумайте об использовании жидкого топлива.

Жидкотопливный котел отопления

Жидкотопливные самодельные котлы отопления на отработке оснащены вентиляторной горелкой, в независимости от того, какими параметрами мощности обладает котел. Роль такой горелки состоит в следующем: она распыляет топливо под большим давлением и подает его в камеру сгорания. Смесь топлива и воздуха попадает в газовую горелку и после этого происходит процесс ее воспламенения.

Преимущества: высокий КПД — до 95 %, длительность работы ограничена только емкостью с топливом, легко настраивается, легкий переход на газовую горелку.

Недостатки: высокая стоимость топлива – на сезон необходимо до 5м³ солярки, энергозависимость, нужно отдельное, утепленное помещение под топливо, необходимо утепление трубопровода, насосного хозяйства, настройка форсунок и периодическая чистка фильтра.

Твердотопливный котел отопления

Твёрдотопливные котлы – котлы, в которых для горения используется твердое топливо: уголь, торф, горючие сланцы, дрова. Могут использоваться как единственный источник тепла, так и как дополнительный.

Условно твёрдотопливные котлы можно разделить на категории:

a) В классических котлах используются продукты сгорания твердого топлива для получения тепла. Отличаются материалом теплообменника – чугун или сталь.

Преимущества: использование любых твердых видов топлива, энергонезависимость (даже при отключении наддува котел работает).

Недостатки: частая загрузка топлива (минимум: уголь – 5 раз, дрова – 8 раз), высокие требования к дымоходу, грязь от топлива.

b) Пиролизные или газогенераторные котлы используют для теплообразования продукты пиролиза — газы, выделяемые из топлива при отсутствии воздуха и высокой температуре.

Преимущества: самый высокий КПД — до 90 %, длительная работа на одной закладке – до 10 ч, полное сгорание топлива – снижены требования к качеству дымохода, высокая экологичность.

Недостатки: высокая стоимость, энергозависимость, при неполной загрузке нестабильность горения, требовательность к сухости дров, невозможно автоматизировать, требует отдельного помещения.

c) Автоматические котлы – твердотопливные котлы с автома­тической подачей топлива, и чаще автоматическим удалением золы. Для устойчивого горения необходимо однородное топливо по составу и размерам. Применяют уголь – путем калиброванного просеивания. Отходы древесины прессуют в калиброванные гранулы – пеллеты.

Преимущества: высокий КПД — до 85 %, длительна работа, ограниченная емкостью бункера автоматической подачи, однородность топлива позволяют точно настраивать процесс горения.

Недостатки: высокая стоимость – стартуют от 2000$, энерго­зависимость, нужно большое отдельное помещение под систему автоматического котла, нужен отдельный пожаробезопасный золоприемник.

Суммируя вышеизложенные технологии и подходы, можно с уверенностью сказать, что идея автономного дома - это не статья из красивого журнала или фантастический сюжет из научного фильма, а очень живое, современное и конкретное решение, для реализации которого необходимо все грамотно и тщательно спроектировать.

Безусловно, умный загородный дом - недешевое удовольствие, т. к. спроектировать и установить автономные независимые инже­нерные системы дороже и сложней. Однако будущее именно за такими домами, ибо мировых запасов природных ресурсов с каждым годом становится все меньше, а цены на коммунальные услуги повышаются. Вывод один - владелец автономного дома явно не прогадает, выбрав дом именно такого типа