Энергоэффективный дом: как повысить энергоэффективность дома

Рис. 1 Автономная система отопления и пример подключения котла

Что такое электродный котел

Принцип работы агрегата наглядно демонстрирует известный многим кипятильник из двух лезвий и четырех спичек. При подключении такого устройства к электросети, нагрев 1 л воды до 100 0С происходит в течение нескольких минут.

Достигается такая интенсивность нагрева электродного котла благодаря явлению электролиза. Суть процесса состоит в том, что между двумя погруженными в раствор жидкого электролита электродами, при подключении внешнего источника напряжения, начинается направленное движение заряженных частиц. Ионы, имеющие положительный заряд перемещаются к катоду, а частицы с отрицательным зарядом притягивает анод.

Если на электроды подается переменное напряжение от бытовой электросети с частотой 50 Гц, в течение одной секунды изменение полярности происходит 50 раз, что влечет за собой периодическое изменение направления движения ионов. Вследствие повышенного сопротивления водной среды и внутреннего трения происходит преобразование кинетической энергии в тепловую, что и вызывает интенсивный нагрев раствора электролита.

Поскольку вода в системах централизованного снабжения имеет мало общего с чистой (Н2О) и представляет собой раствор солей калия, кальция, магния и других элементов, она вполне может считаться электролитом. Непосредственный нагрев электролита (без контакта с поверхностью ТЭНа или корпусом) называется первичным.

Принципиальное отличие электродных котлов от других электрических установок заключается в том, что нагрев теплоносителя происходит без контакта с нагревательным элементом.

Следует также отметить, что производительность агрегата непосредственно связана с химическим составом теплоносителя.

Основы организации энергосберегающего теплоснабжения

Тепловые потери в доме

Основы организации энергосберегающего теплоснабжения

Каждая отопительная система имеет две стороны своей работы – затратная часть и получаемая тепловая энергия. Отношение этих параметров составляет коэффициент полезного действия – КПД. В идеальном случае установленные энергосберегающие котлы отопления на твердом топливе должны обеспечить максимальный уровень эффективности.

Основы организации энергосберегающего теплоснабжения

Какие действия рекомендуется предпринять для создания энергосберегающей отопительной системы? Прежде всего, следует уменьшить тепловые потери, которые возникают при недостаточной теплоизоляции здания и большой энергоемкости труб и батарей.

Основы организации энергосберегающего теплоснабжения

Кроме этого энергосберегающее отопление частного дома должно отвечать следующим требованиям:

Основы организации энергосберегающего теплоснабжения
  • Работа в низкотемпературном режиме. С учетом уменьшения тепловых потерь здания для нагрева жилой комнаты достаточно будет температуры до +55°С;
  • Низкая инерционность. Такими свойствами обладает электрическая энергосберегающая система отопления. Повышение температуры в доме происходит намного быстрее, чем от водяного теплоснабжения;
  • Обязательное наличие управляющих компонентов – программаторов, датчиков температуры в доме и на улице. Таким образом режим работы отопления будет напрямую зависеть от внешних факторов и настроек управления.
Основы организации энергосберегающего теплоснабжения

Добиться желаемой эффективности у водяного или воздушного отопления практически невозможно. Это связано с потерями при прохождении теплоносителя по трубопроводам. Альтернативой этому может быть энергосберегающее отопление ПЛЭН, входящее в состав электрического теплоснабжения.

Основы организации энергосберегающего теплоснабжения

Перед выбором оборудования, в состав которого могут входить энергосберегающие котлы отопления и радиаторы, следует сделать предварительные расчеты тепловых потерь в доме, разработать схему расположения нагревательных приборов.

Основы организации энергосберегающего теплоснабжения

Что такое погодное регулирование?

В многоквартирном доме 2004 года постройки рядом со станцией метро «Люблино» в прошлом году энергосервисная компания — ООО «Энергосбережение» — установила автоматический узел управления погодного регулирования. Оборудование находится в подвале и выглядит как сплетение серебристых труб, врезанных в систему существующих коммуникаций. Устройство помогает регулировать температуру батарей в квартирах — в зависимости от погодных условий.

«В начале и в конце отопительного сезона температура воздуха часто меняется от плюса к минусу и наоборот. Но при централизованном теплоснабжении система отопления инерционна, и ресурсоснабжающая организация вынуждена подавать теплоноситель в течение суток по утвержденному графику, исходя из возможной минимальной температуры воздуха. При резком потеплении в течение суток возникает эффект перетопа (фактическая температура подаваемого теплоносителя выше параметров температурного графика). В этом случае температура в квартире может достигать 28 и более градусов, жильцы вынуждены открывать окна. Установленное оборудование помогает не допустить этого и снизить температуру в квартирах до 22–24 градусов (это температура комфорта). При этом экономится до 30 процентов тепла», — поясняет начальник отдела развития энергосервисной деятельности ГКУ «Энергетика» Василий Богданов.

Система работает следующим образом. Датчик, измеряющий температуру, размещается снаружи дома. Обычно его устанавливают на северной стороне здания, в тени. Как только он фиксирует, что воздух на улице прогрелся до определенной отметки, он передает сигнал оборудованию в подвале. После этого запорно-регулирующий клапан приостанавливает подачу теплоносителя в дом. То есть вода будет циркулировать по трубам внутри здания по кругу, пока ее температура не упадет до определенной отметки. Этот показатель зафиксирует уже другой датчик, и тогда насос включится вновь и в здание будет подаваться теплоноситель из сети. Все это помогает избежать знакомой многим проблемы: когда во время оттепели или бабьего лета приходится открывать нараспашку окна, потому что в квартире душно из-за горячих батарей. Это не только неудобно, но и крайне неэкономично.

Читайте также:  Как провести отопление своими руками в частном доме

Система работает в автоматическом режиме, но под контролем диспетчера. Специалисты настраивают оборудование в начале отопительного сезона и приходят по заявке, если есть жалобы от управляющей компании или жильцов. В случае какой-то неисправности система автоматически передаст сигнал диспетчеру и он направит на место ремонтную бригаду.

Установка энергосберегающего оборудования занимает всего несколько часов и не доставляет жителям никаких неудобств. Поломка тоже ничем не грозит: здание продолжит отапливаться по старой схеме, а ремонтная бригада в кратчайшие сроки восстановит работоспособность оборудования.

Экономить можно не только на отоплении. Еще одно востребованное направление — модернизация освещения в подъездах. Во многих домах установлены светильники с лампами накаливания или люминесцентными лампами мощностью от 12 до 100 Вт. Энергосервисная компания (инвестор) заключает договор с управляющей организацией и за свой счет устанавливает светодиодные лампы, потребляющие 5–10 Вт, но качество освещения при этом гораздо выше. Такая замена светильников позволяет снизить плату, а сэкономленные деньги управляющая организация может направить на ремонт и содержание дома.

Современные технологии отопления

Варианты отопления частного дома:

  • Система получения тепла в традиционном варианте. Источник тепла – котел. Тепловая энергия распределяется теплоносителем (вода, воздух). Улучшить можно посредством увеличения теплоотдачи котла.
  • Энергосберегающее оборудование, которое применяется в новых технологиях отопления. Для обогрева жилья энергоносителем выступает электричество (гелиосистема, разные типы электрического обогрева и солнечные коллекторы).
Современные технологии отопления

Новые технологии в отоплении должны помощь в решении вопросов:

  • Уменьшение затрат;
  • Бережное отношение к природным ресурсам.

Теплый пол

Современные технологии отопления

Инфракрасный пол (ИК) – современная технология обогрева. Основным материалом выступает необычная пленка. Положительные качества – гибкость, повышенная прочность, влагостойкость, огнеустойчивость. Укладывать можно под любой напольный материал. Излучение ИК пола хорошо влияет на самочувствие, идентично действию солнечных лучей на организм человека. Денежные расходы на укладку ИК пола меньше на 30-40% чем при затратах на установку полов с электрическими элементами подогрева. Экономия электроэнергии при использовании пленочного пола 15-20%. Пульт управления регулирует температуру в каждой комнате. Нет шума, запаха, пыли.

Использование многотарифного счётчика позволит применить электрический тёплый пол с греющим кабелем.

При водяном способе подачи тепла в стяжку пола ложится металлопластиковая труба. Температура нагрева ограничивается 40 градусами.

Современные технологии отопления

Водяные солнечные коллекторы

Инновационная отопительная технология применяется в местах с большой солнечной активностью. Водяные солнечные коллекторы располагают на открытых для солнца местах. Обычно это крыша здания. От солнечных лучей вода нагревается и направляется внутрь дома.

Отрицательным моментом является невозможность использования коллектора в ночное время. Нет смысла применять в районах северного направления. Большим плюсом использования этого принципа получения тепла будет общедоступность энергии солнца. Не приносит вреда природе. Не занимает полезную площадь во дворе дома.

Современные технологии отопления

Гелиосистемы

Применяются тепловые насосы. При общем расходе электроэнергии в 3-5 кВт насосы перекачивают от природных источников в 5-10 раз больше энергии. Источником выступают природные ресурсы. Полученная тепловая энергия поступает в теплоноситель при помощи тепловых насосов.

Главная мысль при использовании тепловых насосов – это перспективность. Расходы на ввод в эксплуатацию системы высокие.

Современные технологии отопления

Инфракрасное отопление

Инфракрасные обогреватели нашли применение в виде основного и дополнительного отопления в любом помещении. При низком потреблении электроэнергии получаем большую теплоотдачу. Воздух в помещении не пересушивается.

Установка легко крепится, не нужны дополнительные разрешения на этот вид обогрева. Секрет экономии – в том, что тепло накапливается в предметах и стенах. Применяют потолочные и настенные системы. У них большой срок службы, более 20 лет.

Современные технологии отопления

Плинтусная технология отопления

Схема работы плинтусной технологии обогрева помещения напоминает работу ИК-нагревателей. Нагревается стена. Потом она начинает отдавать тепло. Инфракрасное тепло отлично переносится человеком. Стены не будут подвержены грибку и плесени, поскольку всегда будут сухими.

Легко устанавливается. Регулируется подача тепла в каждой комнате. Летом можно систему использовать для охлаждения стен. Принцип действия, как и при обогреве.

Современные технологии отопления

Воздушная система отопления

Отопительная система построена по принципу терморегуляции. Горячий или холодный воздух подается непосредственно в помещение. Основной элемент – печь с газовой горелкой. Сгораемый газ отдает тепло в теплообменник. Оттуда нагретый воздух поступает в помещение. Не требует водопроводных труб, радиаторов. Решает три вопроса – отопление помещения, вентиляция.

Читайте также:  Дымоход для буржуйки в гараже своими руками

Преимущество в том, что отопление можно запустить в работу постепенно. При этом действующее отопление не пострадает.

Современные технологии отопления

Теплоаккумуляторы

Теплоноситель нагревается ночью в целях экономии денежных расходов на электроэнергию. Теплоизолированный бак, емкость больших размеров представляет собой аккумулятор. Ночью он нагревается, днём идет отдача тепловой энергии для отопления.

Использование компьютерных модулей и выделяемого ими тепла

Современные технологии отопления

Для запуска системы подачи тепла необходимо подключение интернета и электричества. Принцип работы: используется тепло, которое выделяет процессор при работе.

Применяют компактные и недорогие ASIC-чипы. Собирают в одно устройство несколько сотен чипов. По себестоимости эта установка выходит, как обычный компьютер.

Самые актуальные вопросы:

На сколько увеличится стоимость строительства, если все делать сразу в соответствии с существующими нормативами по теплосбережению?

В среднем от 3% до 10%, все зависит от архитектурного проекта, изначально правильно выбранных инженерных решений по конструкции дома, строительных материалов и технологий.

Через сколько лет эти дополнительные вложения в сохранение тепла окупятся?

Есть реальные примеры построенных Вами домов, у которых на 30-40% меньше расход газа на отопление, без ущерба для комфорта проживания?

Более 70% наших Клиентов приняли решение о строительстве таких домов, и уже живут в них. Однако, с 2014г. мы начали предлагать заказчикам и реализовывать в проектах комплексные инженерные решения по всем конструкциям элементов дома, которые позволяют сократить расход энергоресурсов во время эксплуатации еще на 20-30%.

Автономная система отопления — принцип работы и основные узлы

Любая автономная отопительная система включает в себя следующие основные узлы:

Генератор тепла. Представляет собой устройство, преобразующее электрическую или энергию сгорающего топлива в тепловую, при этом в теплогенераторе одновременно происходит передача тепловой энергии теплоносителю. В качестве теплового носителя используются две основные формы окружающей среды — воздушные массы и жидкость. Чаще всего в системах обогрева применяют очищенную дистиллированную воду, обладающую наивысшим коэффициентом теплоемкости, то есть способностью переносить и накапливать энергию, все другие жидкости, в том числе и незамерзающие антифризы, значительно уступают воде по данному показателю.

Для преобразования топлива в тепловую энергию и передачи ее носителю происходит процесс его сгорания в отопительных котлах, если используется электричество, нагревание теплоносящей среды осуществляется за счет разогрева материала с большим электрическим сопротивлением переменному току и его взаимного теплового обмена с рабочим телом.

Теплопроводная магистраль. Нагретый в котле теплоноситель подается к теплообменным приборам по трубам, ранее повсеместно использовался стальной трубопровод (реже медный из-за высокой стоимости), с развитием химической промышленности сталь постепенно вытесняют трубы из полимеров: полипропилена ППР, сшитого полиэтилена и металлопласта РЕХ.

Полимерные трубы благодаря своей гибкости и эластичности сделали возможным монтировать в зданиях многоконтурные теплые полы с водяным обогревом, что было нереально осуществить при наличии металлических трубопроводов.

Теплообменные приборы. Теплоноситель от котла по трубам поступает в теплообменные приборы, которыми в большинстве случаев являются радиаторы, жидкость проходит сквозь них и отдает тепло воздуху благодаря большой площади корпуса теплообменника. Для повышения или снижения тепловой отдачи предусмотрена возможность изменения конфигурации батарей за счет добавления или снятия отдельных секций, материалом изготовления радиаторов являются сталь или алюминий, обладающие хорошей теплоотдачей (высоким коэффициентом теплопроводности).

Рис. 4 Воздушный конвектор – принцип работы

Новые виды отопления

Сначала будет целесообразным перечислить эти системы. К ним относится:

  • Биомасса
  • Биогаз
  • Энергия от солнца
  • Тепловые насосы.

Это основные нетрадиционные системы отопления. Использование биомассы является довольно выгодным способом отопления поскольку в нем могут использоваться практически любые органические отходы, например: отходы деревообрабатывающего производства, сельского хозяйства, и т.д. Использование этого способа довольно эффективно решает эту задачу, при этом проблема энергосбережения в системах отопления уходит на задний план. Не так давно был изобретен способ отопления с использованием соломы, остающейся после уборки зерновых культур.

Схема простейшей биогазовой установки.

Новые виды отопления

На основе этого топлива работает энергосберегающий котел газообразования. Конечно же, отопление соломой звучит довольно таки смешно, но на самом деле это самый продвинутый на сегодняшний день способ энергосбережения при отоплении помещений. Следует отметить, что использование производственных отходов в качестве топлива позволяет не только значительно экономить денежные средства по причине низкой себестоимости отходов, но и сберечь невосполнимые природные ресурсы, такие как уголь, газ, продукты нефтепереработки.

Как это ни странно на первый взгляд, но солома зерновых культур очень энергоэффективное сырье и ее сжигание позволяет выработать значительное количество тепла. В Германии разработана система отопления, в основе которой лежат котлы для газообразования, работающие на твердом топливе, в частности на рулонах прессованной соломы.

Читайте также:  Особенности обвязки твердотопливного котла

Биогаз работает так: при разложении органических отходов, живущие в них бактерии выделяют газы, которые могут быть использованы в качестве топлива. Причем исходное сырье, из которого получают биогаз можно разделить на три типа:

  • Органические бытовые и сельскохозяйственные отходы
  • Сточные воды
  • Мусор на свалках.

Порой бывает целесообразно строить заводы по переработке отходов в топливо, вблизи от крупных свалок мусора. Это в значительной степени помогает сократить лишние расходы средств на погрузку и доставку сырья на завод. Очень большой плюс такого способа получения энергии заключается в том, что перерабатывая мусор, можно освободить землю хотя бы частично от постоянно растущего числа свалок, что полезно как с точки зрения экологии, так и с хозяйственной точки зрения: исключается необходимость тратить немалые средства на погребение отходов. В настоящее время в России уже функционирует некоторое количество газгольдеров, работающих на основе сельскохозяйственных отходов, но пока такие энергосберегающие способы отопления не получили широкого признания и распространения.

Солнечная энергия. Это энергия, поступающая на Землю вместе с солнечными лучами. Именно благодаря ей на Земле возможна жизнь. Эта энергия есть тепло, которое можно ощутить, находясь под солнечными лучами.

На Землю каждый день поступает значительное количество солнечной энергии (в зависимости от времени года и погодных условий в разных местностях это количество не одинаково), но большая ее часть расходуется как бы в пустую. Поэтому, сравнительно недавно, человечество озаботилось вопросом сбора солнечной энергии и замены ею ископаемых энергоносителей. В настоящее время разработано значительное количество различных видов солнечных батарей, в том числе и, относительно маломощных, подходящих для частного использования.

Но, несмотря на большие преимущества, данный способ имеет и существенные недостатки, главный из которых состоит в прямой зависимости количества накапливаемой энергии от погодных условий и степени освещенности в данной местности. По этой причине такой способ нельзя считать надежным, и поэтому до сих пор солнечная энергия применяется крайне редко.

Новые виды отопления

Тепловые насосы

Последняя из перечисленных ранее систем энергосбережения — тепловые насосы. Это одна из самых эффективных на сегодня энергосберегающих систем отопления. Принцип функционирования тепловых насосов довольно интересен и необычен: особыми приемами из земли извлекается тепло и подается в здание, а из здания назад в землю уходит холод. Существуют различные системы тепловых насосов .Достаточно практично и оригинально!

Тепловые насосы используются как для отопления помещений так и для подачи горячего водоснабжения, в том числе и в батареи отопления. Пока в России тепловые насосы вместе с остальными нетрадиционными отопительными системами, применяются очень редко и считаются экзотикой, в то время как в странах Западной Европы уже давно широко и эффективно применяются, постепенно вытесняя с рынка теплоснабжения традиционные системы отопления. Эти энергоэффективные системы отопления основаны на мощных, но дорогих полезных ископаемых.

Учет энергоэффективности дома при проектировании

Выбирая место для строительства, нужно учитывать природный ландшафт. Местность должна быть ровной, без резких перепадов высоты – фундамент дома от этого только выиграет в плане надежности и герметичности. Однако любую особенность ландшафта можно использовать для повышения эксплуатационной эффективности. Например, перепад высот обеспечит низкозатратную систему подачи воды.

Обязательно стоит учесть расположение дома относительно солнца, чтобы использовать по максимуму естественное солнечное освещение вместо электрического. На рисунке показана возможность использования солнечного тепла в зависимости от времени года.

Козырьки, скаты крыльца и крыши должны быть оптимальными по ширине, чтобы не препятствовать естественному освещению, предотвращать здание от перегрева, защищать стены от дождя. Крыша должна быть сконструирована с учетом давящей массы снежного покрова. Не нужно забывать об утеплении крыши и организации водостоков. Хорошая тепло и звукоизляция должна быть предусмотрена изначально. Обеспечить эффективность дома без нее невозможно, а дополнять решение после сдачи дома в эксплуатацию – дорого и хлопотно. 

Учет энергоэффективности дома при проектировании

Об утеплении дома снаружи Вы можете узнать более подробно в статье: Способы утепления фасада: чем утеплить фасад дома, материалы и технологииОб утеплении жилой крыши Вы можете прочитать в статье: Утепление чердака.

Все это не только снизит расходы на содержание, но и повысит срок службы здания.

Советы экспертов

Советы экспертов
  • Для фиксации и стыковки разводки трубопровода оптимально зарекомендовал себя алюминиевый скотч с армированным покрытием.
  • Прикреплять трубу к потолочным перекрытиям лучше всего с помощью хомутов.
  • Воздуховоды, предназначенные для подачи прогретого воздуха необходимо располагать максимально низко возле пола, иначе он останется относительно холодным.
  • При наличии в доме кондиционера, необходимо утеплять все конструкции из труб, чтобы на них не оседали пары, образующие конденсат влаги.
  • При применении заборных рукавов с множеством колен, изгибов и неодинаковым сечением труб рекомендуется использовать дополнительные заслонки.
  • Установка дополнительных фильтров для очистки воздуха увеличивает затраты на всю систему.