Нетрадиционное отопление

Статья для журнала «Любимая дача», 2008 г

Не все знают, что кроме привычных вариантов отопления с котлами, работающими на газе, солярке или дровах существуют и другие менее типичные способы «принести тепло в свой дом». Этим альтернативным вариантам и посвящен данный материал.

Начнем с того, что способы отопления, описанные ниже, нетрадиционными я назвал с некоторой натяжкой. К таковым их можно отнести в России, но во многих зарубежных странах они уже стали вполне привычными. Очевидно, что стремительно растущая стоимость нефти и газа заставляет искать варианты отопления, не привязанные к этим энергоносителям.

Тепловые насосы

К новым и интересным направлениям в развитии отопления можно отнести тепловые насосы. Если попробовать объяснить принцип их работы простыми словами, то логично провести параллель с кондиционером. В кондиционере тепло переносится из помещения на улицу и в помещении становится холоднее, а в тепловых насосах тепло переносится из земли (!) внутрь здания, а обратно, из здания в землю перемещается холод! При этом энергия затрачивается не на выработку тепла, а на его перемещение. В результате, затратив 1 кВт электроэнергии можно получить примерно 2,5 кВт тепловой энергии. В данном случае затраты электрической энергии в 2,5 раза меньше, чем при прямом преобразовании электрической энергии в тепловую. Тепловой насос – это реальная энергосберегающая альтернатива традиционным теплогенераторам – котлам. Тепло, получаемое с применением теплового насоса, может использоваться как для отопления, так и для горячего водоснабжения.

Источником низкопотенциальной тепловой энергии для тепловых насосов могут служить: атмосферный воздух, тепло почвы, тепло грунтовых, артезианских вод, озер, морей и т.д.

Если в России тепловой насос – это экзотика, то во многих зарубежных странах таким устройством удивить уже сложно. Годовой объем производства тепловых насосов в мире исчисляется несколькими миллионами штук!

Естественно, не бывает устройств, имеющих только одни достоинства. К недостаткам тепловых насосов можно отнести в первую очередь высокую стоимость.

Стоит помнить, что решение об установке теплового насоса желательно принять еще на нулевом цикле строительства, т.к. в большинстве случаев установка теплового насоса связана с большим объемом земляных работ при монтаже теплообменников.

Биомасса

Использование в качестве топлива биомассы, позволяет не только экономить невозобновляемые виды органического топлива (газ, уголь, продукты переработки нефти), но и положительно сказывается на экологической обстановке.

Энергию можно получать из разных видов биотоплива. В частности это могут быть отходы, образующиеся при деревообработке, неликвидная древесина, остающаяся при лесозаготовках, излишки соломы, остающейся на полях и т.д.

Не так давно появились технологии позволяющие создавать системы отопления на базе сжигания соломы. При этом автоматическое управление топливной системой позволяет достичь максимально полного сжигания газовых составляющих с КПД до 95 %.

Стоит отметить, что в этом случае решаются сразу две задачи. Во-первых, создается альтернативная система отопления не требующая наличия магистрального газа или подвоза жидкого топлива (солярки и т.д.). А во-вторых, отпадает необходимость сжигания излишков соломы на полях. При этом солома зерновых культур - это очень энергоемкая биомасса, и один рулон соломы диаметром 1,8 м и весом 330 кг заменяет примерно 140 литров дизельного топлива и имеет теплоту сгорания 140 кубометров природного газа.

Биогаз

Как известно, в результате бактериального разложения органических отходов выделяется так называемый биогаз. Одним из направлений современной биоэнергетики является его сбор и использование в качестве топлива.

По способу добычи биогаза и исходному сырью это топливо условно можно разделить на три типа. 1) Биогаз, получаемый с помощью переработки бытовых и сельскохозяйственных отходов индивидуальных фермерских хозяйств и животноводческих комплексов.
2) Биогаз, получаемый на установках по переработке сточных вод.
3) Газ, получаемый на мусорных свалках.

В частности, существуют газгольдеры, которые могут быть установлены в районе крупных свалок отходов или на станциях сточных вод. Такие газгольдеры, например, производит австрийская фирма Sattler Textilwerkt. Конструктивно газгольдер этой фирмы представляет собой шаровой сегмент, выполненный из полиэфирной ткани с двухсторонним покрытием ПВХ (внешняя мембрана). Внутренняя мембрана, изготовленная из того же материала, разделяет полость газгольдера на две изолированные части. Одна из них заполняется под давлением воздухом (для придания конструкции жесткости), а в другую, представляющую из себя мешок шарообразной формы, поступает газ. Объем этих газгольдеров может быть от 100 до 2150 кубических метров.

Энергия ветра

С давних времен человек научился использовать энергию ветра и применять её в разных областях. Например, ветряные мельницы крутили жернова и перемалывали зерно в муку.
Сегодня, энергию ветра используют для получения электрического тока. Отрасль, занимающаяся преобразованием энергии ветра в электрический ток, называется ветроэнергетика.
Наиболее популярным на сегодняшний день является применение ветрогенераторов. Они широко применяются как в крупных масштабах, это огромные электростанции, так и в малых, для частного пользования.
Государства европейских стран способствуют использованию ветрогенераторов частными лицами. Сеть центрального электроснабжения таких государств, устроена таким образом, что частник, установив «ветряк» возле своего дома, оплачивает государству только разницу между потребляемой им электроэнергией и производимой энергией с помощью ветряка.

Программы по поддержке развития нетрадиционных источников энергии привели к тому, что в наше время на всей планете 2% от всего электричества добывается при помощи ветра и этот процент продолжает увеличиваться из года в год, благодаря уменьшению стоимости данной технологии.

Интересно, что первая в мире ветроэлектростанция мощностью 100 кВт была построена в 1932 году в Крыму.

На сегодняшний день Европа стоит на первом месте по использованию энергии ветра. Особенное развитие и использование ветроэнергетика приобрела в Германии, Дании и Испании. В Дании 20% используемой энергии добывается при помощи ветра.

В настоящее время наиболее экономически целесообразно получение с помощью ветрогенераторов не электрической энергии промышленного качества, а постоянного или переменного тока с последующим преобразованием его с помощью ТЭНов в тепло, для обогрева жилья и получения горячей воды.

Эта схема имеет несколько преимуществ:
отопление является основным энергопотребителем любого дома в России,
схема ветрогенератора и управляющей автоматики кардинально упрощается,
в качестве накопителя энергии можно использовать бойлер для горячего водоснабжения и теплоаккумулятор для отопления,
в данном случае колебания параметров электрического генератора менее критичны, чем в случае с потребителями электроэнергии.

Гелиоэнергетика (солнечные батареи и др.)

Гелиоэнергетика (от греческого Helios — солнце) или солнечная энергетика - один из наиболее перспективных видов альтернативной энергетики.
Полное количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли за неделю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана.

Солнечные батареи

Солнечные батареи (или фотоэлектрический преобразователь, сокращенно ФЭП) служат для получения электрической энергии от света солнца. В ясную погоду на землю в среднем падает 100Ватт световой энергии на 1кв метр от солнца. В зависимости от местности участка земли солнечная энергия приходит неравномерно из-за облачности в пасмурную погоду, есть места, где солнце светит 320-350 дней в году, а есть такие места, где солнца не бывает вообще. Исходя из этого, прежде чем ставить солнечные батареи с целью добычи электричества, нужно рассчитать эффективность применения данного метода.

Солнечные батареи (ФЭП) применяются в условиях либо хорошей освещенности, либо невозможности подведения электрических проводов от существующих электростанций.
Самый эффективный тип солнечных батарей изготавливают из монокристаллического кремния. Кпд таких ФЭП доходит до 24%. Реальные солнечные модули имеют эффективность до 17.5%. Срок эксплуатации, рассчитанный практическим методом более 25 лет. Использование солнечных батарей для отопления пока можно рассматривать только как дополнение к основному источнику энергии, а также как источник электроэнергии для системы автоматики.

«Солнечные дома»

Использовать энергию Солнца можно и без превращения ее в электричество. Установки, собирающие, сохраняющие и передающие это тепло, называются солнечными коллекторами. Солнечный коллектор - это специальный теплообменник, в котором энергия солнечного излучения преобразуется в тепло. Обычно это плоская металлическая панель, в которой имеются каналы для жидкости. Поверхность этой панели, обращенная к Солнцу, - черная, для лучшего прогрева. Эта панель устанавливается в корпус, выполненный в виде плоской рамы. Для снижения тепловых потерь под панелью устанавливается теплоизоляция, а сверху она защищена специальным стеклом. Солнце нагревает воду в трубках, горячая вода накапливается в баке и потом это тепло используется для нагрева водопроводной воды или отопления. Дома, оборудованные такими системами обычно называются «солнечными домами». Такой дом стоит несколько дороже, чем обычный, но он позволяет резко сократить коммунальные платежи - на 50-70%.

В США на эту программу планируется до конца нынешнего десятилетия потратить 6 миллиардов долларов (только на энергосбережение в федеральных зданиях здесь уходит около 3 миллиардов бюджетных долларов в год). В результате Штаты свою программу уже перевыполнили: тут солнечная технология уже используется в 1,5 миллионах домов. Все вместе они экономят около 1 400 МВт.- это примерно 5 миллионов тонн не сожженной за год нефти.

В России тоже кое-где стоят «солнечные дома». Например, в Краснодарском крае существует целая «солнечная деревня» из сорока домов.

Системы «концентрированной солнечной энергии»

В системах «концентрированной солнечной энергии» (concentrated solar power, CSP) зеркала-гелиостаты, поворачивающиеся вслед за Солнцем, направляют лучи солнечного света на емкость с теплоприемником, в качестве которого обычно выступает вода. Дальше все происходит так же, как на обычных теплоэлектростанциях: вода нагревается, превращается в пар, пар крутит турбину, турбина передает вращение на ротор генератора, а тот вырабатывает электричество. Идея создания такого параболоида появилась еще в середине 1980-х. Самое знаменитое ее воплощение – девять электростанций, построенных в Калифорнийской пустыне. Эти электростанции работают и по сей день, вырабатывая 354 мегаватт энергии. Ряд проектов по солнечной энергии запускается и в Европе. Лидером является Германия с десятью работающими солнечными электростанциями.

Первая в Европе коммерческая солнечная электростанция, фокусирующая солнечные лучи, была открыта в Испании, в марте 2007 года. Её энергии достаточно для снабжения 6 000 жилых домов и экономии 18 000 тонн угля в год.

В СССР первая промышленная солнечная электростанция была построена в 1985 году в Крыму, она имела пиковую мощность 5 МВт.

Американская компания Loose lndustries в конце 1989 года запустила 80-мегаваттную солнечно-газовую электростанцию. Днем она работает от Солнца, а ночью, чтобы вода не остывала и электричество не кончалось, - от газа. За следующие 5 лет та же компания, только в Калифорнии, построила таких электростанций еще на 480 МВт и довела стоимость одного «солнечно-газового» кВт.часа до 7-8 центов. Для сравнения: один кВт.час электричества, производимого на АЭС -15 центов.

Возможно, почти все, о чем рассказывается в этом материале, является для вас новым и незнакомым, но, несмотря на то, что альтернативные возобновляемые источники энергии пока не получили широкого распространения в России, несомненно за ними будущее.

Независимый консультант
Леонид Милеев