Как повысить эффективность отопления в доме – схемы систем

Все больше новых технологий, которые еще десять лет назад казались фантастикой, приходят в наш быт. Вот и солнечное отопление частного дома уже не редкость, даже в северных районах,  казалось бы, не предназначенных для подобных экспериментов.

Подготовительная работа

В большинстве случаев применяют теплоизоляцию, особенно если пол с подогревом служит главным средством отопления. В качестве материала применяют пенополистирол плотности 35. В зависимости от того, что располагается внизу, его толщину выбирают следующим образом:

  • бетонная плита на грунте — 100 мм;
  • балкон или 1-й этаж с холодным подвалом — 50 мм;
  • первый этаж с отапливаемым подвалом — 30 мм;
  • помещение выше первого этажа — 20 мм.

Теплоизоляция приклеивается или крепится дюбелями (одновременно с сеткой). Полы при необходимости выравниваются. Если перекосы большие, укладывается черновая стяжка. Пол обрабатывается грунтовкой, улучшающей адгезию клея и предохраняющей от плесени. На утеплитель укладывается пленка гидроизоляции. Вдоль стен укладывается ленточный гибкий теплоизолятор. Можно использовать полосы из пенопласта.

Под терморегулятор в стене делается углубление и штроба до пола.

Целесообразность применения, на что обратить внимание

Использование электричества для отопления дома, офиса или квартиры актуально при наличии денег для оплаты потребленной электроэнергии. В плане затрат газовое отопление дешевле (не во всех странах). Поэтому, выбирая между газом и электричеством, предпочтение чаще всего отдается первому варианту.

Но как быть, когда газ не подведен к дому? Здесь выручает электрическое отопление, ведь свет подведен почти везде.

Для безопасности работы электрического обогрева рекомендуется сделать 3-фазный ввод и равномерно подключать нагрузку. В случае применения только одной из фаз придется менять проводку в доме и решать проблемы с заменой автоматических выключателей на входе.

Вопрос с расходами решается путем установки двух тарифного счетчика учета. Его особенность заключается в фиксации потребления энергии в разное время суток для расчета по различным тарифам.

Целесообразность применения, на что обратить внимание

К примеру, в ночное время стоимость электричества наиболее низкое. Это время можно использовать для обогрева жилплощади. В остальное время суток рекомендуется применять другие виды отопления, к примеру, твердотопливный котел.

Возможен еще один вариант. При наличии водяного отопления используется теплоаккумуляторная емкость, которая накапливает тепло при минимальном тарифе за свет, а отдает его в период пиковых нагрузок и максимальной цены.

Для сохранения тепла и экономии электричества важно обшить дом пенопластом. Этот способ актуален и для других способов отопления.

Конструкция своими руками

Конструкция солнечных установок не настолько сложна, чтобы люди, обладающие некоторой подготовкой, были не в состоянии самостоятельно изготовить и запустить их в своих домах. Гелиосистема для отопления дома 100 кв м своими руками — это вполне воплотимый замысел, который поможет существенно сэкономить на приобретении и ремонтных работах. Рассмотрим возможные варианты.

Термосифонная гелиосистема

Термосифонные гелиосистемы — это трубчатые коллекторы, которые были рассмотрены выше. Существуют безнапорные и напорные конструкции, различающиеся способом циркуляции теплоносителя. Безнапорные работают на естественном перемещении жидкости и не нуждаются в электроэнергии, состав комплекса намного проще и дешевле. Напорные способны обеспечить заданный режим циркуляции и позволяют получить максимальную эффективность. Наиболее активная работа таких систем — период с апреля по октябрь, чем севернее регион, тем короче срок наибольшей активности установок.

Воздушная гелиосистема

Воздушные коллекторы — это установки, использующие в качестве теплоносителя воздух. Они обогревают дом вентиляционным методом, что позволяет серьезно экономить на создании отопительных контуров и пользоваться системой круглый год.

Коллектор представляет собой полый черный ящик, в котором от солнечного тепла нагревается воздух. Теплый воздух направляют в помещение, а остывший — в коллектор на подогрев. Для снижения теплопотерь ящик устанавливается в прозрачную герметичную емкость, защищающую от внешних воздействий — ветра, низкой температуры и т. п. Вход и выход размещают в разных помещениях для увеличения разницы давления и организации самостоятельно циркуляции потоков.

Сравнение характеристик солнечных коллекторов

Самым главным показателем солнечного коллектора является КПД. Полезная производительность разных по конструкции солнечных коллекторов зависит от разности температур. При этом плоские коллекторы значительно дешевле трубчатых.

Значения КПД зависят от качества изготовления солнечного коллектора. Цель графика показать эффективность применения разных систем в зависимости от разницы температуры

При выборе солнечного коллектора стоит обратить внимание на ряд параметров показывающих эффективность и мощность прибора.

Для солнечных коллекторов есть несколько важных характеристики:

  • коэффициент адсорбции – показывает отношение поглощенной энергии к общей;
  • коэффициент эмиссии – показывает отношение переданной энергии к поглощенной;
  • общая и апертурная площадь;
  • КПД.

Апертурная площадь – это рабочая площадь солнечного коллектора. У плоского коллектора апертурная площадь максимальна. Апертурную площадь равна площади абсорбера.

Читайте также:  Газовые котлы отопления — виды и особенности, рекомендации выбирающим

Трубчатые солнечные коллекторы

Трубчатые солнечные коллекторы собираются из отдельных трубок, по которым курсирует вода, газ или пар. Это одна из разновидностей гелиосистем открытого типа. Однако теплоноситель уже намного лучше защищен от внешнего негатива. Особенно в вакуумных установках, устроенных по принципу термосов.

Каждая трубка подключается к системе отдельно, параллельно друг другу. При выходе из строя одной трубки ее легко поменять на новую. Вся конструкция может собираться непосредственно на кровле здания, что значительно облегчает монтаж.

Трубчатый коллектор имеет модульную структуру. Основным элементом является вакуумная трубка, количество трубок варьируется от 18 до 30, что позволяет точно подобрать мощность системы

Веский плюс трубчатых солнечных коллекторов заключается в цилиндрической форме основных элементов, благодаря которым солнечное излучение улавливается круглый световой день без применения дорогостоящих систем слежения за передвижением светила.

Специальное многослойное покрытие создает своего рода оптическую ловушку для солнечных лучей. На схеме частично показана внешняя стенка вакуумной колбы отражающая лучи на стенки внутренней колбы

По конструкции трубок различают перьевые и коаксиальные солнечные коллекторы.

Коаксиальная трубка представляет собой сосуд Дьаюра или всем знакомый термос. Изготовлены из двух колб между которыми откачан воздух. На внутреннюю поверхность внутренней колбы нанесено высокоселективное покрытие эффективно поглощающее солнечную энергию.

При цилиндрической форме трубки солнечные лучи всегда падают перпендикулярно поверхности

Тепловая энергия от внутреннего селективного слоя передается тепловой трубке или внутреннему теплообменнику из алюминиевых пластин. На этом этапе происходят нежелательные теплопотери.

Перьевая трубка представляет собой стеклянный цилиндр со вставленным внутрь перьевым абсорбером.

Свое название система получила от перьевого абсорбера, который плотно обхватывает тепловой канал из теплопроводящего металла

Для хорошей теплоизоляции из трубки откачан воздух. Передача тепла от абсорбера происходит без потерь, поэтому КПД перьевых трубок выше.

По способу передачи тепла есть две системы: прямоточные и с термотрубкой (heat pipe).

Термотрубка представляет собой запаянную емкость с легкоиспаряющейся жидкостью.

Поскольку легкоиспаряющаяся жидкость естественным образом стекает на дно термотрубки, минимальный угол наклона составляет 20°

Внутри термотрубки находится легкоиспаряющаяся жидкость, которая воспринимает тепло от внутренней стенки колбы или от перьевого абсорбера. Под действием температуры жидкость закипает и в виде пара поднимается вверх. После того как тепло отдано теплоносителю отопления или горячего водоснабжения, пар конденсируется в жидкость и стекает вниз.

В качестве легкоиспаряющейся жидкости часто применяется вода при низком давлении.

В прямоточной системе используется U-образная трубка, по которой циркулирует вода или теплоноситель системы отопления.

Одна половина U-образной трубки предназначена для холодного теплоносителя, вторая отводит нагретый. При нагреве теплоноситель расширяется и поступает в накопительный бак, обеспечивая естественную циркуляцию. Как и в случае систем с термотрубкой, минимальный угол наклона должен составлять не менее 20⁰.

При прямоточном подключении давление в системе не может быть высоким, так как внутри колбы технический вакуум

Прямоточные системы более эффективны так как сразу нагревают теплоноситель.

Если системы солнечных коллекторов запланированы к использованию круглый год, то в них закачивается специальные антифризы.

Плюсы и недостатки трубчатых коллекторов

Применение трубчатых солнечных коллекторов имеет ряд достоинств и недостатков. Конструкция трубчатого солнечного коллектора состоит из одинаковых элементов, которые относительно легко заменить.

Достоинства:

  • низкие теплопотери;
  • способность работать при температуре до -30⁰С;
  • эффективная производительность в течение всего светового дня;
  • хорошая работоспособность в областях с умеренным и холодным климатом;
  • низкая парусность, обоснованная способностью трубчатых систем пропускать сквозь себя воздушные массы;
  • возможность производства высокой температуры теплоносителя.

Конструктивно трубчатая конструкция имеет ограниченную апертурную поверхность. Обладает следующими недостатками:

  • не способна к самоочистке от снега, льда, инея;
  • высокая стоимость.

Несмотря на первоначально высокую стоимость, трубчатые коллекторы быстрее окупаются. Имеют большой срок эксплуатации.

Трубчатые коллекторы относятся к гелиоустановкам открытого типа, потому не подходят для круглогодичного использования в системах отопления

Гидротермальная

В основе этого метода лежит использование природной воды. Из нее будет извлекаться необходимая тепловая энергия. Если в пределах досягаемости вашего дома находится озеро или водоем, тогда задача по установке оборудования значительно упрощается. Но это скорее исключение из правил, в большинстве случаев приходится бурить скважины до уровня грунтовых вод.

Принцип действия

Установку можно разбить на три составляющие:

  • внешний контур;
  • внутренняя разводка;
  • геотермальный насос.

Внешний контур представляет собой конструкцию труб, проложенную под землей на уровне подземных вод. Глубина их залегания должна быть ниже глубины промерзания. Внешний контур представляет собой отопительные коммуникации дома.

Принцип действия установки заключается в следующем. Тепло подземных вод передается теплоносителю внешнего контура. При помощи насоса он поступает в теплообменник. После чего осуществляется передача тепла на внутреннюю разводку. Всех сложностей монтажа можно избежать, если поблизости находится водоем. Теплообменник погружается в воду и подключается к отоплению. Площадь водоема должна быть не менее 200 м².

Преимущества устройства

Конструкция имеет следующие преимущества:

  • универсальность — система может работать не только как отопительная, но и охлаждающая;
  • низкий расход электроэнергии — она необходима только для питания насоса и составляет порядка 1 кВт в час;
  • пожарная безопасность обеспечивается за счет отсутствия процесса горения;
  • высокий коэффициент полезного действия — из 1 кВт электроэнергии выход составляет 5 кВт тепла;
  • простота эксплуатации и технического обслуживания.
Читайте также:  Промышленные обогреватели виды, сравнительная характеристика и цены

Недостатком является высокая стоимость теплового насоса и монтаж оборудования. Для дома площадью 100 м² и потребляемой мощности 5 кВт*ч, монтаж отопительной системы составит примерно 440 тыс. рублей. Этот расчет берется для домов, находящихся в радиусе 50 метров от водоема, в который будет погружаться теплообменник.

Наиболее эффективные системы отопления

Стоите ли вы перед покупкой, строительством или реконструкцией дома, важно знать, какой тип системы отопления, является наиболее эффективным. Многие семьи тратят значительную часть своего бюджета на отопление своих домов в зимний период…

Сегодня на рынке присутствует много вариантов отопительных систем, а так же много факторов, которые следует учитывать при определении наиболее эффективного механизма обогрева для дома.

Финансовые расходы на отопление

Финансовые затраты системы отопления состоят из факторов, таких как установка системы, стоимость эксплуатации и технического эффективные системы отопления в плане экономии энергии – солнечное отопление.  После установки, системы солнечного отопления, затраты на получение энергии очень низкие,  так как система использует энергию полученную от солнечного света.

Использование природного  газа используемого для отопительных систем считается эффективным с точки зрения финансовых затрат, так как природный газ стоит дешевле, чем нефть, газ, лес или электроэнергия. Геотермальные и электрические системы  являются финансово неэффективными вариантами отопления.

Затраты на установку для геотермальных систем могут измеряться тысячами долларов что делает их дорогими. Электрические системы отопления используют большое количество электроэнергии, которая стоит дороже других источников теплоснабжения.

Немаловажным фактором в эффективности отопления, является само утепление дома.

От того как качественно утеплен дом зависит размер статьи семейного бюджета приходящейся на отопление. Произвести проверку  помещения на утечку тепла, можно при помощи тепловизера.

Экологически эффективные системы отопления

Наиболее экологически эффективными системами отопления, являются системы использующие возобновляемые источники энергии. Солнечные систем отопления являются наиболее экологически чистыми, так как энергия тепла собирается непосредственно от солнца.

Такая система использует другие ресурсы, только когда  очень холодно или отсутствует системы так же являются одними из самых безопасных систем отопления в плане экологии, так как их принцип работы использование тепла земли переносимого в дом.

Наиболее эффективные системы отопления

Экологически неэффективными системами считаются все где для обогрева используется сжигание ископаемого топлива, включая нефть и газ в последствии чего происходят вредные выбросы в атмосферу.

Обратите внимание

Электричество является наименее эффективным, так как для получения электроэнергии должны быть сожжены большие объемы топлива, а  большая часть энергии, которая содержится в топливе теряется в виде тепла через процесс  преобразования ее в электричество.

Эффективность преобразования энергии

Эффективностью преобразования  зависит от того,  сколько отопительная система берет  для своей работы электроэнергии и сколько выдает тепла на выходе.

Опять же, солнечная и геотермальная система отопления является наиболее эффективными, та как они используют ресурсы, которые являются бесплатными.

Во всех других формах тепловых систем, часть тепла будет теряться в системе при преобразовании топлива в другой вид энергии.

Эффективность распределения тепла

Выбор типа системы отопления – это только один аспект при отоплении дома.  От правильного выбора как тепло будет распространяться внутри дома так же играет на том, как эффективно работает система отопления.

Лучистая энергия тепла при электрическом обогреве пола является очень эффективной отопительной системой распределения, поскольку тепло распределяется равномерно, и поднимается через пол не требуя прокладки вентиляционных систем  использующихся в других системах обогрева.

Радиаторы  работающие по принципу обычной конвекции являются наименее эффективными, поскольку они как правило достаточно медленно изменяют температуру в помещении, а так же обеспечивают основное тепло непосредственно в месте своей установки.

Способы подключения к системе отопления

Поскольку устройства на солнечной энергии не могут обеспечить стабильное и круглосуточное снабжение энергией, необходима система устойчивая к этим недостаткам.

Для средней полосы России солнечные устройства не могут гарантировать стабильный приток энергии, поэтому используются как дополнительная система. Интегрирование в существующую систему отопления и горячего водоснабжения отличается для солнечного коллектора и солнечной батареи.

Способы подключения к системе отопления

Схема с водяным коллектором

В зависимости от целей использования теплового коллектора применяются разные системы подключения. Вариантов может быть несколько:

  1. Летний вариант для горячего водоснабжения
  2. Зимний вариант для отопления и горячего водоснабжения

Летний вариант наиболее простой и может обходится даже без циркуляционного насоса, используя естественную циркуляцию воды.

Способы подключения к системе отопления

Вода нагревается в солнечном коллекторе и за счет теплового расширения поступает в бак-аккумулятор или бойлер. При этом происходит естественная циркуляция: на место горячей воды из бака засасывается холодная.

Зимой при отрицательных температурах прямой нагрев воды не возможен. По закрытому контуру циркулирует специальный антифриз, обеспечивая перенос тепла от коллектора к теплообменнику в баке

Как любая система основанная на естественной циркуляции работает не очень эффективно, требуя соблюдения необходимых уклонов. Кроме того, аккумулирующий бак должен быть выше чем солнечный коллектор. Чтобы вода оставалась как можно дольше горячей бак необходимо тщательно утеплить.

Если Вы хотите действительно добиться максимально эффективной работы солнечного коллектора, схема подключения усложниться.

Способы подключения к системе отопления

Чтобы ночью коллектор не превратился в радиатор охлаждения необходимо прекращать циркуляцию воды принудительно

По системе солнечного коллектора циркулирует незамерзающий теплоноситель. Принудительную циркуляцию обеспечивает насос под управлением контроллера.

Контроллер управляет работой циркуляционного насоса основываясь на показаниях как минимум двух температурных датчиков. Первый датчик измеряет температуру в накопительном баке, второй – на трубе подачи горячего теплоносителя солнечного коллектора.

Читайте также:  Как выбрать радиаторы отопления для частного дома?

Как только температура в баке превысит температуру теплоносителя, в коллекторе контроллер отключает циркуляционный насос, прекращая циркуляцию теплоносителя по системе. В свою очередь при понижении температуры в накопительном баке ниже заданной включается отопительный котел.

Способы подключения к системе отопления

Новым словом и эффективной альтернативой солнечным коллекторам с теплоносителем стали системы с вакуумными трубками, с принципом действия и устройства которых мы предлагаем ознакомиться.

Схема с солнечной батареей

Было бы заманчиво применить схожую схему подключения солнечной батареи к электросети, как это реализовано в случае солнечного коллектора, накапливая поступившую за день энергию. К сожалению для системы электроснабжения частного дома создать блок аккумуляторов достаточной емкости очень дорого. Поэтому схема подключения выглядит следующим образом.

При снижении мощности электрического тока от солнечной батареи блок АВР (автоматическое включение резерва) обеспечивает подключение потребителей к общей элетросети

Способы подключения к системе отопления

С солнечных панелей заряд поступает на контроллер заряда, который выполняет несколько функций: обеспечивает постоянную подзарядку аккумуляторов и стабилизирует напряжение. Далее электрический ток поступает на инвертор, где происходит преобразование постоянного тока 12В или 24В в переменный однофазный ток 220В.

Увы, наши электросети не приспособлены для получения энергии, могут работать только в одном направлении от источника к потребителю. По этой причине вы не сможете продавать добытую электроэнергию или хотя бы заставить счетчик крутиться в обратную сторону.

Использование солнечных батарей выгодно тем, что они предоставляют более универсальный вид энергии, но при этом не могут сравнится по эффективности с солнечными коллекторами. Однако последние не обладают возможностью накапливать энергию в отличие от солнечных фотоэлектрических батарей.

Солнечные электростанции в отоплении дома

Способы подключения к системе отопления

Процесс установки солнечных панелей на кровлю

Самостоятельный монтаж прибора на крышу гаража

Самодельный электроприбор для солнечного отопления

Все о вариантах организации отопления частного дома на солнечных батареях вы найдете в этой статье.

КПД солнечного отопления

КПД солнечного отопления не велик. На специальных форумах, можно найти немало оригинальных конструкций, получить неплохие советы. И все же, лучший вариант, приобрести сертифицированное оборудование лицензированной фирмы. А затраты на его приобретение, окупаются очень скоро.

Поделитесь статьей в социальных сетях

Ваши контакты в этой статье от 500 рублей в месяц. Возможны другие взаимовыгодные варианты сотрудничества. Напишите нам на [email protected] Не получили ответ на свой вопрос? Спросите нашего эксперта: Спросить

Гибридные системы отопления

Таким образом, ни один из рассмотренных способов отопления частного дома не является ни идеальным, ни самым экономичным. Решение простое: комбинированные системы, использующие разные виды топлива. Вариантов может быть много, и зависят они от того, что для вас важнее: экономия или комфорт.

Пример 1

.Газовый + твердотопливный котел . В качестве основного работает газовый, но, при необходимости (сильные морозы, необходимость «затянуть пояса», да и просто желание потопить «вручную») включается резервный.

Пример 2

.Твердотопливный + электрокотел . Тут, наоборот, в качестве основного выступает более экономичный вариант. Однако, если вам надоело «работать истопником» или необходимо уехать из дома, то автоматика переключается на электрическое отопление.

Подобные системы доказали свою надежность и экономичность. Единственным их недостатком является цена. Однако, они довольно быстро окупаются, особенно на больших площадях.

Самый дорогой ресурс сегодня – энергоносители. Но без них не обойтись даже летом, а зимой обогрев жилища – весомая статья расходов. Как определить самый экономный способ дома?

Между экономичностью отопления и стоимостью оборудования обратная зависимость: чем дороже обходится приобретение, тем дешевле получится эксплуатация.

Какое отопление в частном доме самое экономичное – универсального ответа на этот вопрос нет.

В лесах самым дешевым топливом могут быть дрова, в районах угольных или торфяных разработок – соответственно, уголь или торф.

Где-то есть возможность подключить газ, а где-то ее нет. Самое экономичное электрическое отопление в любом случае дорого, но и здесь есть варианты выбора. Для обогрева домов используются:

  • и конвекторы;
  • твердое топливо – дрова, пеллеты, уголь, торф, брикеты, отходы деревообработки и растениеводства;
  • жидкое топливо;
  • , другие электроприборы;
  • тепловые насосы. Этот вариант рассматривать не будем: монтаж системы очень дорогой, окупается от 10 лет;
  • солнечные батареи и коллекторы. Установка не оправдана: батареи собирают мало энергии в зимние и пасмурные дни.

Приобретение дизельного котла оправдано, когда хозяйство большое (например, ферма), а у хозяев есть доступ к дешевому топливу. Котлы дизельные выпускаются только высокой мощности, для дома средних размеров такие не требуются.

А недостатков у оборудования много: экологический вред, шумная работа, большие габариты и вес, пожароопасность. Экологически вредна и пожароопасна также компактная модификация жидкотопливного агрегата – котел на отработке. Он маломощный, но в доме его не ставят, только в хозяйственных сооружениях.

Еще вариант, как сэкономить на отоплении частного дома: приобрести комбинированный/универсальный котел, на два или больше видов топлива. При покупке он обойдется дороже любого другого.

Но, во-первых, вы ни при каких обстоятельствах не останетесь без отопления: в отсутствие одного энергоносителя перейдете на другой. Во-вторых, простор для экономии. Например, дорогую электроэнергию можно жечь только в «дешевое» ночное время (при двухтарифной оплате), а днем топить дровами или углем.