Концепция построения автономного дома

При проектировании своего автономного дома мне пришлось столкнуться со следующими
основными проблемами:

1) получение электричества
2) получение тепла
3) применение устройств и конструктивных решений позволяющих экономить электроэнергию и тепло
(рекуператоры, утилизаторы тепла стоков и т.п.)
4) цена автономности

В своих рассуждениях я придерживаюсь основного принципа- устройство должно быть надежное, долговечное
и несложное. Вопрос цены в этом перечне для меня стоит на последнем месте, но если удается экономить-
это всегда нужно делать. Но и при этом рассматривать новое решение с точки зрения "цена-надежность".
Остальные проблемы на мой взгляд не очень существенны, ибо от них зависит только цена.

По п.1
В качестве генераторов электричества были отвергнуты бензогенераторы, генераторы на биогазе, ветряки и т.п.
На роль основного источника электроэнергии были выбраны фотобатареи как наиболее простое, надежное
и долговечное устройство.
Так же весьма надежным устройством с полным отсутствием движущихся частей является термоэлектрический
генератор, который можно применить в качестве резервного/аварийного источника, однако его КПД ниже
чем у фотобатарей и для его работы нужна высокая температура, поэтому его применять можно только при
наличии источника высокой температуры. Таким источником может быть печь.
Так же можно применить и старый способ - выработка электричества с помощью велотренажера.
Покрутить пол-часа с утра педали бывает весьма полезно и для здоровья, и для дела.
Площадь фотобатарей для зимнего периода (а именно его и нужно рассматривать) напрямую зависит от региона
и от общих потребностей дома. Считаю, что вполне можно уложиться в 3 Квт-час в сутки (90 Квт-час в месяц).
Я считаю, что с 1 кв.м. батарей в московском регионе зимой можно получить около 20 Вт в течении 5 часов,
что составит 0,1 Квт-час в сутки (максим.). Тогда общая площадь батарей будет 30 кв.м.
Применяя грамотные технические решения вполне возможно уменьшить общее потребление дома до 2 Квт,
что позволит сократить площадь фотобатарей до 20 кв.м.
Вот она, суровая правда автономного дома.
Вообщем, моё мнение таково- пока альтернативы солнечным фотобатареям нет. Постепенно их стоимость
снижается, а кпд растет, так что все не так плохо.

по п.2.
Самой серьёзной проблемой, на мой взгляд, является генерация тепла.
Какие у нас есть условно "бесплатные" источники тепла?

1)тепло человеческого тела (около 100 Вт),
2) энергия работы всех электроустройств находящихся в доме в конечном итоге превращается в тепловую,
а это значит, что 2-3 Квт в сутки- это тоже "добавленное" тепло в дом.
3) низкопотенциальное тепло земли (температура подвала дома будет немного выше 0).
4) солнечное тепло
В принципе это все, что можно использовать без значительных затрат энергии.
Но для российских условий всех этих источников тепла зимой не хватит, по-моим приблизительным
расчетам при dT=50 град. (внутри/снаружи) теплопотери среднего по общей площади поверхности хорошо
теплоизолированного дома будут около 2 Кдж/сек.
К моему величайшему сожалению, все-таки придется использовать дополнительный источник тепла в виде печи.
Дизельные, газовые, угольные печи мною были отвергнуты, самой "универсальной" печью на сегодняшний день
считаю дровяную печь непрерывного горения (с автоматической загрузкой топлива), или как альтернатива-
печь на древесных гранулах. Но в случае использования гранул Вы становитесь зависимым от поставщика
этих гранул, а это не очень хорошо. Пока "пеллетные" печи у нас не распостранены,но в будущем такая
печь вполне может быть заменой дровяной печи.
Альтернативой печи может быть тепловой насос, однако во-первых он потребует электроэнергии, во-вторых
ТН пока весьма дорогой источник тепла, в третьих- ТН достаточно сложное устройство и отремонтировать
его в домашних условиях без соответствующих знаний, оборудования и т.п. практически невозможно.
Ветряки здесь я тоже не рассматриваю, так как после долгого изучения вопроса удобства применения
ветряка для нужд индивидуального энергоснабжения пришел к неутешительным выводам:
1) В приземном слое воздуха ветра крайне мало, и 90% времени ветряк не крутится.
2) Мощные ветряки (3-5 Квт) это сложные (механика), довольно ненадежные устройства, в случае поломки
практически не ремонтопригодные в домашних условиях.
3) Весьма дорогостоящее удовольствие (лучше докупить фотобатарей).

п.3

Вот здесь простор для творчества, собственно говоря именно этим мы все здесь и занимаемся.
Достаточно грамотных решений есть множество, выбор за Вами.

п.4
После того, как в нашей деревне запросили 0,5 млн. руб за подключение газа (северо-запад Подмосковья)
я подумал, что лучше эти деньги потратить на энергонезависимость и не кормить энергобаронов.

Вывод из всего вышесказанного- полная автономность вполне возможна, но
нужно четко понимать, что это удовольствие не из дешёвых.
Как частичное решение вопроса- иметь подключение к электросети, но при этом снизить потребление энергии в РАЗЫ, что бы даже зимой уложится в приемлимую сумму.

 

Все зависит от потребностей. У меня только на освещение (зимой) даже в двухкомнатной квартире уходит больше. И это при том, что в массе своей сплошь энергосберегающие лампочки. В пересчете светового потока на обычные накаливания около 2 квт на комнату. А вот теща отлично живет с супругом, используя по две "сороковки" в каждой комнате. Когда мы приезжаем в гости, включает третью лампочку
Аналогично и с другими энергопотребителями. Стиральная машина, к примеру. Пользуемся ежедневно. Бывает, что и по два раза. Электрический бойлер. Все это любит кушать энергию. Можно, конечно жить и без стиральной машины и бойлер иметь дровяной. Но это все в ущерб комфорту.
Кстати говоря, в масштабах планеты, использование фотоэлектрических батарей энергетически невыгодно. Такая батарея вырабатывает энергии за свой цикл эксплуатации всего на 20%-25% больше, чем было затрачено на ее изготовление. А ведь к ней в пару нужны еще и аккумуляторы. Которые во-первых имеют КПД весьма далекий от 100% а во-вторых требуют значительных энергетических вложений при производстве. Итого общий эффект от использования пары фотопреобразователь - аккумулятор отрицательный. Гораздо выгоднее просто напрямую потратить ту энергию, что была затрачена при их производстве. Кстати говоря. Время жизни кислотного аккумулятора в тяговом режиме с ежедневным циклом заряд-разряд не превышает одного года. Увы.

А можно по-подробнее? Что за печи с автоматической загрузкой дров? Кто такое производит. И есть ли варианты с небольшой выходной мощностью (10-20-30 КВт)?

 

Мощность считали?

 

В необходимый комплекс, определяющий автономность дома, я бы включил также независимые водоснабжение и канализацию.
Однако на первое место поставил бы все-таки теплоснабжение. Не отопление (компенсация теплопотерь), а именно теплоснабжение (включающее помимо отопления и теплосбережение). Дело в том, что конструкция дома, претендующего на автономность, изначально обязана быть нацелена на теплосбережение и сбор солнечного тепла (непосредственно излучения солнца и тепла, накопленного в поверхностном слое земли). За счет разумного утепления и удачного архитектурно-планировочного решения можно реально и без особых затрат снизить теплопотери с до сих пор общепринятых 100 Вт/м2 до 40 Вт/м2 в самое холодное время (цифра из опыта эксплуатации собственного дома, который строился как автономный).
Что касается электронезависимости, то тут, конечно, дело сложнее. Солнечные батареи в нашем климате ситуацию не спасут, нужно комплексное решение, включающее и ветрогенератор, и резервный бензогенератор.
Очень многое зависит от выбора места, где строить автономный дом. Лучше на открытом пригорке, его южном склоне. Здесь и вероятность ветров, даже в Подмосковье, существенно выше, и солнечного тепла максимум.
В рекуператоры и утилизаторы стоков пока не верю, для нас это еще в целом нерациональные приблуды.
Разумное отношение к тратам энергии в быту полностью поддерживаю. Применение энергосберегающего освещения, отказ от электробойлеров, лишних насосов-вентиляторов, допотопных холодильников и т. п. могут сильно улучшить ситуацию без ущерба для комфорта проживания.
Полагаю, что для автономного дома в его инженерное обеспечение должен обязательно входить теплоаккумулятор. Он должен быть сердцем системы отопления и горячего водоснабжения. Запитывать его можно не только сжиганием топлива, но и солнечным излучением (в летнее время) через солнечные коллекторы.
Что самое интересное, на собственном опыте убедился, что стоимость создания дома с функциями автономности на самом деле не намного превышает традиционную стройку такого же уровня добротности. Многое зависит от правильности выбора конструкции еще на этапе планирования. А стоимость дополнительных инженерных устройств, необходимых для автономности, на фоне общих затрат на строительство получается совсем не такой впечатляющей, чем если рассматривать ее отдельно.

 

Среднестатистический мужчина может развивать 200 Ватт механической мощности ногами на протяжении 8 часов или 500 ватт на протяжении 10 минут.
У бегунов эти параметры несколько выше. Но не принципиально

 

Спроектировать водоснабжение несложно и мне здесь все понятно.
Я специально сравнивал потребляемую энергию насосной станцией и "Малышом". Так вот, "малыш" потребляет примерно в 3 раза меньше чем станция, при этом он развивает давление более 6 атм.
На счет ветра- у меня дом в деревне, которую со всех сторон окружают поля. Вечером ветра нет даже на высоте не менее 15 метров.
На счет рекуператоров у меня совершенно другое мнение- это работает, мой приятель делал противоточный рекуператор.
С утилизацией теплых стоков- тоже без проблем.
А вот с разложением отходов (септик)- пока плотно не занимался.
На счет ТА- вообщем согласен, но есть тонкости.
На счет Вашего автономного дома- где можно подробнее прочитать о конструкции, примененных технических решениях и главное- каков результат этих трудов.

 

Я использую итальянский аналог "Малыша" - General Hydraulic TVM 60. Тихий и вдвое больше производительность при всего 250 Вт.

Полного и подробного описания пока нигде. Могу только ответить на конкретные вопросы. Все сразу описывать сложно, потому что очень много взаимосвязанных аспектов, влияющих на конечный результат. Хотя в целом получилось неплохо, но кое-что еще нужно доделать. Например, смонтировать до конца электроснабжающий комплекс (ветрогенератор, БГ,СБ). Пока пользуюсь его отдельными узлами (инверторы, АКБ, БГ) при подмоге "сопли" от соседа. А также прицепить к существующей системе теплоснабжения на базе ТТ котла и ТА солнечные коллекторы для ГВС летом.
Но главное - это все таки особенности места и выбор конструкции дома, которые определяют параметры конкретной концепции автономности. Здесь у каждого может быть свой вариант комбинации решений.

 

При проектировании дома нужно учитывать геометрическое соотношение "площадь поверхности/объем" и таким образом уменьшить потери тепла зимой.
Минимальное отношение у шара, затем у цилиндра с D=H, потом у куба.
Дом в виде шара- это сильно экзотично, в виде цилиндра- можно, но тоже неудобно, самым оптимальным является кубическая форма (как промежуточный вариант- многогранник).
При стороне куба например 10 м дом получается и в высоту 10м, а это значит, что дом получается двухэтажный.
Остекление дома с северной стороны-минимально, с южной -нормально.
Максимальное остекление делать не нужно, ибо зимой это лишние потери тепла.
Крышу лучше всего делать двухскатную стандартную металлическую (гофролист), а южную часть использовать как источник тепла в весенне-летний-осенний период.
Если южная часть крыши окрашена в темный цвет, то при освещении её солнцем эта сторона крыши нагреется и нагреет воздух под крышей.
Теплый воздух соберётся под коньком крыши и оттуда его можно забирать вентилятором на любые нужды связанные, например, с отоплением, зарядом ТА и т.п.
Крыша конечно должна быть немного видоизменена для гарантированного контакта подкрышного воздуха с нагретым металлом крыши.

 

Шар, куб - это все второстепенная теория, а не основная практика борьбы за теплосбережение. На самом деле не форма дома определяет его способность максимально сохранять тепло, а совокупность других различных качеств. Например, одноэтажный 10 х 10 лучше сохраняет тепло при том же полезном объеме, что и двухэтажный с пятном застройки 7 х 7. У одноэтажного в полтора раза меньше площадь стен (обычно наиболее уязвимая часть теплового ограждения) и вдвое больше площадь соприкосновения с землей, более теплой зимой, чем воздух (если, конечно, строить с умом, а не делать допотопный продуваемый цоколь). К тому же, чем выше дом, тем легче он продувается.
Остекление дома и с северной стороны может быть развитым, просто эти окна не нужно делать из спален, или других, отапливаемых по максимуму помещений. Пусть там будет тамбур, кладовка, котельная, мастерская, летняя веранда или другое подсобное помещение, где люди зимой бывают лишь эпизодически и которые не нужно топить интенсивно.
Крышу в идеале делать односкатную остекленную, обращенную скатом к югу. Самый лучший способ собирать солнечное тепло это использование парникового эффекта. А любая глухая кровля (пусть и окрашенная в самый темный цвет) в нашей полосе зимой никогда не нагреется так, чтобы под ней воздух стал теплее комнатного.

 

У меня немного другой подход к энергосбережению.
Я считаю, что учитывать нужно все "мелочи" при проектировании и форма дома здесь играет немаловажную роль.
Общая съэкономленная энергия сложена из многих "малых" экономий, а поиск этих "резервов" экономии зависит от конструкторских и изобретательских способностей разработчика.

 

Вот например рассмотрим такую "мелочь", как более рациональное использование тепла от осветительных приборов.
Самым оптимальным, на мой взгляд, является абажур в форме конуса, в центре которого находится источник света.
Источник света обычно располагается под потолком, при этом основной световой поток направлен вниз, а любое препятствие на пути этого потока будет преобразовывать свет в тепло.
Именно поэтому не советую ставить на пути светового потока какие либо стеклянные поверхности, так как они поглощают часть светового потока и просто тупо нагреваются.
Так вот, если внутреннюю сторону абажура покрыть светоотражающим материалом, например "зеркальным" скотчем, то и световой поток, и ИК излучение будут излучены вниз и примут участе в нагреве пола, что положительным образом скажется на общем тепловом балансе жилья.
Так же здесь следует отметить и то, что корпус любой лампы нагревается и нагревает воздух который сосредотачивается под потолком, по этой причине следует по возможности применять источники света с минимальным нагревом корпуса.
И ещё- более рациональным считаю использование не одного источника большой мощности, а несколько источников малой мощности.
В этом случае:
1) можно создать более равномерное освещение помещения.
2) при отказе одного прибора вы не окажитесь в полной темноте.

 

Деньги на ветер. Световой поток пропорционален квадрату мощности.
Три лампочки по 60 Вт дают меньший световой поток, чем одна в 120 Вт.

 

В плане света - да, но Николай 1, видимо имел ввиду более рациональное использование тепла от осветительных приборов (равномерный нагрев помещения).
Кстати, в этом плане, насосная станция внутри дома выгоднее погружного насоса в колодце (скважине).

 

Ну не совсем так. Вибрационный насос расположенный в колодце все-таки немного подогревает прокачиваемую через себя воду.
Вот ещё одна тонкость- цвет подоконника окна тоже имеет значение.
Так как толщина стены в автономном доме-термосе весьма велика (не менее 0,5м), то и подоконник получается широким.
Подоконник можно заказать темного цвета и тогда он будет нагреваться падающими на его поверхность солнечными лучами и немного нагреет воздух в помещении.
Пустячок, а приятно.
Вот так, используя вроде бы небольшую экономию, можно получить неплохой суммарный эффект.

 

Но вибрационный насос все равно часть энергии в виде тепла оставит в колодце, а НС - "все в дом".

ИМХО, вся световая энергия, попавшая через окно внутрь дома, в нем и останется. В Вашем случае - нагреет подоконник, иначе отразится от него (частично) и нагреет еще что-то внутри дома (пол, стену, потолок, мебель и т.д.).