В последние годы тема энергетической эффективности зданий звучит все  актуальнее. Неудивительно. Резкое повышение мировых цен на энергоносители, которое произошло в начале XXI века, поневоле заставляет считать калории и деньги даже жителей самых преуспевающих стран. Постепенно мода на дома, экономные в энергетическом потреблении, начинает проникать и в Россию, о чем можно судить по недавним публикациям в журнале «Современный дом». Такие проекты домов часто называют активными, что с маркетинговой точки зрения выглядит гораздо привлекательнее по сравнению с эпитетом «экономный». К примеру, в  №1 за 2012 год рассказывалось об экспериментальных загородных домах, сооруженных в Подмосковье. По мнению застройщиков, такие дома способны поддерживать комфортные условия с ограниченным  использованием внешних энергетических коммуникаций. Но даже без серьезной экспертизы проекта можно заключить, что столь приятная для экономного хозяина перспектива будет невозможна без значительных затрат на этапе планирования и строительства. Траты на инженерное оборудование проекта коттеджа и его монтаж могут в российских условиях с лихвой превысить потенциальную экономию.

На то есть две основные причины. Все расчеты западных маркетологов разбиваются о наши цены на энергоносители, которые пока в разы ниже европейских. К примеру, в 2011 году население Московской области покупало магистральный газ чуть выше 100 долларов за тысячу кубометров, в то время как Украина не смогла добиться от российского поставщика комфортной цены в 250 у.е. и вынуждена платить по несколько сот долларов за 1 000 куб м. Однако надо учитывать тот факт, что российские цены ежегодно растут и постепенно приближаются к европейским. Вопрос состоит лишь в том, при каком уровне цен использование энергоэффективных технологий окажется экономически выгодным для российского застройщика.

Вторая причина, серьезно усложняющая использование иностранных нововведений, — сама Россия, страна крайне нестабильная, в том числе и по климатическим условиям. Средняя полоса РФ испытывает влияние как сибирских морозов, так и африканской жары. Что бы ни говорили про глобальное потепление, но морозы в минус 20–25 ºC  обычное явление для подмосковных зим. И теплый декабрь 2011 года —совсем не пример! В феврале зима сполна наверстала упущенное.

Другая российская крайность — летняя жара, сделавшая кондиционер не роскошью, а средством комфортного выживания. Неверно думать, что энергетическая эффективность жилья заключена лишь в системе отопления. Охлаждение проекта дома в летний период по энергозатратам может оказаться дороже иного обогрева. И если в большинстве европейских стран основной задачей является охлаждение (нельзя же серьезно воспринимать их теплые зимы!), то мы вынуждены одновременно решать и вопросы охлаждения, и обогрева, создавать дорогостоящие системы отопления и кондиционирования.

Основные меры для эффективного расходования энергии должны предприниматься на этапе проектирования. Разумная архитектура и планировка дома, максимально соответствующие как зимним, так и летним особенностям нашей страны, являются краеугольным камнем для создания активного дома. Самая совершенная инженерная техника будет неспособна сэкономить ваши деньги, если проект подходит скорее для средиземноморских условий.

Несколько лет назад мне пришлось работать над интересным проектом загородного дома. Первоначальный проект коттеджа оказался малоподходящим для места, которое вряд ли будет когда-нибудь отапливаться дешевым магистральным газом. Лишь красивое природное окружение могло заставить решиться на строительство дома площадью более 400 кв. м. Самый простой расчет показывал, что при существующих нормативах на утепление и подведенной электрической мощности такое строение будет годиться только для летнего проживания. Архитектор, который выполнял пожелания заказчика, совершенно не задумывался о существующих реалиях, вынудивших отказаться от выполненного проекта. В результате был создан новый дом, который полностью удовлетворял требованиям заказчика по архитектуре и набору помещений. За счет более продуманной планировки, отказа от бесполезных площадей, огромных коридоров и лестничных площадок удалось вместить такой же набор комнат в общую площадь 260 кв. м. Разница в отапливаемой площади дала экономию в 30 % по сравнению с первоначальным проектом.

В зимний период экономить на обогреве поможет увеличенная толщина теплоизоляции, в летний — хорошее утепление стен и крыши поможет сократить попадание в дом лишнего тепла и сэкономить на кондиционировании. К примеру, уже упоминавшийся экспериментальный дом имеет толщину кровельного утепления 60 см, что в три раза выше нормы. Я могу согласиться с необходимостью увеличения толщины утеплителя, только делать это необходимо разумно, без лишнего энтузиазма.

ИНЖЕНЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЭКОНОМИИ ЭНЕРГИИ

Дальнейшее снижение энергопотребления проекта загородного дома будет ввязано с использованием разнообразных инженерных систем и устройств. Самый недорогой и надежный способ  —отказаться от ламп накаливания и полностью перейти на энергосберегающие компактные люминесцентные лампы (КЛЛ). Лично я перешел на них больше десяти лет назад и не жалею! Использование КЛЛ примерно в пять раз минимизирует общее энергопотребление, необходимое для освещения дома и участка, что вызывает снижение максимальной потребляемой мощности и приятную экономию денег. В результате мы приобретаем дополнительные выгоды: резко падает частота замены лампочек, и главное, ваш дом избавлен от колебаний света из-за нестабильного напряжения — КЛЛ менее чувствительны. Стоимость самых недорогих КЛЛ приличного качества сейчас находится в пределах 80–130 рублей.

Другой способ экономии предоставляют современные системы вентиляции: например, использование тепла удаляемого воздуха в зимнее время года или холода в летнее. Для этой цели используют различные теплообменники-рекуператоры: пластинчатые, камерные, роторные или с промежуточным теплоносителем. Наиболее эффективными устройствами являются роторные регенераторы. Они позволяют возвращать в помещение до 75–90 % тепла. Эффективность других типов устройств составляет от 50 до 75 %. Все зависит от климатических условий проживания и количества часов суточной эксплуатации вентиляционной установки. Рекуператор также функционирует летом в кондиционируемых помещениях, немного охлаждая приточный воздух. Однако, несмотря на кажущуюся выгодность, использование роторных рекуператоров далеко не всегда возможно в жилых домах, в отличие офисных или торговых помещений. КПД пластинчатого рекуператора значительно ниже — до 50 %. Но в этих установках не происходит смешивание приточного и удаляемого воздуха, также нет подвижных частей, что продлевает срок эксплуатации и делает рекуператоры относительно дешевыми.

В качестве удачного примера конструктивной разработки  можно привести квартирную вентиляционную систему Vitovent 300 с рекуперацией тепла. Установка  позволяет рекуперировать более 90 % тепла помещения и за счет этого снизить нагрузку на отопление. Внутренний байпас с управлением температурным режимом обеспечивает прохладный ночной воздух в летний период. Установка такой вентиляционной системы для помещения площадью 150 кв. м позволяет сэкономить в год около 300 л дизельного топлива, идущего на его подогрев/охлаждение.  

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

В качестве палочки-выручалочки для вынужденного отопления дома электроэнергией можно попытаться использовать тепловой насос. Одним из ведущих производителей данного типа оборудования является немецкая отопительная компания Vaillant. Тепловой насос работает по принципу холодильника или кондиционера. При помощи специальной жидкости-теплоносителя устройство черпает тепловую энергию из окружающей среды: из-под земли, в ближайшем водоеме или из воздуха. Электричество используется только на перенос тепла с улицы в ваш дом, поэтому на 1 кВт затраченного электричества можно получить в среднем 4 кВт тепловой энергии. Мы все хорошо знаем близких родственников тепловых насосов — это кондиционеры. Кстати, тепловые насосы могут не только обогревать воду, но и охлаждать воздух для системы кондиционирования летом.

С учетом четырехкратной экономии электроэнергии эксплуатация отопительной системы получается выгодной. Но… стоимость теплового насоса велика по сравнению с газовым отопительным котлом аналогичной мощности, который также отличается экономичностью в использовании. В отличие от тепловых насосов многие современные модели  котлов приспособлены для работы в российских условиях. Например, благодаря использованию передовых конденсационных технологий газовый котел GENUS PREMIUM от ARISTON имеет среднегодовой КПД, близкий к 110 %, и обеспечивает энергосбережение до 35 % в год по сравнению с традиционными. Прибор может работать при пониженном давлении газа (до 5 мбар), низком давлении воды и при температуре до –52 °С.

В то же время для установки теплообменного коллектора, в зависимости от типа почвы, потребуется уложить пластиковые трубы с шагом 60–75 см на участке от четырех до шести соток! Зарытый на глубину в несколько метров трубчатый теплообменник должен забирать подземное тепло. Но в отличие от теплой Европы, в которой средняя температура зимой находится выше нуля, наши почвы промерзают сильнее, и эффективность теплообмена падает резче. К концу зимы система может перестать работать, так как все подземное тепло отобрано, а земля оказывается промороженной. Поэтому такой коллектор подлежит более точному расчету с учетом российских условий. Иной вариант — использование глубоких скважин, но их бурение и обустройство стоит дорого. С грунтовыми коллекторами и вертикальными скважинами могут работать тепловые насосы VAILLANT geoTHERM VWS мощностью от 6 до 46 кВт. Следует помнить, что до 80 % стоимости системы отопления на основе теплового насоса могут составить затраты на обустройство горизонтального или вертикального грунтового коллектора.

Есть еще вариант получения тепла — из ближайшего водоема. Тепловой насос забирает воду с температурой 4–6 °С, а обратно отдает при   1–2 °С. В таком случае водоем должен быть большим и проточным, иначе вы получите к весне большой кусок льда и опять-таки неработающую систему отопления. В качестве уместного примера можно привести климатическую систему, установленную в гостинице итальянской компании GIACOMINI, одном из отраслевых европейских лидеров в области водопроводной арматуры. Система питается водой, поднимаемой со дна глубокого горного озера. Разумеется, ее температура близка к нулю, а объема воды хватит и на сотню отелей. Отель расположен на южном отроге Альпийского хребта, по склонам которого стекает тающий лед. Но не всем так удачно удается расположить свой объект. В номенклатуре компании VAILLANT также есть оборудование для устройства подобных систем — geoTHERM VWW мощностью от 6 до 65 кВт.

Тема тепловых насосов очень интересна и заслуживает отдельной большой статьи. Думаю, что лет через 10–15, по мере распространения новой техники и неизбежного снижения цены, они станут массовым источником тепла для загородного дома, особенно в южных регионах России. Ведь там они могут быть полезными как зимой (на обогрев), так и летом (на охлаждение). Надо только правильно рассчитать параметры системы и не надеяться на то, что тепловой насос сможет оказаться волшебной палочкой-выручалочкой в совершенно безвыходной ситуации. Для ориентира: в небольшой по численности населения Швеции ежегодно устанавливается более 40 000 тепловых насосов.

Тем, кто не испугался перечисленных проблем, имеет смысл ознакомиться, например, с производственной линейкой компании VIESSMANN — одного из лидеров по инсталляции тепловых насосов в России. В ней представлено несколько моделей, разработанных для коттеджей небольшой и средней площади. Например, Vitocal-300 G представлен в двух исполнениях: по рассольно-водяной  и водо-водяной схемам. Их тепловая мощность колеблется от 21 до 59 кВт. Внутри Vitocal-300 G установлен мощный компрессор Compliant Scroll. Наряду с высокой надежностью в эксплуатации установка обеспечивает бесшумный режим работы. Это достигается  благодаря полностью герметичному уплотнению корпуса и высокоэффективному устройству поглощения колебаний. В этом есть еще один плюс: установка теплового насоса возможна в жилом помещении. Одновременно компрессор Compliant Scroll обеспечивает высокие рабочие показатели и температуру подачи теплоносителя до 60 °C. 

Обязательно стоит упомянуть и других европейских производителей надежных тепловых насосов, чью продукцию можно найти в РФ. Хорошо себя зарекомендовала техника компаний ARISTON (Италия), BUDERUS, VIESSMANN, VAILLANT (Германия).

КАК БЫТЬ, ЕСЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА НЕ ХВАТАЕТ

Стабилизаторы помогут повысить напряжение до нормального уровня, но не спасут от нехватки или полного пропадания напряжения. Бензиновый или дизельный электрогенератор является, казалось бы, самым простым решением проблемы, но его надо постоянно обслуживать, менять масло и заливать топливо.

Как альтернатива бензиновым и дизельным генераторам используются устройства, аналогичные тем, что применяются для бесперебойного питания компьютерной техники UPS. Принцип работы источника бесперебойного питания (ИБП) прост: ваш дом питается от сетевого напряжения, а на время перебоев автоматика переводит питание на резервные аккумуляторы. Электронное устройство, преобразующее переменное напряжение 220–230 В в постоянное напряжение 12, 24 или 48 В и обратно, называется инвертор. Более дешевые инверторы выдают на выходе ступенчатую синусоиду переменного тока (квазисинусоиду, или модифицированный синус). Более дорогие имеют чистый синус, который лучше для требовательных электроприборов. Попытка сэкономить не всегда приведет к положительному результату — автоматика современных котлов и некоторые другие электроприборы не будут работать без синусоиды либо будут работать нестабильно. Кратковременная (на 10–20 с) пиковая мощность может превышать номинальную до двух раза.

Как правило, инверторная система включает в себя дорогие аккумуляторы большой емкости 200–220 А·ч, массой около 70 кг каждый. Привычные нам стартерные автомобильные аккумуляторы с жидким кислотным электролитом не используются. Необслуживаемые свинцово-кислотные батареи изготавливают по технологии Gel либо AGM. Такие аккумуляторы способны без большого ущерба для себя постоянно отдавать до 70–80 % накопленной энергии и имеют длительный срок службы. Формально эти батареи должны выдерживать не менее 600 циклов заряда-разряда, но кто проверит? Говорить о более точных цифрах невозможно, так как «жизнь» батареи во многом определяется качеством этой «жизни». Чем меньше «стрессов» от глубокого разряда испытывают аккумуляторы, тем больше у них шансов исправно служить до 10–15 лет. Работа ИБП в тяжелых условиях ежедневной перезарядки сокращает срок жизни батарей до 2 лет. Для мощных ИБП нередко используют промышленные аккумуляторы, требующие обслуживания раз в год.

С помощью инверторной системы возможно решить проблему недостаточной подведенной мощности, которой обычно не хватает по вечерам. Потребление энергии не является величиной, постоянной во времени, всегда есть моменты пиковой и минимальной нагрузки. Во время низкого энергопотребления (ночью и днем) аккумуляторы ИБП будут запасать энергию, а во время вечернего пика выдавать ее дополнительно в сеть вашего дома (в теории можно повысить кратковременную пиковую нагрузку). К сожалению, для многих ИБП такая возможность потребует покупки нового дополнительного оборудования и серьезного изменения схемы электропроводки в доме. Поэтому можно констатировать малую применимость подобной теоретической возможности.

При выборе ИБП постарайтесь учесть не только денежный параметр, тщательно сопоставьте подробную комплектацию и имидж фирм-производителей всех компонентов, в первую очередь инвертора и аккумуляторов. Нередко предлагаемые к продаже системы не имеют аккумуляторов вообще либо включают слабосильную батарею для десяти минут работы, о чем вы узнаете уже после «отъема денег».

ИБП не смогут заменить бензогенератор в случае постоянных отключений энергии более чем на сутки или при полном ее отсутствии, но могут являться хорошим дополнением к генератору. Если использовать генератор кратковременно, только для зарядки аккумуляторов ИБП по мере необходимости, можно сэкономить деньги на уменьшении потребления топлива, увеличить срок службы генератора и какое-то время просто пожить в тишине. В случае использования ИБП в автономном режиме, когда источником ежедневного заряда служит бензогенератор, срок жизни расходных материалов — аккумуляторов может сократиться до двух лет. Вопрос «что выгоднее?», боюсь, останется без внятного ответа.

СИСТЕМЫ АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Набор аккумуляторов и инвертор могут послужить основой для комплексной системы полностью автономного питания. При помощи специальных контроллеров можно подключить иные источники энергии: комплект солнечных батарей, ветрогенератор, бензиновый или дизельный генератор.

В некоторых случаях солнечные батареи могут оказаться почти единственным и экологически чистым источником электричества. Набор из двух батарей общей номинальной мощностью 300 Вт занимает площадь не менее 2,6 кв. м и стоит примерно 60 тыс. рублей без учета монтажа. Что очень приятно, погоду на солнечном рынке задают российские предприятия, в основном из Зеленограда. Если вы уже потратились на систему бесперебойного электроснабжения с инвертором, две солнечные батареи накопят в аккумуляторах около 3 кВт·ч в сутки. Этой энергии хватит лишь на два часа работы газонокосилки мощностью 1 500 Вт. Набор из шести батарей общей номинальной мощностью 1 020 Вт, способный накопить энергии в три раза больше, занимает площадь около 9 кв. м и стоит примерно 180 тыс. рублей без учета монтажа. Не забудьте приплюсовать затраты на инвертор! Без дорогостоящей аккумуляторной системы применение солнечных батарей теряет всякий смысл.

В облачный день энергоотдача солнечных батарей резко уменьшается, поэтому их обычно комбинируют с ветрогенератором. Привычный нам аппарат с пропеллером номинальной мощностью 1 или 2 кВт, устанавливаемый на мачте высотой 8–10 м, имеет диаметр лопастей 3 или 4 м соответственно. Работает такая штука при скорости ветра не менее 3 м/с, а для достижения номинальной мощности требуется скорость 9–10 м/с. Стоимость китайского ветрогенератора номинальной мощностью 1 кВт составляет

 2 700–3 000 долларов (без монтажа). Ветряк в 2 кВт оценивается от 5 000 долларов. В комплект поставки входит китайский инвертор и контроллер заряда без аккумуляторов. Надо учесть, что такие аппараты генерируют низкочастотные колебания, которые как минимум не способствуют улучшению здоровья окружающих по крайней мере в радиусе нескольких десятков метров.

Продаются ветрогенераторы нового поколения российского производства — вертикально-осевые, способные воспринимать ветер с любого направления и имеющие более низкий уровень шума. Они не похожи на привычные пропеллеры, а внешне смахивают на трубу диаметром 900 мм и высотой от 12 до 20 м. Если верить рекламе, то производительность роторного ветрогенератора выше, чем лопастного, и он требует меньше места для монтажа. В отличие от пропеллерного он может работать при скорости ветра до 50 м/с — это почти ураган! Стоимость ветряка мощностью 1 кВт составляет примерно  11 тыс. долларов. Не забудьте дополнительно учесть стоимость монтажа ветрогенератора, а также ИБП! Итого минимальные затраты на систему довольно слабой мощности составят до  20 тыс. долларов.

Солнечные батареи и ветряки в условиях лесной подмосковной дачи попадают в крайне неудачные условия. Высокие деревья затеняют солнце для одних и гасят ветер для других. Желательно заранее расположить дачу на высоком и голом холме, насквозь продуваемом ветрами, либо поднять ветрогенератор на мачту высотой от 20 до 30 м. Нет желания? Не хотите видеть «телебашню» рядом с домом? Тогда можно оснастить крышу коттеджа солнечными фотогальваническими панелями. Правда, зимой эффективность работы таких батарей невысока — короткий световой день, низкое солнце и неизбежный снеговой покров снижают эффективность работы этой перспективной техники.

Недавно мне довелось побывать в Смоленске. Кто десять лет не ездил по Минскому шоссе, тот вряд ли узнает расширенную и похорошевшую трассу. Одна из примет современной дороги —освещение всех опасных мест: населенные пункты, АЗС, перекрестки, крутые повороты… Загородные автобусные остановки и пешеходные переходы теперь легко отличить по высоким столбам с установленными наверху солнечными батареями. Днем это смотрится эффектно и современно! В теории в темное время суток эти независимые от кабельного электроснабжения системы должны освещать опасные для пешеходов участки трассы. Однако не всегда в реальности  лампочки работают. Учитывая, что эксплуатация такой системы должна начинаться сразу после монтажа и не зависеть от других таких же систем, остается высказать предположение, что мой скепсис все же обоснован.

Проекты коттеджей используют и другие системы солнечных батарей (коллекторов): для горячего водоснабжения, частично для отопления. Такие солнечные батареи состоят не из полупроводниковых фотоэлементов, а из солнечного коллектора и бака-накопителя. Жидкость (этиленгликолевый состав) нагревается в трубах-коллекторах и накапливается в большом теплоизолированном баке. В нем через теплообменник  тепло переходит к воде, идущей в систему отопления или ГВС. Сегодня большую популярность приобрели гелиосистемы auroSTEP от VAILLANT. Это готовый комплект, который не требует расчета и сложного монтажа. В состав данной системы уже входят солнечные панели, емкостный водонагреватель со встроенным насосом и автоматикой, а также все необходимые элементы гидравлической и электрической обвязки. В случае, когда солнечная активность невелика, установка auroSTEP позволяет нагревать воду традиционными источниками тепла. Другой пример надежной солнечной аппаратуры — коллекторы компании BUDERUS Logasol SKE 2.0; SKN 3.0; SKS 4.0. Они снабжены незапотевающими стеклами со светопроницаемостью до 92 %. Установки обеспечивают до 30 % потребности  воды в отоплении и до 50–100 % в ГВС. Имеются схожие разработки и других фирм, например ARISTON. Так, системы солнечного теплоснабжения с естественной циркуляцией KAIROS THERMO 150/1 TR и 150/1 TT предлагают максимальную скорость нагрева воды до 50 °C. Приборы специально разработаны для обеспечения максимальной готовности к производству горячей воды даже при низких значениях солнечного излучения. Всего за несколько часов нагрева вода в баке емкостью 150 л будет готова к использованию. При отсутствии разбора горячей воды модели KAIROS THERMO переходят на умеренную температуру нагрева, предотвращая повышение теплового напряжения во всех узлах и теплоносителе. Такую систему солнечного теплоснабжения можно установить как на крыше здания, так и на земле.

Справка

В последнее время читатели журнала не раз присылали в редакцию письма с вопросами об эффективности гелиосистем для климатических условий средней полосы России.

Эти вопросы мы переадресовали специалистам одного из ведущих европейских предприятий в этой области компании VAILLANT.

Максим БИТКОВ, технический специалист компании VAILLANT 

В связи с постоянным ростом цен на энергоносители во всем мире солнечные водонагреватели завоевывают все большую популярность. Они позволяют экономить средства потребителей и улучшают экологическую обстановку.

При круглогодичном использовании энергии солнца в центральной полосе России гелиосистемы VAILLANT позволяют ежегодно экономить до 65 % традиционного топлива для нагрева горячей воды. В южных регионах нашей страны данный показатель может достигать 85 %. Конечно, показатели экономии топлива, помимо среднего количества солнечных дней в году, зависят и от  иных факторов. К примеру, направление и угол наклона коллекторов, возможная затененность, качество утеплителя на трубопроводах — все эти факторы могут существенно влиять на показатели эффективности работы любой гелиосистемы. Резко снизить эффективность использования солнечной энергии может ошибка в расчетах необходимой площади коллекторов. Но она исключена в системе auroSTEP, так как все элементы гелиосистемы четко подобраны инженерами компании VAILLANT. Принцип самоопорожнения коллекторов при отсутствии потребности в нагреве воды исключает возможность закипания теплоносителя. Срок службы гелиосистемы auroSTEP составляет более 15 лет.

ИГРУШКИ ИЛИ ПОКА ИГРУШКИ ?!

Что же получается? Оба типа солнечных батарей имеют короткий сезонный срок эксплуатации, что резко ограничивает применение на основной территории России. Для большинства  российских дачников ИБП стоят баснословно дорого, точно так же, как и ветрогенераторы. Не стоит также упускать из виду проблемы воровства и вандализма в дачных поселках. Однако если вы состоятельный человек и решили построить дачу в сибирской глуши или на берегу озера Байкал, но не желаете отказываться от благ цивилизации — добро пожаловать! Использование альтернативных источников энергии имеет реальный смысл для южных и ветреных районов нашей большой страны, особенно в таких дорогостоящих местах, как Сочи.

Но мы находимся пока в самом начале развития технологий, позволяющих создавать активные дома. Можно спрогнозировать, что по мере удешевления стоимости оборудования в разы, а то и на порядки, по мере увеличения КДП человечество начнет использовать нетрадиционные источники даже на дешевых дачных участках, а дом, который не подключен к системам коммуникации, перестанет казаться дорогостоящим экспериментом.