Электрическое отопление загородного дома
Многие технические решения, связанные с технологиями энергосбережения приходят в российские дома и коттеджи из «бережливой» Европы. Западнее двадцатого градуса восточной долготы, углеводородное топливо стремительно увеличивает свою стоимость, что дополнительно стимулирует инновационный процесс в области альтернативной энергетики. К примеру, для среднестатистического европейского жителя, эксплуатационные затраты у отопительной системы построенной на основе электрических нагревателей (ТЭНов), почти на двадцать восемь процентов ниже, чем у аналогичного комплекса, сжигающего природное топливо.
Безусловно, существенного стоимостного «разбега» подобных систем в наших пенатах не наблюдается. Цена на «голубое топливо», поставляемое частным потребителям удерживается на приемлемом уровне, да и газификация Российской Федерации идет «полным ходом». Не счесть количество городков, поселков и деревень, куда желтые трубопроводы уже принесли «голубое топливо», но мест, отдаленных от магистральных газоперекачивающих трасс по-прежнему хватает.
Другой причиной, побуждающей домовладельцев переходить с углеводородного на электрическое отопление, часто становится повышенное внимание к экологическому фону региона проживания. Негативное воздействие ТЭНов на окружающую среду полностью исключено, а затраты на обогрев помещений сопоставимы с аналогичными экономическими показателями комплексов, сжигающих высококалорийное топливо.
Виды электрических отопительных систем
Технический прогресс предлагает домовладельцам множество способов нагрева помещений здания посредствам электрической энергии, часть из них скомбинирована с системами циркуляции жидкого теплоносителя, часть работает на основе закона Джоуля – Ленца (греется сам проводник при создании в нем электрического тока), другие преобразуют направленное движение электронов в инфракрасное излучение:
— системы с электрифицированными котельными установками;
— использующие маслонаполненные электрические радиаторы, непосредственно включенные в домовую сеть;
— выполненные, на электроконвекторах с естественным и принудительным движением среды;
— теплые полы, в основе которых лежит «греющий» кабель;
— «пленочные», базирующиеся на инфракрасных излучателях большой площади.
При выполнении комбинированных нагревательных комплексов, используются котельные агрегаты, в которых камеры сгорания заменены на встроенные ТЭНы. Сетевая жидкость, циркулирующая в отопительных радиаторах, отбирает энергию у горячих металлизированных проводников и разносит ее по всему контуру системы. Положительный аспект установки электрифицированного «котла» лишь один – его можно встроить в уже существующий отопительный комплекс без существенной реконструкции последнего.
Системы обогрева помещений при помощи конвекторов и электрических батарей различаются лишь принципом действия основных компонентов. У калориферов, как правило, греющий элемент открыт и соприкасающийся с ним окружающий воздух повышает свою температуру и естественным образом перемещается в помещении за счет изменения собственной плотности. Сконцентрировать термическое воздействие прибора можно посредствам предустановленного вентилятора, таким образом, конвектор превратится в так называемую тепловую «пушку». Это устройство способно быстро нагреть часть помещения, но шумовая нагрузка на барабанные перепонки домочадцев будет очень высока.
В маслонаполненных радиаторах, токопроводящая спираль погружена в специальную вязкую среду, которая естественным образом циркулирует по высоте батареи. Отличительная особенность подобной конструкции в том, что она обладает высокой теплоаккумулирующей способностью. Внутреннее движение масляных слоев вследствие изменения плотности вещества происходит очень медленно, поэтому встроенный ТЭН работает периодически, поддерживая необходимую температуру, тем самым экономя электрическую энергию.
Электрифицированный «теплый пол» выполняется на основе «греющего» кабеля. По сути это проводник малого сопротивления, по которому даже при небольшом приложенном напряжении протекает значительный ток, обернутый в специальную теплопроводящую электроизоляцию. Различают два вида нагревательного кабеля – саморегулирующийся и резистивный. У первого внутреннее линейное сопротивление напрямую зависит от температуры среды окружающий его, значит, участки провода расположенные в разных температурных зонах будут иметь различную тепловую мощность. То есть охлаждение воздуха над полом приведет к уменьшению электрического сопротивления кабеля и возрастанию термической отдачи в окружающую среду.
Последним предложением на рынке электроотопительных систем являются комплексы, построенные на пленочных инфракрасных излучателях, представляющих собой тщательно подобранные плоские резисторы. Обычно слой, генерирующий тепловые волны большой длины, располагается между основным потолком комнаты и электроизолирующей подкладкой. При обтекании всей конструкции электрическим током, она начинает испускать инфракрасное излучение, нагревающее все окружающие предметы. Важно, что испускаемое тепло равномерно распределяется по комнате, и аналогично солнечным лучам создает комфортный микроклимат в помещении.
Принцип энергоэффективности электрических отопительных систем
Поставщики электрической энергии не радуют домовладельцев низкими ценами на свою продукцию, поэтому для достижения высокой экономической эффективности систем отопления потребляющих этот ресурс необходимо соблюсти несколько важных условий. Во-первых, никогда не следует производить выбор электрического оборудования «на глаз», каждый элемент надлежит предварительно просчитать и обосновать необходимость его установки техническими и экономическими параметрами. Выполнить проектные работы самостоятельно, для рядового хозяина коттеджа представляется нетривиальной задачей. По этому вопросу лучше обратиться в лицензированную организацию или использовать типовой проект, добытый из недр «всемирной паутины».
Во-вторых, само здание надлежит качественно изолировать, создать так называемый «тепловой заградительный пояс». От того насколько качественно будет выполнена эта рекомендация напрямую зависят затраты на электрическую энергию, а значит в долгосрочной перспективе гораздо выгоднее вложить несколько большую сумму средств в тепловую изоляцию коттеджа, чтобы нивелировать расход по статье «эксплуатационные затраты».
В-третьих, необходимо оснастить весь отопительный комплекс централизованным модулем программного управления и контроля. По сути это обычный микроконтроллер, обвешанный удаленными датчиками температуры, расхода, давления (в случае подогрева ГВС) и совмещенный с распределительной сетью управляющих сигналов. Если приобретение и наладка микрокомпьютера окажется не по карману хозяину коттеджа, то его можно заменить отдельными отопительными приборами оснащенными термостатами, спаренными с временными программаторами. Подобная мера поможет задать режим работы отдельных компонентов в зависимости от времени суток и дня недели.
Условно, все помещения коттеджа можно разбить на несколько зон активности. «Дневная» чаще включает в себя кухню (столовую) и гостиную, иногда в нее добавляется детская комната и рабочий кабинет. В «ночную» зону входят только спальни, а в «промежуточную» санитарные узлы. Приведённое здесь разделение полностью условно, современный «софт» позволяет домовладельцу самому выбрать количество и состав помещений в каждой зоне.
Итак, при одинаковом жизненном цикле всех домочадцев, стандартной сорокачасовой рабочей неделе и рабочем дне с 8-00 до 17-00 в «дневной» зоне должна поддерживаться комфортная температура (порядка девятнадцати градусов Цельсия), только во время максимальной активности жителей коттеджа, то есть с 17-00 до 22-00, и с 6-00 до 8-00. Соответственно в этот период в «ночной» зоне микроконтроллер устанавливает минимально допустимую температуру, около шестнадцати градусов. Дополнительную гибкость системе регулирования придаст обратная связь по температуре наружного воздуха.
Тернии на пути к звездам
Существует ряд типовых проблем, с которыми домовладельцу придется столкнуться в процессе обустройства своей «крепости» системой электрического отопления. Осветить этот список организационных, технических, а местами и правовых мероприятий – основная цель этого раздела.
«Плясать», безусловно, нужно от проекта, его верстку лучше отдать на откуп профессионалам, но сделать приближенные расчеты, чтобы слегка проконтролировать проектировщиков необходимо. Приведем пример для отопительного комплекса на основе маслонаполненных радиаторов, несколько упростим вычисления, сделав ряд допущений:
— температура внутри всех помещений здания должна поддерживаться постоянной и одинаковой;
— тепловая изоляция строения близка к абсолютной, то есть потери через наружные элементы конструкции отсутствуют;
— излучение от радиаторов равномерно распределяется по комнатам в не зависимости от места их установки.
Теперь электрическую мощность ТЭН в каждом помещении можно легко подсчитать из соотношения сто киловатт на каждые десять квадратных метров площади. Далее обычным суммированием получаем общее активное потребление здания. Затем, опираясь на расчетные значения, необходимо «прикинуть» сечение проводов подающих питания на каждый элемент схемы, и главное, диаметр жил кабеля соединяющего строение с сетью общего пользователя.
Здесь домовладелец сталкивается с первой серьезной проблемой: дом с электрическим отоплением является очень мощным потребителем, поэтому на момент заключения договора с энергоснабжающей компанией необходимо выполнить подключение на 380 Вольт. Это даст возможность получать от источника большую мощность при одинаковом значении тока (вспомните закон Ома), которое намеренно ограничивается поставщиком с целью снижения потерь в воздушных и кабельных линиях. Большому особняку вообще потребуется отдельная кабельная линия от шин ближайшего распределительного устройства номиналом 3000, 6000 или 10000 Вольт, и сопутствующая комплектная трансформаторная подстанция, снижающая напряжения до потребительского номинала.
Квалифицированные разработчики без сомнения предложат домовладельцу оснастить весь отопительный комплекс системой автоматического включения резерва или аккумуляторной батареей. Если этого не происходит, то бейте тревогу – зимой, при перебоях с электроэнергией в доме будет попросту невозможно жить. Организация резервного источника питания возможно несколькими способами:
— дополнительный силой ввод от отдельно стоящей трансформаторной подстанции, желательно не связанный по стороне высокого напряжения, с линией основного питания коттеджа;
— использование в качестве «холодного» резерва дизель-генератора достаточной мощности;
— применение набора сухих аккумуляторных батарей в комплексе с силовым инвертором.
Первый способ наиболее затратный, кроме того «рука об руку» с ним идет масса бюрократических проблем, но солидные вложения финансов и временных ресурсов отнюдь не гарантирую полную автономность созданной отопительной системы. Если авария произойдет не на ближайшей КТП, а на районной подстанции, то АВР не сработает и самое страшное неизбежно случится.
Способ с инвертором и аккумуляторами бесспорно универсален, но потребует серьезных капитальных затрат. Его плюсом также является полная автоматизация процесса перехода на резервный источник питания, то есть домочадцы даже не почувствуют перебоев с электроэнергией.
Дизель-генератор обеспечит системе отопления требуемую автономность, а его цена ничтожна мала по сравнению с затратами на комплекс в целом. Однако в аварийной ситуации дизельную установку придется включать вручную, что потребует некоторое количество времени.
Видео об электрическом отоплении загородного дома