Автор:
Crocus
Що таке екобудинок і як зробити його своїми руками? У статті описаний приклад будівництва будинку в заповіднику. Докладно розглянуто питання теплопостачання за допомогою гідродинамічного теплогенератора. Описана технологія обігріву будинку за допомогою системи «теплої підлоги».
Зміст: (приховати)
Екологія свого домаСпособы обігріву домаЭкодом. Яким він може бытьДом в заповедникеНачинаем будувати будинок у заповедникеТеплоснабжение домаПринцип дії теплогенератораСистема обігріву «тепла підлога»Технологія монтажу теплої підлоги
Екологія свого будинку
Нещодавно я повернувся з відрядження до Швеції, де брав участь у демонтажі обладнання одного великого металургійного заводу. Здавалося б, що в цьому особливого, зараз багато підприємств закриваються під тиском економічної кризи. Але цей випадок, ніяк не пов’язаний з кризою. В даному випадку, на передній план виходить екологія і здоров’я населення країни. Просто шведи не хочуть миритися з перебуванням на своїй території виробництв, що забруднюють навколишнє середовище. За нашими мірками вони і так живуть практично в заповіднику, але хочуть, щоб їх країна була ще чистіше.
А що ж відбувається у нас? Ми багато говоримо про захист навколишнього середовища, але насправді екологічна ситуація тільки погіршується. Наші міста нагадують смітники і ми, практично нічого не робимо для того, щоб вони стали чистіше, швидше навпаки, ще більше їх засмічуємо. Власники наших металургійних заводів і не думають про поліпшення екологічної ситуації навколишніх територій. Набагато простіше (а головне дешевше!) обладнати онкологічне відділення місцевої лікарні. І думаючи про це, мимоволі задаєшся питанням: «Хто винен і що робити?»
Я спробував знайти відповіді на це питання в інтернеті. На першу частину я отримав масу відповідей: пияцтво, лінь, низький рівень культури, комуністичне минуле, низькі доходи населення і вінчає це все масонський змова. Нічого нового в цьому списку немає. А ось на другу частину питання я отримав кілька несподівану відповідь: «Почни з себе, почни з малого. Викинь обгортку від цукерки в урну, а не під ноги перехожому, посади в своєму дворі дерево, зроби свій будинок та двір чистіше і навчи своїх дітей».
Ось про екологію свого будинку і поговоримо. Ми живемо в такій кліматичній зоні, в якій будинок потребує і в обігріві, і в охолодженні. З охолодженням житлових і офісних приміщень питання можна вважати вирішеним, так і жаркий період не такий тривалий, як холодний. А ось поліпшити екологічну ситуацію в процесі опалення приміщень можна.
Способи обігріву будинку
Для обігріву приміщень ми використовуємо органічне паливо, при згорянні якого і виділяється потрібне нам тепло. В якості палива В цьому процесі застосовується вугілля, мазут, в кращому випадку газ. Це неминуче веде до викидів в атмосферу продуктів згоряння. Чи є цьому альтернатива? Звичайно, є. Перше що приходить на розум – альтернативні джерела енергії. Можна використовувати енергію сонця або встановити тепловий насос. В обох випадках доведеться розщедритися на кругленьку суму. До того ж тепловий насос далеко не завжди є можливість встановити, тим більше, якщо будинок вже збудовано і оточене щільною забудовою. А сонячна енергетика, хоч і динамічно розвивається, все ж не має достатнього поширення. Вартість подібних установок – взагалі окрема тема.
Екобудинок. Яким він може бути
У всьому світі зараз розвивається ідея екологічно чистого будинку або екодому. Що це таке? В ідеалі, це будинок, який постачає своїх господарів теплом, електроенергією і переробляє всі продукти життєдіяльності людини. Такий будинок коштує дуже дорого. При сучасних цінах на паливо і земельні ресурси набагато дешевше вивозити сміття на звалище, а для обігріву використовувати газ. Але ситуація з землею і газом радикально змінюється. Газ і земля дорожчає, а штрафи за забруднення збільшуються. А після закінчення кризи ці проблеми вийдуть на передній план.
Будинок в заповіднику
Я з цим вже зіткнувся. Моя фірма взяла замовлення на будівництво двох житлових будинків у заповідній зоні. Вдома необхідно було побудувати в заповідній зоні Червонооскільського водосховища. Практично на болоті. Навесні всі під’їзні дороги заливає вода, газу немає, водопроводу і каналізації немає, і не передбачається. Але живописне місце. Переконайтеся самі.
Заповідна зона Червонооскільського водосховища
Єдине джерело енергії – електрика. Вода в річці не питна. Колодязь на болоті не выроешь. Питань більше ніж відповідей.
Будинки призначені для прийому відпочиваючих взимку і влітку. Зимою сюди приїздять рибалки і любителі зимових видів спорту: лижники та біатлоністи. А влітку просто відпочиваючі. Річка постачає селище рибою. Місцеві ліси багаті грибами і ягодами. Загалом, влітку без їжі не залишишся. Один час прогулянки по лісі і на обід назбирали.
Гриби улюблена їжа місцевих жителів
За 1 годину збираємо відро грибів
Починаємо будувати будинок у заповіднику
Зазвичай будівництво асоціюється у нас з брудом, пилом, сміттям і горою будівельних відходів. Тут так будувати не можна. За всім стежить екологічна інспекція, рибнагляду і лісники. А ці люди жартувати не люблять. Будь-яке порушення загрожує штрафом, і чималим. Завдання ускладнюється тим, що місце під забудову знаходиться на болотистому ґрунті. Як проходила будівництво я і хочу розповісти.
Місце під забудову на болотистій місцевості
Почали з під’їзних колій. Насипали дорогу.
Вирубка лісу заборонена, тому вибрали в лісі галявину і засипали грунтом майданчик під забудову. Забурили місця під палі, і на палях збудували фундамент.
Палі під фундамент будинку
На фундамент поставили зруб з круглого лісу
Зруб з круглого лісу
Каркас встановлений на фундаменті
Каркас обшивається деревної плитою і декорується вагонкою
Каркасний будинок, обшитий вагонкою
Стіни утеплили спеціальним утеплювачем з парозахисною плівкою
Теплоізоляція стін
В одному з будинків для кращої теплоізоляції поставили вікна з євробрусу. Адже ми будуємо екодім, а дерев’яні вікна володіють унікальною здатністю: вони «дихають» завдяки природним порах, до того ж їм не страшні низькі температури. Хоча й коштують такі вікна дещо дорожче пластикових, при цьому вони мають набагато б?льшей теплоізоляцією (на 20-30 % більше), ніж вікна з ПВХ, ну і звичайно ж високою екологічністю.
В якості матеріалу для цих вікон, використовується тришаровий клеєний брус, який складається з трьох ламелей, зрощених на мінішипа. В якості деревини для ламелей використовується сосна з сибірських ділянок. Якщо є бажання і кошти, то можна замовити вікна з модрини або бинтангора. Клеєний брус володіє міцністю б?льшей на 80% в порівнянні з цельнодеревянным. А жорсткість у нього вище на 40%. Таке вікно не боїться примх природи, можете бути впевнені в тому, що його не покоробить і не поведе. Також при виготовленні цих вікон використовуються склопакети, якісна металева фурнітура та ущільнення. В іншому будинку встановили пластикові вікна. Так забажав замовник
Вікна з ПВХ
Таким чином була вирішена проблема теплоізоляції будинку. Коли будівництво буде закінчено, ми приїдемо сюди взимку і перевіримо стан теплоізоляції тепловізором і (якщо необхідно) приймемо додаткові заходи для зниження втрат тепла.
Теплопостачання будинку
Далі слід, мабуть, найважливіше питання – тепло і водопостачання. На допомогу прийшли сучасні технології використання електричної енергії для отримання тепла.
Оскільки з усіх видів органічного палива тут доступно тільки дерево, зупинилися на электрообогреве. Можна було просто виконати бажання замовника і встановити електричні котли, але ми зупинили свій вибір на гідродинамічному безпаливні теплогенераторі.
Хоча і довелося витратити деякий час на те, щоб переконати клієнта в правильності зробленого нами вибору. Свій вибір пояснили замовнику тим, що виробники електричних водонагрівачів і котлів заявляють про ККД не менше 90% (як правило, 94-98 %), але при цьому замовчують про ресурс даного обладнання. А адже це теж важливий момент, адже ні хто не хоче купувати котел на пару років. Звичайно, він прослужить довше, але тільки ККД його знизиться, і буде постійно знижуватися з плином часу. Як наслідок споживана потужність і відповідно витрати на опалення будуть рости. Виникає питання чому. Відповідь дуже проста – накип, образовывающаяся на нагрівальних елементах. З нею намагаються боротися, застосовуючи в якості теплоносія не воду, а спеціально розроблені рідини, або магнітні активатори. От тільки вони допомагають мало, і поки є високотемпературний джерело нагріву, у воді буде утворюватися накип.
Принцип дії теплогенератора
Безпаливні теплогенератори засновані на принципі кавітації. Електрика в цьому випадку потрібно для роботи електродвигуна насоса, а накип не утворюється зовсім. Але про все по порядку.
Кавітаційні процеси в теплоносії виникають у результаті механічного впливу на рідину в замкнутому об’ємі, що неминуче призводить до її нагрівання. У цьому можна переконатися, включивши звичайний побутовий насос в режимі «сам на себе», тобто, поєднавши вхід насоса з виходом. Вода в цьому випадку обов’язково почне нагріватися і, якщо залишити насос працює на деякий час, то вона закипить. Такий експеримент більше ста років тому провів знаменитий англійський фізик Джеймс Прескотт Джоуль, тим самим довівши, що в результаті механічного впливу на рідину, вся механічна енергія може бути перетворена в теплову.
Сучасні установки, в яких використовується такий спосіб нагріву рідини, відрізняються від експериментального пристрою Джоуля, наявністю в контурі кавітатора. Тобто нагрівання рідини здійснюється за рахунок багаторазової циркуляції по контуру «насос – кавітатор – ємність (радіатор) – насос». Така схема показала свою повну спроможність та ефективність. Не важко здогадатися, що вся родзинка в даних установках — в наявності кавітатора.
Читач напевно запитає, навіщо потрібен цей самий кавітатор, якщо вода і так нагріється? Щоб відповісти на це питання треба спочатку пізнати суть процесу кавітації. Називається кавітацією утворення розривів суцільності рідини в результаті місцевого пониження тиску. Якщо зниження тиску відбувається внаслідок виникнення великих місцевих швидкостей в потоці рухомої краплинної рідини, то кавітація називається гідродинамічної, а якщо внаслідок проходження акустичних хвиль в рідині, то акустичної. Процес цей відбувається з виділенням великої кількості теплової енергії. Рідина «скипає» з утворенням кавітаційних бульбашок, руйнування яких призводить до руйнування обтічної поверхні. Виникнення кавітації в насосі призводить до швидкого зносу робочого колеса. Включенням у схему установки кавітатора вдається збільшити термін служби насоса завдяки перенесенню кавітаційних процесів з робочої камери насоса в порожнину кавітатора. Крім того даний вузол є основним джерелом нагрівання, оскільки саме в ньому відбувається перетворення кінетичної енергії рухомої рідини в теплову.
Саме за такою схемою працюють гідродинамічні теплогенератори. Ми застосували гідродинамічний теплогенератор «Waterbotruff 5,5 A», нам потрібно обігріти два будинки площею 85 м2.
Якими міркуваннями ми керувалися при виборі:
- Оригінальне пристрій кавітатора забезпечує досить інтенсивний нагрів рідини завдяки виникненню міжшарової спрямованої кавітації, зорієнтованої таким чином, щоб не надавати руйнівної дії на елементи конструкції. Кавітатор в цьому теплогенераторі являє собою камеру, що складається з декількох випромінювачів, включених у гідродинамічний генератор і складає з ним єдиний резонансний контур.
- значно більш тривалий термін експлуатації, який забезпечується описаними вище особливостями конструкції кавітатора. Треба зазначити, що теплогенератори роторного типу можуть похвалитися дещо б?льшими коефіцієнтами перетворення електричної енергії в теплову. Але що варто більш висока теплова потужність при нетривалому терміні експлуатації установки. Це обумовлено більш високими швидкостями руху рідини в таких теплогенераторах, що в свою чергу призводить до швидкого руйнування робочої поверхні ротора через утворення надмірної кількості кавітаційних бульбашок. Виробник обраного нами теплогенератора дає гарантію на свої установки 5 років, при цьому заявляє про експлуатаційному ресурсі 25 років.
- Крім того, дані пристрої виробляють значно менше шуму при роботі. Зниження рівня шуму досягається застосуванням сучасних насосів, що давно зарекомендували себе світових виробників (таких, наприклад, як Wilo і Grundfos).
- Теплові генератори можна сміливо назвати пристроями типу plug and play. Тому що для їх підключення та запуску достатньо лише приєднати вхідний і вихідний патрубки системи опалення, і підключити силовий кабель. Завдяки цій особливості, дані установки легко монтуються у вже існуючу систему опалення. Перед пуском пристрою необхідно встановити робочий діапазон температур, що легко робиться за допомогою клавіатури на панелі управління. Далі управління роботою теплогенератора відбувається в автоматичному режимі, який забезпечується контролером.
- габаритні розміри, майже вдвічі менші, ніж у аналогічного устаткування інших виробників.
Зовнішній вид теплогенератора
Принципова схема обраного нами теплогенератора
Слід також навести технічні характеристики теплогенераторів даного сімейства. В якості прикладу візьмемо найбільш затребувану модель, показану на рисунку:
- Напруга, В 380
- Частота електроживлення, Гц 50
- Споживана потужність, кВт 5,5
- Площа опалювального приміщення (при висоті стель до 3 м), м2 120-180
Габаритні розміри:
- висота, мм 820
- ширина, мм 740
- глибина, мм 570
- Маса, кг 172
На Рис. 12 наведена схема роботи теплогенератора. Для підвищення ефективності його роботи ми включили у схему бак накопичувач і застосували систему «тепла підлога», що дозволило нам обігріти однією установкою два будинки. Ці ж пристрої можуть застосовуватися і для гарячого водопостачання. У цьому випадку В схемі з’являється бойлер непрямого нагріву. Ми використовували бойлер з двома теплообмінниками, який дозволив підключити другий джерело нагріву. У наступному році заплановано в якості другого джерела встановити сонячний колектор. Читач може заперечити, навіщо ж тоді потрібен теплогенератор? Сонячний колектор не зможе повністю замінити теплогенератор з-за кліматичних особливостей нашого регіону, адже його ефективність знижується в зимовий період (з причини втрат тепла при мінусових температурах). Але при цьому сучасні геліосистеми дозволяють в зимовий період знизити навантаження на теплогенератор майже на 30%, а в літній час взагалі не використовувати його для гарячого водопостачання.
Вже є і всесезонні геліоколектори для опалення і гарячого водопостачання, але вони поки не можуть конкурувати з теплогенераторами і газовими котлами, так і вартість їх досить висока. Думаємо це замовлення для нашої фірми не останній і, якщо в майбутньому вартість геліосистем знизиться до прийнятною, то, звичайно ж, ми будемо використовувати їх при проектуванні.
Система обігріву «тепла підлога»
Коли постало питання, які радіатори опалення використовувати ми зіткнулися з проблемою їх раціонального розміщення в будинку.
На рис. 13 показано фото кімнати на 2 поверсі одного із будинків.
Приклад теплої підлоги
Класичні радіатори ніяк не вписувалися в наш дизайн, тому було прийнято рішення зробити систему теплих підлог. Крім кращого дизайну, така система має більш високий ККД, що в нашому випадку важливо.
Система «тепла підлога», використовується для нагріву підлоги і використовує підлогу, як теплоакумулятор і теплоізлучатель.
У порівнянні з радіаторами ця система має ряд переваг:
- ідеальний розподіл теплових потоків в кімнаті;
- 70% теплової енергії передається випромінюванням, а не конвекцією, що сприймається більш комфортно;
- економія тепла досягає 20-30% в житлових будинках;
- більш ефективне використання площі приміщень за відсутності нагрівальних приладів;
- зменшення кількості пилу в приміщенні за рахунок зниження протягів;
Це відбувається тому, що прогріте повітря від настінних радіаторів опалення рухається під стелю. Потім він охолоджується і опускається вниз, нагрівається від радіаторів і знову йде до стелі. При цьому теплі потоки перебувають під стелею і біля радіаторів, а зона, в протилежному кутку кімнати має низьку температуру. В результаті з’являються горизонтальні потоки повітря з холодного кута до теплих радіаторів.
У теплих ж підлог картина абсолютно протилежна. Тут нагрівачі рівномірно розосереджені під підлогою, тому обігрів буде відбуватися відразу зі всієї поверхні. При цьому тепле повітря перебувати внизу біля самої підлоги, а на висоті 1,5-2 м повітря трохи охолоне, і під стелею скупчується холодне повітря. Такий розподіл тепла буде запобігати протяги.
- відсутність позитивної іонізації повітря за рахунок низької температури теплоносія.
Ми вибирали між електричними і водяними теплими підлогами. В нашому варіанті джерелом тепла є вода, яка, проходячи по трубах в підлозі, віддає тепло приміщенню.
На що потрібно звернути увагу при виборі схеми укладання труб?
- Поблизу зовнішніх стін будівлі необхідно крок укладання труби зробити менше, щоб компенсувати втрати тепла.
- Крок укладання не повинна бути більше 30 см, інакше виникне нерівномірне нагрівання поверхні підлоги.
- Максимальний перепад температури по довжині стопи не повинен перевищувати 4 °С.
Технологія монтажу теплої підлоги
Для монтажу водяних підлог на дерев’яну основу використовується особлива технологія. Між лад монтуються металеві тепловідбивні пластини. У поглиблення на пластинах вкладається полімерна труба. Ми використовували пластини фірми WIRSBO. Поверх балок, настеляється покриття підлоги з дерева. Зважаючи на низькій теплопровідності дерева, товщина такого покриття не більше 15 мм.
Схема укладання теплої підлоги
Поверх системи водяних теплих підлог можна укладати еластичні і килимові покриття, які мають спеціальні позначення.
Ці матеріали повинні володіти коефіцієнтом опору теплопередачі не більше 0,15 м2 К/Вт. З-за цього, покриття з пробки, яке зараз дуже популярне, застосовувати не можна. Зате керамічну плитку можна використовувати без обмежень. Ми зупинилися на керамічній плитці.
Регулювання температури теплоносія
Для вирішення проблеми регулювання температури теплоносія застосована термостатична і запірна арматура. Термостатичні змішувачі вентилі, які здійснюють подачу теплоносія потрібної температури в колектор. Ця арматура встановлена перед колекторами на підвідної магістралі. Вартість такої арматури від 192 €.
Зараз продаються насосно-змішувальні групи. У таку групу входить трехходовй змішувальний кран з сервоприводом, циркуляційний насос і запірна арматура з термометрами.
Насосно-змішувальна група для регулювання температури підлоги
(а) циркуляційний насос UPS 32-80 від GRUNDFOS (Данія),
(б) триходовий кульовий кран з сервоприводом Modulo Compact від EMMETI
(в) перепускний клапан
Для роботи системи теплих підлог використовується циркуляційний насос. Керує роботою насоса звичайний або електронний термостат, який можна закласти можливість вибору програми опалення. Вартість такого термостата в межах € 800-1600.
Багато використовують радиотермостаты, встановлені в різних приміщеннях. Радиотермостат передає сигнал на термоелектричні головки, по радіохвилях. Недоліком таких термостатів є їх висока вартість € 1550. У такий комплект входить шість сервоприводів, шість радиотермостатов . Зважаючи на високу вартість радиотермостата, ми зупинилися на електронному термостаті який дозволяє керувати нагріванням теплих підлог по заданій програмі.
Електронний хронотермостат
Для недопущення випадкового подачі води з температурою вище 55° С колектор теплоносія ми застосували запобіжні термостати. Вони відключають циркуляційний насос, якщо вода нагріється вище 55 °С.
Якщо Ви захочете прорахувати витрати на водяна тепла підлога для вашого будинку площею близько 100 м2, включаючи витрати на купівлю системи і її монтаж,- можна використовувати розрахункову величину 30-60 € за 1 м2.
У статті «Екологія дому, частина2», я опишу як з допомогою обеззараживателя води на основі кавітаційного теплогенератора нам вдалося вирішити проблему водопостачання екодому.
Увага! Ціни застаріли. У статті вказані ціни за 2010 рік.
