О "солнечной системе" обогрева, повелителях ветров и собственниках "холодильников"

Зима. Холодно и зябко. Единственное, что согревает, это теплый уютный дом, в котором всегда можно укрыться от непогоды и провести время в кругу родных и друзей. Так было раньше.

Но сегодня все изменилось. Военно-политическая ситуация в стране обострила проблемы экономики. В их числе и обеспечение населения Украины теплом в осенне-зимний период 2014/2015 гг. В условиях огромного финансового дефицита, отсутствия в необходимом объеме энергоресурсов и низкой платежной дисциплины у государства ограничено поле для маневра. Мы стали заложниками ситуации, и еле теплые батареи, похоже, еще не самый плохой вариант.

Это не означает, что выхода нет. Как раз наоборот, именно в кризисных ситуациях рождаются нестандартные решения, которые способны в корне все изменить. Сегодня именно тот переломный момент, когда, как это модно сейчас говорить, "государство должно передать часть своих полномочий на места", а люди не должны бояться брать на себя ответственность за решение своих проблем. Только тогда можно надеяться на существенное улучшение ситуации. Теплоснабжение жилых домов как раз и является тем полем, на котором основными управляющими игроками должны стать как объединения совладельцев многоэтажек, так и отдельные потребители энерго- и теплоуслуг. Надеемся, инициативу не перехватят мздоимцы из разрешительных структур.

13 января 2015 г. Верховная Рада сделала шаг навстречу объединениям совладельцев многоквартирных домов (ОСМД), приняв в первом чтении законопроект №1565, обеспечивающий "действенный механизм для принятия решений по содержанию и управлению общим имуществом, в том числе по проведению энергоэффективной модернизации дома". "Киевэнерго" тут же объявило о новой услуге для домовладельцев - энергоаудит зданий с целью разработки и внедрения мероприятий по энергосбережению для каждого из них. Облсовет Закарпатья выделил 40 млн грн на энергосбережение в 2015 г. В Винницкой области появилось энергоэффективное село - Севериновка…

Национальный план по энергоэффективности и соответствующую госпрограмму ее поддержки до 2020 г., предусматривающую в том числе государственную поддержку кредитования проектов повышения энергоэффективности жилого фонда Украины, Кабмин утвердил в ноябре 2014 г. (подробнее читайте в ближайших номерах ZN.UA). Дело за инициативой собственников частных домов и объединений совладельцев многоквартирных домов.

Принимая во внимание галопирующий рост цен на энергоносители, в первую очередь нужно искать решения, предполагающие использование бесплатных и возобновляемых энергоресурсов (ВЭР) - энергии ветра, солнца, тепла земли и др. О некоторых вариантах технических решений по организации эффективных систем отопления на основе ВЭР и пойдет речь ниже.

КПД котельных и теплотрасс уверенно стремится к нулю

Рекомендации по утеплению жилья (установка пластиковых окон, утепление внешних стен пенопластом, применение теплоотражающих пленок за батареей и т.п.) хоть и являются весьма эффективными приемами теплосбережения, но не решают основной задачи - улучшения поступления в квартиру (дом) тепла. Ведь без тепла и сохранять-то нечего.

Корень наших проблем с отоплением - в технических схемах, доставшихся нам от бывшего Советского Союза. И вот почему.

Традиционная схема отопления многоквартирного дома (речь, прежде всего, о таком жилье) предполагает поступление тепла в жилой дом, как и в любое другое здание, от отдельно расположенной котельной. Отсюда первая техническая проблема теплообеспечения: большинство котельных введены в эксплуатацию в начале второй половины прошлого века, износ их основного оборудования превышает в среднем 60%. Физически и морально устаревшее оборудование котельных обеспечивает крайне низкий КПД. А затраты на ремонт и эксплуатацию превышают нормативные показатели.

Вторая проблема - теплотрассы. Износ тепловых сетей достигает 70%. Трубы, уложенные в землю, часто находятся в обводненных грунтах, что обуславливает их усиленную коррозию. Обводненные грунты также значительно повышают потери тепла, транспортируемого по теплотрассам. Размещенные над поверхностью грунта трубы подвергаются постоянному негативному воздействию внешних погодных факторов (снег, дождь, ветер, солнце), что приводит к нарушению их теплоизоляции труб и, опять-таки, к потерям тепла. Часто и сами жильцы "прикладывают руки" к разрушению теплоизоляции теплотрасс. А когда наступает зима, мы дружно возмущаемся холодными батареями.

Наш дом - "холодильник"

Большинство ныне эксплуатируемых жилых домов родом из ХХ, а то и XIX века. Смотришь на их конструкции и убеждаешься, что при проектировании никто не задумывался о комфортном проживании в них. Они призваны были решить другую задачу - больше квадратных метров при минимальной себестоимости. Поэтому такие дома по многим параметрам не соответствуют действующим нормам и правилам. Но поскольку на новое жилье большинству рассчитывать не приходится, зимуем, как можем, в этих "холодильниках": промерзающие насквозь стены, потолок верхнего этажа - он же крыша дома, домовые коммуникации в залитых водой подвалах и т.д.

Все вышеперечисленное обуславливает огромные потери тепла и через тарифы, формируемые "от затрат", ложится неподъемным грузом на потребителя этих услуг, т.е. на каждого из нас (см. рис. 1).

Из всей энергии, поступающей в котельную в виде энергоносителя, непосредственно для обогрева жилых домов используется не более 23% (здесь и далее приведены усредненные значения, в каждом конкретном случае цифры могут немного отличаться).

Потери тепловой энергии при традиционной и устаревшей системе теплообеспечения жилых домов составляют примерно 77%. Из них:

- около 20% - потери в котельной;

- приблизительно 35% - потери в теплотрассах;

- почти 22% - потери в квартире, доме (через стены, окна, двери, крышу).

Варианты сокращения теплопотерь для многоквартирного дома

Котельные. Снижение теплопотерь на котельной связано с проведением большого объема проектных, строительных и
пуско-наладочных работ (новые высокоэффективные котлы, автоматика, запорная арматура и т.п.). Все это требует значительных финансовых затрат, и, исходя из состояния экономики Украины, в ближайшие годы руки до этого у государства не дойдут. Собственно, государство уже отказалось нести такие затраты, перекладывая их на непосредственных потребителей.

Но почему при этом нагрузка не перераспределена и на энерго- и теплопоставщиков, многие из которых "приобрели" государственные энергосети и энергопредприятия (как ДТЭК Рината Ахметова, обеспечивающая энерго- и теплоснабжение Киева) за бесценок и не выполнили обязательств по модернизации энерго- и теплосистем? Если такие обязательства вообще были предусмотрены Фондом госимущества при приватизации предприятий теплокоммунальной энергетики…

Теплотрассы. Первое приходящее на ум решение - заменить устаревшие трубы теплотрасс новыми, с улучшенной теплоизоляцией. Но, к сожалению, учитывая протяженность теплотрасс по территории Украины, их замена потребует огромных капитальных затрат, которые многократно превысят бюджет страны.

Другое решение - снизить температуру теплоносителя, что позволит значительно уменьшить потери тепла (потери теплоэнергии в теплотрассах прямо пропорциональны разнице между температурой теплоносителя и температурой окружающей среды). И на два градуса ее снизили. Хотя такое решение не имеет права на жизнь, так как это:
а) грубое нарушение санитарных норм на теплоснабжение; б) не решает проблему холодных батарей у потребителя. Это действительно так, но до момента, пока в схеме теплообеспечения не появляется дополнительный элемент -
тепловой насос (ТН), который устанавливают "на входе" у потребителя (см. рис. 2).

Как это работает. Теплонасос использует воду теплотрассы в качестве источника низкотемпературной энергии. Если на входе в ТН имеем 20–30ᴼС, то на выходе (для потребителя) температура воды составляет 55–60ᴼС. Такой температурный режим соответствует санитарным нормам.

Экономический энергоэффект:

1. Снижение температуры теплоносителя позволит сократить безвозвратные потери тепла. Это, в свою очередь, сократит расход энергоносителей (газа) и, соответственно, существенно снизит дорогостоящую энергосоставляющую в тарифе на отопление.

2. Пониженный температурный режим работы котельной позволит сократить потери тепла и расход энергоносителя. Это скажется и на сокращении количества аварий и затрат на ремонт оборудования.

3. У потребителя появляется возможность самостоятельно регулировать свои расходы на отопление за счет управления работой теплонасоса.

4. В весенне-летнее межсезонье потребитель может использовать ТН для обеспечения горячего водоснабжения.

5. В регионах с высоким уровнем грунтовых вод теплонасос можно самостоятельно использовать круглогодично для обеспечения теплом и горячим водоснабжением.

6. Для обеспечения теплонасоса электроэнергией могут использоваться солнечные батареи и/или ветроустановки, размещенные на крыше дома.

Схема теплоснабжения многоквартирного дома с использованием тепловых насосов позволяет повысить надежность работы системы и существенно снизить затраты жильцов на отопление. Появляется возможность управлять как системой теплоснабжения, так и финансовыми потоками при оплате услуг.

Отопление частного дома: солнце, ветер, биомасса

Массовая газификация сел сделала свое дело: в течение трех последних десятилетий в частных домах исчезли печи. Если раньше для отопления использовали практически бесплатные отходы сельского хозяйства и животноводства, то теперь все перешли на газ - удобно, экологично и просто чисто. Но уже сегодня цена газа для населения такова, что далеко не каждое домохозяйство может себе позволить его использовать, учитывая уровень пенсий и массовую безработицу в селах.

Если применение традиционных энергоносителей (природного газа, каменного угля, мазута и др.) невозможно из-за их дороговизны или полного отсутствия, то выход один - использовать возобновляемые источники энергии, в том числе для получения теплоэнергии. Далеко ходить не придется.

Биомасса

В последние годы в Украине активно развивается новый (или подзабытый) вид бизнеса - производство топливных гранул (пеллет) из торфа, отходов древесного, деревообрабатывающего и аграрного производств. Приверженцы данного вида топлива всячески превозносят его сильные стороны: возобновляемое исходное сырье, простая технология производства, высокая калорийность топливных гранул. Чуть ли не панацея от всех энергетических проблем Украины.

Но с точки зрения конечного потребителя топливные гранулы - такой же исчерпаемый энергоресурс, как и ископаемые уголь, торф, нефть, природный газ. Их так же необходимо закупать. Цена на пеллеты колеблется в зависимости от спроса, как и на любой исчерпаемый энергоресурс. Иными словами, если потребитель решит перейти на отопление топливными гранулами, он должен сначала понести большие капитальные затраты на приобретение и монтаж специальные котлов для их сжигания, а потом ежегодно приобретать сами пеллеты. И, как всегда бывает, как только на рынке появится устойчивый спрос на товар, его цена начинает резко расти.

Так в чем интерес потребителя? Сейчас он страдает от заоблачных цен на традиционное топливо - мазут, газ, а вложив немалые деньги в переоборудование системы отопления дома под пеллеты, будет страдать от высоких цен на топливные гранулы? Впрочем, есть и другие источники биоэнергии, в частности, тепловой. В конце концов, каждый делает свой выбор. Но любые нововведения и совершенствования требуют определенных финансовых ресурсов. Частный домовладелец пойдет на дополнительные затраты при условии экономической целесообразности, т.е. после переоборудования системы отопления дома его затраты на отопление должны быть снижены, в идеале - сведены к нулю. Достигнуть такого результата можно, прежде всего, используя возобновляемые источники энергии - солнце, ветер и др. И для этого не нужно быть выгодополучателем бюджетных "зеленых" дотаций, разыскиваемым экс-вице-премьером Андреем Клюевым или его родным братом. Свою "солнечную долину" или "ветровой парк" может создать для себя (и не только для себя, были бы желание и средства) каждый домовладелец. Правда, потратив сначала немало денег. Но затраты окупаются с лихвой.

"Солнечная система"… обогрева жилья

Использование солнечных коллекторов для обогрева жилых домов широко распространено в европейских странах. Эта технология успешно эксплуатируется не только в южных странах, таких, как Италия, Израиль, Испания, но и в государствах, расположенных значительно севернее, - Норвегии, Швеции.

"Солнечная система" обогрева жилья работает не только в ясную погоду, но и в пасмурную, так как нагрев теплоносителя в коллекторе происходит даже тогда, когда солнце закрыто облаками. Эта технология может использоваться в Украине повсеместно с заранее прогнозируемым положительным результатом. Вопрос только в первоначальных капитальных затратах на комплектующие системы, их монтаж и подключение к системе отопления дома.

Природный аккумулятор - энергия тепла земли

Технология обогрева жилых домов за счет тепла земли с использованием тепловых насосов давно освоена во многих странах, особенно она востребована в северных регионах. Сама технология имеет ряд неоспоримых технико-экономических преимуществ, поэтому число подключенных ТН ежегодно увеличивается.

В Украине количество установленных и эксплуатируемых домохозяйствами теплонасосов пока незначительно. Это связано с большими капитальными затратами не столько на приобретение теплонасосов, сколько на обустройство грунтовых теплоприемников.

Однако рост цен на энергоносители и неопределенность в доступе к ним подталкивают владельцев частных жилых домов более активно внедрять такую технологию. В ближайшее время можно прогнозировать значительный рост продаж тепловых насосов. Этому может способствовать и предлагаемая новая схема обогрева частного жилого дома с применением тепловых насосов в комплексе с ветроустановкой.

Домовладельцы - "повелители ветров"

Применение ветроэнергоустановок (ВЭУ) для обогрева жилищ - для нас совершенно новое техническое решение. Раньше ветроустановки редко использовались в частных домохозяйствах для теплонагрева. Это обусловлено их низким КПД и качеством генерируемой электроэнергии.

Но в последние годы появилось большое количество высокоэффективных ВЭУ. При этом стоимость получаемой электроэнергии вполне сопоставима с ценой электроэнергии из сети, а для некоторых конструкций ВЭУ она ниже сетевой. Это открывает путь к широкому применению ВЭУ частными домохозяйствами в качестве альтернативы традиционным источникам энергии.

Вариантов постройки системы отопления жилого дома с полным отказом или значительным сокращением объемов потребления традиционных энергоносителей достаточно много. Некоторые из них представлены ниже, в частности, использование ветроустановок для отопления жилья.

Как показано на рис. 3, электроэнергия, выработанная генератором ветроустановки, поступает на термоэлектрический нагреватель (ТЭН), расположенный внутри термоизолированной емкости с водой. Поскольку для ТЭНов нет строгих требований к качеству используемой электроэнергии, генератор ВЭУ может подключаться напрямую. Полученная при работе ветроустановки электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию воды.

Термоизолированная емкость включается в систему водяного отопления дома: горячая вода поступает для обогрева, а охлажденная вода из системы ("обратка") в реверсном режиме возвращается в термоизолированную емкость. В зависимости от конкретных условий эксплуатации одновременно могут использоваться несколько термоизолированных емкостей, например, отдельная емкость для горячего водоснабжения. Сами емкости могут размещаться как рядом с домом, так и в его подвальных или цокольных помещениях (этажах).

Таким образом, в представленной на рис. 3 схеме показано, как кинетическая энергия воздушного потока преобразуется в тепловую энергию воды системы отопления дома. В процессе эксплуатации такой системы отопления жилого дома электроэнергия, вырабатываемая ВЭУ, используется для пополнения запаса тепловой энергии в термоизолированной емкости.

Описанная схема теплоснабжения жилого дома имеет существенный недостаток - значительная продолжительность подготовительного периода. Для начала функционирования системы отопления, собранной по описываемой схеме, температура воды в термоизолированной емкости должна иметь приемлемые значения - минимум 50–60ᴼС. Вода нагревается за счет преобразования электрической энергии в тепловую. В зависимости от объема воды в емкости, мощности генератора ВЭУ, наличия ветрового потенциала и т.д. процесс нагрева воды может занимать некоторое время.

Таким образом, для обеспечения эффективной эксплуатации системы наиболее приемлем следующий алгоритм: система монтируется весной, и за счет работы ВЭУ до начала отопительного сезона температура воды в термоизолированной емкости достигнет значений, позволяющих полноценно эксплуатировать систему отопления.

Использование ветроустановки и теплонасоса для отопления жилого дома. Данная схема отопления разработана для устранения основного недостатка вышеописанной схемы - большой продолжительности подготовительного периода. В нее введен дополнительный элемент - тепловой насос. При этом теплообменник ТН расположен в термоизолированной емкости и подключен к его испарителю, а конденсатор ТН подключен к реверсному (обратному) трубопроводу системы отопления дома (см. рис. 4).

Наличие теплового насоса в схеме отопления с ветроустановкой значительно повышает эффективность работы всей системы отопления и имеет ряд существенных преимуществ:

- полноценное эффективное функционирование системы отопления дома сразу после ее монтажа;

- управляемость системы отопления дома по всем основным параметрам;

- значительное повышение "живучести" системы отопления, соответственно, данная схема является наиболее эффективной, хотя и требует больших капитальных затрат.

К слову, схема отопления жилого дома с одновременным использованием ТН и ВЭУ может работать и в летнее время, но уже на охлаждение. На тепловом насосе необходимо произвести переключение внешних трубопроводов - с испарителя переключить на конденсатор, и наоборот, с конденсатора на испаритель (это можно делать при помощи запорной арматуры, которая монтируется еще на этапе установки теплового насоса и специально предназначена для таких манипуляций с системой отопления/охлаждения дома). Теперь источником низкотемпературной энергии будет дом, откуда тепло забирается с использованием радиаторов системы отопления, и "сбрасывается" в термоизолированную емкость с водой. Вся эта накопленная за лето тепловая энергия зимой будет использована для отопления дома.

Даже в условиях дефицита энергоресурсов или их отсутствия человек всегда может обеспечить комфорт в своем жилище хотя бы на минимальном уровне.

Кто не тратит время на бесполезное ожидание решения своих бытовых проблем государством, а берет все в свои руки и работает над решением насущных задач, тот зимой не мерзнет. В его доме всегда будет тепло и уютно. Чего и вам всем желаем!