Автономный дом: базовые принципы строительства

Постоянный рост цен на энергоносители, дороговизна или невозможность подключения к централизованным газовым и электрическим сетям заставляет загородных жителей искать способы решения этих проблем. Одним из вариантов становится строительство автономного дома. Наш портал уже неоднократно рассказал об основных компонентах такого жилища. Практика показывает, что решение задачи по возведению автономного коттеджа требует комплексного подхода.

Итак, из этой статьи вы узнаете:

• Что такое автономный дом.
• Для чего ему необходимо дополнительное утепление.
• Какие инженерные решения чаще всего применяются в автономном доме.

Особенности возведения автономного дома

Любое строительство загородного дома следует начинать с проекта, а проекту обычно предшествует идея и желание иметь коттедж с определённым набором качеств. Одно из ключевых требований, которым должен отвечать загородный дом — это комфортные условия проживания. Тепло, свет, вода — базовые компоненты нормальной жизни на своей «земле». Исключив один из них, например, лишившись отопления зимой или электричества, мы переходим в режим экстремальных условий проживания.

Поэтому любой человек, решивший построить дом, в первую очередь должен узнать, есть ли на участке или предвидятся в будущем все необходимые коммуникации. Воду можно добыть самостоятельно – пробурив скважину или выкопав колодец, но без постоянного источника электроэнергии и тепла современный дом превращается в холодную коробку.

Не работают циркуляционные насосы, из крана не течёт вода, останавливается система отопления (оставим за рамками данной статьи т.н. гравитационную систему, с естественной циркуляцией теплоносителя), не работает TV, компьютеры, освещение и т.д.

Практика показывает, что не всегда есть возможность подключить коттедж к централизованной электросети и провести магистральный газ. Причины — высокая цена на подключение, отсутствие достаточной электрической мощности и т.д. Появляется мысль — уйти в «автономку», т.е. построить дом, не зависящий от поставщиков энергоносителей.

Однажды я понял, что не хочу жить в городе. Меня потянуло на природу, появилась некая идея с сельским хозяйством. Начал искать участок под небольшую ферму и собственный дом.

В результате поисков пользователь выяснил, что всё, что предлагается и подходит под его требования, не имеет коммуникаций. Электричество, вода, газ отсутствуют, а за подключение к электросети просили неподъёмные суммы. Kolhoz стал изучать FORUMHOUSE на предмет альтернативной энергетики. Так, со временем у него появилась солнечная электростанция для автономного проживания, о которой будет рассказано ниже. Причём, подобный случай далеко не единичный.

От моего участка до линии подходящей мощности — около 800 метров. Естественно, за 550 руб. мне никто не собирался делать электроснабжение. О магистральном газе даже и говорить не стоит. Суммы нереальные.

В результате Nickd55 собрал себе систему автономного электроснабжения. В неё вошли — солнечные батареи, 2 ветрогенератора, аккумуляторы и автоматика. Обошлось всё это примерно в 5 раз меньше, чем хотели получить сети-монополисты.

С тех пор, как я сделал себе «автономку», я забыл, что такое бензогенератор и аварии на подстанции, когда весь поселок погружается во тьму. Теперь я спокойно жду, когда ко мне подведут электричество. Моя система станет аварийной и будет просто экономить мои затраты на сетевое электричество.

Зачастую при словосочетании «автономный дом» воображение рисует дорогой коттедж в стиле хай-тек, увешанный солнечными батареями, гелиоколлекторами и с ветряком на участке.

Поэтому многих останавливает цена на подобные системы. Тем не менее, за последние годы произошли перемены, а оборудование для построения «автономки» стало более доступным для массового потребителя.

FORUMHOUSE уже подробно рассказывал об особенностях выбора источника альтернативной энергии для автономного дома. Посмотрим на эту задачу под другим углом и сформулируем основные требования к такому жилищу.

Конструктив автономного дома

Климат в нашей стране суровый, холодный, а отопительный сезон, в зависимости от региона проживания, может длиться 6-7 месяцев. Т.е., надёжная и бесперебойная работа системы отопления в автономном доме выходит на первое место. Для работы современной системы отопления (если мы не используем печное отопление) необходимо электричество.

Электричество также необходимо для работы насосной станции, погружных насосов и всего бытового оборудования в доме. От количества потребляемой электроэнергии зависит мощность автономной электростанции. При этом из вида упускается важный момент — недостаточно просто рассчитать энергопотребление в доме, надо свести его к минимуму.

Если этого не сделать и просто наращивать мощность электростанции, мы придём к неоправданному увеличению стоимости всей системы. Сроки окупаемости системы (экономическая выгода от строительства автономного дома) в этом случае превысят все разумные пределы.

Поэтому дом должен быть с самого начала предназначен для автономной эксплуатации. Навесив на неутеплённый брусовый коттедж солнечные батареи и гелиоколлектор, мы получаем несбалансированную систему. Т.е. часть энергии, получаемой от альтернативных источников, просто вылетит на улицу.

Кроме этого, батареи должны быть установлены так, чтобы на них максимально попадали солнечные лучи (например, на южном скате крыши). Если дом уже построен, но при его возведении не сделали правильное ориентирование по сторонам света (южная и северная сторона), придётся ломать голову, где и как разместить солнечные батареи, городить специальные крепежи, выделять под батареи место на участке и т.д.

Также существует и другой подход, когда конструкция дома и его дизайн полностью «затачивается» под установку солнечных батарей и гелиоколлекторов. Угол наклона ската крыши под установку фотоэлементов доводится до 70 градусов. Отсутствует «декоративка», эркеры, арки и т.д. Дом больше напоминает коробку.

Т.е. в угоду инженерии и автономии в жертву приносится красота дома и его архитектура. Подобный (промышленный, кубический) дизайн коттеджа нравится далеко не всем, а строение может просто не вписаться в участок.

Отсюда — оптимальная «посадка» дома на участке, размеры окон, конфигурация коттеджа, форма крыши, места под гелиосистему и солнечные батареи и т.д. — всё это продумывается заранее, а не оставляется «на потом».

Необходимость утепления и набор инженерки

Автономный дом — это в первую очередь экономичный дом, со сниженным потреблением электроэнергии и минимальными теплопотерями.

Снизить расходы энергии можно, зная пути ее потерь. Система вентиляция, окна, стены, пол, крыша — это основные «дорожки», по которым ускользает тепло из дома. Автономный дом, в идеале, должен быть по строен по стандартам пассивного домостроения, для чего возводится замкнутый герметичный теплоизоляционный контур, отсекающий все «мостики холода».

Энергоэффективность коттеджа можно было определить по коэффициенту сезонного использования тепловой энергии – Е.

В 2013 году у меня началась стройка. Для автономии я установил:

• СБ (солнечные батареи) – 4 кВт.
• Контроллер заряда на 60 А.
• Аккумуляторы общим объёмом — 2000 Ач.
• Инвертор — 12 В 3 кВт.

Также установили инвертор на 300 Вт для «мелочовки» типа зарядок и лампочек, чтобы не гонять большой инвертор.

Это – базовая система, которая затем будет наращиваться. Kolhoz планирует поставить ещё СБ на 4 кВт и контроллер заряда.

Финальную версию этой части автономки я вижу еще с 2–мя зарядками по 40 А и 500 Вт СБ к каждой. От 12 В системы будет питаться глубинный насос на 2400 Вт, насос отопления и насосы на СК (солнечный коллектор). Плюс дополнение в виде автономки 48 В с солнечными батареями 24 кВт, аккумуляторами 1200 Ач, несколькими инверторами и генератором.

Генератор необходим для подстраховки, когда из-за пасмурных дней СБ не смогут покрыть потребности в электроэнергии. По словам пользователя, круглогодичную автономку нужно считать, исходя из зимы, а не лета. На потребление дома пользователя примерно нужно 24 кВт*ч в день. Сюда входит потребление глубинного насоса, насоса отопления, TV и т.д. Зная потребление дома, можно рассчитать мощность необходимой нам системы и всех ее компонентов.

Я, чтобы разместить солнечные батареи и ветряк, построил башню на металлокаркасе, высотой в 3 этажа, а на первом этаже сделал сарай.

Система построена на базе поликристаллических батарей 1.8 кВт, 2-х ветрогенераторов по 1.5 кВт каждый, контроллера заряда, инвертора на 6 кВт и аккумуляторов в сборе на 48 В емкостью 225 Ач. Также добавим, что дом утеплен. В доме работают все электроприборы, смонтирована система ГВС с 2-мя электрическими бойлерами (на 100 л — для душа и на 15 л — для мытья посуды на кухне).

В период с мая по середину сентября я спокойно каждый день грею воду в системе ГВС. В пасмурные дни для воды в душе используется бойлер косвенного нагрева от котла, а маленький бойлер продолжаю греть электричеством. Также работает стиральная машина, утюг, холодильник, насосы, TV, компьютер.

Помимо солнечных батарей, ещё одним компонентом «автономки» становятся солнечные коллекторы.

Я смонтировал гелиосистему в Подмосковье для отопления и ГВС площадью 18 кв. м. Веду наблюдения и записываю данные.

По мнению пользователя, в пасмурный день СК не дают ничего. Зимой, когда световой день короткий, гелиосистема работает только в солнечную погоду. И это не самостоятельная система отопления, а дополнение к существующей, например, в такие месяцы, как февраль, март, апрель. В самые малосолнечные месяцы — ноябрь, декабрь, январь, СК становится приятным бонусом. Но то, что гелиосистема эффективна 9 месяцев в году, уже хорошо для «автономки». Причём, ставить СК большой площади вовсе не обязательно. Для нагрева 200 л воды в сутки (на 4-5 человек) можно обойтись и гелиосистемой в 4 кв. м.

200 л воды 2 коллектора нагревают до 65-70 °C, дальше гелиосистема принудительно отключается, т.к. более высокую температуру не выдержат смесители, и можно случайно ошпариться.

Подведение итогов

При строительстве автономного дома надо учесть множество нюансов. Система базируется на нескольких компонентах, которые, в зависимости от ситуации, климатических условий и энергопотребностей конкретного дома, дополняют друг друга. Только комплексный подход позволяет смонтировать по-настоящему полноценную систему, способную обеспечить теплом и электричеством коттедж круглый год, позволяя жить с комфортом, независимо от наличия поставщиков энергоносителей.

Кроме этого, все компоненты системы должны быть долговечными и надежными, со сроком службы, сопоставимым сроку службы здания до его капитального ремонта. Также заметим, что прежде чем приступать к строительству полностью автономного дома, следует сделать экономический расчёт. На основании расчета можно сделать вывод, что окажется выгоднее — вкладывать деньги в дополнительное утепление и монтаж дорогостоящих компонентов автономной электростанции или лучше потратиться на подведение к дому всех необходимых коммуникаций. В этом случае можно смонтировать бюджетный вариант «автономки», которая станет резервной на случай перебоев с электричеством и как дополнение к системе отопления.

В нашем видеосюжете рассказывается, что такое энергопассивный дом. Также представлен комплекс из нескольких систем для построения альтернативной системы отопления.

Автономное электроснабжение загородного дома: готовые решения

Постоянный рост тарифов на услуги поставщиков электроэнергии ведет к неоправданному увеличению расходов на содержание частного жилья. Автономное электроснабжение дома, организованное одним из многочисленных, существующих на данный момент способов, поможет эффективно решить эту проблему и обрести независимость от централизованных энергосетей

Требования к автономным системам электроснабжения

Чтобы автономное электроснабжение частного коттеджа оправдало вложенные в его организацию средства, надежно функционировало в течение длительного периода времени с обеспечением должного уровня безопасности, необходимо, чтобы оно соответствовало целому ряду требований:

1. Неукоснительное соответствие эксплуатируемого оборудования нормам пожарной и электробезопасности
2. Невысокий уровень шумов или наличие соответствующей звукоизоляции
3. Возможность работы энергосистемы без вмешательства человека в течение длительного периода времени
4. Экономичность за счет низкого потребления энергоносителей
5. Ремонтопригодность и несложное эксплуатационное обслуживание
6. Надежная работа независимо от времен года и погодных условий
7. Экологическая безопасность устанавливаемого оборудования

Но главным требованием является бесперебойность и устойчивость электропитания всех энергопотребителей и электрооборудования, составляющего систему жизнеобеспечения вашего жилища.

Монтажу независимой системы должен предшествовать этап создания проекта электрики с предварительными расчетами всех необходимых параметров.

Более подробно о требуемых характеристиках можно прочесть в ПУЭ, а так же других действующих нормативах, регламентирующих данную область деятельности.

Плюсы и минусы автономного электроснабжения

Современные достижения науки и техники позволяют применять в автономных схемах электроснабжения самые разнообразные энергоресурсы и способы преобразования энергии. Все они имеют, как свои преимущества, так и недостатки.

Плюсы независимых энергосистем

• Возможность организации полноценного энергоснабжения коттеджа в удаленных и малонаселенных пунктах с отсутствием доступа к централизованной подаче электроэнергии
• Отсутствие необходимости платить за услуги поставки электричества и соблюдать социальные нормы потребления энергии
• Независимость качества и бесперебойности электрики от внешних факторов и энергопоставляющих компаний
• Отсутствие риска выхода из строя бытового электрооборудования из-за внезапных скачков напряжения (при правильных предварительных расчетах и соблюдении эксплуатационных норм для используемых систем)
• Возможность получения дополнительного дохода от продажи излишков электроэнергии государственным структурам в рамках одной из действующих экспериментальных программ

Минусы:

• Оборудование независимых систем электропитания является дорогостоящим
• Независимое энергоснабжение имеет длительный срок самоокупаемости
• Все расходы на ремонт и обслуживание ложатся на плечи домовладельца
• Необходимость самостоятельного регулярного ухода и обслуживания установленного оборудования

Виды и выбор источников энергии

Проблема выбора того или иного вида независимого электроснабжения для загородного коттеджа сводится к поиску доступного и недорогого источника энергии. К таковым относятся топливные электрогенераторы, работающие на бензине, солярке, других нефтепроизводных и природном газе.

Наиболее дешевым топливом считается природный газ. Но, чтобы такая энергосистема работала бесперебойно, необходимо наличие газификации.

Генераторы, использующие дизельное топливо, бензин и пр., потребуют наличия специальной емкости для хранения горючих жидкостей с необходимостью регулярного пополнения их запасов.

Среди автономных систем, преобразующих общедоступные природные виды бесплатной энергии, наибольшее распространение сегодня получили:

• Полупроводниковые панели, преобразующие солнечную энергию в электрическую – солнечные батареи
• Ветровые генераторы, вращаемые энергией ветра
• Небольшие гидроэлектростанции

Выбирая тот или иной вид электроснабжения для своего коттеджа, необходимо учесть все его технические характеристики, плюсы и минусы, имеющиеся потребности в электроэнергии, а также экономическую составляющую вопроса.

Далее рассмотрим более подробно каждую из перечисленных независимых энергетических систем в плане использования их на практике.

Готовые решения – какие бывают?

В настоящее время промышленность предлагает множество вариантов по организации независимого электроснабжения частных домов. В зависимости от поставленных целей, а так же имеющегося бюджета, Вы можете выбрать для себя одно из них. А предоставленная ниже информация поможет сориентироваться в достоинствах и недостатках каждого из вариантов и определиться с выбором.

Генераторы, работающие на жидком горючем

Это наиболее распространенные виды электрогенерирующих установок. Они позволяют быстро организовать независимое снабжение электричества Вашего коттеджа и участка, обладают для этого достаточной мощностью и надежностью.

Главным преимуществом жидкотопливных генераторов является их независимость от внешних погодных и других условий. Однако, из-за дороговизны дизельного топлива, бензина и других нефтепроизводных, данные системы получили распространение только в качестве резервных, используемых при отключении централизованной подачи электроэнергии. Мало кто может себе позволить сжигать от 0,25 до 1 литра топлива в час круглосуточно и ежедневно. Да и требующееся регулярное техническое обслуживание подобных агрегатов обходится недешево.

Еще один недостаток жидкотопливных энергетических установок – это высокий уровень шумов и повышенные требования безопасности. По этим причинам под дизельный или бензиновый генератор приходится оборудовать отдельное помещение, включая установку отдельной емкости для хранения запасов топлива.

Газовые электрогенераторы

Еще один вариант, с помощью которого можно реализовать автономное электроснабжение загородного дома – готовые решения с использованием оборудования, работающего на природном газе. Данные установки считаются экономически более выгодными в сравнении с жидкотопливными генераторами.

Однако их монтаж требует большого количества разрешительной документации, а так же профессиональных монтажных работ, выполняемых специалистами газовой компании. Также, при выборе данного варианта необходимо заказать проекта установки и последующего его согласование со всеми заинтересованными инстанциями.

Солнечные батареи

Солнечные батареи состоят из множества полупроводниковых элементов, в которых происходит преобразование световой энергии солнца в электричество.

Солнечная домашняя электростанция не требует никакого дополнительного топлива. А расходной частью при ее обустройстве является лишь стоимость закупаемого оборудования (солнечные панели, аккумуляторные батареи, инверторы, контроллеры, прочая аппаратура и материалы).

Эксплуатационное обслуживание солнечных батарей заключается в их правильной ориентации относительно солнца, а так же в регулярном протирании панелей от пыли, грязи, посторонних предметов, включая уборку снега в зимний период. Впрочем, установка панелей под определенным углом (около 70° относительно поверхности), препятствует скоплению на них снежных масс.

Возможность круглосуточного использования солнечной энергии обеспечивают накапливающие ее в течение дня аккумуляторы. При этом солнечная электростанция абсолютно бесшумна и экологически безвредна.

Заявленная производителем мощность солнечных батарей сохраняется в течение первых 20-25 лет эксплуатации. Затем уровень вырабатываемой электроэнергии снижается примерно на 20% и сохраняется в течение следующих 20 лет.

Облачность и другие погодные условия незначительно снижают производительность такого энергогенерирующего комплекса. Серьезно повлиять на эффективность солнечных панелей может только искусственная затененность и неправильное расположение их относительно солнца. Как правило, батареи должны «смотреть» на юг своей лицевой частью, где и расположены полупроводниковые элементы.

При размещении солнечных батарей на крыше коттеджа стоит позаботиться о дополнительном креплении кровли. Панели имеют немалый вес, что может пагубно сказаться на прочности не усиленных несущих конструкций.

Мощность солнечной электростанции можно наращивать в широких пределах, добавляя дополнительные панели и аккумуляторные банки, в зависимости от имеющихся энергетических потребностей.

Ветровые генераторы

Еще один источник альтернативной энергии – ветрогенератор. Он позволяет организовать экологически чистое автономное электроснабжение частного коттеджа за счет бесплатной энергии ветра.

Технически устройство представляет собой турбину, вращаемую атмосферными воздушными потоками. Ветряки располагают обычно на крышах зданий, а так же на стойках, мачтах и башнях высотой более 3 м.

В подобных генераторах происходит преобразование кинетической энергии вихревых воздушных потоков в механическую энергию вращающегося ротора, который и вырабатывает электричество для бытовых целей.

Чтобы определить целесообразность монтажа ветровой установки и ее будущую эффективность, необходимо тщательно изучить статистические данные метеослужб о силе и направлении ветров в районе проживания. Это надо сделать хотя бы за последние пару десятков лет. Подобную информацию можно почерпнуть в интернете, на сайтах погодной тематики.

Оптимальным условием для полноценной работы ветрового электрогенератора считается наличие постоянных ветров со скоростью 14 км/ч и более. Иначе, дорогостоящий агрегат просто не будет справляться со своими функциями, и вырабатывать достаточно электроэнергии для нужд вашего жилища.

К дополнительным достоинствам ветровых электрогенераторов можно отнести высокую надежность, отсутствие вредных выбросов и отходов, загрязняющих атмосферу и окружающую среду.

Бытовые гидроэлектростанции

Использование бесплатной энергии воды в целях вырабатывания электрической энергии требует наличия вблизи коттеджа естественного водоема. Системы переработки гидроэнергии в электрическую обладают высоким КПД, отличными показателями безопасности и экологичности.

Современные гидравлические турбогенераторы имеют высокую степень автоматизации и обеспечивают надлежащее качество вырабатываемой электроэнергии – стабильные показатели по частоте и напряжению.

Установка подобного агрегата в личных целях требует наличия проекта, согласованного с ведомством, управляющим водными ресурсами данной местности, а также иной разрешительной документации.

Как сделать автономную электростанцию своими руками

Полноценную систему независимого электроснабжения коттеджа можно сегодня собрать самостоятельно. Для этого необходимо обладать определенным опытом, техническими навыками, а так же знаниями о составе и принципе действия независимых энергетических комплексов.

В состав любой альтернативной схемы снабжения коттеджа электроэнергией входят следующие компоненты:

1. Исходный источник электрической энергии – топливный генератор или один из альтернативных источников, описанных выше (солнечные батареи, ветровая или гидравлическая турбина)
2. Блок заряда аккумуляторов, преобразующий параметры электроэнергии от первичного источника для передачи и накопления ее в аккумуляторных батареях
3. Накапливающие электроэнергию аккумуляторные батареи
4. Инверторное устройство, преобразующее напряжение аккумуляторов до необходимых параметров бытовой электросети (220 В, 50 Гц)
5. Кабели и провода электропроводки, выключатели, автоматы, розетки, распределительные щитки и т.д.

Подобрать и приобрести необходимые составляющие не составит труда. Все упирается лишь в финансовые возможности и существующие потребности в электроэнергии.

Эффективность будущей энергосистемы будет зависеть от правильности первоначальных расчетов, качества подобранного электрооборудования и ваших умелых действия как монтажника.

Поскольку стоимость большей части необходимых устройств довольно велика, если Вы не уверены в своих навыках и умениях, лучше обратиться за советом и помощью в монтаже к профессионалам. Только так Вы получите гарантию эффективности и окупаемости своей независимой системы энергоснабжения.

Читайте другие статьи по данной тематике