Альтернативные источники тепла в холодном климате

Сочетание дороговизны электрической энергии с ненадежностью систем электроснабжения и суровым нестабильным климатом заставляет жителей нашей страны все чаще использовать комплексный подход к обеспечению собственного дома электричеством, т. е. применять на практике наряду с традиционными источниками энергии альтернативные. При выборе альтернативных источников необходимо тщательно изучить особенности климата, в котором находится дом, чтобы остановиться на наиболее подходящем варианте. При этом необходимо знать, что за экологичность, относительную автономность и экономию средств в будущем нужно заплатить высокую цену в настоящем.

Для получения альтернативной электроэнергии можно использовать три естественных компонента: солнце, ветер и природный источник тепла невысокой температуры.
Солнечная батарея представляет собой кремниевую пластину, которая под воздействием лучей Солнца вырабатывает электрический ток. Основные недостатки такого источника – дороговизна и прямая зависимость от погодных условий. Одна пластина, вырабатывающая сто ватт энергии, стоит около пятнадцати тысяч рублей. Исходя из того, что для нагрева до комфортной для проживания температуры десяти квадратных метров необходимо десять кремниевых пластин, то отопление дома площадью сто квадратных метров будет стоить порядка полутора миллионов рублей. А еще необходимо установить специально для солнечных батарей инвертор для получения переменного тока и аккумулятор энергии для использования в темное время суток. Вдобавок, солнечные батареи требуют весьма тщательного и регулярного ухода – для нормальной работы их надо постоянно чистить от пыли, грязи и атмосферных осадков, что при нашей экологической обстановке требует много времени и сил.
Солнечный коллектор – это устройство, состоящее из аккумуляторного бака и трубчатой конструкции, напоминающей автомобильный радиатор. Он устанавливаются на южной стене здания или прямо на его крыше. Вода по трубкам поступает в бак, при этом нагреваясь солнечными лучами до температуры восемьдесят градусов. А уже из бака вода берется для отопления дома или его обеспечения горячей водой.
В гелиоэлектростанциях используется система зеркал, которые фокусируют все попадающие на них лучи на объектах малой площади, например, на резервуаре с водой. Вода постепенно закипает, образуется пар, который вращает турбину, вырабатывающую электрический ток. Эта конструкция не требует такого тщательного и регулярного ухода, как пластины солнечной батареи, но главный недостаток – зависимость от погоды – в ней сохраняется.
На сегодня порядка трех процентов электроэнергии, используемой на Земле, вырабатывается при помощи ветряных электростанций. Это вариант больше подходит для нашего климата, но он очень дорогой и сложный. Генераторы ветряной энергии – это лопасти длиной около метра каждая, закрепленные на мачте высотой до десяти метров, которая крепится на поверхности направленными в разные стороны растяжками. Во-первых, для такой конструкции требуется большой участок, во-вторых, ее очень сложно обслуживать. Кроме того, для отопления дома площадью сто квадратных метров и для обеспечения бесперебойной работы среднестатистического набора бытовой техники требуется около двенадцати киловатт энергии, и для ее наличия в безветренную погоду необходимо смонтировать целую систему аккумуляторов. Поэтому такой вариант получения электроэнергии годится только для состоятельных (цена ветряной электростанции достигает двух миллионов рублей) обладателей больших загородных владений, роза ветров на которых позволяет рассчитывать на стабильное движение потоков воздуха со скоростью не менее пяти километров в час.
В тепловых насосах используются природные источники тепла, температура которых должна быть положительна, но достаточно небольшого превышения нулевой отметки по Цельсию. По предварительным расчетам, в течение ближайшей четверти века до семидесяти процентов используемого на Земле тепла будет вырабатываться именно таким способом.
Тепловой насос включает в себя компрессор, испаритель, конденсатор и дроссель. По этой конструкции циркулирует фреон. Самыми доступными природными источниками тепла могут быть, например, скважина в грунте, пробуренная ниже уровня промерзания, или достаточно глубокий водоем, не промерзающий зимой насквозь. Тепло от источника по трубам с антифризом подается в насос. Антифриз поступает в испаритель, где в жидком состоянии под воздействием низкого давления находится фреон. Фреону достаточно получить минимальное количество тепла, чтобы закипеть и превратиться в пар, который поступает в компрессор и там сжимается. При сжатии газа температура повышается до девяноста градусов.
Получается, что очень незначительного количества тепла, находящегося в глубине грунта или подо льдом, достаточно для отопления целого дома, и КПД теплового насоса может доходить до 400-500%. Но стоимость насоса и грамотного монтажа всего оборудования очень велика – такая система энергоснабжения окупится только через полвека эксплуатации. Соответственно, и устанавливать ее надо только в капитальных и надежных домах.
Для нашего климата наиболее предпочтительным способом получения альтернативной электроэнергии является ее выработка тепловым насосом от небольшого природного источника тепла. Пусть этот метод очень дорогой, но он практически не зависит от погодных условий, а система достаточно проста в обслуживании.