Как отопить дом электричеством и при этом не вылететь в трубу

 

 

 

К преимуществам отопления дома электричеством можно отнести следующие:

Возможность реализации электроотопительной системы зависит от наличия выделенной мощности. При сегодняшних нормативах в 15 кВт, мощности достаточно для отопления дома площадью 150 — 200 квадратных метров.

Существенный недостаток отопления электричеством по сравнению с другими способами отопления дома - относительная дороговизна.

Некоторые варианты уменьшения затрат на электроотопление рассмотрены в данной статье.

 

Отопление дома тепловым насосом используется уже относительно давно и набирает все большую популярность. Тепловой насос для своей работы использует низкотемпературное тепло окружающей среды — воздуха, воды или недр земли. Нагрев дома тепловым насосом осуществляется за счет охлаждения окружающей среды.

Наибольшее распространение тепловые насосы получили в виде бытовых кондиционеров, работающих по принципу воздух — воздух. Такие устройства, как правило, могут работать, как для нагрева, так и для охлаждения помещения.

Эффективность работы кондиционера в качестве отопителя в зависимости от температуры источника тепла характеризуется приведенным ниже графиком.

 

 

 

 

Из графика следует, что при температуре воздуха 0°С мощность кондиционера практически равна номинальной, а эффективность не хуже 250%, т.е. кондиционер обеспечивает 2.5 кВт тепла на каждый киловатт потребленной энергии, а с понижением температуры среды мощность кондиционера и его эффективность будут уменьшаться.

Поэтому, непременным условием эффективного использования теплового насоса для отопления дома является наличие источника низкотемпературного тепла достаточной емкости с температурой не менее 0°С.

Наиболее очевидные источники такого тепла это водоемы и недра земли ниже глубины промерзания, температура которых не ниже +4°С. Однако, таким системам присущ существенный недостаток, связанный со сложностью реализации инженерных коммуникаций.

Привлекательность отопительной системы на основе кондиционера воздух — воздух в ее относительной простоте, однако, при отрицательных температурах воздуха эффективность ее резко падает.

Повысить эффективность такой отопительной системы возможно за счет использования низкотемпературного теплового аккумулятора, схема которого представлена на рисунке.

 

 


 

Основное назначение низкотемпературного теплового аккумулятора — это поддержание температуры источника тепла не менее 0°С.

Емкость теплового аккумулятора заполнена рассолом с температурой замерзания

-50 °С. Основной объем емкости занимают капсулы с водой, с температурой замерзания, как известно, равной 0°С.

При работе теплового насоса тепловой аккумулятор сначала охлаждается, затем вода в капсулах превращается в лед. Как видно из приведенного ниже графика температура воды не опустится ниже 0 °С и будет обеспечивать комфортные условия работы теплового насоса до тех пор, пока вся вода не замерзнет.

 

 


 


 

Для теплового аккумулятора объемом 1 метр кубический масса воды составит 1000 кГ. Теплота кристаллизации воды равна


 

Q = L х m,


 

где L - удельная теплота плавления льда 3,4•10^6 Дж/кг


 

При замораживании этой массы воды можно получить 3400 мДж низкотемпературного тепла, что составит примерно 950 кВт/час.

Воздушно — солнечный коллектор предназначен для подзарядки теплового аккумулятора за счет тепла воздуха, который в дневное время, как правило, на 3 - 5 Градусов выше, чем ночью и за счет дневной солнечной энергии.

Возможность такой подзарядки подтверждается приведенным ниже графиком температуры в г. Москве в феврале месяце, согласно которому температура в дневное время в большинстве случаев была выше нулевого значения.


 



 


 

Количество тепла, необходимого для отопления дома определяется двумя основными параметрами — его площадью и коэффициентом теплопотерь. В современном строительстве коэффициент теплопотерь принимается равным:

       

        0.7 - для сооружений с низкой теплозащитой;

        0.5 - со средней;

        0.3 - с высокой.


 

Приняв коэффициент теплопотерь равным 0.5 для дома площадью 200 кв. метров необходимая мощность отопления составит 10 кВт/час или 240 кВт в сутки.

Таким образом, тепловой аккумулятор массой 1000 кГ, обладающий тепловой емкостью 950 кВт/час, обеспечит комфортную работу теплового насоса для отопления дома площадью 200 кв. метров без подзарядки в течение 4 суток.

Использование для подзарядки теплового аккумулятора двух источников тепла — энергии солнца и тепла воздуха позволит обеспечить почти постоянную подзарядку низкотемпературного теплового аккумулятора, а следовательно и работу теплового насоса практически в течение всего отопительного сезона.

Сравнительный анализ стоимости отопления в месяц тепловым насосом и обычными электронагревателями для Москвы в случае трехтарифного режима электроснабжения дает следующие результаты:


 

    для электронагревателей 30 х 10 х (3.9х7 + 1.25х8 + 3.26х9) = 19 992 (рубля)

    для теплового насоса 19992 : 2.5 = 8000 (рублей)


 

При этом мощность теплового насоса должна составлять всего лишь 4 кВт.


 

Дальнейшее уменьшение стоимости отопления возможно за счет увеличения тепловой инерционности дома и использовании нагревателей исключительно в ночное время по тарифу Т2 с 23.00 до 7.00 часов. В этом случае можно получить температуру на 7.00 около 23 Градусов , которая упадет к 23.00 примерно до 19 Градусов.

При этом мощность кондиционера для рассматриваемого случая должна составлять

12 кВт, а максимальная стоимость отопления в холодное время года в месяц упадет до


 

    30 х 12 х 1.25х8 = 3600 (рублей)


 

Эффективность рассмотренной системы отопления может быть повышена за счет использования для подзарядки низкотемпературного теплового аккумулятора сбросового тепла дома, например, тепла септика.


 

Рассмотренный вариант системы отопления может составить серьезную конкуренцию другим способам отопления, включая газовое, особенно, если принять во внимание величину затрат на подключение к газовым коммуникациям.


 

Буду признателен за замечания по материалам статьи и за информацию об опыте реализации аналогичных отопительных систем, использующих изложенные принципы.


 

29.04.16