Холодное солнце Урала

В Пермском крае энтузиасты несколько лет ведут эксперименты по получению энергии от альтернативных источников — солнца, ветра и воды. В суровой уральской реальности самые известные устройства — солнечные батареи и ветряки — уступили в практичности невзрачным тепловым насосам. В отдалённых местностях в домах и дачах насосы успешно справляются с обогревом даже зимой — энергию они берут из земли, на глубине всегда плюсовая температура.

Но будущее альтернативных источников энергии на Урале, возможно, даже не за этими устройствами. А за небольшими станциями, которые получают энергию от потока воды в реках. ТЕКСТ выяснил, как на Урале работают альтернативные энергетические устройства и сколько стоит поставить их в своём доме.

Греет ли уральское солнце 

Возле пятого корпуса Пермского университета стоят конструкции, похоже на солнечные батареи: огромные тёмные панели, развёрнутые к небу. На самом деле это вовсе не солнечные батареи, хотя энергию они получают именно от него. 





Это вакуумная гелиоустановка. Она появилась в университете четыре года назад и за это время показала себя как вполне подходящий для наших мест альтернативный способ получения энергии.

Гелиоустановка в пермском университете работает так: по пяти вакуумным коллекторам насосом качается теплоноситель (густая незамерзающая жидкость, способная нагреваться и удерживать тепло). Он получает энергию от солнечной радиации, а затем передаёт её через теплообменники в бак накопитель, от которого и подогревается вода. Вакуумные коллекторы при любой погоде могут нагревать её до 40-50 градусов Цельсия. В университете к гелиосистеме подключена вода  в столовой пятого корпуса. 

Такая установка работает ещё в одном пермском университете — политехническом, на здании кафедры охраны окружающей среды. «В наших климатических условиях он успешно действует с марта до конца сентября», — говорит доцент кафедры охраны окружающей среды Александр Сурков. 

По оценкам учёных, себестоимость горячей воды, получаемой от коллектора, составляет 47 руб за м3, и если сравнивать со стоимостью горячей воды в многоквартирных домах, получается значительно дешевле. Сейчас тариф на горячую воду в Перми — около 150 руб. за м3.

Почему бы такие гелиосистемы не устанавливать, например, на дачах? Размер позволяет — та, что в ПГНИУ, занимает 3 кв. метра. 

Солнца нет — возьмите насос

Пермский университет на своей учебно-научной базе и политех (ПНИПУ) успешно тестируют и другие системы, которые можно использовать в личном хозяйстве для получения энергии. 

В долине реки Сылва на территории заказника «Предуралье» Пермского университета построен экодом. В 2015 году учёные запустили в нём сразу несколько систем. Помимо установки ветрогенератора и солнечных батарей здесь пробурили скважины и установили тепловой геотермальный насос американского производства. 



Экодом ПГНИУ.

Такие насосы работают, как холодильник, только наоборот. Холодильник забирает тепло в камере с продуктами и рассеивает в атмосферу, тепловые насосы забирают тепло в окружающей среде и концентрировано выдают в помещение.  

Для работы геотермального насоса часть конструкции помещают под землю. Там температура даже зимой около +8 градусов. Земля нагревает специальную жидкость — теплоноситель, которая подаётся к контуру с фреоном. Даже небольшой температуры 6-10 градусов  хватает, чтобы фреон начал «закипать» — превращаться в газ. Дальше он поступает в компрессор, который сжимает газ. При этом любой газ нагревается. С температурой 30-70 градусов он уже способен отдавать тепло системе отопления или горячего водоснабжения. Потом газ остывает и поступает в начало цикла. С такой системой воздух дома можно нагревать до 25 градусов. 



В экодоме площадью 120 кв. метров теплонасосом отапливается 80. И за два года работы оборудование ни разу не давало сбоя. Зимой оно работает в режиме подачи тепла, а летом — как кондиционер. Подобный геотермальный тепловой насос есть и в «Умном доме» iHouse, который построен на комплексе пермского «Политеха». 

Круто, современно и очень дорого

 По оценкам Дениса Давыдова, директора компании «АСВ-Инжиниринг», в Прикамье в год теплонасосы появляются лишь в 30-40 частных домах. Почему же пермяки так редко их устанавливают?

Во-первых, подключать такую систему и рассчитывать параметры её работы нужно до постройки дома и проектирования системы отопления. «А ещё лучше — встретиться со специалистами до момента выбора земельного участка, — говорит Денис Давыдов. — Нельзя построить дом и прийти к нам с просьбой установить насос. Мы сами не возьмёмся за такую работу: заказчик потом будет недоволен потраченными деньгами». 

Во-вторых, экономическая выгода от установки теплонасосов — понятие очень условное. Если можно провести в дом газ и использовать для отопления газовый котёл, это всё-таки будет гораздо выгоднее. Чаще всего клиентами «АСВ-Инжиниринг» становятся те, кто хочет построить дом в районе с ограниченными мощностями электроэнергии. Например в небольшой деревне, где подключение дачи с бассейном к старым сетям с малыми мощностями просто невозможно. 

В-третьих, у дорогие устройства долго окупаются, и не каждый готов потратить много денег, понимая, что эти расходы оправдают себя лет через 10-15. Стоят шведские насосы, которые поставляет в Пермь «АСВ-Инжиниринг», от 349 до 836 тыс. рублей. Ещё примерно во столько же обойдётся их установка. Есть более дешёвое отечественное оборудование, но оно уступает европейскому по надёжности.

Спрос на геотермальные насосы, по словам Дениса Давыдова, растёт в кризисное время. Как только люди понимают, что надо снижать расходы и лучше вложить средства сейчас, чтобы в перспективе платить меньше, появляется интерес. Насосами, например, очень интересовались в 2016 году и в 2009-м.

Что мешает использовать гелиоустановки и тепловые насосы дома

«Умные дома» пермских университетов в перспективе могут быть полностью энергонезависимы от городского отопления, электросетей, и водоканала. Освещение здесь работает за счёт энергии солнца и ветра. Канализационные стоки очищаются с помощью биостанции (в экодоме ПГНИУ её планируют запустить в скором времени). Воздух нагревают геотермальные насосы, воду — солнечный гелиоколлектор (в доме ПГНИУ он пока в планах). 



Экодом ПГНИУ.

Но сделать простой частный дом таким же умным проблематично. На это есть несколько причин.

Во-первых, надёжное оборудование альтернативных источников энергии стоит недёшево. Это касается не только теплонасосов, но и всего остального. Опыт ПГНИУ показал, что отечественное оборудование менее надёжно и быстрее выходит из строя. Например, российский ветряк в экодоме несколько раз ломался, и сейчас ему ищут замену. 

На строительство дома ПГНИУ ушло 1,5 млн рублей, оборудование обошлось в 2,9 млн рублей. При том, что здесь пока не построены биологические очистные сооружения. Проект удалось реализовать благодаря университетском гранту и спонсору — компании «АСВ-Инжениринг». Значительно больше потратил на создание своего дома «Политех». Стоимость оборудования с монтажом, наладкой и проверкой — 12 млн 600 тыс. рублей.



Экодом политеха. 

Во-вторых, чтобы полностью перевести дом на альтернативные источники энергии, нужны масштабные предварительные расчёты. «К нам обращались за подобными консультациям, но что я могу сказать по электронной почте? Нужно проводить исследование на местности, и мы это можем сделать. Помимо того, чтобы всё измерить, нужно под планируемую нагрузку подобрать соответствующее оборудование. Важно сразу же завязать его на потребление, — объясняет Дмитрий Андреев, заведующий лабораторией экологии и охраны природы ПГНИУ. — Невозможно пока создать такой типовой проект, который мы взяли бы и внедрили. Сейчас мы наращиваем опыт в этой сфере». 

И, в-третьих, на Урале есть свои особенности использования альтернативных источников энергии. Естественно, солнечной радиации у нас меньше в сравнении с более южными широтами, и большую часть года она рассеянная. «Но это не значит, что у нас такие системы не будут работать», — говорит Дмитрий Андреев. Кроме того, на системы, получающие энергию от солнца, сильно влияют снегопады: от снега вакуумные коллекторы и солнечные батареи нужно регулярно очищать.





Сложнее обстоят дела с ветряками. Для их работы нужен достаточно стабильный и сильный ветер. В Пермском крае есть такие места, но далеко не везде. На работу ветряка влияет микроклимат, рельеф местности, рядом стоящие здания. Да, есть генераторы, которые способны работать при малой силе ветра, даже 1 м в секунду. Но стоят они значительно дороже.

Зато на Урале есть свои преимущества — обилие рек. Их энергию Пермский университет планирует использовать в работе мини- и микроГЭС. Они не оказывают такого негативного влияния на окружающую среду, как плотины и дамбы, но при этом электроэнергии производят больше, чем ветряки и солнечные батареи. Сейчас разработка какого проекта идёт в рамках выпускной работы одного из студентов, Дмитрий Андреев с коллегами планируют применять его в «Предуралье», на Сылве.