Ветрогенераторы для отопления

Ветрогенераторы для отопления

Можно ли использовать ветрогенераторы для частного дома и для его отопления? Такой вопрос возникает часто в процессе консультаций о ветряках. Более того, некоторые люди изначально возлагают на ветрогенератор такую задачу. Всё это побудило нас рассмотреть этот вопрос более детально.

Действительно, при наличии сильного ветра ветрогенератор способен дать немалое количество энергии. Но, взглянем на ситуацию трезво. «Трезво» не означает что она безнадёжна. Возможность отопления от ветрогенератора не исключается, но необходимо учитывать ограничения. Решать задачу отопления от ветряка в лоб не получится.

Энергии для отопления нужно действительно много. Поэтому для задачи отопления ветропотенциал конкретного места должен быть значительным. Желательно чтобы среднегодовая скорость ветра была 5 м/с и выше. В противном случае речь можно вести скорее лишь о вспомогательном назначении ветряка для отопления.

Использовать ветрогенераторы для отопления позволяют альтернативные энергетические системы

Однако, если заказчик держит курс на использование альтернативных источников энергии, обеспечить ими отопление можно. Но для этого нужно: как можно лучше утеплить дом, задействовать различные источники энергии и применять отопительные системы, использующие электроэнергию как можно рациональнее. Хотя, даже без таких, требующих заметных финансовых вложений систем, ветрогенератор в период наличия «рабочего» ветра способен подогревать отдельные помещения с помощью воздушных ТЭНов. Для этого ветряк должен комплектоваться контроллером, обеспечивающих работу с ними.

К таким системам я отношу, в первую очередь, системы, позволяющие «умножать» энергию — тепловые насосы. Энергии от ветряка скорее всего не хватит на прямой обогрев масштабных площадей. А вот на питание теплового насоса, почему бы и нет! Так, получив, скажем, 10 кВт/час электроэнергии от ветряка в сутки, мы можем иметь около 40 кВт/час энергии на обогрев от теплового насоса. При рациональном её использовании и хорошо утеплённом доме — это вполне внушительная величина.

Рационально использовать электроэнергию от ветряка позволяет нам также и инфракрасное отопление. Ему посвящён отдельный раздел нашего сайта. Заметим, что, применяя панели инфракрасного обогрева, можно изготовить сразу и систему отопления, и утеплённый потолок, что очень удобно.

Отапливание дома самодельной ветряной установкой

Наш заголовок — не шутка и не опечатка. Ветер действительно может обогреть жилище. Правда, для этого потребуется собрать ветряной генератор, об этом и пойдет наш рассказ.

Взгляните на схему. Электрическая энергия, выработанная вращающимся ветряком, с генератора поступает непосредственно на электронагреватели, напоминающие всем известные кипятильники. Они встроены в корпус теплового аккумулятора — большого теплоизолированного бака, наполненного водой. Нагрев воды происходит непрерывно, пока работает генератор: чем сильнее ветер, тем больше ток и соответственно больше тепловой энергии.

Таков вкратце принцип работы системы.

Наш самодельный тепловой аккумулятор связан с обычной системой водяного отопления дома. Поскольку емкость аккумулятора велика, поступление тепла в батареи будет стабильным. А чтобы у аккумулятора не было лишних потерь энергии, он запакован, словно в шубу, в теплоизоляционный материал.

Для регулирования и перераспределения теплового потока служат краны-регуляторы. Ушли на работу люди — можно краны немного прикрыть, чтобы тепла в аккумуляторе накопилось к их приходу побольше.

Вода перемещается по трубам самотеком: ведь теплая вода имеет меньшую плотность, чем холодная, и поэтому она поднимается вверх. А более плотная холодная вода опускается вниз, попадает через нижнюю трубу в аккумулятор, и все начинается сначала. Хотя, конечно, никакого «начала» или «конца» тут нет, а есть лишь постоянное конвекционное движение теплоносителя.

Итак, теоретическая картина ясна. Остается построить установку? Не спешите, сначала нужно рассчитать необходимую мощность генератора. Он должен быть тем мощнее, чем больше теплопотери дома, который мы собираемся обогревать.

Эти теплопотери рассчитываются по формуле: Q = Vq_o(t_bh —t_ар)n, где V — объем здания (м 3 ), t_bh — минимально допустимая температура воздуха в помещении, равная 18°С, (t_нар — минимальная температура наружного воздуха для данного района; q_o — объемная теплоемкость здания, для одноэтажных домов принимаемая равной 0,81 Вт/м 3 °С; n— безразмерный поправочный коэффициент на климатические условия, принимаемый равным при t_нар: — больше или равно —10°С. 1,2; — больше или равно —20°С. 1,1; — больше или равно —30°С. 1,0; — больше или равно —40°С . 0,9.

На рисунке: 1 — ротор; 2 — короткие растяжки; 3 — узел подшипника; Л — ось ротора; 5 — повышающий редуктор; 6 — длинные растяжки; 7 — вышка; 8 — генератор; 9 — расширительный бачок; 10 — батареи; 11 — обратная магистраль; 12 — краны-регуляторы; 13 — нагреватели; 14 — емкость теплового аккумулятора. К примеру, в Одесской области средняя температура наиболее холодной пятидневки —15°С. Для Киевской области это уже —21°С, а для Ленинградской области —25°С. Какую из этих областей взять для примера? Возьмем «среднюю» киевскую.

Если площадь хорошо утепленного зимнего дома составляет 46м 2 при высоте потолка 2,5м, то при объеме 46*2,5=115м 3 теплопотери в единицу времени для Киевской области составят: Q = 115*0,81*(18— (—21))*1,1 = 4000 Вт. Следовательно, для отопления дома в наиболее холодный период с учетом коэффициента запаса (1,15 . 1,17) нам нужно иметь теплопроизводительность системы отопления примерно 4700 Вт. Такой должна быть минимальная мощность генератора для Киевской области.

Думается, для вас не составит труда провести аналогичный расчет, исходя из климатических данных района, где вы живете.

В системе конвекционного отопления лучше всего использовать чугунные радиаторы, например, М-140АО. Они продаются в магазинах стройматериалов. Такие радиаторы дают возможность применить трубы большого диаметра, что очень важно для хорошей циркуляции воды. Кроме того, благодаря большой массе они хорошо накапливают и долго сохраняют тепло, отличаются долговечностью по сравнению со стальными.

Пусть суммарная длина наружных стен самой большой комнаты (см. рис.) составляет примерно 30% от общей длины наружных стен дома. Тогда теплопотери этой комнаты составят 4700*0,3 = 1410 Вт. Исходя из того, что каждый квадратный метр поверхности батареи имеет теплопотери около 500 Вт, подсчитаем количество секций в самой большой комнате, при условии, что поверхность каждой секции равна 0,3м 2 : 1410:(500*0,3)= приблизительно 10 секций. Для всех помещений дома суммарное число секции составит приблизительно 32 секции. Эти батареи следует распределить по помещениям так, чтобы в жилых комнатах секций было больше, чем в других местах.

Генератор, мощность которого мы определили, — переменного или постоянного тока с любым рабочим напряжением. В качестве генераторов можно использовать некоторые типы электродвигателей, например, любой двигатель постоянного тока. Если рабочее число оборотов генератора, при которых он производит ток, большее, чем число оборотов нашего ветряного ротора (в зависимости от силы ветра оно может составить 150—500 об/мин), нужно использовать повышающий редуктор. Подойдет редуктор от подвесного лодочного мотора мощностью не менее 5 л.с. Применение повышающего редуктора, кроме того, даст возможность расположить генератор горизонтально: ведь лодочный редуктор передает усилие под углом 90°.

Нагревателями служат готовые спирали от электроутюгов и электрокаминов, имеющиеся в продаже. Если мощность одного нагревателя мала, нужно сделать несколько одинаковых нагревателей, которые в сумме будут соответствовать по мощности максимальной мощности генератора. Нагреватели подключаются к генератору параллельно, причем несколько нагревателей монтируется про запас. Каждая спираль вставлена в U-образную медную трубку внутренним диаметром 12—16 мм, в зависимости от размера спирали. Трубка припаивается к корпусу емкости обычным оловянным припоем.

Посмотрите, какой ветрогенератор получился у одного из наших постоянных читателей:

Ветряк для частного дома — деньги на ветер. Весь расклад по цифрам в рублях и киловаттах.

Вопрос ветроэнергетики в наше инновационное время интересует очень многих. Те, кто хоть раз посещал Европейские страны на своем авто, наверняка видели огромные ветропарки.
Сотни генераторов встречаются по пути.

Наблюдая такую картину, многие начинают верить, что получение эл.энергии при помощи ветра, весьма перспективное и выгодное занятие. Мудрые европейцы ошибаться то не могут.

Наверняка после очередного подорожания электроэнергии, вы задумывались об установке у себя на участке ветрогенератора. Тем самым, обеспечив если не всю, то большую часть своих потребностей в электричестве.

Некоторые даже подумывают таким образом стать независимыми от электросетей. Насколько это реально и возможно? К сожалению, для 90% владельцев частных домов, эти мечты так и останутся мечтами.

К сожалению, в нашей стране не так много регионов, где скорость ветра находится хотя бы на уровне 5-7 метров в секунду. Берутся данные в среднем за год. В подавляющем большинстве широт, пригодных для проживания, эта самая скорость равняется максимум 2-4 м/с.

Это говорит о том, что ваша ветроустановка большую часть времени, элементарно не будет работать. Для стабильной выработки электричества, ей нужен ветер около 10 м/с.

Фактически за час, 2квт генератор подарит вам не более 100Вт.

Еще вы столкнетесь с другой проблемой ветра, о которой умалчивают производители. Около земли, его скорость гораздо меньше чем наверху, там где ставятся промышленные установки высотой 25-30м.

Вы же свой агрегат будете монтировать максимум на десяти метрах. Поэтому даже не ориентируйтесь на таблицы ветров с разных сайтов. Эти данные вам не подходят.

Производители скромно умалчивают, что для их карт ветроресурсов, замеры производятся на высоте от 50 до 70 метров! К тому же там не учтены данные по турбулентности, завихрениям.

Попробуете задрать повыше чем 10м, обязательно задумаетесь о молниезащите. Наэлектризованные трением воздуха лопасти, очень вкусная приманка для разрядов!

К тому же, почему-то все беспокоятся только о таком параметре, как скорость ветра, и при этом забывают про его плотность или давление. А разница для энергетики весьма существенная. Зависимость выработки электроэнергии от давления ветра непропорциональная.

Кроме того, есть определенное лукавство в указанных технических характеристиках генераторов.

Верить им конечно можно, но только для идеальных условий. Потому что:

показания эти снимаются в аэротрубе

и в ламинарном потоке при неизменном направлении и повышенной плотности

У вас же на дачном участке скорость ветра может быть такой, что не получится и вал прокрутить, не то что вырабатывать энергию.

И это весной или осенью. Именно в этот период происходят наиболее активные перемещения воздушных масс.

Не забывайте, что ветряк работает не в режиме холостого хода вертушки, а должен раскрутить ротор генератора в окружении неодимовых магнитов.

И это только до тех пор, пока электрический потенциал ветряка ниже напряжения АКБ. При достижении напряжения достаточного для начала заряда, аккумулятор превращается в нагрузку.

Если применить тихоходные конструкции с вертикальной осью вращения, то здесь уже присутствует повышающий редуктор. Вы пытались раскрутить повышающий редуктор? Такая конструкция усложняется, увеличивается вес, парусность, стоимость.

Даже на маяках Северного флота, учитывая там постоянные ветра и полярную ночь, специалисты предпочитают использовать солнечные батареи. На вопрос почему так, отвечают по-простому – проблем меньше!

Большие промышленные ветротурбины могут передавать энергию напрямую в сеть, минуя всякие аккумуляторы.

А вот вы без них обойтись никак не сможете. Без АКБ не будет работать ни телевизор, ни холодильник. Даже освещение будет светить урывками, в зависимости от порывов ветра.

При этом за 12-15 лет работы генератора, вы обязаны будете сменить 3-4 комплекта АКБ, тем самым вдвое увеличив свои начальные расходы. Причем мы берем чуть ли не идеальный вариант, когда аккумуляторы будут разряжаться не больше половины от своей емкости.

Конечно вы можете купить дешевые модели АКБ, но затраты от этого не станут меньше. Просто поход в магазин за новыми батареями будет осуществлен не 4 раза, а уже 8.

Еще о чем стоит серьезно задуматься — это наличие свободного места. Причем по площади оно может уходить на 100 и более метров в каждую сторону от мачты.

Ветер должен свободно гулять по лопастям, и без помех их достигать со всех сторон. Получается, что вы должны проживать либо в степи, либо возле моря (лучше непосредственно на его берегу).

Идеальное место будет на вершине холма. Где с позиции аэродинамики, воздушный поток уплотняется с соответствующим увеличением скорости и давления ветра.

О соседях рядом забудьте. Их сады и двух-трехэтажные особняки, здорово “попьют вашу кровушку”, каждый раз перекрывая попутный ветерок. Также как и соседние лесопосадки.

Те же самые промышленные ветряки, не располагают непосредственно друг за другом, а монтируют их по диагонали. Каждый последующий, не должен закрывать предыдущий.

4-я причина – высокая цена. Не ведитесь на цены продавцов в прайс листах. В них никогда не показывается реальная стоимость всего необходимого оборудования.
Поэтому цены всегда умножайте на 2, даже при выборе так называемых готовых комплектов.

Но и это еще не все. Не забудьте про эксплуатационные расходы, доходящие до 70% от стоимости ветряков. Попробуйте поремонтировать генератор на высоте, либо каждый раз демонтировать и разбирать-собирать мачту.

Еще не забудьте про периодическую замену АКБ. Поэтому не рассчитывайте, что ветряк может вам обойтись в 1 доллар за 1квт эл.энергии.

Когда вы посчитаете все реальные затраты, окажется что каждый киловатт мощности такого ветрогенератора, обошелся вам минимум в 5 баксов.

Пятая причина, неразрывно связана с первыми четырьмя. Это срок окупаемости затрат.

Стоимость ветряка, мачты и доп.оборудования для 2-х киловаттных качественных моделей будет доходить в среднем до 200 тыс. рублей. Производительность таких установок – от 100 до 200квт в месяц, не более. И это при хороших погодных условиях.

Даже осадки снижают мощность ветряков. Дождь на 20%, снег – на 30%.

Вот и получается вся ваша экономия – это 500 рублей. За 12 месяцев непрерывной работы, набежит уже чуть больше – 6 тысяч.

При этом, 2-х киловаттный агрегат не будет закрывать на 100% ваши потребности. Максимум на треть! Если захотите целиком все подключить от него, то берите 10-ти киловаттную модель, не меньше. Срок окупаемости от этого не изменится.

Но тут уже будут совсем другие габариты и масса.

И закрепить его просто так на трубе через чердак своей крыши, точно не получится.

Однако некоторые все равно убеждены, что из-за бесконечного подорожания электроэнергии, ветрогенератор в один прекрасный момент, по любому станет выгоден.

Безусловно, электроэнергия с каждым годом дорожает. К примеру 10 лет назад, ее цена была на 70% ниже. Давайте проведем примерные расчеты и выясним перспективу выхода на окупаемость ветряка, с учетом резкого удорожания электричества.

Рассматривать будем генератор мощностью 2квт.

Как мы уже выяснили ранее, стоимость такой модели около 200тысяч. Но с учетом всех доп.расходов, нужно умножить ее на два. Получится минимум 400 тыс.руб. затрат, при сроке службы в двадцать лет.

То есть, за год получается 20 тысяч. При этом по факту, за этот год агрегат выдаст вам максимум 900 квт. Из-за коэфф. установленной мощности (он для маленьких ветряков не превышает пяти процентов), за месяц вы накрутите 75квт.

Даже если взять 1000 квт в год для простоты расчетов, стоимость 1квт/ч полученная от ветряка, для вас составит 20 рублей. Если и предположить что электричество от ТЭС подорожает в 4 раза, то случится такое не завтра, и даже не через 5 лет.

Какие выводы можно сделать из всего вышесказанного?

Ветрогенератор в нынешних российских условиях – это убыточный агрегат.

Чтобы хоть как-то обосновать его применение, цена электроэнергии уже сегодня должна доходить до 30 рублей за 1 квт.

Использование ветряка может быть обосновано в двух случаях:

у вас поблизости нет внешних электросетей или вам не дают к ним подключаться

у вас есть дизель генератор, но доставить для него топливо нет возможности

При этом, устанавливаться ветряк должен в районе со средне годовой скоростью ветра не менее 5-6 м/с. Только в этих случаях ветроустановка будет хорошей альтернативой.

Фактически, в таких условиях вы просто вынуждены выбрать из всех зол наименьшее. При этом, не верьте в суперэффективность других моделей вертикальной или шарообразной формы, собранных на неодимовых магнитах.

Конечный результат будет всегда один. Энергия, которую производит ветряк, зависит только от:

площади, которую описывают лопасти

Поэтому, если вы уже подключены к электросети, не ищите себе лишних приключений и головных болей. Выгоды никакой вы не найдете, по крайне мере на сегодняшний день.

Ну а тем, кто живет далеко от подстанций и ВЛ-0,4кв, стоит приобретать наиболее мощные модели ветряков, какие вы только можете себе позволить. Так как от той мощности, что указана на картинках, вам достанется не более 15%.

Другая категория потребителей, вполне заслужено делает выбор не в пользу китайских заводских моделей, а наоборот, предпочитает самодельные ветряки от мастеров самоучек. Свои выгоды в этом тоже имеются.

В большинстве своем, изобретатели подобных девайсов, это грамотные и ответственные ребята. И практически в 100% случаев, без проблем им можно вернуть установку, если что-то пошло не так, или ее нужно подремонтировать. С этим проблем уж точно не будет.

У промышленных китайский ветряков, внешний вид конечно посимпатичнее. И если вы все-таки решились прикупить именно его, сразу после проверки электродрелью, сделайте профилактический ремонт и замените китайский металлолом на подшипники с качественной смазкой.

Если поблизости от вас есть крупные гнездовья птиц, не помешает закупить дополнительный комплект лопастей.

Птенцы иногда попадают под раздачу крутящейся “мини мельницы”. Пластиковые лопасти ломаются, а металлические гнутся.

А закончить хотелось бы мудростью от тех пользователей, которые не послушались всех доводов и вплотную столкнулись со всеми вышеописанными проблемами. Запомните, самый дорогой флюгер для дома – это ветрогенератор!