Давайте проведемо цікавий уявний експеримент: спробуємо, спираючись на нинішній рівень технологій, створити проект будинку з безкоштовним опаленням.
Ну, або хоча б з мінімальними експлуатаційними витратами. Не будемо обмежувати себе в можливостях: домовимося, що бюджет проекту не лімітований.

Вибір джерела тепла
Звідки можна витягти теплову енергію без витрат у процесі її видобутку?

Вибір безкоштовних джерел досить великий:
• Геотермальна енергія. Земля нижче рівня промерзання має постійну температуру, яку можна використовувати для обігріву.
• Енергія, витягнута з води. Якщо поруч є незамерзаючий водойма - його теж можна використовувати як джерело теплової енергії.
• Нарешті, з повітря завжди можна витягти тепло, охолодивши його ще сильніше.

Технології, які дозволяють реалізувати всі перераховані проекти, існують давно. Проблема лише в тому, що отримане тепло не буде безкоштовним: теплові насоси використовують для перекачування тепла електроенергію. Причому на обігрів будинку площею в 200 м2 будуть йти досить значні 3-5 кіловат електричної потужності навіть при гарному утепленні.
Залишається тільки сонячна енергія. Сонце здатне нагріти воду в колекторі абсолютно безкоштовно, без зусиль і витрат з нашого боку. Нагрівання здатний навіть забезпечити природну циркуляцію в контурі.

Однак: страховкою від розморожування опалювальної системи буде циркуляційний насос. Витрати електроенергії в 50-100 ват, зрештою, покриє порівняно недорога сонячна електростанція: панель площею близько 3 м2, інвертор і акумуляторна батарея з контролером заряду.

Розрахунки
Залишився суща дрібниця: з'ясувати, чи може бути робоча система побудована своїми руками.
Розрахунок теплової потужності
Скільки теплової енергії може знадобитися для опалення горезвісного будинку з площею в 200 квадратних метрів? Зрозуміло, грунтовно утепленого: раз вже ми домовилися, що витрати не лімітовані, буде логічним зменшити потребу в теплі.

Практика показує, що витрати на обігрів дуже добре утепленого будинку в помірній кліматичній зоні можна зменшити приблизно до 40 ват на м2 при стандартній висоті стель.
За рахунок чого?
• Матеріал стін - сип- панелі товщиною від 15 см, що забезпечують майже ідеальну теплоізоляцію. Вони використовуються і в якості підлогового настилу, і в якості перекриття над головою.
• Вікна - потрійні склопакети з енергозберігаючим склом.
• Вентиляція обладнується системою пасивної рекуперації тепла, яка відбирає не менше половини теплової енергії у покидає приміщення повітря.

Разом - для опалення будинку нам буде потрібно 200х40 = 8000 ват, або 8 кіловат теплової потужності.

Розрахунок ефективності сонячного опалення
Давайте спочатку складемо воєдино всю доступну нам інформацію. Почнемо з ліричного відступу.
Повна потужність сонячного випромінювання за межами атмосфери становить приблизно 1360 ват на квадратний метр. Навіть у ясний сонячний день близько чверті цієї кількості поглинається атмосферою: в районі екватора поверхні планети може досягти близько 1 кВт/м2.
Здавалося б, складається безхмарна (вибачте за мимовільний каламбур) картина: вісім метрів поверхні поглинуть стільки сонячної енергії, скільки потрібно всьому будинку! Але на практиці все куди складніше.

Опалюватися ми будемо, що цілком логічно, взимку. Коли кут падіння сонячних променів набагато далі від перпендикуляра до поверхні і в атмосфері навіть при ідеальній орієнтації сонячного колектора розсіюється куди більше тепла.
Істотну частину часу взимку варто помірно- хмарна або похмура погода. Хмарність перемежовується опадами, під час яких (і якийсь час після, поки колектори НЕ будуть очищені від снігу і льоду) ефективність нагріву буде прагнути до нуля.
Нарешті, тривалість світлового дня взимку не перевищує 8 годин, причому частину часу сонце світить під зовсім вже косим кутом до горизонту. А ККД колекторів зовсім не дорівнює 100 %.

Що в сухому залишку?
• Для Центральної Європи середня кількість сонячної енергії, що потрапляє на поверхню протягом доби, так само:
- 3,3 КВт / год протягом жовтня;
- 2,1 КВт / год для листопада;
- 1,7 - у грудні та січні;
- 3,2 - у лютому;
- 3,6 - у березні;
- 4,7 - у квітні.

• Середнє значення для опалювального сезону, таким чином, дорівнює (3,3 +2,1 +1,7 +1,7 +3,2 +3,6 +4,7) / 7 = 2,9 КВт / год в добу, або 120,83 ватта на годину.
• ККД сонячних колекторів для опалення приватного будинку можна взяти рівним 60 %.
Корисно: такого значення досягає ККД сучасних колекторів з вакуумними трубками з урахуванням непрямих втрат тепла.

Всі панельні конструкції помітно менш ефективні за рахунок більших втрат на конвекцію.
• З поправкою на втрати перетворення ефективна потужність квадратного метра колектора протягом середніх діб складе 120,83 х0, 60 = 72,5 вата.

Розрахунок площі колекторів
Залишилася остання нескладна арифметична операція - розрахувати орієнтовну сумарну площу необхідного нам сонячного колектора. Вона дорівнює 8000 / 72, 5 = 110 квадратних метрів, або трохи більше площі даху будинку (за умови, що у нього два поверхи і плоска покрівля).

Що ж, значення цілком реальні.
Просто з цікавості - якою буде ціна колекторів такої площі?
Як зразок візьмемо колектор на вакуумних трубках українського виробництва СВК- А 30. При площі близько 5 м2 його вартість приблизно дорівнює 40 000 рублів. Інструкція щодо подальшого розрахунку проста: ділимо загальну площу на площу одного колектора і множимо на його вартість. 110 / 5 * 40000 = 880000 рублів.

Особливості реалізації
Що ж, принципову можливість будівництва, так званого, пасивного будинку ми довели. Однак нерівномірність надходження тепла створює ряд технічних проблем.
Вирішувані вони?
1. Для резервування тепла на холодний час доби нам буде потрібно теплоаккумулятор - теплоізольований бак великої місткості. Днем вода в ньому буде нагріватися сонячними колекторами, вночі ж він буде поступово віддавати тепло опалювальних приладів.
2. До слова, для обігріву в цьому випадку краще використовувати водяну теплу підлогу для опалення. Він зможе ефективно прогрівати будівлю навіть при температурі теплоносія в 27-30 градусів. Радіатори в цьому випадку будуть марні.

3. Якщо нам раптом прийде в голову дивна фантазія реалізувати такий проект, таки знадобиться резервне джерело тепла - хоча б тепловий насос будь-якого типу. Він виступить страховкою на випадок екстремально тривалої негоди.

Висновок
Про те, якими бувають теплові насоси опалення приватного будинку і як вони можуть використовуватися одночасно з сонячними колекторами, розповість прикладена до статті відео.