Баня с автономным снабжением энергетическими ресурсами
В этой статье речь пойдет о том, как сделать комфортной баню, расположенную на участке, удаленном от электрических сетей и магистрального газопровода. При этом комфортными считаются условия, которые обычно бывают в бане, находящейся в непосредственной близости к "благам цивилизации".
Несколько слов о комфорте
В бане должно быть электрическое освещение. Причем светильник с одной или несколькими лампочками должен быть в предбаннике, в парильном отделении, а также в душевой комнате.
В бане обязательно должен быть водопровод с горячей и холодной водой. При этом воды должно быть достаточно не только для создания пара, но и для работы душа. Для бесперебойной подачи воды на участках, не имеющих водопровода, обычно практикуется забор воды из скважины или колодца. Для этого необходим насос или насосная станция с автоматической системой управления, позволяющей пользоваться водой с тем же комфортом, что и в городских условиях.
В предбаннике можно установить телевизор, холодильник и вентилятор. Отметим, что все электрические приборы, кроме насоса, являются энергосберегающими. Для их подключения и бесперебойной работы необходима автономная электрическая сеть.
Расчет мощности автономной электрической сети
Мощность автономной электрической сети должна быть достаточной для обеспечения бесперебойной работы всех электрических приборов, включенных в нее одновременно. При этом необходимо помнить о пусковых токах, требующих большей мощности по отношению к номинальной не менее, чем на 20%.
Это значит, что для определения мощности автономной электрической сети достаточно просуммировать номинальные значения мощности всех необходимых для обеспечения комфорта в бане, электрических приборов.
При расчете воспользуемся справочными данными, полученными на первых трех сайтах, открывающихся по соответствующему поисковому запросу.
Это значит, что для бани вполне достаточно автономной электрической сети, мощностью 1310Вт.
С учетом пусковых токов, неизменно возникающих при включении в сеть холодильника и насоса, мощность сети должна быть не менее 1500Вт.
Об источниках электроэнергии
На сегодняшний день нетрадиционные источники электрической энергии становятся все более и более традиционными. Более того, большинство граждан нашей страны потенциально готовы установить в своих домах солнечные батареи или ветрогенераторы (ВЭУ) и не только потреблять, но и производить электрическую энергию.
Единственным узким звеном и препятствием на этом пути является немалая стоимость комплекта необходимого оборудования, цена которого сопоставима со стоимостью нового автомобиля отечественного производства. Купить его можно, но не всегда на это есть деньги.
По этой причине действительно широкое распространение автономные электрические сети на базе альтернативных источников электрической энергии получили лишь там, где подключение к районным сетям невозможно.
Чему отдать предпочтение
В бане всегда жарко, и это аксиома. Это значит, что в ней можно использовать современные термоэлектрические модули (элементы Пельтье) и получать вместе с тепловой энергией еще и электрическую энергию. Ее количество прямо пропорционально количеству используемых для этих целей термоэлектрических модулей.
В свою очередь число элементов Пельтье прямо пропорционально площади нагретой поверхности (лучше металлической) на которой их устанавливают. При этом температура нагрева печи может быть любой, но лучше, если она не будет превышать 200 градусов Цельсия. Если температура выше 200 градусов Цельсия, между поверхностью печи и поверхностью ТЭМ необходимо устанавливать слой теплоизоляционного материала.
Несколько слов о термоэлектрических модулях
Термоэлектрический модуль это не что иное, как совокупность термопар, соединенных последовательно. Для удобства использования их располагают между двумя керамическими пластинами.
Сама по себе термопара представляет собой два различных элемента с n и р проводимостью, соединенных между собой при помощи коммутационной пластины, для изготовления которой обычно используется медь. Самыми распространенными веществами для изготовления полупроводников являются сурьма, висмут, селен и теллур.
Количество термопар, расположенных между пластинами и образующих при этом термоэлектрический модуль может быть любым, от нескольких штук до нескольких сотен.
На сегодняшний день можно приобрести термоэлектрические модули, различных размеров, самыми распространенными из которых являются 40х40х3,5 и 70х70х3,5.
Один термоэлектрический модуль размером 40х40х3,5мм при разнице температур между холодной и горячей поверхностями в 110 градусов позволяет получить электрическую энергию, мощностью до 10Вт при напряжении 6В. В принципе, термопара может работать при любой разнице температур между ее горячей и холодной поверхностями, но при этом отдача от нее будет меньшей.
Для получения 1,5кВт электрической мощности потребуется 15 термоэлектрических модулей. Нетрудно посчитать, что для расположения такого количества элементов вполне достаточно металлической пластины, площадью в два м2. При этом нужно помнить о создании условия для соединения термоэлектрических модулей друг с другом и возможности включения полученной схемы в общую "домашнюю" сеть.
Самые качественные и дорогостоящие термоэлектрические модули, производства "Криотерм" стоят 1800 рублей за штуку. При покупке оптом ( 15 штук это уже оптовые продажи), стоимость модулей составляет 1600 рублей за штуку.
Это значит, что на приобретение термоэлектрических модулей достаточно 24 тысячи рублей. При этом производители заверяют, что при правильной эксплуатации модули прослужат не менее десяти лет.
Можно сэкономить и купить модули китайского производства по 900 и даже по 400 рублей за штуку. Но в этом случае производители от гарантий воздерживаются.
Выбор печи для установки термоэлектрических модулей
Собственная баня может быть компактной и располагаться практически на любой площади. Но такой подход к ее устройству актуален только при острой нехватке места для строительства бани. В том случае, если участок земли достаточно большой (напомним, что речь в данной статье идет о строительстве бани за городом, где различные бытовые неудобства, связанные с отсутствием коммуникаций, компенсируются наличием свободного места), баню можно построить просторную, рассчитанную на прием гостей и комфортный отдых большой компанией.
При этом нет смысла устанавливать компактную печь для бани, в которой необходимо постоянно поддерживать огонь. В просторной бане печь должна иметь соответствующий размер и занимать до 20% свободного места. Ее можно топить заранее, накапливая в теле печи количество тепла, достаточное для комфортного отдыха и получения пара в течение целого дня.
На поверхности такой печи можно найти те самые два квадратных метра, необходимые для установки термоэлектрических модулей.
Для справки: термоэлектрические модули вырабатывают электрическую энергию на протяжении всего периода времени, в течение которого поверхность печи нагрета.
Это значит, что модули можно крепить как на самой печи, так и на металлической пластине, установленной, к примеру, над печью, или сзади нее.
Главное, чтобы при этом поверхность печи была достаточной для установки термоэлектрических модулей.
Как устанавливать термоэлектрические модули
Правила установки модулей предельно простые. Обращаться с модулями следует предельно осторожно, ведь крепятся они на керамических пластинах, а, значит, могут при падении разбиться.
Поверхность для установки модуля должна быть ровной, чистой и гладкой. Между нею и модулем необходимо обеспечить качественный тепловой контакт. Для этого используется специальная теплопроводящая паста.
Для крепления модулей нужно использовать специальные прижимающие винты с пружинками. При их закручивании нужно обеспечить необходимое усилие, расчет которого можно провести по формулам:
При использовании динамометрического ключа вращающий момент можно определить следующим образом
Т - вращающий момент кг/м
p - достаточная сила прижима
d - диаметр винта
n - необходимое для крепления количество винтов
В частности, для крепления термоэлектрического модуля, размер которого 40х40х3,5 мм можно использовать четыре прижимающих винта. При этом необходимо прикладывать усилие 0,05-0,06 кг/м. А можно ограничиться лишь двумя прижимными винтами, но усилие придется прикладывать в два раза большее (1,2кг/м), при этом рискуя "перетянуть" и повредить целостность элемента.
Итак, генератор электроэнергии на основе банной печи, установлен. Но ведь печь топится перед тем, как идти в баню, а электрическая энергия используется во время ее посещения. Это значит, что необходимо сделать запас электроэнергии, используя аккумуляторные батареи. Схема предельно проста: во время топки печи происходит выработка и накопление электрической энергии.
Для того, чтобы электрическая сеть работала постоянно, и не зависела от процесса топки печи, нужно предусмотреть наличие дополнительно источника электричества. Это может быть как ВЭУ, так и солнечные батареи.
Чему отдать предпочтение, каждый владелец загородной усадьбы решает самостоятельно. Однако, солнечные батареи позволяют получать электрическую энергию при любой погоде и в любое время года, они бесшумны, долговечны и надежны. По этой причине большинство пользователей отдает предпочтение именно им.
К тому же крыша бани отлично подходит для монтажа солнечных модулей.
Тогда принципиальная схема автономной электрической сети будет иметь следующий вид
Как работает автономная электрическая сеть
Владельцы загородных участков хорошо знают, что летом особенно важно иметь постоянно работающий душ, к примеру, тот, что уже установлен в бане и готов к использованию. К тому же в бане часто устраивают небольшую прачечную, для использования которой печь топить необязательно, а вот электричество для включения стиральной машины необходимо.
Солнечные батареи, установленные на крыше бани, обеспечат заряд аккумуляторов в полном объеме, ведь электричество вырабатывается ежедневно, а расходуется лишь по мере необходимости.
Контроль уровня заряда аккумуляторов осуществляется при помощи контролера заряда. В данной схеме без него не обойтись, иначе можно просто испортить аккумуляторные батареи, стоимость которых немалая.
Для включения в сеть обычных электрических приборов необходимо преобразование постоянного тока с низким напряжением, в переменный ток с привычными для нас параметрами: 220В, 5А. Для этого необходима установка инвертора.
Подготовка к посещению бани непременно связана с включением насоса и расходом электричества. Но при этом вступают в работу термоэлектрические модули и заряд аккумуляторов восстанавливается.
В принципе, в этой схеме можно обойтись и без солнечных батарей, но в этом случае пользоваться электричеством в бане будет возможно только после растопки печи. Зимой, когда темнеет рано, такое положение дел может создавать большие неудобства.
К тому же излишки электрической энергии можно использовать для освещения участка и для подачи воды не только в баню, но и в дом.
Время подводить итоги
Разумеется, при монтаже и реализации такой схемы автономной электрической сети возникнет немало различных технических проблем, связанных с подбором оборудования, его установкой и подключением. Но все эти вопросы легко решаемы.
Главное, что в загородном доме, расположенном вдали от электрических сетей и магистрального газопровода, вполне возможно создать комфортные условия для жизни.
