Сегодня расскажу о том, какими чертами должен обладать настоящий автономный дом, что такое Off-grid и как избушка в лесу может быть комфортнее квартиры в новостройке.
Эта статья — результат многолетнего сбора данных из разных источников. Это самая полная статья об автономных домах в российском интернете, здесь с вероятностью 99% вы найдёте информацию о которой не слышали раньше никогда.
Около 250 000 семей в США по данным на 2022 год живут в автономных домах. Рост независимых от сетей домов подстегнул Covid. Но также и технологии становятся все лучше — стоимость электроэнергии от солнечных батарей становится ниже, а общий тренд на устойчивый образ жизни (sustainable design) и уменьшение площади дома делает идею автономных домов все более привлекательной. В некоторых штатах страховые компании делают скидки при оформлении страховки на дома с автономными системами.
Краткое описание автономного дома
Главным преимуществом автономного дома является его независимость от сетей снабжения, (электрических, водопроводных, газовых, канализационных) — это и называется Off-grid (англ. вне сети).
Обеспечивается эта автономность в первую очередь самостоятельной генерацией энергоресурсов (тепла и электричества), а во-вторых их разумным расходованием и сбережением.
Сбережению способствует ряд конструктивных, планировочных и инженерных решений, которые будут описаны ниже.
Расположение на местности
- Для полноценной автономности мы должны максимально эффективно применять естественные источники тепла, света, воды, а также рельеф участка.
- Если участок позволяет нам спрятать северную сторону дома от ветров, то это будет полезным вкладом в энергосбережение дома, либо использовать ветер для генерации электричества.
- Стоит предусмотреть и удобные подходы, подъезды к дому для доставки продовольствия и необходимых ресурсов.
Планировочные решения
Надо понимать, что автономный дом несет более ответственную функцию, нежели рядовой дом для отдыха.
Поэтому правила проектирования (статья «20 правил идеальной планировки»), которые мы сформулировали для загородных домов будут здесь немного другими, со смещением от уровня комфорта к повышению жизнестойкости.
- Помещение должно иметь простую форму, в идеале квадрат без лишних выступов, эркеров и прочих элементов, которые потенциально являются мостиками холода.
- С севера всегда стараемся сделать буферные помещения — сарай, подсобку, кладовую, мастерскую, техническое помещение, гараж и так далее.
- Маленький дом отапливать проще, поэтому все помещения стоит делать максимально компактными в пределах разумного. Обратите внимание на планировки норвежских домиков с крохотными спаленками.
- Печь желательно располагать в центре дома, чтобы равномерно обогревать всю имеющуюся площадь.
Окна, как источник теплопотерь, лучше не ориентировать на северную сторону.
- Туалет, в целях сохранения здоровья жильцов, лучше делать внутри дома. Существуют сжигающие и компостирующие системы, которые безопасны и удобны. Ведь застудить какие-либо органы вдали от цивилизации – это потенциально опасная ситуация для здоровья. А на летнее время можно сделать и классический туалет-скворечник на улице.
- На случай нехватки топлива для отопления в критических ситуациях желательно предусмотреть возможность всех обитателей дома перебраться в одно помещение, скорее всего это будет кухня-гостиная. Остальные же помещения на это время закрываются и становятся буферными помещениями на пути холода.
- Стоит учесть ход солнца в течение дня. Солнечный свет дает нам не только освещение, но и тепло, которое мы благодаря солнечным коллекторам можем пустить на нагрев воды, а также запасти в тепловых аккумуляторах для обогрева дома в ночное время.
- Спальное место под крышей на втором уровне – это интересная опция, которая придает домику романтики, но далеко не всегда удобна.
- От утепления дома будут зависеть его теплопотери, чем лучше вы утеплите дом, тем меньше придется тратить ресурсов на его обогрев. Это касается всего периметра дома и всех его элементов – крыши, фундамента, дверей и окон.Эффективнее всего работает наружное утепление.
- Важный момент — выбор системы строительства. И он будет зависеть от планируемого режима проживания. Если будете жить постоянно — лучше строить каменный дом (кирпич, газобетон, монолит), если наездами и временно, то подойдёт каркасная технология или сруб.
- Теплоинерционный дом из камня отдает тепло медленно, и даже если внезапно закончился запас топлива, то у вас будет от пары суток до недели чтобы найти способ обогреть дом. Само собой - он должен быть хорошо утеплён.
- Хорошее решение – козырек выступающий за периметр дома примерно на 60-100 сантиметров, который расположен выше уровня первого этажа. Летом он защищает от солнца, а зимой не препятствует попаданию лучей низкого зимнего солнца в дом.
- Печь или массивная стена освещаемая солнцем внутри помещения (смотри статью о стене Тромба) – это тоже тепловой аккумулятор, который накапливает тепло за день и отдает его ночью. Кроме того, такая стена сглаживает перепады температур.
- Не стоит сбрасывать со счетов и такую простую систему теплосбережения, как ставни.
- В помещениях без окон для дневного освещения можно применить «световой колодец» (в англоязычных источниках «Solar Tube»).
Одним из интересных комплексных решений автономных домов является концепция «EarthShip», которую придумал Майкл Рейнольдс.
Там задействованы и тепловые аккумуляторы и оранжерея на южном фасаде, а также ракетная печь (смотри статью про реактивную печь) . Более подробную информацию можно прочесть в нашей статье «Дом, который сам себя греет и кормит в минус 30 градусов по Цельсию».
Инженерные решения
Главным правилом автономного дома является дублирование всех возможных инженерных систем. Накрылся котел? — топим печь. Кончились дрова — включаем генератор и греем дом конвекторами или электрическими радиаторами. Желательно чтобы вариантов при выходе из строя той или иной системы всегда было больше двух.
О легких автономных печах мы написали отдельную большую статью.
Вода
Скорее всего у вас будет организован колодец или скважина, как вариант — абиссинская скважина или цистерна для сбора осадков. Перед тем как начать использовать воду из них для приготовления пищи желательно проверить её в лаборатории.
- Если все узлы водоразбора (кухня, ванная, туалет) находятся рядом, то по пути через водопровод вода не теряет свою температуру, а значит снижается и расход воды вцелом.
- Все водопроводы должны быть утеплены и, по возможности, оснащены греющими кабелями, чтобы избежать замерзания.
- Если оборудовать водопровод ручным насосом-качалкой и утепленной емкостью установленной наверху, то вы без проблем сможете пользоваться водой в случае поломки насоса.
- В водопроводе должна быть предусмотрена возможность слить воду со всех систем, в том числе и с сифонов (гидрозатворов) чаши унитаза — об этом хорошо написано у Андрея Ратникова.
- Поэтому желательно, чтобы все трубы находились под небольшим углом к точке слива. Это нужно для того, чтобы дом можно было законсервировать на длительное время.
В противном случае система водоснабжения может быть критически повреждена во время заморозков.
- Обеспечить дом теплой водой можно за счет солнечных коллекторов. Нагревать воду в солнечные дни можно даже зимой, но из-за зависимости от солнца система может быть использована только как вспомогательная. Немного выровнять эту зависимость от солнца могут тепловые аккумуляторы.
Стоит обратить внимание на возможный перегрев воды свыше 90 градусов, который может вызвать поломку системы не рассчитанной на такие температуры, да и вцелом, это чревато ожогами.
Плюс системы в том, что большая площадь под солнечный коллектор не нужна. Для того, чтобы нагреть 100 литров воды в Подмосковье достаточно площади солнечного коллектора около 2-х кв.м. - Будет прекрасно, если вы сможете наладить сбор дождевой воды и её очистку с помощью фильтров обратного осмоса (смотри статью о фильтрах обратного осмоса). Применять дождевую воду для бытовых нужд без обработки категорически неприемлемо, об этом мы писали в статье «Дождевая вода для дома вместо колодезной».
- Интересным способом добычи воды буквально из воздуха является конденсирующая система система на элементах Пельтье, которая описана в статье «Поливочная система для сада на элементах Пельтье».
- Для подъёма воды из колодца можно применить систему Радченко (смотри статью «Автономная система подъёма воды Петра Радченко» ).
Электричество
- Сеть энергопотребления должна быть рассчитана с некоторым запасом по мощности подключаемых электроприборов, набор которых желательно описать заранее и проектировать электросеть исходя из требуемых параметров.
- Лучше, если электросеть будет разделена на несколько независимых групп, тогда выход из строя одной системы, не повлияет на остальные.
- Все электрические приборы, связанные с водой, должны быть оборудованы отдельными дифференциальными автоматическими выключателями (диффавтоматами).
Бензиновый или дизельный генератор — однозначно нужная вещь. А в специальном кожухе от него не будет лишнего шума.
Плохо только то, что топливо со временем деградирует и его применение становится опасным.
Чем выше значение октанового числа, тем быстрее происходит процесс деградации топлива.
По ГОСТ 32513-2013 гарантийный срок хранения бензинов всех марок - 1 год со дня изготовления.
После этого срока бензин лучше использовать только для протирки деталей и обезжиривания поверхностей.- Обычная печь на дровах, оснащенная элементами Пельтье способна генерировать около 50 Вт*ч (самые известные марки Индигирка, Вега, Арктур-М), которые с помощью инвертора можно сохранить в аккумуляторной батарее и использовать в случае необходимости для освещения, зарядки аккумуляторов и так далее.
Подробнее об этом в статье «Электричество из дров среди глухого леса и печь-генератор».
- Существует не менее 5 способов генерации электроэнергии в самых глухих уголках мира и все они описаны в нашей статье «Получение электроэнергии вдали от города».
- Вместе с солнечными батареями, ветрогенеторами и гидроэлектрогенераторами, про которые все и так знают, может применяться система генерирующая водород из воды. Воду для этого нужно деионизировать, а затем уже с помощью электролизера получить водород. Его хранят в специальных емкостях, чтобы при необходимости получить из водорода электроэнергию методом рекомбинации водорода и кислорода в специальных топливных элементах. Система дорогая, но вполне подходит под определение автономной.
Отопление
- Печь – это такая универсальная система, что служит и для обогрева, и для нагрева воды, и для приготовления пищи. В автономном доме без печи не обойтись.
- Так как один из приоритетов автономных домов – сохранение энергии в любом виде, то в связке с твердотопливным котлом тепловой аккумулятор (буферная емкость) практически необходим.
- Чтобы исключить возможность отравления угарным газом желательно установить датчики, реагирующие на появление угарного газа (СO2). Мы еще вернемся к этой теме, когда будем говорить о вентиляции.
- Часть тепла для отопления и нагрева воды мы можем получить от правильно подготовленного компоста. Эта система называется биомайлер, смотри статью по этой ссылке.
- Бойлер на дровах может эффективно заменить вам баню.
- Обеспечить нагрев воды и при этом сделать печь более безопасной нам поможет особая печная труба русской изобретательницы Галины Ромашковой. Эта система проста в изготовлении и эффективна. О том как обеспечить теплосъём с трубы смотрите в статье по ссылке.
- Отопление дома тепловым насосом (воздушным, водяным или грунтовым) тоже можно считать автономным вариантом. Тепловой насос способен давать в 3 раза больше мощности в режиме обогрева/охлаждения, чем потребляет. Но для его работы все-таки необходимо обеспечить около 1 кВт электричества, что в автономных условиях становится отдельной задачей.
- Про необходимость соответствия установки любого отопительного оборудования (от печи до котлов) нормам СНИП забывать нельзя ни в коем случае!
Источники невозобновляемой энергии
Пропан-бутановая смесь или запас бензина может обеспечить автономию в пределах запасённых объемов. Чтобы обеспечить приготовление горячей пищи и отопление в автономных условиях можно применить газовые баллоны большой ёмкости. Газгольдер не всегда подойдёт, так как необходимо обеспечить транспортную доступность, а это не всегда возможно в автономных домах, расположенных вдали от дорог.
На газу может работать очень интересная система для генерации электричества называемая ГТЭГ (газовый термоэлектрический генератор). Они работают на уже упомянутых выше элементах Пельтье, но нагрев происходит за счёт газа. Во времена Советского Союза имела место разработка с похожим названием — РИТЭГ (радиоизотопный термоэлектрический генератор), но ввиду радиоактивных элементов в её конструкции и высокой потенциальной опасности применение РИТЭГ прекращено.
Вентиляция
Без вентиляции самочувствие обитателей дома, даже на природе, будет не в лучшей форме.Поэтому обязательно необходимо организовать вентиляционную систему.
- Для автономного дома наиболее актуальной будет пассивная система вентиляции с рекуперацией воздуха (подогревом входящего воздуха).
- Разумная система вентиляции должна обеспечивать приток свежего воздуха, но при этом не выкидывать лишнее тепло на улицу. Нужен баланс.
- Лучше всего оценивать качество воздуха по наличию в нём углекислого газа (CO2), есть универсальные датчики, которые отслеживают сразу несколько параметров. Так что, одно устройство может контролировать и наличие CO2, и CO, и наличие формальдегида (CH2O или HCHO), и мелкодисперсных частиц PM2.5, PM10.
- Воздушный тепловой насос с рекуперацией системы воздух-воздух способен эффективно обогревать дом при температуре на улице до минус 25-30 градусов Цельсия. А также тепловой насос способен греть и воду для бытовых нужд или отопления.
- Простой системой рекуперации является «прованский (канадский) колодец» - зимой воздух подогревается за счет прохождения под землей ниже глубины промерзания.
В летнее время происходит охлаждение воздуха. Производительность системы зависит от глубины укладки труб и их протяженности.
Холод
- Для длительного хранения продуктов нам понадобится холодильник.
- Но есть еще один интересный вариант — это холодильник из пористой глины. В верхнюю камеру такого холодильника заливается вода. Вода просачивается через поры и постепенно испаряется с поверхности корпуса, охлаждая внутреннее пространство. Подробно мы писали об этом изобретении в статье «Холодильник, который работает без электричества».
Канализация и отходы
- Существуют природные очистные фитосистемы (ФОС) работу которых мы подробно описали в статье «Фильтр для септика из водных растений».
- Есть одна
идея, которая кроме утилизации органических отходов позволит вам генерировать газ для отопления или готовки. Эта система дает биогаз,
которого хватит на 2-3 часа готовки на газовой плите. Подробно мы рассказали об
этой системе в статье «Бесплатный газ из
бытовых отходов».
- И еще одна простая идея, которая носит название «Arborloo», это более гуманный аналог выгребных ям, применение которого допустимо только в редких случаях (описание здесь).
Энергоэффективность
Фактическим результатом всех описанных ваше мероприятий по утеплению, применению инженерных систем, расходованию ресурсов будет энергетическая эффективность. Данная тема это большой отдельный раздел, который хорошо разобран в нашем материале «Лучшие практики строительства энергоэффективных домов».
Бытовая техника
Вполне логично, что для улучшения быта в автономном доме нужна бытовая техника. Техника с минимальным энергопотреблением, т.е. самого высокого класса энергоэффективности. Начиная с ламп освещения (само собой светодиодных) и заканчивая холодильниками.
Техника, которая может работать на постоянном токе, например от солнечных батарей, однозначно упрощает жизнь владельцу дома off-grid.
Однозначно напрашивается и вывод о том, что бытовая техника на аккумуляторах будет лучше всего с точки зрения нагрузки на электросеть автономного дома.
Сам был удивлен, когда узнал о существовании аккумуляторных электрочайников и даже кофеварок, которые производит компания Makita, которая знаменита своими электроинструментами. Посмотреть на это чудо можно по этой ссылке.
Индукционные плиты за счет малого потребления электроэнергии становятся оптимальным выбором для приготовления пищи в автономном доме. Есть модели, которые потребляют всего около 2000 Вт.
Правила жизни в автономном доме
Если вы построили дом на природе, то забота о её чистоте должна быть вашей естественной внутренней установкой.
- Кроме утилизации мусора, важно не отравлять воду и землю в том месте, где вы живёте – есть экологичные биоразлагаемые средства для стирки, уборки, мытья посуды.
Иначе через несколько лет, все что выращено рядом с вашим домом будет едва ли полезней, чем самые дешевые полностью химические продукты из магазинов эконом-класса. Вода будет отравлена любой химией еще быстрее.
- Автономный дом достаточно сложная инженерная система – поэтому все инженерное оборудование, действующее и резервное, требует периодических осмотров, проверки работоспособности технического обслуживания.
Отдельно приводим ссылку на подборку «Сборник статей про автономные дома».
Эта страница будет пополняться новой и актуальной информацией по теме автономных домов.