Экономика отопления загородного дома
Россия достаточно давно стала урбанизированной страной, по данным Росстата на 1 января 2018 года общее население России составляло 146,8 миллиона человек, из которых в городах проживали 109,3 миллиона человек или 74,5%. Тем не менее, несмотря на наличие городских квартир, с каждым годом растет число тех, кто приобретает загородные дома, строит дачи, а то и вовсе стремится вернуться к жизни в сельской местности. Да и в наших городах не такая уж редкость жилые дома, не подключенные к системе центрального отопления, причины этого могут быть разными, но, так или иначе, у всех владельцев частных домов, особняков и дачных домиков, вне зависимости от достатка, имеется общая проблема – тем или иным способом свои владения приходится отапливать, такой уж у нас климат.
Да и без горячей воды обходиться удовольствия не доставляет, а, как говорит выдающийся оратор и мудрец нашей эпохи Виталий Кличко, «чтобы получить горячую воду, нужно согреть холодную». Видов топлива в нашем распоряжении достаточно много, рассмотреть их достоинства и недостатки в одной статье вряд ли возможно, в этот раз мы попробуем рассмотреть варианты использования двух видов газа – трубопроводного и сжиженного углеродного, дизельного топлива, а также электроэнергии.
Дизельное топливо, газ, электроэнергия и рубли
Аналитический онлайн-журнал Геоэнергетика.ru уже касался похожей темы, поэтому у нас есть возможность использовать вычисленные результаты – нам понадобится стоимость топлива не за литры или килограммы, а за тепло, которое может быть получено при его сжигании, в рублях за мегаджоули. Что такое джоуль и почему их удобнее в миллионах при желании можно посмотреть в учебнике по физике, но такие подробности в данном случае не требуется, нас интересует, какую нагрузку придется выдерживать нашим кошелькам и что можно сделать для того, чтобы их вес не сильно уменьшался.
Газ, как топливо для автомобилей
Так что давайте оставим в стороне джоули, есть проблема поважнее – попытаться понять, как и за счет чего можно сэкономить, но при этом не лишить себя возможности принимать горячий душ и не лязгать зубами от холода. Есть такая единица тепла, как мегаджоуль (МДж) – вот с ней и работаем.
Для того, чтобы было удобнее, приводим результаты предыдущих вычислений стоимости в наиболее универсальных в данном случае единицах – МДж/рубль, мегаджоули за рубли:
- Дизельное топливо – 0,95 МДж/руб;
- СУГ (сжиженный углеводородный газ, он же – пропан-бутановая смесь, он же – бытовой газ в металлических баллонах привычного красного цвета) – 1,07 МДж/руб;
- Метан (он же – трубный газ) – 5,87 МДж/руб.
Уже с первого взгляда очевидно, что выгоднее всего для отопления жилого дома использовать трубный газ, но можно и уточнить – для наглядности.
Привозное дизельное топливо дороже трубного газа:
Солярка /газ — 5,87/0,95 = 6,18. В 6,18 раз или на 618%.
Привозной газ дороже трубного газа:1
СУГ/газ — 5,87/1,07 = 5,48. В 5,48 раз или на 548%.
Для полной картины добавляем расчет на случай использования электроэнергии, используя справочные данные, по которым 1 кВт*час эквивалентен 3,65 МДж. Стоимость 1 кВт*часа в Подмосковье на январь 2019 года – 5 рублей, при других ценах придется внести поправки самостоятельно.
Электроэнергия – 1кВт*час/5 руб = 3,6 Мдж/5 руб= 0,72 МДж/руб
С первого взгляда можно подумать, что дизельное топливо или СУГ выгоднее электроэнергии, но это далеко не очевидно – обязательно нужно учитывать КПД котла, предназначенного для сжигания дизельного топлива. Средние значения у современных образцов составляет 80%, то есть цена отопления соляркой составит 0,95*0,8 = 0,76 МДж/руб, то есть солярка получается немного, но выгоднее электроэнергии. Но разница настолько невелика, что можно ею спокойно пренебречь и считать, что отопление загородного дома соляркой и электроэнергией стоит одинаково.
Для того, чтобы было понятнее, что такое жизнь за городом, сравним стоимость отопления загородного дома электричеством (соляркой) со стоимостью отопления городских квартир от ТЭЦ. Дело не сложное, достаточно посмотреть на ежемесячную платежку, предварительно выяснив в справочнике 1 гигакалория, которую в платежке обозначают как «Гкал» — это 4’190 МДж. Цены берем по городу Москве, пересчитать самостоятельно не сложно – 2’280 рублей. Тогда получаем:
4’190 / 2’280 = 1,84 МДж/руб
Отопление городской квартиры обходится в два с лишним раза дешевле отопления загородного дома при помощи электроэнергии или привозной солярки.
Как можно оптимизировать расходы на отопление загородного дома или дачи?
Если загородный дом нужен для эпизодического посещения, то достаточно построить простенькую деревянную избушку с дровяным камином-буржуйкой и мангалом во дворе. А вот если в загородном доме вы живёте круглый год, то тут уже надо начинать считать реальные затраты на топливо в течение отопительного сезона, а затем оптимизировать затраты за счёт изменения как вида топлива, так и размеров дома и его теплоизолирующих конструкций. Поскольку мы с вами находимся на «Геоэнергетике», придется подойти к делу серьезно – ввести в рассмотрение такое понятие, как сопротивление теплопередачи, которое обычно обозначают буковкой R. Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции измеряется разностью температуры в градусах у поверхностей этой конструкции (внутренней комнатной и наружной уличной), требующейся для переноса 1 Вт энергии через 1 квадратный метр площади конструкции – м2 * градусы Цельсия / Вт. Чем выше R, сопротивление теплопередачи, тем выше теплозащитные свойства слоя того или иного материала. Но это, опять же, физика, а для кошелька все коротко и ясно – чем больше R, тем меньше затраты на отопление в рублях ежемесячно. Здравый смысл подсказывает, что R становится выше при увеличении слоя теплоизолирующего материала и R становится меньше, если у этого материала высокая теплопроводность.
Продолжаем использовать логику, ее окажется вполне достаточно. Средняя «трёшка в брежневской 9-ти этажной панели» площадью 60 м.кв. при круглогодичном московском тепловом тарифе 2 рубля за кВт*час — это 2’000 рублей в месяц. Но в такой квартире на наружные стены приходится около 30 квадратных метров, со всех остальных сторон квартира окружена тёплыми соседями или общим внутренним коридором с лифтом и лестницей.
Если построить загородный дом такой же жилой площади, то площадь наружных ограждений (с учетом пола и потолка) составит уже около 200 м.кв, что более чем в 6 раз больше, чем в городской квартире. Чтобы плату за отопление сохранить на «квартирном» уровне, придётся усиливать теплоизоляцию в те же 6 раз – но и то только при равной цене на энергию. Если же топить дорогим СУГ или соляркой, то теплоизоляцию придётся усилить до 12-15 раз. Принимая сопротивление теплопередачи в старой городской квартире у стен R = 1 м.кв*С/Вт, получаем, что для дома придётся делать теплоизоляцию равной R = 12 — 15 м.кв*С/Вт.
Толщина теплоизоляции должна быть разумной
Прежде, чем считать, каких денег потребует достижение такого высокого значения R, посчитаем расход денег за 10 лет на отопление электричеством (соляркой) одного квадратного метра стены при R = 1. Это поможет понять, что целесообразнее – один раз вложить деньги в теплоизоляцию стен, пола или потолка для наращивания R до 12 или выгоднее эти деньги не тратить, а остановиться на каком-то меньшем его значении и смириться с ежегодными расходами на электроэнергию.
Теплоизоляция дома
Средняя температура для Подмосковья в отопительный период минус -3,4С (Цельсия), комфортную температуру в помещении принимаем за +22С.
Длительность отопительного периода для Подмосковья с 1 октября по 1 мая: 214 суток.
214 суток * 24 * 10 лет = 51’360 часов
Разница температур: 22 – (-3,4) = 25,4C
Цена 1 кВт*часа – 5 рублей, то есть 1 Вт*ч стоит 0,005 рубля.
При R=1 (м.кв*С/Вт) за 10 лет расход на один квадратный метр стены составит:
51’360 * 25,4 * 0,005/1 = 6’522 рублей/м.кв.
Итого: при R = 1 за каждый квадратный метр наружной стены при обогреве за счет электроэнергии мы в течение 10 лет будем платить по 652,2 рубля в год. Соответственно, при R = 6 цена составит 6’522 / 6 = 1’087 рублей, при R = 12 цена составит 6’522 /12 = 543,5 рубля.
Вот теперь вооружаемся справочниками по строительным материалам и выискиваем в них данные по сопротивлениям теплопередачи.3
R=1 (м.кв*С/Вт) соответствует толщина теплоизоляции:
- экструдированный пенопласт 3,5 см;
- базальтовая (миниралловатная) плита 4,5 см;
- пеноблоки газосиликатные D400 14 см;
- Дерево сосна 18 см;
- Кирпич красный полнотелый 81 см;
Понятно, что больше единицы поднимать R можно только с помощью пенопласта, базальтовой плиты и газосиликатных пеноблоков D400. Альтернатива – дом из бруса толщиной в полметра, но числа, обозначающие стоимость такого бруса изучают в школе на уроках астрономии, потому обойдемся без этой ненаучной фантастики.
Теперь посчитаем стоимость материала слоёв утепления из перспективных типов конструкционных утеплителей.
Кстати, цена пенопласта и пеноблоков за кубометр одинаковая — около 5 тыс руб за кубометр, хотя пенопласт в четыре раза эффективнее по теплозащите. Но при этом из пеноблоков можно строить несущие стены без дополнительной силовой конструкции, а пенопласт или базальтовые плиты можно крепить только к уже имеющейся стене. Так что суммарная экономия в конкретном случае строительства дома не так очевидна.
На единицу сопротивления цена слоя пенопласта составит всего 175 руб/м.кв, а для пеноблоков – 700 руб/м.кв.
По современным санитарно-техническим нормам не допускается в жилых домах делать сопротивления стен меньше R=3, а для полов и потолков требования ещё жёстче R=4.
На R=3 цена слоя пенопласта составит уже 525 руб/м.кв, а для пеноблоков – 2’100 руб/м.кв (то и другое не учитывает стоимость работы, конечно).
Как видим, цена слоя пеноблоков толщиной 40 см при R=3 сравнялась с ценой отопления за 10 лет. Таким образом, экономическая целесообразность дальнейшего утолщения слоя газобетона исчезает. Дальше можно наращивать только толщину теплоизоляции из пенопласта.
На R=6 цена слоя пенопласта (6*3,5 = 21 см) составит уже 1’050 руб/м.кв.
Получается, что и пенопластом наращивать слой больше 21 см толщины экономически нецелесообразно. При желании дальнейшего вложения денег в снижение расходов на отопление эти лишние деньги на теплоизоляцию выгоднее уже положить в банк под проценты и этими процентами оплачивать отопление.
При R=6 потери дома 7 х 11 м и полезной площадью 60 м.кв составят в сильный мороз около 4 кВт, включая 4 окна с входной дверью и минимальную вентиляцию кухни и санузлов, а плата за отопление электричеством (соляркой) составит в среднем около 8 тыс руб в месяц в течении зимних 7 месяцев, или 4,6 тыс руб в месяц круглый год.
При этом стоимость пенопласта (без работы) на создание такого утепление всего дома составит:
200 м.кв.*0,20 м * 5’000 руб= 200 тыс руб
В масштабах стоимости дома такие затраты на такое предельно эффективное утепление кажутся незначительными. Можно только представить, какие огромные суммы люди тратят в строительстве на бесполезные и неокупаемые вещи, если действительно выгодные траты относительно не велики.
Фанера и пенопласт против пеноблоков
Кстати, на рынке частного домостроения есть предложение, точно соответствующе полученным нами решениям по эффективному утеплению. Таким примером могут служить дома из СИП-панелей толщиной 224 мм, где 200 мм — это пенопласт, а 24 мм — это два слоя фанеры толщиной 12 мм по бокам от пенопласта, делающих из пенопласта прочный и надёжный бутерброд-панель. Из таких отдельных панелей размером 2’500 х 600 мм строят целые дома «под ключ» (заходи и живи, попутно обклеивая голые фанерные стены обоями на свой вкус), что обходится всего около 20-25 тыс руб/м.кв. То есть при 60 м.кв жилой площади дом будет стоить 1,2-1,5 млн рублей, а доля утеплителя в этой цене составит менее 20%.
Отопление с перерывами
Просчитав эффективную толщину теплоизоляции, можно попытаться оценить другой вариант экономии тепла, а именно: периодическое отключение отопления на время отсутствия в доме людей. Некоторыми продавцами систем автоматики утверждается, что в таком прерывистом режиме отопления удаётся сильно сэкономить.
Мы не будем это как-то предвзято комментировать, а просто проведём прямой расчёт теплопотерь дома при отключении отопления с учётом инерционности больших масс строительных конструкций.
Рассчитывать будем два варианта домов с одинаковой толщиной наружной теплоизоляции:
- лёгкий дом из СИП панелей;
- тяжёлый кирпичный или бетонный дом с наружной теплоизоляцией.
Для расчёта нам нужно знать массу внутренних конструкций и их теплоёмкость:
- Дерево (сосна) — 2,3 кДж/(кг*градС) – 500 кг/м.куб
- Фанера — 2,3 кДж/(кг*градС) – 800 кг/м.куб
- Железобетон — 0,84 кДж/(кг*градС)– 2’500 кг/м.куб
- Кирпич красный — 0,88 кДж/(кг*градС)– 1’800 кг/м.куб
- Газобетон Д400 – 1 кДж/(кг*градС) – 400 кг/м.куб
Считаем, что оставляем дом без отопления на 12 часов своего отсутствия в рабочий день, теплопотери считаем за счёт остывания всей массы стены с передачей тепла через стену на улицу.
Условия предельно жёсткие для Подмосковья: внутри +22С, на улице -28С, то есть перепад составит dT = 50 градусов. Расчёт ведём на один квадратный метр стены.
Лёгкий дом из СИП панелей
- СИП-панель: охлаждается только фанера внутреннего слоя толщиной 0,012 м.
- Тепловой поток при R=6 и dT = 50 градусов составит N = 50/6 = 8,3Вт/м.кв.
- Теплоёмкость фанеры составит 2,3 кДж/(кг*градС) * 800 кг/м.куб * 0,012 м = 22 кДж/м.кв.
То есть за 12 часов домик из сип панелей остынет приблизительно на:
8,3 * 3’600 * 12/22’000 = 16,3 градусов
Остывание за полсуток с +22 до + 6 градусов Цельсия – это достаточно неприятное падение температуры для возвращения в дом после трудного рабочего дня, при этом придётся ещё и ждать обратного нагрева стен и мебели с расходом такой же энергии.
За 5 дней от выходных до выходных дом выстудится почти полностью, а обратный нагрев займёт время и деньги, но время на выходных важнее всего. К тому же выхолаживание дома приводит к образованию конденсата и вымоканию внутренних частей дома, что приводит к возникновению плесени и разрушению фанеры внутри дома.
Бетонный дом с толщиной стен и перекрытий 200 мм железобетона
Тепловой поток на улицу при R = 6 и dT = 50 градусов составит те же N=50 *1/6 = 8,3Вт/м.кв.
Теплоёмкость бетонной стены составит:
0,84 кДж/(кг*градусов) * 2500 кг/м.куб * 0,2м = 420 кДж/м.кв.
То есть за 12 часов домик из железобетона с утеплением R = 6 остынет приблизительно на:
8.3 * 3600 * 12/420 = 0,85 градуса
Падение в один градуса несущественное, но и существенную экономию за одни сутки получить не удастся. А вот за 5 дней простоя от выходных до выходных дом потеряет уже 10 градусов.
Особого дискомфорта не возникнет даже за 5 дней вымораживания дома до +15С, но и экономии это заметной не создаст. Выгоднее поддерживать отопление на стабильном уровне без рисков образования конденсата на стенах и плесени в сырых холодных углах.
Экономия возможна только на системах без большой тепловой инерции, а именно на системе приточной вентиляции, которую однозначно надо отключать при отсутствии людей.
Взгляд на кошелек с точки зрения физики
Итог данного анализа теплопотерь дома следующий:
1) Невозможно добиться экономически выгодного равенства оплаты за отопление загородного дома с городской квартирой равной площади при использовании электричества или привозного топлива (СУГ или солярка). Экономически целесообразным оказывается двукратное удорожание отопления при теплоизоляции из пенопласта толщиной 21 см при R=6. Разрыв с квартирой по цене отопления двукратный в пользу квартиры в городе. Этот экономический расчёт отопления объясняет экономичность жизни в городах, а не на селе. В городах можно сильно экономить не только на отоплении, но и на всех услугах и системах ЖКХ (водопровод, канализация, электроэнергия, ТВ-антенна, интернет, вывоз мусора, уборка территории и т.д.), тогда как все эти мероприятия в частном доме придётся обеспечивать самостоятельно каждому домовладельцу за немалые деньги.+
2) Если вы построили загородный дом с хорошим утеплением (R=6) и автоматическим отоплением, то нет никакого экономического смысла отключать отопление, даже если вы приезжаете только на выходные.
3) Если ваш хорошо утеплённый тяжёлый бетонный (кирпичный) дом внезапно зимой будет отключен от электричества или кончится топливо, то целую неделю можно совершенно спокойно жить без риска замёрзнуть. А вот в лёгком доме из СИП-панелей разжигать печку на аварийных дровах придётся уже через 3 часа после отключения отопления в сильный мороз. Но в обоих случаях на топку будет достаточно всего 1-2 кг дров в час, или 350 кг дров на неделю. Дрова успешно заменяются дровяными брикетами, которые аккуратно можно складировать где-то в чулане.
Ну, и напоследок. Теплотворная способность сухих дров — 15 МДж/кг. При цене дров в районе 1’500 рублей за кубометр (1 куб.м. дровнавалом = 350 рублей) получаем 4 руб./кг, при пересчёте в универсальную рублёвую энергию получаем 3,75 МДж/руб., что сопоставимо со стоимостью Трубного Газа. Так что дрова – это реальный способ экономии!! Если вам, конечно, не лень бегать во двор за поленьями и поставить печку с режимом газификационного длительного горения типа «Булериан» с КПД около 80%. Вот только нужно помнить, что даже в этом случае за зимний сезон вам придётся сжечь огромную кучу дров (около 20 м.куб.), сопоставимую по размеру со всем вашим домом.
Фото: terres.ru