Статьи "на заметку"
Резервное электроснабжение частного дома - варианты
Снабжение частных домов электропитанием обычно обеспечивается централизованно, по основному электрическому вводу. При пропадании (отсутствии) электропитания на основном вводе, все потребители электрической энергии отключаются. При этом, в отличие от квартиры, в частном доме отключаются также и все системы жизнеобеспечения, включая отопление и водоснабжение. И, если без «света» можно прожить, то без отопления (особенно зимой) затруднительно. Т.е., для частного дома постоянное наличие электропитания является практически задачей жизнеобеспечения.
Для целей обеспечения постоянного электропитания дома (особенно систем жизнеобеспечения) при отсутствии («пропадании») централизованного электроснабжения (основной ввод), предназначено резервное электроснабжение.
Резервное электроснабжение представляет собой систему из одного или нескольких вспомогательных источников электричества, в качестве которых может использоваться и дополнительный ввод центральной сети (резервный ввод). Для частных домов, в которых предусматривается только один (основной) ввод электричества, резервное электроснабжение обеспечивается дополнительными источниками электроэнергии, независимыми от основной сети (автономными).
В качестве автономных источников резервного электроснабжения, в настоящее время могут использоваться следующие устройства.
Бензиновый генератор – устройство, преобразующее механическую энергию, образующуюся в двигателе внутреннего сгорания при сжигании бензинового топлива, в электрическую.
Достоинства: возможность работать при минусовых температурах (размещение на улице), невысокий шум при работе (50-70 дб), доступность топлива, менее сложное (чем у дизельного генератора) техническое обслуживание, наличие мобильных моделей, более простая и компактная конструкция, меньший вес, стоимость генератора.
Недостатки: наличие выхлопных газов, взрывоопасность топлива и его высокая стоимость, небольшой моторесурс и время непрерывной работы (обычно 5–7 часов из-за возможности перегрева двигателя, нужен перерыв в работе минимум 1 час), низкий КПД (на 20-30% ниже дизельного генератора) и, вследствие этого, большой расход топлива. Для реализации функции автоматического ввода резерва (АВР) требуются дополнительные затраты, в базовый комплект поставки не входит.
Дизельный генератор или дизель-генераторная установка (ДГУ) преобразует, соответственно, механическую энергию, образующуюся в двигателе при сжигании дизельного топлива, в электрическую.
Достоинства: возможность работы в любых погодных условиях (на улице), значительный моторесурс и время непрерывной работы (промышленные ДГУ предназначены для постоянной работы), доступность топлива (которое взрывобезопасно), более высокий КПД и экономичность (расход топлива в 1,2 – 1,5 раз меньше, чем у бензиновых генераторов). Наличие больших мощностей (до 200 кВт) – тоже достоинство, однако малозначимое для бытового использования (в частных домах).
Недостатки: наличие выхлопных газов, значительный шум при работе (70-110 дб), сложная конструкция, требующая более квалифицированного (и дорогого) технического обслуживания, значительный вес, высокая цена (в 1,5-2 раза выше, чем у бензиновых генераторов). Кроме того, запуск ДГУ более зависим от наружной температуры, что требует принятия дополнительных мер (комплектация системами подогрева) при размещении генератора на улице. АВР, как и для всех генераторов – приобретается дополнительно.
Газовый генератор или газовая электростанция преобразует механическую энергию, образующуюся в двигателе при сжигании газового топлива, в электрическую.
Достоинства: возможность размещения как в доме, так и на улице, значительный моторесурс и самое высокое (из генераторов) время непрерывной работы (для газовых электростанций постоянного типа с жидкостным охлаждением), менее вредные выбросы в атмосферу (наименьшее из всех генераторов наличие в выхлопных газах токсичных веществ и сажи), малошумная работа, высокий КПД.
Недостатки: менее доступный вид топлива (особенно магистральный газ), высокая стоимость (для станций с водяным охлаждением). При этом есть недорогие модели с воздушным охлаждением и временем непрерывной работы, сравнимым с бензиновыми генераторами.
Источник бесперебойного питания (ИБП) обеспечивает резервное электропитание за счет дополнительных накопительных источников – аккумуляторных батарей. Кроме резервирования, выполняют также функцию улучшения качества электропитания, обеспечивая его характеристики в заданных пределах.
Достоинства: функция автоматического включения встроена (не требуются дополнительные затраты на ее реализацию), экологическая чистота, стабилизация питающего напряжения, защита от «скачков» напряжения (по основному вводу), фильтрация помех электросети. Функции стабилизации и фильтрации предусмотрены не у всех моделей, а только у линейно-интерактивных (Smart UPS), On-Line и с двойным преобразованием (наиболее качественные, используются для питания серверов).
Недостатки: ограничение времени работы десятками минут (для моделей до 20 кВт), размещение – только в технических (из-за шума и необходимости охлаждения) помещениях, шум при работе (от вентилятора охлаждения), значительная стоимость. Невозможно размещать на улице, или в неотапливаемых помещениях.
Инверторный источник питания (инвертор) так же, как ИБП, использует для обеспечения резервного электропитания аккумуляторные батареи (АКБ).
Достоинства: автоматическое включение, размещение в любых отапливаемых помещениях, бесшумность работы, экологическая чистота, простая стабилизация питающего напряжения, несложное обслуживание, стоимость.
Недостатки: ограничение по мощности 5 кВт, необходимость замены аккумуляторов каждые 3-5 лет, ограниченное время автономной работы – около 24 часов (но значительно больше, чем у ИБП аналогичной мощности). Невозможно размещать на улице, или в «холодных» помещениях.
Солнечная электростанция - комплекс устройств, который преобразует солнечную энергию в электрическую. Состоит из солнечных модулей, контроллера заряда, аккумуляторных батарей и инверторного блока.
Достоинства: неограниченное время автономной работы, постоянное включение, доступность и бесплатность топлива, не требуется частое обслуживание, бесшумность, экологическая чистота.
Недостатки: зависимость производительности от климатических условий и времени суток, требуется площадь (кровли) для размещения солнечных модулей, высокая цена. Зависимость от времени суток полностью компенсируется использованием аккумуляторных батарей, которые требуется менять каждые 3-5 лет.
Одной из задач, решаемых в нашей компании при разработке проекта электрики, является подбор источников резервного электропитания, оптимально соответствующих потребностям Заказчика, в зависимости от его пожеланий и реальных условий электроснабжения конкретного дома. Под реальными условиями электроснабжения понимаем известную (из разных источников, включая Интернет, знакомых и соседей) статистику наличия/отсутствия централизованного электропитания в той или иной местности или поселке.
Опыт проектирования и монтажа систем электроснабжения, указывает на наличие следующих факторов, определяющих подбор источников резервного электроснабжения:
- время, на которое возможно отключение электропитание по основному вводу, определяющее показатели автономной работы резервного источника;
- мощность электрооборудования, требующего наличие бесперебойного электроснабжения, определяющая, соответственно, мощность источника резервного электропитания;
- тип напряжения (220 или 380В);
- возможности объекта (частного дома, участка, дополнительных сооружений на нем) по размещению оборудования, включая сам источник электропитания, дополнительное оснащение, АКБ, топливные баки и т.п.;
- необходимость автоматического запуска/останова резервного источника электроснабжения;
- стоимость источника резервного электроснабжения. Немаловажный фактор, хоть и не является полностью самостоятельным, поскольку зависит от всех перечисленных выше условий.
Из приведенных факторов, к реальным условиям эксплуатации можно отнести только возможное время перерывов в электропитании, которое не зависит от выбора Заказчика. Остальные факторы, хоть и являются частично объективными, допускают субъективный выбор:
- мощность резервного питания можно ограничить минимальным набором оборудования жизнеобеспечения (0,8-2 кВт), а можно подключить и весь дом (на всю выделенную мощность, например 15 кВт);
- то же касается напряжения резервного питания, необходимости автоматического запуска, места размещения и стоимости – все эти параметры определяются пожеланиями Заказчика (даже место размещения при желании можно «найти»).
В зависимости от наличия и действия перечисленных факторов, задача обеспечения дома резервным электропитанием может быть решена различными способами.
Время автономной работы источника бесперебойного электропитания.
1. Для компенсации краткосрочных перебоев электропитания основной сети (десятки минут, часы), достаточно использовать инвертор (часы) или ИБП (десятки минут) с минимальным комплектом аккумуляторных батарей. Использование всех остальных источников тоже «не запрещено», только затраты на них будут менее рациональными (о затратах – ниже).
2. При перебоях электропитания средней длительности, до 18-24 часов, также можно применять инверторы, но с комплектом аккумуляторных батарей, рассчитанных на требуемое время (максимально допустимый для выбранной модели комплект). Применение остальных резервных источников (кроме бензиновых генераторов) также допустимо, особенно на больших мощностях. При их использовании следует учитывать стоимость и экологическую чистоту.
3. Длительные (более суток) перерывы электропитания потребуют использования дизельных или газовых генераторов электроэнергии. Встроенный в дизельный генератор бак обычно рассчитан на 6-15 часов непрерывной работы (в зависимости от модели), поэтому для обеспечения более длительной работы дизельных генераторов следует предусматривать дополнительные емкости для хранения топлива. Газовые генераторы (электростанции) необходимо использовать постоянного типа с жидкостным охлаждением. При работе на сжиженном газе также потребуется резервуар для топлива соответствующего объема.
Альтернативные источники резервного электропитания – солнечные электростанции, допустимо использовать во всех перечисленных случаях, поскольку они не имеют ограничений по длительности автономной работы. Основными ограничениями, при выборе этого источника, будет небольшая мощность (одна стандартная солнечная панель – 250 Вт), зависимость производительности от климатических условий, а также стоимость.
Мощность источника резервного электроснабжения.
Требуемая мощность источника (или источников) резервного электропитания определяется нагрузками подключаемого оборудования. Перечень потребителей, которые требуется обеспечить резервным питанием, обсуждается нашими специалистами на этапе составления задания на проект электрики, при заполнении опросного листа.
Перечень потребителей может включать всех, имеющихся в доме, однако существует минимальный «комплект», который необходимо обеспечивать бесперебойным электропитанием, если оно вообще предусматривается. К такому минимальному перечню оборудования можно отнести:
- котел отопления (за исключением электрического);
- насосное оборудование отопления и водоснабжения (канализации, если есть насосные станции);
- септик (если энергозависимый);
- домофон, другие устройства доступа в дом (исключая въездные ворота, которые можно открыть и вручную);
- холодильник (не обязательно, но полезно).
Минимальная потребная мощность источника резервного электропитания для домов средней площади 150-300 м.кв., может составить 0,8-2,0 кВт (с холодильником).
Для указанной небольшой мощности, в качестве источника резервного электропитания оптимально применить инвертор (или ИБП), который можно использовать для мощностей вплоть до 5 кВт. ИБП применяются и для более высоких мощностей, но время их автономной работы, как описано выше, существенно меньше. Также можно применять солнечные станции, такое решение будет наиболее дорогостоящим (об этом ниже), но неограниченно по времени автономной работы.
Тип напряжения.
Возможно использование однофазных, либо трехфазных (220 или 380В) источников резервного электропитания. Выбор определяется не типом основного ввода в дом, а типом потребителя электричества. Соответственно, если есть хотя бы один трехфазный потребитель резервного питания, его источник должен быть на 380В. Такие источники обычно используются на мощностях выше средней – от 9-10 кВт.
Возможности объекта по размещению источника резервного электроснабжения.
Параметры места (помещения, строения, участка), которое можно использовать для размещения источника резервного электроснабжения, оказывают значительное влияние на возможные варианты реализации системы бесперебойного электропитания.
На участке. При размещении источника резервного электроснабжения на участке, возможно использование только генераторов электроэнергии. Для генераторов необходимо предусмотреть дополнительные защитные мероприятия (от воздействия внешней среды), среди которых:
- оснащение дополнительным оборудованием: всепогодным шумозащитным кожухом, системой подогрева антифриза для зимнего периода, системой контроля заряда аккумулятора;
- прокладка в грунте электрических кабелей от генератора до щита резервного питания в доме, а также кабели управления от автоматики ввода резерва (если такая предусмотрена).
Дополнительные топливные баки рекомендуется устанавливать в отапливаемых помещениях.
Большинство газовых электростанций с жидкостным охлаждением, предназначенных для установки на территории в базовой комплектации исполняются во всепогодном шумозащитном кожухе. К такому генератору, кроме электрической проводки, должна быть проложена подводка газоснабжения (от центральной магистрали или газгольдера).
В отдельном строении могут размещаться любые источники резервного электроснабжения (модели газогенераторов для помещений), при условии, что это строение отапливается. При размещении генератора, в данном случае, должен быть выполнен ряд требований:
- обеспечен отвод из помещения отработанных газов («выхлопная труба»);
- предусмотрен приток и вытяжка в/из помещения воздуха для отвода тепла, выделяемого через радиатор при работе генератора;
- соблюдены внутренние габариты помещения, необходимые для беспрепятственного технического обслуживания генератора со всех сторон;
- габариты входной двери должны обеспечивать возможность вноса в помещение узлов для ремонта генератора (актуально для мощных моделей);
- для газового генератора должен быть выполнен ввод и подключение газовой магистрали (от магистрали или газгольдера).
В отдельном помещении дома могут размещаться те же источники, что и в случае отдельного строения, при исполнении тех же требований. При использовании стационарных генераторов важно учесть, что шум от их работы может быть слышен в других помещениях дома (и весьма заметно). При монтаже выхлопной трубы нужно обратить внимание на размещение окон в доме, чтобы выхлопные газы не через них не попадали в дом. Исходя из перечисленных особенностей, стационарные генераторы – не лучший вариант источников резервного электроснабжения для размещения в жилом доме, даже в отдельно помещении.
В качестве генератора, при размещении в доме, предпочтительнее использовать мобильные бензиновые генераторы, которые, в случае необходимости, «выкатываются» (или выносятся) на улицу и там запускаются. Главными недостатками такого варианта являются невозможность реализации автоматического ввода резерва (только «ручное» включение), ограничение по мощности (12-16 кВт), а также непродолжительное время непрерывной работы (5-7 часов). Последнее обстоятельство делает этот вариант сопоставимым с инверторным источником питания (который включается автоматически и не нужно никуда носить). К достоинству можно отнести более низкую стоимость (примерно в 2 раза).
Предпочтительным, для размещения в отдельном помещении дома, будет использование бесшумных компактных источников резервного электроснабжения, не требующих отвода отработанных газов. К ним относятся инверторы, ИБП и альтернативные источники – солнечные станции.
В техническом помещении, которое также используется для других целей (котельная, кладовая, хозяйственная комната и т.п.). Установка в таких помещениях генераторов (всех, кроме мобильных) практически невозможна. Это обусловлено тем, что в таких помещениях не представляется возможным выполнить требования, указанные выше (для размещения генераторов). В таких помещениях допустимо использовать вариант размещения инверторных источников резервного электроснабжения и солнечных станций. Можно разметить и мобильные бензиновые генераторы, если помещение имеет выход на улицу (чтобы не носить через дом).
В любом помещении допускается устанавливать только инверторы, бесшумные в работе и не требующие специальных условий размещения.
Автоматический запуск/останов резервного источника электроснабжения.
Автоматический запуск, безусловно, является очень полезной функцией, которая особенно важна в условиях отсутствия жильцов в доме. Все инверторные источники питания, ИБП и солнечные электростанции оснащаются этой функцией «по умолчанию».
Другое дело – генераторы, устройства автоматического ввода резерва АВР являются опциональными и стоят недешево. Кроме того, их установка и подключение требует выполнения дополнительных работ и материалов (для прокладки линий управления от АВР до генератора).
Таким образом, относительно недорогие системы резервного электроснабжения, до 5 кВт, с автономной работой до 24 часов и использованием инверторного источника, уже оснащены функцией автоматического включения (т.е., недорогие во всем). В то время как более мощные, долго работающие и более дорогостоящие генераторы требуют еще дополнительных затрат для установки АВР.
Отдельный вопрос, актуальный только для генераторов – это вид топлива для их работы. Каждый вариант топлива имеет достоинства и недостатки.
Бензин: доступен, не требует разрешения на использование, бесшумная работа, стационарные и мобильные модели генераторов, более высокая стоимость топлива, взрывоопасен.
Дизель: доступен, не требует разрешения на использование, только стационарные модели, самый высокий уровень шума при работе, умеренная стоимость.
Газ: требуется разрешение на использование, наименее шумная работа, взрывоопасен, невысокая стоимость магистрального газа, но высокая стоимость оборудования. Для использования магистрального газа требуется его наличие, оформление и согласование пакета документов, необходимого для любого газопотребляющего оборудования. Для сжиженного газа нужна емкость (газгольдер). На практике, газгольдер можно установить и без разрешения, но стоимость сжиженного газа значительно превышает стоимость магистрального, что снижает привлекательность такого варианта.
Стоимость источника резервного электроснабжения.
Как упоминалось выше, стоимость источника резервного электропитания зависит, помимо модели, от его мощности и времени автономной работы.
Поскольку модели инверторных источников ограничены мощностью 5 кВт, а бензиновые – временем непрерывной работы 5-7 часов, приведем оценку стоимости источников резервного электроснабжения именно для этих показателей. Приведена ориентировочная стоимость, для оборудования средней ценовой категории. Цены указаны без монтажных работ.
1. Дизельный генератор, время автономной работы со встроенным баком 5,1-7 часов, стоимость 45 000 руб. Подключение дополнительных топливных баков у моделей такой мощности не предусмотрено, поэтому длительность автономной работы не увеличивается.
Увеличение времени автономной работы (24 часа и более) возможно только для моделей свыше 10 кВт, стоимость которых от 400 000 руб., стоимость дополнительного топливного бака (500 литров) 10 000 руб., топливной линии с фикспакетом 24 000 руб., АВР 57 000 руб., итого общая стоимость от 492 000 руб.
2. Бензиновый генератор, время автономной работы со встроенным баком 5-7 часов, стоимость 34 500 руб. Требуются перерывы в работе длительностью не менее 1 часа. Непрерывная работа в течение 24 часов не обеспечивается.
3. Газовый генератор с воздушным охлаждением, время непрерывной работы 6-8 часов, стоимость 39 000 руб. После перерыва в работе около 2 часов допускается дальнейшее использование.
Для увеличения времени автономной работы до 24 часов (и выше), необходимо использовать газовый генератор с жидкостным охлаждением, модель которых начинаются от 8 кВт, стоимость 360 000 руб.
Возможные дополнительные расходы: получение разрешения на дополнительный ввод газа на участок от 300 000 до 900 000 руб. (в зависимости от ситуации в регионе, если вообще возможно). Для сжиженного газа – емкость (газгольдер), стоимость от 280 000 руб. Итого: наиболее приемлемый вариант со сжиженным газом 640 000 руб. Теоретически можно рассматривать баллоны со сжиженным газом, которые устанавливаются в помещении. Но это небезопасно, к тому же, не обеспечит сутки работы.
4. ИБП мощностью 5 кВт не позволяет заряжать дополнительные аккумуляторные батареи, а на встроенном комплекте время автономной работы составляет десятки минут, стоимость 136 00 руб.
Увеличение времени автономной работы до 10-14 часов возможно только для моделей большой мощности, от 20 кВт, стоимость такого ИБП с комплектом АКБ составит 1 160 000 руб.
5. Инвертор с блоком из 4 аккумуляторных батарей на 8 часов работы 193 000 руб., на 24 часа работы нужен блок из 8 аккумуляторных батарей, общая стоимость 298 600 руб.
6. Солнечная станция, время автономной работы не ограничено, стоимость 650 000 руб.
Исходя из анализа стоимости, можно сделать вывод, что на малых мощностях и при необходимости автономной работы до суток, оптимальными являются инверторные источники резервного питания, которые можно размещать в любом помещении. При не самой низкой стоимости, они обладают встроенной функцией автоматического включения. Недорогие генераторы (до 5 кВт) придется выносить на улицу, запускать вручную, останавливать каждые 5-7 часов работы и перезапускать через 1-2 часа. Дешево, но неудобно, особенно в отсутствие жильцов. Неплохой вариант для дачи (сезонного проживания).
ИБП мощностью от 20 кВт, хоть по стоимости и сопоставимы с дизельными и газовыми генераторами подобной мощности (с дополнительными топливными баками), но по времени автономной работы значительно им уступают. А маломощные ИБП работают и вовсе десятки минут. Указанные ограничения по времени автономной работы делают эти устройства практически неприменимыми в качестве источников резервного электропитания частных домов.
Советы потребителю по выбору оптимального типа источника резервного электроснабжения.
1. Стационарные дизельные генераторы наиболее предпочтительны при потребности в значительной мощности резервного электроснабжения, более 10 кВт, длительном времени автономной работы (несколько суток) и наличии места для их установки (а также для размещения дополнительных топливных баков), желательно на участке или в отдельном строении (для баков).
Стоимость значительная, дополнительные расходы на «уличную» комплектацию, топливные баки, прокладку наружной кабельной трассы и установку АВР.
Для ДГУ менее 10 кВт установка топливных баков не предусмотрена и время автономной работы составит не более 7 часов. А для такого времени работы есть более подходящие варианты.
2. Стационарные бензиновые генераторы разумно использовать при необходимости значительной резервной мощности, наличии места для установки и допущения возможности перерыва в работе каждые 5-7 часов.
3. Газовый генератор может быть оптимален в том случае, когда емкость для газа уже предусмотрена (например, для работы газового котла) и питание генератора будет «попутным». Стоимость оборудования значительна, но и время автономной работы тоже. При выборе емкости газгольдера необходимо заранее учесть потребности газогенератора.
Реализация на магистральном газе не представляется реальной. Кроме значительной стоимости, есть большая вероятность получения отказа в использовании такого оборудования (исходя из различных «местных» обстоятельств).
4. Мобильные бензиновые генераторы оптимальны для использования на мощностях до 16 кВт, когда длительное время непрерывной автономной работы не требуется (несколько часов). При умеренной стоимости получаем невозможность автоматического подключения, все «руками». Хорошо для случаев, когда всегда кто-то дома или для сезонного проживания на даче.
5. Источники бесперебойного питания (ИБП) серьезно ограничены временем автономной работы, которая для малых мощностей составляет десятки минут. А 10-14 часов работы могут обеспечивать только мощные модели (от 20 кВт), которые стоят более миллиона рублей. Для частного дома есть более предпочтительные варианты по всем параметрам, кроме экологической чистоты (на таких мощностях используются только генераторы с выхлопными газами).
6. Инверторный источник электропитания (инвертор) – оптимальный вариант при небольших нагрузках 2-5 кВт и необходимости автономной работы до суток. При этом не занимает много места, бесшумный, с автоматическим включением хотя и не самый дешевый.
7. Солнечная станция – самый маломощный и дорогостоящий источник электропитания (на 5 кВт понадобится 20 панелей, которые нужно где-то разместить и 650 тыс. руб.), зато возобновляемый, с неограниченным временем автономной работы и бесплатным топливом, который можно использовать и как основной источник питания (экономим на оплате электричества). Идеальный вариант для объектов с ограниченной выделенной электрической мощностью, расположенных в живописных местах, которые не хочется «портить» выхлопными газами. И, конечно, для владельцев, не испытывающих материальных ограничений.
8. Варианты комбинированного использования различных источников резервного электропитания также возможны, их конфигурация определяется более детальными расчетами, выполняемыми в проекте электроснабжения.
9. При частом отключении основного электропитания, бензогенараторы лучше не использовать из-за малого моторесурса.
10. Если наличие шумов неприемлемо, то использовать нужно инверторы и солнечные станции.
11. Не хочется «портить» воздух на участке вредными выхлопами – генераторы на любом топливе «под запретом».
12. Нет возможности предусмотреть отдельное помещение для размещения резервного источника электропитания, а он нужен – оптимально использовать инверторы.
13. Для разумной экономии нужно обеспечивать резервным электропитанием только потребителей, связанных с жизнеобеспечением, что позволит использовать более умеренные по стоимости источники, к которым относятся инверторы. При этом если потребуется обеспечение длительного времени автономной работы, сэкономить не получится.
Необходимую модель источника резервного электропитания, с требуемыми параметрами по типу и силе тока, мощности подберут специалисты нашей компании в процессе проектирования системы электроснабжения частного дома.
Примеры наших работ с монтажом источныков резервного питания в частных домах:
Инверторный источник резервного электропитания в бревенчатом доме площадью 160 м.кв. в Чеховском районе Московской области.
Дизель-генератор в защитном кожухе, установленный на участке дома площадью 340 м.кв. во Владимирской области.
Инверторный источник резервного электропитания и стабилизатор напряжения в доме площадью 330 м.кв. в Солнечногорском районе Московской области.
